（机械电子工程专业论文）网络化制造平台中的工作流管理方法及工具的研究.pdf

啥尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要网络化制造是在信息技术发展的驱动下，为应对经济全球化的挑战而发起的一种新型制造模式。它借助于先进的网络技术和生产、管理技术，通过企业间的协同和资源共享与集成，开展覆盖整个产品生命周期各个环节的企业活动( 如产品设计、制造、销售、采购和管理等) ，从而提高企业的核心竞争力。工作流管理技术作为网络化制造的核心技术之一被业界广泛的应用并迅速地发展，它的主要功能是使业务处理过程自动化，协调用户和各种程序的工作，随着计算机软硬件技术的发展，特别是i n t e r n e t 和i n t r a n e t 的迅速普及，工作流管理技术的应用范围已经从传统的办公环境，扩展到企业应用环境中去，为商务活动的运行和企业应用的集成提供支持。根据网络化制造的特点，本文给出一个三层网络化制造平台的通用结构，在这样的平台结构下构建一个支持网络化制造环境的工作流管理系统是本文的主要任务。针对网络化制造平台中的功能需求，在研究了工作流参考模型的基础上，提出了一种适应网络化制造环境的工作流模型。针对这种工作流模型，扩展了工作流管理联盟提出的工作流过程定义语言，并给出完整的x m ls c h e m a 定义。工作流管理系统的体系结构决定了工作流管理系统的性能和所能实现的功能，在理解了工作流管理系统体系结构抽象表示后，分别对建模模块和工作流机模块进行设计。在研究了工作流建模方法的基础上，采用了比较直观易用的扩展活动网络图方法作为工作流建模方法，充分利用j a 、，a 技术的跨平台性和a p p l e t 的便携性对建模工具进行了实现。在完成工作流机的功能划分后，重点研究了支持网络化制造平台上网上商务活动的工作流机功能组件的工作协作过程。总结以上内容，本文采用了一种三层分布式工作流管理系统结构框架，并利用编程实现了此工作流管理系统。关键词网络化制造：工作流管理系统；工作流模型：过程定义语言堕查量三些查兰三兰竺兰兰堡墼兰a b s t r a c tn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi sad e wm a n u f a c t u r i n gm o d e l ，w h i c hw a sd r i v e nb yt h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s ( i t ) ，a n dw a so r i g i n a t e df o rd e a lw i t ht h ec h a l l e n g eo fg l o b a l i z a t i o no fe c o n o m i c s i tc a r r i e sont h ee n t e r p r i s e s a c t i v i t i e s ( e g p r o d u c t i o nd e s i g n ，m a n u f a c t u r i n g ，s a i l i n g ，s t o c ka n dm a n a g e m e n t )t h a tc o v e rt h ew h o l ep r o d u c tl i f ec y c l eb ym e a n so ft h ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e so fn e t w o r k ，p r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，a n dv i a t h ec o o p e r a t i o na n dr e s o u r c es h a r i n gb e t w e e ne n t e r p r i s e s ，t h e r e b yi m p r o v et h ee n t e r p r i s e s c o r ec o m p e t e n c i e sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma sak e yt e c h n o l o g yi sn o ww i d e l y u s e da n dd e v e l o p i n gr a p i d l y i t sm a i nf u n c t i o ni st oa u t o m a t eb u s i n e s sp r o c e s s ，h a r m o n i z et h eh u m a na n dt h ea p p l i c a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs o f t w a r ea n dh a r d w a r e ，e s p e c i a l l yt h ei n t e r n e ta n di n t r a n e t ，t h ea p p l i c a t i o ns c o p eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mh a sr a n g e df r o mt r a d i t i o n a lo f f i c ee n v i r o n m e n tt oe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t i tcans u p p o r tt h eb u s i n e s sp r o c e s sa n de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n t h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dat h r e el a y e r sn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r ms t r u c t u r ea c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i co ft h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g t h em a i no b j e c t i v eo ft h et h e s i si sb u i l d i n gaw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mt os u p p o r tn e t w o r k e d - m a n u f a c t u r i n g b a s e do nk n o w i n gw o r k f i o wr e f e r e n c em o d e l ，t h et h e s i sa d v a n c e saw o r k f l o wm o d e lt h a ti ss u i t a b l ef o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g a c c o r dt ot h em o d e lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g ei se x t e n d e df r o mx p d la n dt h ef u l lx m ls c h e m ad e f i n i t i o ni sp u tf o r w a r d t h ea r c h i t e c t u r eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ti st h ek e yt h a tc a ni n f l u e n c ef u n c t i o na n dc a p a b i l i t y t h et h e s i st h a td e s i g nm o d e lb u i l d i n ga n dw o r k f l o we n g i n eb a s e do nt h es t a n d a r do fw f m c c o m p a r i s o no fs e v e r a lw o r k f i o wm o d e l i n gm e t h o d s ，t h ep a p e rp r e s e n t sah e u r i s t i ca n dm a n e u v e r a b l em e t h o d ，a ne x t e n d e da c t i v i t yn e t w o r kd i a g r a m i ti si m p l e m e n t e db yj a v a sc r o s s - p l a t f o r m sa n da p p l e t sp o r t a b i l i t y w i t he n g i n ef u n c t i o na n a l y z i n gt h ep a p e rr e s e a r c ht h ec o o p e r a t i v ep r o c e s so fe n g i n ei n s i d ep a r t s t h ee n g i n ec a ns u p p o r tn e tc o m m e r c ea c t i v i t i e so i ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m t h et h e s i sp r e s e n t sat h r e e -：! 尘鎏三些查兰三兰堡圭兰丝篓兰l a y e r s d i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r a lf r a m e w o r k ，a n dt h e nr e a l i z e st h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mu s i n gt h ep r o g r a m m i n g k e y w o r d sn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ；w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw o r k f l o wm o d e l ；p r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g ei i i 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1 1 课题背景第1 章绪论本课题来自国家高技术研究发展计：矧j ( 8 6 3 计划) 支持东北老工业基地改造的网络化制造a s p 平台开发与应用的立项。现代制造以信息技术和制造业的融合为特征。进入2 1 世纪，制造业外部和内部已面临着新的重大挑战，制造业信息化已成为发展的必然趋势。围绕提高新产品开发能力，作为加速新产品开发过程的并行工程迅速得到推广；基于企业动态联盟和网络化制造成为制造业的重要方向。网络化制造能极大地提高企业基于网络环境的信息获取、融合、运用和传输及共享资源的能力，提高企业的运作效率，增强其对外交流与合作的能力，为企业快速响应市场变化所需的柔性、敏捷性、可伸缩性和重组性奠定了基础。为此，国内外已纷纷丌展面向网络化先进制造研究工作，我国也将先进制造技术列为“十五”规划和2 0 1 0年的中长期科研发展规划中的主要关键技术和发展方向之一。尤其在我国加入w t o 后，对其要求更加迫切。网络化制造就是利用互联网把分布在不同地区的现有设备资源、知识资源和各种核心能力迅速的组织在一起，进行资源互补、技术互补，使各个企业的各种资源最大限度地发挥其功效，在这种制造模式下，以扁平的网络结构代替传统的金字塔的递阶结构，以分布协同的控制方式代替传统的集中控制模式，通过网络将制造企业的各个部分、系统、各个环节和过程相互联接起来，进行统一的协调管理监控。工作流管理技术，作为一种对常规性事务进行管理、集成的技术，它将数据信息融入到生产的统一流程中，从而可以改进和优化业务流程，提高业务工作效率。这种技术不仅能更好的实现业务过程控制和业务监督机制，更能快速响应市场需求的变化。它为网络化制造的实现提供了一种更加先进而有效的手段。因此，工作流管理技术的研究，已经同益受到学术界和企业界的重视，并且逐渐显示了其广阔的应用前景和重要的现实意义。1 2 网络化制造技术综述网络技术和计算机技术结合e 在用一种新的形式把整个社会连接在一起哈尔滨工业大学工学硕士学位论文形成一个全新的网络社会，改变着人类生活的各个方面。在经济领域，网络技术正在使经济活动方式发生极大的变化，促使全球经济一体化，形成一种全新的“网络经济”1 1 。网络经济使得制造环境发生了根本性的变化，见表1 。制造业面临全球性的市场、资源、技术和人员的竞争。开放的国际市场使得消费者更具有选择性，个性化、多样化的消费需求使得市场快速多变，不可捉摸，无法预测。客户化、小批量、多品种、快速交货的生产要求不断增加。各种新技术的涌现和应用更加剧了市场的快速变化。市场的动态多变性迫使制造企业改变策略，时间因素被提高到首要地位。新世纪制造业的竞争将是柔性和响应速度的竞争，以适应全球市场的动态变化。表1 1 制造环境的变化 2 。3 t a b l e i - 1d i f f e r e n c eo f m a n u f a c t u r es u r r o u n d i n g s传统经济时代网络经济时代消费者的可选择性区域性全球性消费需求物美价廉，满足基本生个性化、多样化活需求市场相对稳定快速多变、无法预测生产需求低成本、高质量客户化、快速交货生产方式标准化、系列化、大批单件、小批量、多品种量技术和资源相对集中全球分布竞争要素性价比柔性和相应速度面对网络经济时代制造环境的变化，传统的组织结构相对固定、制造资源相对集中、以区域性经济环境为主、以面向产品为特征的制造模式已与之不相适应，需要建立一种市场需要驱动的、具有快速响应机制的网络化制造模式【4 1 。网络化制造平台充分利用网络环境，实现制造资源的优化配置和企业集成。它以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网( i n t e r n e t ) 为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，迅速地组合起来，使之快速推出高质量、低成本的新产品p j 。国外典型的网络化制造研究项目如下：( 1 ) 美国企业网( f a c t o r ya m e r i c a n n e t ，f a n ) 。美国企业网建立于1 9 9 5 年，是国家工业数据库，属于美国政府资助的“制造系统的敏捷基础设施”( a g i l ei n f r a s t r u c t u r ef o rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) 项目，它提供包括生产能力、各种工程哈尔滨工业大学工学硕士学位论文服务项目、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务、专门服务。美国企业网是2 1 世纪制造企业发展战略研究报告中提出的，它试图通过发达的高速信息网络通讯系统把美国的制造业联系在一起，这意味着联网的美国企业类似一个大的虚拟企业，大大提高了资源的共享程度和制造的敏捷性。美国企业网是跨国界的，大量跨国公司将通过卫星通讯技术进入这一网络 6 - 7 】。( 2 ) 计算机辅助制造网络( c a mn e t ) 。c a mn e t 建立于1 9 9 6 年，是由美国国防部a r p a 提供资助、通用电器公司研究与开发中心开发的。它通过因特网提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。其目的是建立敏捷制造的支撑环境，使参加产品开发与制造的合作伙伴( 制造商、供应商、技术推广部门、制造服务部门、政府部门等) 在网络上协调工作，摆脱距离、时间、计算机平台和工具的影响，可以在网上获取重要的设计和制造信息，如c a d模型、生产工艺、制造仿真和顾客需求等。该网络主要为大公司的成员和客户提供服务。c a mn e t 开发出传递分布式制造信息和服务的使能器，利用这些使能器，c a mn e t 提供“塑料应用设计服务”、“环境制造服务”、“材料选择服务”和“供应商预资格服务”等四种服务。其总体目标是将企业中各种以数据库文本图形和数据文件存储的分布信息通过使能器集成起来以供合作伙伴共享，为各合作企业的过程集成提供支持。f 3 ) 欧洲的中小企业网口( p l a n n i n gs m a l l m e d i u me n t e r p r i s en e tw o r k s ，p l e n t ) 。欧洲中小企业网络的开发工作是在由意大利、希腊、匈亚利和西班牙的企业参与的p l e n t 项目的框架下完成的。该项目的主要目标是设计和丌发一个参考结构和一个开放平台来支持中小企业尘产环境下制造机械零件和产品的组织f 钔。1 9 9 4 年，国外先进技术的发展引起了我国学术界、工业界和国家综合部门的重视，并被国家定为重点发展的科技领域之一。在我国典型的网络化制造项目如下：( 1 ) 浙江大学顾新建和杭卅j 汽轮机股份有限公司祁国宁在1 9 9 6 年提出大成组技术的概念。这是一种基于因特网的、面向制造全球化的成组技术和系统的新构思【9 】。( 2 ) 香港理工大学的李荣彬教授和同济大学的张曙教授在1 9 9 6 年提出了分散网络化生产系统( d i s p e r s e dn e t w o r k e dp r o d u c t i o ns y s t e m ，d n p s ) 的构思。其目的是要使香港和内地的资源和优势通过因特网有机集成起来，并发挥出更大的作用。它强调生产系统的网络化。分散网络化是指将动态的、没有固定隶属关哈尔滨工业大学工学硕士学位论文系的、地理上相隔的集团，利用信息和通讯技术把它们加以组织起来进行生产，快速地以合理的成本将产品从设计转入生产。分散网络化生产系统可利用分散的制造资源，以协同方式进行产品的研制和生产，打破了传统生产模式不能兼顾规模经济与灵活生产的矛盾。( 3 ) 华中科技大学提出了分布式网络化制造系统( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) 的初步构想。分布式网络化制造系统是一种由多种、异构、分布式的制造资源，以一定的互联方式，利用计算机网络组成的丌放式、多平台、相互协作、能及时灵活地响应客户需求变化的制造系统。其基本目标是将现有的各种在地理位置上或逻辑上分布的异构制造系统企业，通过其a g e n t 连接到计算机网络中去，以提高各个制造系统企业间的信息交流与合作能力，进而实现制造资源的共享，为寻求市场机遇，及时、快速地响应和适应市场需求变化，赢得竞争优势，实现制造企业研究与丌发、生产、营销、组织管理及服务的全球化。( 4 ) 国家8 6 3 c i m s 计划组织了关键技术攻关项目“基于c i m s n e t 的敏捷化工程”，其中包括9 个面向企业的网络化制造的应用型子项目。如网上陶瓷销售和开发系统，将分布在异地的产品设计系统、反求工程系统、快速模具制造系统、产品销售和供应系统等通过c i m s n e t 集成起来，实现跨地区、跨行业的信息资源共享和集成。陶瓷产品制造企业可以在异地设计制造新产品，用户可以通过因特网参与产品设计，并建立了企业陶瓷产品网上虚拟仓库以改变传统的营销方式。另一个应用子项目是快速原型网上服务，并利用它完成人工关节的快速置换，基于c i m s n e t 建立了由多家医院、一个设计中心、一个信息中心、四个加工中心及相应的材料供应部门等结成的联盟，加速人工关节的置换周期，大大提高设计制造质量，减轻病人的痛苦i l “。1 3 工作流管理系统综述在网络化制造环境下，制造企业采取各种先进生产技术和方法，力争在最短的时间，用最低的成本，生产出质量满足市场需求的产品。在这种需求下，不仅在产品设计的早期阶段就要考虑到产品生命周期的后续阶段中的所有因素，尽量减少甚至于消除返工次数，以提高设计、制造的一次成功率，还要求尽量利用i n t r a n e t i n t e m e t 网实现异地设计和异地制造j 。最终目的就在于发挥各个企业的核心竞争优势，加快产品的开发速度，减少重复建设及风险投资，共同赢得新的市场【】2 1 。全球网络化为实现上述的各种需求提供了必要前哈尔滨工业大学工学硕士学位论文提，而工作流管理技术则是实现这些需求的有效方法。近年来，工作流管理方面的学术研究十分活跃，在北美和欧洲等地，相关的研究机构纷纷成立，1 9 9 3 年国际工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段陋”】。在工作流技术研究中，主要的研究项目有i b m 、e x o t i c a 、w i d e 、m e n t o r 、h p 、o p e np m 等l 】“。在国内，浙江大学、清华大学、上海交通大学、华中科技大学、东北大学、南京理工大学、国防科技大学等高校都积极开展工作流管理技术方面的研究工作。其中，上海交通大学的基于p e t r i 网的分布式工作流管理的研究，浙江大学研制的工作流过程描述语言( w p d l ) 编译制导的工作流建模支撑平台，清华大学的c i m f i o w 系统等都取得了一定的研究成果f “】。由于工作流应用环境大多是在复杂的分布异构环境中，如企业内部网或因特网，因此应用最新的分布对象处理技术和w e b 技术，实现工作流管理成为当前研究的重点7 j 。有影响的工作流原型系统有：( 1 ) 美国佐治亚大学研制的m e t e o r 系统该系统是一个支持多范型的工作流管理系统，主要用于处理医疗保健应用。多范型是指该系统能够支持分布异构环境下的企业内和企业间的各种工作流。这些工作流可以是数据库管理系统和分布式事务处理系统中的事务，也可以是e d i ( 子数据交换) 应用。m e t e o r 系统可以在w e b 或c o r b a 环境下运行。( 2 ) 美国普度大学开发的c o r b a f l o w 系统该系统提出了基于c o r b a 的体系结构，支持跨平台的异构分布系统集成，支持弹性a c i d 性质，即原子性( a t o m i c i t y ) 、一致性( c o n s i s t e n c y ) 、独立性( i s o l a t i o n ) 、持久性( d u r a b i l i t y ) ：扩展了i d l 语言以定义事务性工作流中的补偿事务。( 3 ) 土耳其中东大学开发的m e t u f i o w 系统该系统提出了一种基于c o r b a环境的工作流服务。包括基于a c t a 扩展事务模型的工作流模型、模块结构化定义语言、工作流调度管理和并发控制机制等陋副】。工作流的概念早在7 0 年代就己提出，许多概念来自于办公自动化、文档管理、计算机支持协同工作( c s c w ) 等领域。至今约有3 0 0 个称为工作流工具的商品化软件，但只有数十个是真正的w f m s 软件【2 2 】。一些著名的w f m s 产品有：( 1 ) i b m 公司的f l o w m a r k 系统该系统由对象数据库管理系统o b j e c t s t o r e支持。主要组件包括服务器、建立客户器、运行客户器和程序执行客户器。服务器负责与数据库交互及协调工作流执行；建立客户器提供用于设计工作流的图形接口；运行客户器提供工作表方式的用户接口：程序执行客户器提供a p i哈尔演工业大学工学硕士学位论文调用方式的应用接口1 2 ”。( 2 ) a c t i o n 公司的a c t i o nw o r k f l o w 系统该系统由微软的s q l 服务器或l o t u sn o t e s 支持，包含三个基本组件：管理系统内核用于集成和管理工作流事务； 分析器提供设计工作流的专门工具：应用建立器用于将工作流定义转化成可执行的过程。此外，还提供辅助工具，如报表器用于查询工作流的进展状态。( 3 ) s i g m a 图像系统公司的o m n id e s k 系统它使用提供o d b c 接口的数据库。其中，路径管理器用于工作流管理和负载平衡；路径建立器用于定义路径逻辑；表格建立器用于创建工作流接口。虽然o m n id e s k 系统主要是为图像文档管理设计的，但是也可以管理其他类型的工作流。( 4 ) w a n g 公司的o p e n w o r k f l o w 系统该系统建立在自含的数据库引擎之上。系统分为数据库服务、图形过程建立器、集成工具箱、报表工具。数据库服务提供基本的完整性、安全性、并发控制、恢复和管理功能：图形过程建立器用于定义过程：集成工具箱提供应用之间交互需要的a p i 调用和通信服务；报表工具如查询建立器和报表建立器用于访问有关过程执行的信息 2 4 - 2 6 】。但是，工作流管理技术在许多方面还是不成熟的。工作流管理理论方面尚有一些研究课题需要解决，当前的工作流产品也有不完善之处，许多产品还不能满足用户的迫切需要，特别是像网络化制造这样复杂的工程应用【2 7 2 8 】。许多工作流系统主要是解决共享和协作( 某些问题仍未很好解决，如异构平台环境、多媒体数据) ，而像正确性、可靠性、可伸缩性这些对于复杂应用系统来说至关重要的问题，现有工作流软件几乎没有考虑。另外，缺乏分析、调试、测试工具，并且由于缺乏模型上的一致性，各个工作流产品之间及工作流管理系统同其他应用系统之间也缺乏互操作性1 2 。针对目前工作流产品存在的不足，并且结合信息技术、分布对象技术、i n t e m e f f i n t r a n e t 技术的发展趋势，可以看出，在今后一段时问内，工作流管理技术的研究及产品的主要发展方向是：( 1 ) 面向复杂企业应用的工作流管理系统目前的工作流技术和产品难以支持复杂的企业应用，对己有企业应用的集成能力也显然不足，因此，支持复杂企业应用和应用集成的工作流管理系统将会得到充分的重视和长足的发展p o j 。( 2 ) 扩展工作流模型的描述能力现有工作流系统的模型在企业应用中的描述能力不足，主要反映在工作流模型的语义在描述复杂过程时，能力不足和活动属性的定义不够丰富。需要在哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进步深入分析的基础上，丰富工作流模型的语义和活动属性的定义口卜32 1 。( 3 ) 代理技术与工作流管理技术的结合代理技术与工作流技术都是近年来受到广泛重视并得到长足发展的计算机软件技术，在分布对象技术的基础上，充分发挥工作流技术在灵活性方面的优势和代理技术在知识表达、事务处理、智能性能方面的优势，将这两种技术进行有机结合，以工作流管理为基础，以代理技术为核心，将丌发出具有良好前景的应用软件产品【3 ”。( 4 ) 内置到商用企业应用软件包中在过去的几年里，为了使通用软件能够满足客户提出的特别需要，s a p 等公司将工作流技术引入到他们的产品中，使用户可以按照预定的顺序调用这些产品的不同功能模块，满足本企业的特殊需求口”。( 5 ) 基于w e b 的工作流随着w e b 技术的普及，基于w e b 的工作流技术将得到充分的发展。工作流可以通过w e b 扩展到多个企业，并将实现多个基于w e b 的工作流服务器之间的协同工作p ”。( 6 ) 分布式工作流经过几年的发展，工作流管理系统的结构已经由原来的只能支持单一的工作组环境，发展到现在可以支持企业级( 甚至企业间) 的工作流环境。一个工作流实| 歹c 可以通过局域网、广域网分布在不同的服务器和客户端，而且服务器的故障所造成的影响将被减少到最小。因而，大大提高了系统的可扩展性、实用性和管理能力【3 6 _ ”】。( 7 ) 融入事务管理的概念目前大部分工作流产品不支持事务的概念，甚至不能保证活动的执行是一个a c i d 的事务。这意味着系统不能保证工作流实恻的j 下常运行，也无法保证系统能够正常运转。当工作流非正常中断时，工作流产品也无法保证能够正确地恢复数据。有些供应商已经考虑到这个问题，并做了一些努力，但工作流产品在这方面的性能还有待改进口8 1 。( 8 ) t 作流模型的分析和仿真工具目前，越来越多的用户要求能够对模型进行评估和性能测试，仿真和性能监控工具的引入，将不可避免地成为新一代工作流产品的发展趋势【3 9 。4 0 】。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1 4 工作流过程定义描述语言发展概述w f m c 给出的过程定义的概念是：过程定义是一种对业务流程的描述形式，它能通过工作流管理系统，对建模或运行阶段进行自动操纵一个过程定义是由活动、活动间的关系组成的网络、过程开始和结束的条件和每个活动的相关信息( 如参与者) ，相关的i t 应用工具和数据等等【4 ”。过程定义由工作流引擎来解释并执行，是建立和控制这个过程实慨的模版。过程定义中也可以包含对独立定义的子过程的引用，这些子过程作为整个过程定义的一个部分存在。一个基本的过程定义至少应该包括能够初始化和支持过程执行的最小对象和属性集。创建一个过程实嘲将汇集成某些对象和属性 4 2 - 4 3 。我们的研究了解到，现在应用的过程定义语言较多，而且各有特点，它们主要包括：w p d l ( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 是w f m c 参考了多个提供工作流管理系统的软件厂商的工作流建模机制，提出的有关建模规范的建议工作流元模型( w o r k f l o wm e t a - m o d e l ) 描述了工作流过程定义包含的实体，实体的属性，实体与实体之间的关系，以及怎样把这些过程定义归并成过程模型和公用数据。尽管w f m c 提出这样的工业标准是为了在不同的工流产品间交换数据，但是由于它本身的抽象程度过高，至少在目前的情况下，即使将不同的工作流产品都翻译成w p d l ，那将会损失许多十分有意义但是却不得不抛弃的信息，这使得过程定义共享和交换的代价变得更加高昂，而效率变得更低。w f s l ( w o r k f l o ws p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 是在g e o r g i a 大学的m e t e o r 项目中提出的一种过程定义语言，它是一种基于规则陈述( d e c l a r a t i v er u l e b a s e d )的语言，用来描述多个任务间的应用级的交互；与它相配合的是任务定义语言t s l ( t a s ks p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) ，这是描述任务间依赖关系，数据格式数据交换，错误处理和数据恢复的语言。后来这两种语言合并成为w i l ( w o r k f l o wi n t e r m e d i a t el a n g u a g e ) 。他们所提出的语言中对事务、模型的动态建立和任务间的数据交换做出了许多有益的研究工作h 4 】。p s l ( p r o c e s ss p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 是n i s t 单独提出的过程描述语言。作为一个标准化组织，n i s t 旨在统一各种制造业过程定义有关的语言，制定出一个标准。p s l 中也涉及到工作流的过程定义。p s l 的语法是基于功能强大的k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 语法的，k i f 是为了在小不同的计算机程序哈尔滨工业大学工学硕士学位论史间交换知识而设计的具有很强的精确性的逻辑表示方法。同时p s l 也是一种b n f 范式描述，p s l 结构中有一个相对稳定的比较小的内核，并且对它提供了一系列的扩展，比如活动出现扩展，状态扩展等。非常值得一提的是，n i s t提供了方法将p s l 形式的描述转换为x m l 形式，同时他们也指出，因为k i f的原因，无法将p s l 的过程描述完整地转化为x m l 形式1 45 1 。x p d l ( x m lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 是w f m c 在其制定的定义语言w p d l 的基础上推出的x m l 格式的工作流定义语言，它是至今工作流过程描述语言中最重要的一个标准1 4 6 j 。目前大多数工作流引擎是依据该标准设计开发的，不过由于它的合法性验证采用的是x m ld t d 格式，为定义语言的解析、执行增加了代码量。1 5 课题研究内容本课题的研究内容有：1 、网络化制造环境下工作流管理系统基本构架的研究。讨论怎样的工作流管理系统构架才能满足网络化制造的需求，其中的关键技术是什么。2 、工作流定义描述语言的研究。针对网络化制造的特点扩展x p d l ，定义一套完整的工作流过程描述语言。3 、设计可视化的工作流建模工具。在研究几种建模方法的基础上，选择了可读性最好，也是最直观、最自然的过程表达式一活动网络图( a c t i v i t yn e t w o r kd i a g r a m ) 来对工作流模型进行描述与表示，并利用j a v a 语言进行编程，使之能够方便的进行工作流模型的建立。4 、工作流管理系统的具体实现方案的研究。该研究是实现工作流管理系统的核心部分。结合网络化制造和工作流技术的特点和要求，提出了一种三层分布式体系结构框架。在此框架的基础上，编程实现了网络化制造环境下的工作流管理系统。5 、建立一个支持工作流管理系统w e b 网站。实现工作流管理的监控、数据信息查询以及人工型活动的执行等功能。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2 章网络化制造环境下的工作流管理系统2 1 网络化制造平台的结构及功能2 1 i 网络化制造平台的结构网络化制造平台的结构是描述网络化制造系统的一组模型的集合，这些模型描述了网络化制造系统的功能结构，特性和运行方式。平台系统的设计架构直接影响系统未来的扩充与延展性，因此本系统采用了三层式弹性化架构，支持浏览器服务器三层( 多层) 结构模式( b s ) 。该网络信息化专用平台具有以下特点：( 1 ) 通用性：该系统采用符合工业标准的j 2 e e 技术和在其上扩展出的工作流管理平台，企业门户平台，应用服务和资源管理部分的实现统一采用构建在j 2 e e 平台上w e bs e r v i c e 软件开发技术和标准，建成的系统具有较强的生命周期；f 2 ) 开放性：该平台具有良好的开放性，能够支持二次丌发与扩充；( 3 ) 实用性：该系统的体系结构符合区域实施网络化制造系统的应用模式与实施组织机制的要求；( 4 ) 先进性：基于系统的开发技术要求，采用x m l 、j 2 e e 与e j b 等软构件技术与平台和m v c 开发模式进行项目的实施，适应开发性的软硬件平台( 不同的操作系统，不同的数据库) ，支持功能模块的扩充( 集成第三方的软件模块) 。平台的体系结构如图2 1 所示：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文网络化制造系统门户浏览器i lt t专业化的开发平台ui jw e bs e r v i c e s 支持平台基于工作流技术的专用平台ui jtj上用户管理系统艘铲分布式工作流矬横jj 分布式工作流机vc r me cs c m c o r b a 】 j d b c ( m ( m 】 - 似nnn0nj 2 e e 标准服务器i lt 1数据库服务器图2 - 1 ：制造平台的体系结构f i 醇- 1m a n u f a c t u r i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e2 1 2 网络化制造平台的功能分析网络化制造的集成平台首先是一个网络化协同制造的信息门户，为实施网络化制造的企业提供信息发布、交换、传输和存储平台，基本功能包括：企业信息发布、行业信息发布、动态联盟新闻、权限管理、应用系统下载、电子邮件和动态联盟信息门户文告等。下面介绍几个主要模块的功能：( 1 ) 用户管理系统模块。由于网络化制造系统的用户规模大，相互之间的关系比较复杂，而系统提供的应用系统也不尽相同，所以我们对用户进行了分类，具体由以下几种：1 )管理员用户：享有添加用户、删除用户、查询用户以及用户权限设置；负责系统整体的管理、维护和系统的日常运行。2 )个人用户：可以浏览系统，发布个人的需求信息，订购系统的某些应用服务等。：3 )单个企业用户：除了拥有个人用户的服务外，还可享受平台提供的针对领域的定制服务。哈尔滨工业火学工学硕士学位论文4 )协同企业用户：对于基于工作流管理的离散企业，我们将在其中选择一个虚拟管理员，使其能管理这个虚拟企业。对于不同的用户，我们赋予相应不同的服务，其中的公共服务功能包括：身份验证、用户注册、计费系统以及审计系统，提供企业信息发布，供求信息以及企业名录等。( 2 ) 基于工作流管理的协同制造模块。分布式工作流建模：由于图形化设计具有直观人性化，因此该系统提供一个可视化建模工具，运用拖拽( d r a g & d r o p ) 手段，无须编程就可定义其流程规则和业务逻辑。每一张流程图代表了一个业务流程，同时可定义个别活动的属性、条件判断与工作处理顺序和路由等，便于设计各种企业业务流程。企业的业务分析员可以利用这个工具来定义跨应用的业务流程，以及这些业务流程与业务参与者互动的自动化。同时，为了便于归档、传输和解释执行，该系统对输出的能被工作流机解释并执行的过程定义，采用了基于x m l 的文字式的描述方法。分布式工作流机：为一个工作流实例提供执行环境，它提供的服务包括：过程模型的解释、过程实例的控制( 创建、激活、暂停、终止等) 、在过程各活动之间的游历( 控制条件的计算与数据的传递等) 、参与者的加入与退出、生成工作项通知用户进行处理、工作流控制数据和相关数据的维护、调用外部应用和访问工作流相关数据等。业务管理和监控：监控业务流程执行情况，收集业务流程的性能报告，为业务流程的改进提供切实的依据。( 3 ) 对现有工艺系统的集成：该系统实现了对现有工艺系统的集成如：工艺资源管理系统、产品信息管理系统、新产品决策系统、工艺信息仿真系统等。( 4 ) 该系统支持软件工具如电子商务( e c ) 、客户关系管理( c r m ) 、供应链管理( s c m ) 等系统。2 2 网络化制造环境下工作流模型的研究2 2 1 工作流参考模型介绍1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，w f m c 发布了工作流参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) 。它详细描述了工作流管理系统的有关概念，并在此基础上给出了w f m s 的各主要组成部分、各部分的功能及相互之间的接口 4 7 1 。如图2 2 所哈尔滨工业大学工学硕士学位论文不。图2 - 2w f m c 工作流参考模型m jf i g u r e 2 - 2w f m cw o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l下面对此参考模型做简要的说明：过程定义工具。主要功能是给用户提供一种对实际业务过程进行分析、建模的手段，并生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述( 过程定义) 。过程定义工具与工作流执行服务之间的交互是通过接口一( 工作流过程定义读写接口1 完成的。它为工作流过程定义信息的交换提供了标准的互换格式及a p i 调用。工作流执行服务。它借助于一个或多个工作流引擎，来激活并解释过程定义的全部或部分，并同外部的应用程序进行交互来完成工作流过程实例的创建、执行与管理，为工作流程的进行提供一个运行时环境。工作流执行服务一般是由一个工作流引擎提供的。在大型w f m s 中，工作流的运行时控制可能需要多个工作流引擎共同完成，例如有些工作流过程中可能会包含多个子流程，这些子流程就可以由另外的工作流引擎来提供运行时控制环境。w f m s 系统之间相互通信、协作是通过接口四( 互操作接口) 来完成的。客户应用程序。它的作用是给用户提供一种手段，以处理过程实例运行过程中需要人工干预的任务。每一个这样的任务就被称作是一个工作项，它包括处理上的一些要求及待处理的数据对象等。客户与工作流执行服务之间的接口哈尔滨工业大学工学硕士学位论文为接口二( 客户应用程序a p i ) 。w f m s 的各种服务，如过程控制、活动控制、工作项列表的处理以及过程实例的管理等都可以通过此接口而得到。被调应用程序。指工作流执行服务在过程实例的运行过程中调用的、用以对应用数据进行处理的应用程序。目前己有的几种方式包括应用代理、某种标准的互换机制、本地过程调用、远程执行调用、o r b 等。接口三的目标就是提供一些标准的服务供应用代理使用。基于这些服务也可以开发出一些专门的应用直接同工作流执行服务交互。管理及监控工具。其功能是对w f m s 中过程实例的状态进行监控与管理，如用户管理、角色管理、资源控制( 包括过程管理及过程状态控制等) 。它与工作流执行服务之间的交互是通过接口五( 管理及监控接1 2 ：1 ) 完成的。2 2 2 网络化制造环境下工作流模型工作流模型是整个工作流管理系统的基础，是对企业业务流程的一种形式化描述。根据w f m c 的约定，工作流模型主要定义工作流程中的各个活动以及它们之间的依赖关系【4 。根据网络化制造过程中的要求，工作流模型设计应该满足如下三个模型设计原则。( 1 ) 面向企业用户，以简单、直观、容易掌握为前提：在多种不同结构的过程模型中( 如活动网络图、p e t r i 网、状态图、语义一行为模型等) ，活动网络图( a c t i v i t yn e t w o r kd i a g r a m ) 是可读性最好的一种，也是最直观、最自然的过程表达方式，因此，网络化制造环境下的工作流模型建立在