（机械电子工程专业论文）工作流在mes中的应用方法研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 制造执行系统(manufacturing execution system，mes)定位于车间层，而过 程管理是车间层很重要的一个因素。工作流技术具有强大的过程管理功能，因 而通过在 mes 中引入工作流技术，则可以充分地发挥 mes 的优势，使得车间 业务流程更加顺畅，车间工作效率得到进一步提高。 本文首先从现有 mes 系统中存在的问题入手，阐述了工作流管理技术基 本概念和发展现状，分析了在 mes 中引入工作流的必要性。然后分别就基于 工作流的 mes 系统中的工作流模型和工作流引擎这两个关键要素的设计，进 行了详细的论述。 基于关系数据库的 mes 中的工作流模型， 由 mes 组织模型、 信息模型和控制模型三部分组成，便于工作流系统数据和 mes 业务数据集成， 提高了系统的运行效率。轻量级工作流引擎解释、执行并监控过程，使得 mes 业务过程和业务逻辑在运行时有机的融合在一起。轻量级的工作流引擎注重于 实现工作流系统的必要功能，从而降低了开发过程中的技术难度和工作量。最 后，在.net 平台上实现了一个基于工作流的 mes 系统原型，并通过实例说明 了系统运作方式。 关键词：工作流，制造执行系统，工作流模型，轻量级工作流引擎 工作流在 mes 中的应用方法研究 ii abstract manufacturing execution system (mes) is the management information system facing to shop floor, and process management is an important factor of shop floor. workflow technology has powerful functions of process management, so if it is used in mes, the advantages of mes can be exerted fully, business process can be executed more smoothly, and work efficiency can be enhanced more. first, this paper starts with the problems in the existing mes. after that, it presents the conception and definition of workflow management and its current development, discusses the necessity of importing workflow technology into mes design and development. and then the author discusses the design of workflow model and workflow engine, which are the most important two characters in mes based on workflow technology. the workflow model in mes, which is based on relationship database, consists of three components, namely: organization model in mes, information model and control model. it is helpful to the integration of workflow data and mes business data, and it improves the running efficiency. light weight workflow engine explains, executes and monitors the process, so that the mes business process and business logic combine together during execution. light weight workflow engine focuses on realizing the basic functions of workflow system and it reduces the difficulty and programming during development. finally this paper develops a prototype of “mes based on workflow”, which is implemented on .net platform, and demonstrates how the system works by a process instance. key words: workflow, mes, workflow model, lightweight workflow engine 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图清单 图 1.1 当前 mes 技术模型. 3 图 1.2 发展中 mes 技术模型. 4 图 2.1 工作流管理系统组成 . 10 图 2.2 工作流管理系统的体系结构 . 12 图 2.3 wfmc 参考模型. 13 图 3.1 mes 组织模型. 18 图 3.2 基于角色的访问控制模型 . 19 图 3.3 员工、系统用户、车间、工段、组和角色之间的关系. 20 图 3.4 功能分配界面 . 20 图 3.5 授权粒度到任务 . 21 图 3.6 授权粒度到任务中的的文档或表单. 21 图 3.7 授权粒度到任务中表单的数据字段. 21 图 3.8 基本概念关系视图 . 23 图 3.9 过程定义视图 . 23 图 3.10 功能配置 . 24 图 3.11 信息模型 . 25 图 3.12 过程由活动和活动转移路径组成. 25 图 3.13 虚拟活动 . 28 图 3.14 虚拟活动和路由规则 . 29 图 3.15 活动转移路径的类型 . 31 图 3.16 过程转移和虚拟活动的关系. 31 图 3.17 引擎控制器结构图 . 34 图 4.1 工作流引擎内部结构 . 38 图 4.2 过程访模块 . 39 图 4.3 组织访问模块 . 39 图 4.4 组织访问模块 . 40 图 4.5 业务逻辑访问模块 . 40 图 4.6 数据访问模块 . 40 图 4.7 任务管理模块 . 41 图 4.8 过程状态转化 . 42 图 4.9 活动状态转化 . 42 图 4.10 用户操作处理模块流程图 . 43 图 4.11 用户操作处理模块. 44 图 4.12 管理员操作处理模块 . 45 图 5.1 基于工作流的 mes 的应用体系结构 . 47 图 5.2 系统总体结构 . 48 图 5.3 .net 开发平台的组成. 50 工作流在 mes 中的应用方法研究 vi 图 5.4 外协需求审核流程 . 51 图 5.5 系统登录界面 . 51 图 5.6 系统主界面 . 52 图 5.7 过程管理界面 . 52 图 5.8 活动管理界面 . 53 图 5.9 实例运行界面 . 53 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允 许论文被查阅和借阅， 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 引言 随着制造业信息化工程的开展， 许多企业实施了以 mrpii/erp 为代表的企 业资源计划管理系统；以产品设计管理为主的产品数据管理系统 pdm(product data management)；以监控和数据采集(supervisory control and data application, scada)为代表的生产过程监控软件等。这些系统虽然在企业中取得了一定成 功，产生了一定的经济效益，然而出现了一些新的问题，形成了企业生产管理 和制造单元控制软件之间的分离， 使上层的 mrpii/erp 软件系统得不到精确的 生产数据的支持，而制造单元又常常不能及时得到指令来调整工作状态，严重 影响了制造业企业的生产和信息化进程。 随着企业信息化应用水平的不断提高， 企业逐渐认识到将计划与制造过程统一起来的制造执行系统(manufacturing execution systems，mes)是解决这一问题的有效途径。通过 mes 来实现企业 信息的集成，形成实时化的 erp、mes、sfc(shop floor control)是提高企业整 体管理水平的关键。 制造执行系统是 20 世纪 90 年代初美国先进制造研究机构 (advanced manufacturing research，amr)提出的支持企业信息模型集成的概念。amr 将 mes 定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制系统之间的、面向车间层 的管理信息系统” 。mes 为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所 有资源的当前状态信息。制造执行系统协会(manufacturing execution system association，mesa)在对 mes 的定义中强调了以下三点：(1) 是对整个车间制 造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈；(2) 必须提供实时收集生产过 程数据的功能，并做出相应的分析和处理；(3) 需要与计划层和控制层进行信 息交互，通过企业的信息流来实现企业信息的集成123。 mes 的这些特点，同时加上车间生产管理本身的复杂性和多变性，这些就 决定了开发与实施 mes 时须解决数据量大、业务流程多样化、用户差异性显 著、二次开发量大等问题。而目前 mes 大都强调生产现场的即时数据采集、 监督及控制， 在开发时业务逻辑和业务流程绑定过于紧密， 整个系统不够灵活。 因此， 为了解决目前 mes 开发中存在的问题， 有必要引入工作流技术， 将 mes 作为一个开放式可定制的平台提供给用户，使其具有动态建模和功能配置的能 工作流在 mes 中的应用方法研究 2 力，从而适应现代企业经营过程管理及过程的持续改善对 mes 系统功能的需 求。 1.2 mes 研究现状与发展趋势 在发展 mes 技术之前,车间管理控制工作一般由车间作业计划、工序调 度、操作管理、库存控制等软件完成，近年来一些 mrp/mrp ii/erp 软件试图 将其计划与控制功能向车间层扩展(如美国ems公司的mrp ii软件tcm),或者 试图将两者进行集成(如 ppcproduction planning & control)， 但由于缺乏足够 的车间控制信息而无法做到与车间环境的紧密相连，因而无法有效指导车间生 产计划的执行。鉴于 mes 的重要性，近年来美、日、欧等工业发达国家非常 重视对 mes 技术的研究与系统开发,并形成了 mes 软件产业45。 受益 mes 技术的制造行业覆盖机械、电子等诸多制造领域，它在缩短制造周期、压缩在 制品、保证产品质量、提高设备利用率等方面发挥着重要作用67。 mes 作为生产形态变革的产物，其起源大多源自工厂的内部需求，传统的 mes(traditional mes， t-mes)就是从 20 世纪 70 年代的零星车间级应用发展起 来的，在积累了相当的经验后，逐渐形成了一些从事 mes 开发的专业公司， 并且其系统也开发出了相当成熟的标准。通常他们都是针对特定的生产类型， 或特定的功能需求而开发出较为标准化的 mes，并拥有了一定的市场份额(例 如美国的 consilium，加拿大的 promise 公司都是开发 ic 厂 mes 的知名厂商)。 总的来说 t-mes 可大致分为两大类：专用的 mes 系统(point mes)和集成的 mes 系统(integrated mes)。专用的 mes 是指为解决某个特定领域问题，如车 间维护、 生产调度或 scada 而开发的单独应用系统。 集成的 mes 则是针对一 特定行业如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业而设计，具有一定的通用 性，并且逐步加强了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成能力89。 由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的 mes 模块，或将现 有系统(legacy system)集成为mes功能的一部分， 其结果导致许多工厂的mes 系统实际上是一个大杂烩。每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型 和通信机制。又因为 mes 应用常常是要满足关键任务的系统，系统就很难随 技术的更新而进行升级10。为了实现与外部系统的集成，往往采用 api 技术， olap 技术和相应的通信机制， 这些技术在某种意义上说， 也是 mes 功能的核 心部分。其中，外部应用系统的调用和插入使用 api 的方式，而应用 edi 技术 南京航空航天大学硕士学位论文 3 和外部环境进行数据交换。当前 mes 的技术模型如图 1.1。 图 1.1 当前 mes 技术模型 虽然专用的 mes 能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其 它应用集成，集成的 mes 比专用的 mes 迈进了一大步，具有一些优点如：单 一的逻辑数据库，系统内部具有良好的集成性，统一的数据模型等等。但其整 个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。为了 解决 t-mes 的不足， 可集成 mes (integratable mes， i-mes)逐渐成为人们研究 的热点11。 可集成 mes 是通过将面向对象技术，消息机制和组件技术应用到系统开 发中， 充分结合两类 t-mes 的优点而发展起来的。通过采用高效的基础框架既 大大增强了系统的集成性和适应性，又能满足关键事务的处理。niiip/smart 协会为整个 mes 应用领域提出的一个分布式对象和信息交换模型(如图 1.2)， 代表了发展中 mes 的技术模型12-17。 从模型中可看出，在面向对象的应用中，每个对象都使用自身具有的功能 和方法来操作数据，分别完成系统的各种功能。而其它功能如：工作流管理， 产品数据管理，知识管理等都从功能逻辑中分离出来。通过对象请求代理 orb(如 corba,com/dcom)可使不同软件商的对象相互交换信息和进行互 操作。 niiip/smart 所描述的 mes 技术模型非常适合未来 mes 的商业应用特 征，一个分布式对象框架可以让各种数据和功能逻辑在使用时变得更加紧密。 而且，通过使用小巧简练的对象，可使系统模型在不破坏相互关系的情况下方 数据通信 数据模型 mes 功能逻辑 客户关系管理 系统 电子数据交换 电子数据交换 产品数据管理 自动化控制 供应链管理 系统 企业资源计划 已有系统 legacysystem 数据仓库 办公自动化 数据转换接口 (i.e. odbc) api api api api api api 应用系统 分销商 tools (olap) api 应用程序接口 olap 在线事务处理 数据库 api 消息 工作流在 mes 中的应用方法研究 4 便地进行客户化定义。这些特征使实施 mes 费用较低的同时又具有良好的适 应性和柔性。随着计算机技术的发展，越来越多的 mes、erp、控制系统、产 品数据管理、供应链管理和客户关系管理都是以对象的方式来编写代码的。只 要它们遵守统一的 orb，不管它们哪个开发商提供，都可以进行无缝的集成。 现有的应用系统(legacy system)只要按正确的方法进行封装也同样能实现系统 的即插即用。通过引入智能代理(agent)可以有效地实现分布式 mes 的协同工 作，满足虚拟企业中 mes 应用的要求。从而实现敏捷制造模式对信息系统的 要求，既系统的可重构，可重用和可扩展(3r)特性11。 图 1.2 发展中 mes 技术模型 显然建立制造信息系统的体系结构是最重要，也是最基础的事情。体系结 构的好坏直接关系到整个系统的敏捷性能。目前比较有影响的有基于 corba 的 niiip-smart 体系结构和基于 com/dcom 的面向制造业的 windows dna。两者各有优势，前者在跨平台及实时任务处理上具有优势，后者则有着 广泛的应用基础18。 无论采用哪种体系结构， mes 都需要解决以下关键问题16： (1) 设计面向对象的 mes 模型以支持应用集成； (2) 设计分布式 mes 对象网络以支持实时活动； (3) 设计 mes 工作流模型以支持各种控制策略，加强过程管理； (4) 设计基于知识的规则以支持管理基于 mes 的产品； (5) 集成 corba/step 以实现与 pdm 的无缝集成； 对象请求代理 (i.e.corba,com/dcom) mes 对象模型 防火墙 防火墙 数据协调 应用系统 现有应用 legacy application 产品数据管理 agent 应用系统 分销商 应用系统 agent agent agent 应用系统 agent 制造 agent 知识管理 工作流管理资源调配 南京航空航天大学硕士学位论文 5 (6) 设计 mes 智能代理以支持虚拟企业中 mes 应用。 信息技术的发展和制造企业的竞争需求将带动 mes 应用技术不断进步。 从以上分析可将 mes 总的发展趋势归纳为以下几点： 可集成性(integratability)、 可配置性(configurability)、可适应性(adaptability)、可扩展性(extensibility)和可 靠性(reliability)。 1.3 论文研究的目的与意义 当前 mes 软件包总是针对某一个行业的特定要求而开发的，而且 mes 具 体的应用程序开发和应用服务的工作量相当大，也相当专业化，这就往往造成 mes 的开发成本和应用成本过高，反过来又影响 mes 大面积的推广应用19。 由上述分析可以看出，传统的 mes 开发面临以下四点挑战20-23： (1) 协同性 在生产现场，人、资源、物料等多种因素交织在一起，形成了复杂的 mes 应用环境。特别是在强调敏捷性的今天，为了保证有效的协同生产，生产管理 系统要收集和传递的信息比原来任何时候都多。生产活动会产生大量实时的数 据，需要系统及时地处理和存储。同时，系统的运行环境也在不断发生变化， 产品工艺的更改、用户需求的改变、人员缺勤、设备故障等等，都会干扰生产 计划的执行，系统不但要求能够及时地将这些信息从不同的部门收集、集成还 要及时地分发信息给不同的部门，以保证参与生产的部门之间信息的一致性， 进而保证生产管理系统的有效性。因此，mes 软件必须采用功能强大、稳定性 高的关系数据库来存储各种生产信息，同时为了支持多车间的应用，mes 软件 需要在数据层面上考虑权限的问题，例如物料、bom、工艺等基本信息可以是 全厂范围内共享的，而人员、零件任务、工序任务等信息则需要由各个车间自 己维护。 (2) 可集成性 车间在信息化的过程中除了应用 mes 系统外，可能还会应用其他的信息 系统，例如人力资源管理系统、pdm 系统、capp 系统等，这就存在多种系统 的集成问题。在软件实现上，为了完成应用集成和业务过程集成，必须首先解 决数据的集成问题。在集成之前，必须首先对数据进行标识并编成数据字典， 另外还要确定元数据模型。xml 不仅为 web 数据带来了结构化、智能化和互 操作性，并且 xml 可以作为应用之间存储、转换和传输数据的有效手段24。 工作流在 mes 中的应用方法研究 6 因此 mes 软件可以利用 xml 技术带来的强大功能， 使其更好的与各个信息系 统集成在一起。 (3) 敏捷性和智能性 制造过程中存在大量决策(如计划排定、作业调度、资源分配等)，制造过 程实质是生成一系列决策的过程。制造过程一方面要汇集来自多方面的信息进 行决策，同时也会产生大量的实时信息，这些信息涉及面广、具有很大的不确 定性，要保证制造过程的自适应性、自组织性和鲁棒性，这就要求相应的管理 系统具有一定的智能性和敏捷性，在遇到制造过程外部的不可预测的变化和内 部扰动时，可以根据生产实际对生产过程进行必要的调整，保证生产过程的平 稳进行。而过程不够灵活往往是传统的 mes 软件的一个弱项，为了适应车间 的敏捷性和智能性，这就要求 mes 软件必须能够方便的动态建模，以及时准 确的反映实际生产过程，因此 mes 软件在设计的时候必须具备工作流的功能。 (4) 可重用性 现代制造系统越来越复杂，敏捷性的需求进一步加大了 mes 构造的难度， 另外，为了适应信息技术的飞速发展和企业管理模式的不断变化，系统需要更 新和升级以适应这种变化；同时，mes 适用于离散性、流程性和项目性等不同 类型的制造企业，同种类型的制造企业也存在这样那样的区别，应用环境的千 差万别，使得生产管理没有单一的模式，因此要求 mes 具有较强的可重用性， 能够通过配置应用到多个企业，同时支持在不影响当前应用的前提下对其功能 进行扩展。为了解决可重用性的问题，mes 软件需要支持功能配置，通过功能 配置充分利用已有的可重用的组件。在软件实现上，mes 软件必须设计一部分 数据表来记录配置信息，同时软件的核心还需要有一种机制来调用那些被配置 的可重用的组件。 为了解决目前 mes 开发中存在的问题，有必要引入工作流技术。本课题 通过引入工作流方法对车间业务过程进行建模和深入分析，使得车间从面向功 能转变为面向过程的管理。工作流技术可以使车间实现对经营管理和生产组织 的过程控制以及决策支持，实现“现代车间在适当的时间把适当的信息传递给 适当的人”的要求，从而实现车间过程有效的管理。 1.4 论文主要研究内容与结构安排 本课题“工作流在 mes 中的应用方法研究”是结合制造执行系统、web 南京航空航天大学硕士学位论文 7 技术以及工作流技术，建立数据库，实现车间管理信息系统。由于要实现一个 通用的工作流管理系统，工作量和难度很大，不是一个人短期内能够完成和实 现的，因此，本文主要在以下一些方面开展研究工作：(1) mes 中工作流模型 的设计；(2) 工作流引擎的设计和实现；(3) 将工作流技术应用在制造执行系统 中，针对 mes 中流程性较强的业务过程，实现了工作流管理系统中的过程定 义、解释过程定义、创建过程实例并控制其执行等功能。根据这些研究内容， 本课题的各章节的内容安排如下： 第一章 首先阐述了 mes 的研究现状与发展趋势，而后介绍了论文研究 的目的与意义，最后给出了论文的内容与结构。 第二章 介绍了工作流的基本概念，工作流参考模型以及工作流管理系统 及其分类，接下来给出了引入工作流后的 mes 系统的设计方案和技术关键， 包括基于关系数据库的 mes 中的工作流模型和轻量级工作流引擎。 第三章 详细论述了 mes 中工作流模型中的 mes 组织模型，信息模型以 及控制模型。mes 组织模型用来反映组织结构，由员工、系统用户、车间、工 段、组和角色组成。并在此基础上，介绍了基于角色的访问控制模型，包括用 户分配、功能分配、资源分配和会话四个部分。信息模型主要包括业务过程信 息、功能配置信息和活动实例信息。控制模型将 mes 组织模型和信息模型有 机地结合在一起，它根据其中定义的业务规则对业务过程中的各项业务活动的 流转以及任务指派等工作进行控制和协调。 第四章 首先阐述了采用轻量级工作流引擎的原因以及 mes 中轻量级工 作流引擎的总体结构，然后详细论述了 mes 中轻量级工作流引擎的设计与实 现。 第五章 本章主要讨论了基于工作流的制造执行系统的实现方法。首先介 绍了系统的总体构架；其后，简要介绍了系统运行平台和开发环境的选择；最 后结合制造执行系统中的外协需求审核流程给出了应用实例。 第六章 总结了本课题的应用成果与结论，并对今后需要进一步完善和深 化的内容进行了展望。 工作流在 mes 中的应用方法研究 8 第二章 mes 中的工作流系统 2.1 工作流的基本概念 工作流(workflow)的概念来源于生产组织和办公自动化领域，它是针对日 常工作中具有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定 义良好的任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对他们进行监 控，达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞 争力。于是，工作流技术一出现马上就得到广泛的重视和研究。至今工作流管 理技术已成功地运用到工业领域，特别是制造业领域中。 不同的研究者和工作流产品供应商从不同角度给出了工作流的定义。按照 工作流管理联盟(workflow management coalition，wfmc)给出的工作流定义， 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务过程，它根据一系列的过程规 则，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行25。而 ibm almaden 研究中心给出的工作流定义为：“工作流是业务过程的一种计算机化的 表示模型，在其中定义了完成整个过程所需要的各种参数，这些参数包括对过 程中每一个步骤(活动)的定义、活动的执行顺序、执行条件以及活动处理的数 据信息，每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序”26。 以上的这些工作流的定义，包括其它一些工作流的定义基本上都是用非形 式化语言对工作流所进行的描述，虽然表述方式略有不同，但基本上都说明这 样一个问题，即工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流系统则是这一 实现的软件环境。使用工作流来作为经营过程的实现技术首先要求工作流系统 能够反映经营过程的如下几个方面的问题：即经营过程是什么(由哪些活动、任 务组成，也就是结构上的定义)、怎么做(活动间的执行条件、规则以及所交互 的信息，也就是控制流与信息流的定义)、由谁来做(人或者计算机应用程序， 也就是组织角色的定义)、做得怎样(通过工作流系统对执行过程进行监控)。 根据以上定义和对工作流管理技术的理解，作者更倾向范玉顺给出的如下 定义：工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，是为了在先进计算机环 境支持下实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流系统执行的 业务模型。 在其给出的定义中强调工作流模型是可被工作流系统执行的，这主要是为 南京航空航天大学硕士学位论文 9 了区分工作流模型和一般意义上的过程模型。通常描述一组活动及其他们之间 相互连接关系的模型可以通称为过程模型，但是并不要求这些过程模型用计算 机来进行执行。建立工作流模型的目的是为了实现业务过程自动化，要有计算 机来进行执行。这就要求工作流模型不仅能够描述活动及其他们之间相互连接 关系，而且需要定义许多其他的信息，如组织、资源、数据等，这样才能够由 计算机进行解释和执行。另外一方面，由于工作流模型需要由计算机来执行， 这就对工作流模型的准确性提出了更高的要求， 工作流模型的定义也更加严格、 准确。 工作流中两个最基本的元素是活动和活动之间的连接关系。活动对应于业 务过程中的任务，主要反映业务过程中的执行动作和操作；活动之间的连接关 系代表了业务过程中的规则。一个工作流就是一个用一组连接关系组合起来的 活动组成的一个反映企业业务过程的模型，并通过定义活动的角色(执行者)和 组织单元(组织结构)来描述企业的业务过程由谁来完成，通过定义工作流应用 程序来说明采用什么手段来完成业务过程。 2.2 工作流管理系统及其分类 2.2.1 工作流管理系统 一个工作流包括一组行为及它们的相互顺序关系，还包括流程及行为的启 动和终止条件，以及对每个行为的描述。为了实现对业务流程的工作流管理， 需要有相应的软件系统的支撑，此种软件系统我们就称之为工作流管理系统 (workflow management system，wfms)。通常我们所说的工作流管理系统是指 运行在一个或多个工作流引擎之上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软 件系统，它与工作流执行者(人、应用)交互，推进工作流实例的执行，并监控 工作流的运行状态。根据工作流管理联盟的定义，工作流管理系统是“一种在 工作流形式化表示的驱动下，通过软件的执行而完成工作流定义、管理及执行 的系统” ， 即通过使用软件， 运行一个或者多个能够解释流程定义及能够和工作 流参与者进行交互的工作流引擎定义、创建、管理执行工作流的系统(如果需要 可以使用 it 工具和应用程序)。由于它支撑的范围比较大、环境比较复杂，所 以也有人称工作流管理系统是业务操作系统(business operating system，bos)。 图 2. 1 描述了工作流管理系统的组成及其交互关系，从中可以看出，所有 的工作流管理系统都必须提供以下三个方面的功能支持27-29： 工作流在 mes 中的应用方法研究 10 (1) 构造时功能：对工作流过程及其组成活动定义和建模； (2) 运行时功能：在运行环境中管理工作流过程，对工作流过程中的活动 进行调度； (3) 运行交互功能：指在工作流运行中，工作流管理系统与用户(业务工作 的参与者或控制者)及外部应用程序工具交互的功能。 经营过程分析、 建模与定义工具 过程定义 工作流执行服务 软件工具 与应用 构造时功能 运行时功能 运行交互功能 过程设计与定义 过程实例化与控制 过程更改 图 2.1 工作流管理系统组成 构造时功能主要是用于把现实世界的商务过程翻译成为正式的可由计算机 处理的过程定义。作为这个功能模块的输出结果的定义叫做过程模板。 2.2.2 工作流管理系统分类 根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类30 31： (1) 管理型工作流(administrative workflow)：在这类工作流中活动可以预定 义并且有一套简单的任务协调规则，例如，大学里的课程选修，完成论文后的 学位申请等。 (2) 设定型工作流(ad hoc workflow)：与管理型工作流相似，但一般用来处 理异常或发生机会比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的 用户有关。 (3) 协作型工作流(collaborative workflow)：参与者相互协作的次数较多。 在一个步骤上可能反复发生几次直到得到某种结果， 甚至可能返回到前一阶段。 (4) 生产型工作流(production workflow)：实现重要的业务过程的工作流， 特别是与业务组织的功能直接相关的工作流。与管理型工作流相比，生产型工 南京航空航天大学硕士学位论文 11 作流一般应用在大规模、复杂的和异构的环境下，整个过程会涉及许多人和不 同的组织。 根据底层实现技术，可将工作流产品分为三类： (1) 以通信为中心：以电子邮件为底层的通信机制。这种类型的工作流管 理系统适合于协作型工作流和不确定型工作流，而不适于生产型工作流。 (2) 以文档为中心：基于文档路由，它同外界应用的交互能力有限。许多 基于表的管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。 (3) 以过程为中心：这种工作流系统对应生产型工作流。它们一般建立在 数据库之上，有自己专用的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。 根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制的不同，市场上的工作流产 品又可以划分为四类： (1) 基于文件的工作流系统：以共享文件的方式来完成任务项传递。这种 类型产品开发得最早、发展最成熟、其产品品种较多。代表产品有 filenet 的 visual workflo、ibm 的 f1owmark、inconcert 的 inconcert。 (2) 基于消息的工作流系统：通过用户的电子邮件系统来传递文档信息。 这种类型的产品一般都提供与一种或多种电子邮件系统的集成接口。代表产品 有 novell 与 filenet 合作开发的 ensemble、jetform 公司的 intempo、keyfile 公司的 keyf