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硕士论文 y5 7 1 3 9 0 现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 摘要 产品数据管理( p d m ) 作为c i m s 中支撑产品全生命周期设计与制造的软 件平台，占据了现代集成制造系统中重要的地位。p d m 系统中的工作流管理 ( w f m ) 技术是现代制造企业实施分布式网络化制造战略的使能技术，它能更 好地管理和优化经营过程。通过对p d m 产品开发环境中工作流管理技术的研究， 有利于缩短企业产品开发周期，降低成本，提高质量，从而赢得市场竞争的胜 利。 本文在分析了p d m 产品开发环境特点和工作流管理系统的功能结构的基础 上，采用面向对象技术，建立了p d m 产品开发环境中工作流管理系统的整体框 架，为全文的研究奠定了基础。 在研究过程中，根据工作流管理联盟( w f m c ) 提出的过程定义元模型，提 出并开发了基于任务驱动的图形化过程模型建模工具，并对工作流模板的图形 处理做了详细介绍。 工作流执行服务是工作流管理系统的核心功能，负责工作流管理系统的运 行控制。论文主要研究并建立了工作流引擎分层模型，设计了基于分布式计算 技术( d c o m ) 的工作流引擎系统体系结构，并针对其中关键对象状态的变化 给出了相关的顺序图。 论文最后通过对p d m 产品开发中工作流管理系统的体系结构和相关实现技 术的研究，并结合正在实施的企业信息化工程，实现了一个与p d m 集成的工作 流支持平台的样例。 关键词：产品数据管理，工作流管理， 工作流模型，工作流引擎，项目管理 第1 撕 里= 竺兰苎翌垡塞壁! ! 兰! 量王堡丝墨垫塑三堡堕笪里塑型型窒 a b s t r a c t p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) i sap l a t f o r ms u p p o r t i n gp r o d u c tl i f e c y c l eo f d e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ga n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i nc o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ( c i m s ) w o r k f l o wm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y i np d m s y s t e m i sa ne n a b l i n gt e c h n o l o g yu s e di nm o d e m m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e st oc a r r y o u tt h e s t r a t a g e m o fd i s t r i b u t e dw e b b a s e dm a n u f a c t u r i n g ，a n dm a n a g e sa n do p t i m i z e s b u s i n e s sp r o c e s s e f f i c i e n t l y t h e r e s e a r c ho fw o r k f l o wc a ns h o r t e nt h ep r o d u c t d e v e l o p i n gc y c l e ，r e d u c et h ec o s t ，i m p r o v et h eq u a l i t ya n df i n a l l yw i nc o m p e t i t i o ni n t h eg l o b a lm a r k e t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ef e a t u r e so fp d ms y s t e ma n dt h ef u n c t i o n so f w o r k f i o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，af r a m e w o r ko fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mf o r p d mp r o d u c t d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n ti ss e t u p i nt h i s p a p e rb yu s i n g o b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ew o r k f i o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ( w f m c ) p r o c e s sd e f i n i t i o n m e t a - m o d e l ，ag r a p h i cp r o c e s s m o d e l i n gt o o lb a s e do nt a s kd r i v ei sp r o p o s e da n d d e v e l o p e d t h eg r a p hh a n d l i n go f w o r k f l o wm o d e li si n t r o d u c e di np a r t i c u l a r w o r k f l o w e x e c u t i n g s e r v i c ei st h ec o r eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m r e s p o n s i b l ef o rt h er u n t i m ec o n t r o lo f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i sp a p e ra l a y e r e dm o d e lo fw o r k f l o we n g i n ei s s e tu pa n dt h ea r c h i t e c t u r eo fi tb a s e do n d c o mi se s t a b l i s h e d m o r e o v e rs e q u e n c ed i a g r a mf o rt h es t a t e so fc r u c i a lo b j e c t si s a l s og i v e no u t a c c o r d i n g t oa f o r e m e n t i o n e dr e s e a r c h ，aw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e mi np d m e n v i r o n m e n ti sr e a l i z e da tt h ee n d k e y w o r d s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ， w o r k f l o w m a n a g e m e n t ，w o r k f l o w m o d e l ，w o r k f l o we n g i n e ，p r o j e c tm a n a g e m e n t 第1 i 页 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 l 绪论 1 1研究背景 制造业是国民经济最重要的支柱产业。伴随中国加入w t o 和经济全球化， 中国正在成为世界制造业的中心，国际国内市场竞争更加激烈。为了提高企业 的综合竞争力，就要实现或者抓好数字化设计、数字化生产、数字化装备和数 字化管理技术的开发和应用，来加快企业的信息化进程。【1 1l 1 4 5 】 经过8 6 3 c i m s 主题十多年的研究、实践和企业应用，我国在c i m s 方面取 得了显著成果。从计算机集成制造c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 概念开始，经历了信息集成、过程集成和企业集成的研究与实践，提 出了现代集成制造c i m s ( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 的概 念，它可以涵盖信息集成、过程集成和企业集成以及后续的新发展。【”1 随着并行工程、虚拟制造、敏捷制造等先进制造技术的引入，企业面临的 工程信息管理问题越来越复杂。9 0 年代初，产品数据管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ，简称p d m ) 技术的兴起为上述问题的解决提供了强有力的支持工 具，它是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。为 了更好地管理和优化生产、设计及经营过程，在p d m 产品开发中引入了工作流 管理系统，它的研究已经成为先进制造技术领域研究的热点，能够实现现代企 业产品开发中的“在正确的时间把正确的信息传给正确的参与者”的要求，它 的实现是企业p d m 产品开发过程集成的重要技术基础【6 】 2 4 】。通过对p d m 产品 开发环境中工作流管理技术的研究，可以支持制造企业以更短的产品开发周期、 更高的产品质量和更低的产品成本和更好的售后服务赢得市场竞争，具有十分 重要的理论意义和工程应用价值。 1 2产品数据管理系统( p d m ) 的开发环境 1 2 1p d m 的基本概念和结构 p d m 是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中 所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期 内保持一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境，从而缩 短产品研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。一般而言，与 产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、 第1 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 工艺资料等等：与产品相关的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。 p d m 技术就是将它们集成并管理起来，使企业的并行工程能够真正发挥效益。 当前先进的p d m 系统普遍采用w e b 技术及大量业界标准，其体系结构如 图1 i 所示，整体可分为五层，底层服务层、p d m 核心服务层、p d m 应用组件 层、应用工具层和实施理念层。 1 4 】 图1 1 当前p d m 的主流体系结构 底层平台层：主要指异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信 协议、数据库、中间件等支撑环境。 p d m 核心服务层：核心服务层实际上就是一组对象模型，它主要完成三个 功能，一是向下连接并操纵数据库，二是向上为p d m 应用组件提供基本服务， 三是为应用软件提供应用编程接口( a p i ) 以集成应用软件。 p d m 应用组件层：p d m 应用组件实际上就是由调用p d m 基础服务的一组 程序( 界面) 组成并能够完成一定应用功能的功能模块。比如说工作流管理应 用组件，就是由工作流定义工具、工作流引擎、工作流监控工具等组成的完成 工作流程管理的功能模块。 应用工具层：应用工具主要指c a x d f x 等工程设计领域软件、w o r d 等办 公用软件以及所有p d m 以外的其它应用软件，p d m 通过多种方式与这些应用 软件实现集成。 实施理念层：p d m 归根结底不是企业的经营管理模式而只是一种软件工具， 这种软件工具只有在先进的企业运作模式下才能发挥其作用，因此p d m 的实施 第2 烈 堡堡苎 翌垡塞堕型垄! 墨三堡丝翌垫竺三生堕笪竺竖型堕至一 几乎都离不开c e ( 并行工程) 、c p c ( 协同产品商务) 、v m ( 虚拟制造) 、 s c m ( 供应链管理) 、i s 0 9 0 0 0 等先进的管理理念和质量标准。只有在这些先 进思想的指导下，p d m 的实施才能确保成功并发挥较大的作用。另一方面，p d m 实施又是这些先进理念得以成功贯彻的最有效的工具和手段之一。 1 2 2p d m 的应用环境及特点 p d m 作为c i m s 中支撑产品全生命周期设计与制造的软件平台，占据了现 代集成制造系统中重要的地位。 p d m 中主要的基本功能如下： 项目管理：包括用户管理、工作组管理、安全保密和权限管理等。 文档管理：管理对象包括图形文件、文本文件、表格文件、多媒体文 件等；提供版本控制功能；支持文档出入库操作。 产品结构管理：提供产品结构树的创建和修改操作，直观反映产品中 部件组成关系；采用树状结构的版本模型，支持配置管理；定义不同产 品中零部件的相互依赖关系，提供检索手段。 配置管理：设定产品的变量参数和对应可选数值，提供变量配置功能； 根据用户需求，动态生成配置结果，产生产品结构树。 工作流程管理：提供工作流引擎、流程图形化定义工具、流程图形化 监控、对象状态变更触发器等功能模块；提供过程目志、内部电子邮箱 等辅助工具。 c a d 系统接口：提供浏览符合d w g 、a c i s 等图形核心格式的控件， 同时可以实现与这些类型文件的底层信息交互( 明细表提取等) ；构架 p d m s t e p 接口，通过s d a i ( s t a n d a r dd a t aa c c e s si n t e r f a c e ) 访问符合 s t e p 标准的文件。 p d m 技术建立在网络和数据库基础上，将计算机在产品设计、分析、制造、 工艺规划和质量管理等方面应用产生的信息孤岛集成在一起，对产品整个生命 周期内的数据进行统一管理，解决了c a d ，c a m 深化应用的瓶颈问题，架构在 p d m 集成平台上的c a d c a p p c a m 系统都可以从p d m 中提取各自所需的信 息，再把结果放回p d m 中，真正实现了3 c 的集成，所以p d m 是c a d c a p p c a m 的集成平台；作为c i m s 重要组成部分之一e r p ( 企业资源规划) 中的许多信 息来自c a d c a p p c a m 系统，通过p d m 系统可以及时地把相关信息传递到 e r p 系统中，e r p 产生的信息也是通过p d m 传递给c a d ，c a p p c a m 的，可见， p d m 系统是3 c 系统与e r p 系统之间信息传递的桥梁，并实现了企业全局信息 的集成与共享。 1 2j ( 见图1 2 ) 第3 吹 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 p 脯c a d d 咖计卜 + 一 惜售曹理 l r l 计孽帆辅助工艺l 害 企一生产雷埋 萋： 一尉备管理 l 垭划c a p pr 萎虽 嚣9 一质壁曾埕 p 脯c a m 删造卜 理 一 供需键曹理 l 仆粤坦辅助工程b 1 分忻c a e j 一头南支 幸曹埋 i n t e r n e t i n t r a n e t ( n t 、u a i x 、l i n u x 、w e b 浏览器) 数据库管理系统( o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e e r 、d b 2 ) 分布式集成平台( c o r b a ，d c o m ) 服务器、微机、网络设备 图1 2 基于p d m 的企业全局信息集成框架 p d m 技术以产品为中心，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程 集成起来，统一管理，解决了c a d ，c a m 深化应用的瓶颈问题，p d m 是c a d c a p p c a m 的集成平台和企业c i m s 的集成框架，产品数据管理能力已成为描 述企业综合竞争力的重要指标之一。 1 3 工作流管理系统介绍 1 3 1 工作流和工作流管理系统基本概念和定义 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域，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，目的是通过将一个具体的工作分解成多个 任务、角色，通过一定的规则和过程，约束这些任务的执行和监控，达到提高 企业生产经营管理水平。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 t c o a l i t i o n ，w 伽c ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实 现不同工作流产品之间的互操作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系 结构及应用编程接口等方面制定了一系列标准，并给出了工作流定义：工作流 是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、文档、 信息使任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。工作流管理系统指运行 在一个或多个工作流引擎上，用于定义、实现和管理工作流运行的套软件系 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 第4 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 作流的运行状态。通常，把凡是由计算机软件系统( 工作流管理系统) 控制其 执行的过程都称为工作流 ”。 尽管实现的方法多种多样，但所有的工作流管理系统一般都表现出某种共 同的特性，图1 3 描述基本功能特性以及之间的关系，并介绍它所提供的3 个主 要功能： 图13 工作流管理系统的特性 1 ) 建立阶段一一流程建模：此阶段的功能负责产生业务过程的计算机化定 义。在这个阶段，通过使用一个或多个分析、建模和系统定义工具，把 实际中的业务过程转变成形式的、计算机可以处理的定义。通常把定义 的结果称为流程定义。 2 ) 运行阶段一一流程控制：在运行时期，流程定义由负责创建、控制过程 实例的工作流引擎所解释。工作流核心组件是工作流引擎，负责过程的 创建与删除，控制运行过程中活动的执行时间安排，以及与人、应用： 具资源进行交互。 3 ) 活动交互：典型的工作流过程的活动与人的操作相关联的，交互通常是 在使用特殊的i t 工具后，或者信息处理操作需要一个特殊的应用程序 来操作一些定义过的信息时，交互才被意识到。在活动间转移控制、确 定过程的运行状态、调用应用工具、传递适当的数据等，都必须与过程 控制软件进行交互。 第5 负 硕上论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 1 3 2 产品数据管理系统与工作流管理系统 p d m 系统的重要功能有：产品结构管理、电子图档管理、工作流程管理、 项目管理、安全管理、权限管理、产品配置管理、版本管理、与c a d c a m 系 统的接口、与m r p i u e r p 系统的接口等。其中的工作流程管理这一功能是用来 定义和控制人们创建和修改数据的方法，它主要管理当一个用户对数据进行操 作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所 有事务和数据的活动，它为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支持企业 产品开发过程的重组以获得最大的经济效益。 j o l p d m 帮助产品设计及制造工程师和其他工作人员有效地管理产品数据和文 档，从而跟踪、组织、访问和管理产品设计、开发、更改和生产甚至维护等整 个生命周期中的所有数据和信息。工作流管理系统( w f m s ) 支持管理人员协调 和安排组织中的所有活动，以有效利用各种信息流和事务流，提高工作效率。 而在制造企业中，工程设计! 月0 4 f j 使用p d m 来进行产品的设计工作，生产经理则 使用生产计划系统或工作流管理软件来协调生产活动。从而将设计和生产控制 隔开，使得两者之间的交流甚少。事实上，我们应该使设计变更快速地反映到 生产中去，保持设计和生产的连贯性和一致性，以缩短产品丌发时间。p d m 与 w f m 的集成可以很好地解决上述问题，由p d m 负责管理产品和工作流数据的 定义，w f m 提供这些定义的具体实例以及工作的安排和制定。 一个工作流包含了多种任务及子任务，同一层次的各个任务之间相互联系， 每一任务都有指定角色执行它。有鉴于此，我们可以通过公用数据模型定义来 集成两者，用p d m 来存储一系列的零部件定义以及作用在零部件上的任务或活 动的定义，工作流定义以工作详细结构w b s 装配详细结构a b s 为指导来进行， 工作流实例可以由p d m 中有关定义和工作流定义加以结合来得到。我们必须对 每一个零部件定义至少分配一个工作流定义，当然，同一个工作流可以被多个 零部件定义所使用，零部件定义是产品详细结构p b s 装配详细结构a b s 中的一 项。在产品数据管理中，产品结构树的不断生长，活动的不断细化，也即意味 着工作流任务的不断生成。图1 4 表示了产品数据管理和工作流管理系统的的重 要组成及其相互之间的联系，其中产品数据管理由一系列的与产品相关的描述 所组成，工作流管理系统由生成最终成品所需的所有明确的流程所组成，工作 流实例由工作流定义来创建和管理。 第6 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 产品数据管理( p d m ) 产品详细结构工作详细结构装配详细结构 ( p b s )( w b s )( a b s ) 公用数据模型定义 ： 工作流定义l工作流实例 ( 工作流模型)l( 工作流执行) 工作流管理系统( w f m s ) 图1 4 产品数据管理和工作流管理系统的集成 这种通过公用数据模型定义来集成的方法，还可提供两者间的其它连接， 如不同数据模型之间的版本管理。一个复杂产品可能由上千个零部件组成，在 其开发过程中，这些零部件都伴随着创建、修改、检查和审批文件等工作。在 此期间，可能还需要多次反复，在任一个主文件上进行修改时，都有可能对其 它相关文件造成潜在的影响，所以，在设计过程中需要不断地进行检查、修正、 重新提交和再检查。另一方面，组成生产线的工作流活动不可避免地会出现一 些变动，如新活动的加入、原有活动的修改和删除等，需要我们对生产线重新 描述和任务的重新分配，也即需要一个生产流程安排的新版本，这时我们可以 利用p d m 中的版本管理来实现对修改过的工作流进行自动计算和分配零部件给 工作流。通过产品数据管理和工作流管理的有效集成，可以保证产品数据的一 致性和完整性，使得整个开发过程能够有序地进行下去。 p d m 与w f m 是集成化设计和制造中的两大重要技术，两者的有效集成可 以实现数据共享，并组织成员之间协同工作，从而提供工作效率，因此日益受 到国内外关注。 1 3 3 工作流技术研究发展情况 目前，在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发进入了较 为繁荣的阶段，更多更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮 件、移动式计算、i n t e m e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之中。作为支持 企业经营过程重组( b u s i n e s sp r o c e s s r e e n g i n e e r i n g ，b p r ) 、经营过程自动化 ( b u s i n e s s p r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的一种手段，工作流技术的研究应用同益 受到学术界与企业界的重视【1 1 。 第7m 硕士论文 现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 多年来，国内外的研究人员在工作流管理技术的理论基础、实现技术与应 用等方面取得了许多研究成果。在国外，i b m 、a c t i o nt e c h n o l o g i e s 、f i l e n e t 、 j e t f o n n 、p a v o n e 等公司都对工作流进行了较为深入的研究，并推出相关的工作 流管理软件产品。在国内，工作流技术的研究与应用尚处于初期阶段，有很多 的研究人员从不同的角度对现代c i m s 中的工作流管理及相关技术进行了研究， 探索有关工作技术研究和应用的关键技术。这些成果都推动了工作流管理技术 的进一步研究、发展、应用与产品化【3 9 1 。在工作流体系结构与模型定义上，国 际工作流管理联盟做了相当多的工作，如提出了工作流参考模型体系结构、工 作流管理系统的互操作接口定义、工作流定义语言等【4 。下面从工作流建模方 法和工作流实现技术方面介绍国际上的工作流管理技术研究现状。 工作流建模方法 在工作流建模方面，主要研究的建模方法有以下几种： 1 1 基于活动网络的建模方法：这是指以活动和活动之间的关系为基础建立 的工作流模型。特点是用户界面友好，易于理解，并且在需要进行模型 验证是可以将其转化为扩展p e t r i 网模型来进行验证。 2 ) 基于形式化表示的建模方法：如基于p e t r i 网的建模方法。p e t r i 网是一 种用于离散异步并发系统的建模工具，为描述和研究具有并行、异步、 分布式和非确定性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。近年来， p e t r i 网建模的重要趋势是与面向对象( 0 b j e c t o r i e n t e d ，简称0 0 ) 技 术的结合。面向对象方法具有继承性和封装性、支持软件的复用以及易 于扩充等特点，能较好地适应大系统不断发展和变化的要求。 3 ) 基于状态与活动图的建模方法：它介于p e t r i 网建模和图形化模型之间。 4 ) 基于对话模型的建模方法：基于对话的工作流模型是在语言行为理论的 基础上提出的。这种工作流模型是从客户方与服务方两个角色之间的语 言行为交互上对工作流过程进行了定义。 5 ) 基于事务模型的建模方法：事务的概念来自于数据库研究领域，用于解 决数据的并发访问和出错恢复问题。从提高工作流管理系统的可靠性出 发，建立基于事务的工作流模型具有十分重要的意义。在数据库事务模 型的基础上，研究人员提出了多种高级事务模型( a d v a n c e dt r a n s a c t i o n m o d e l ) 用来描述工作流过程，包括嵌套事务模型【5 】、多层事务模型、 s a g a s 、分支汇合事务模型、柔性事务模型、a c t a 等。 工作流实现技术 工作流实现技术是工作流管理技术中研究得最多，也是成果最多的方面。 在实现技术上主要考虑的问题有采用什么样的底层技术、如何提高工作流管理 第8 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 系统的可靠性( 包括在出现错误以后如何可靠地恢复) 、柔性( 处理工作环境 中发生的变化问题，如人员变化、过程结构变化) 以及大规模复杂应用的分布 性问题。 1 ) 基于l o t u sn o t e s 软件：适用于开发支持群组协同工作的工作流管理系 统。采用l o t u s n o t e s 作为底层支持系统的好处主要是它提供了处理分布 应用和复杂文档的能力，而且其可靠性较高 4 1 】。 2 ) 基于c o r b a 或d c o m ：适用于实现分布式工作流管理系统。许多工作 流管理系统采用c o r b a 或d c o m 作为底层支持技术。 3 ) 基于w e b ：适用于实现异构平台上的工作流管理系统。基于w e b 技术 实现工作流管理系统有非常明显的优势，它具有良好的灵活性和界面友 好性。 4 ) 基于消息技术：能提供可靠的消息通信和维护机制，为工作流管理系统 的可靠执行和故障恢复提供了良好的保证。 5 ) 基于主动数据库技术：适用于开发较为小型的工作流管理系统。 6 ) 基于e c a ( 事件一条件一活动) 规则：这种方式实现的工作流以事件来 驱动工作流实例的推进，可以处理复杂的工作流过程，大大提高了系统 的柔性。事件驱动为分布式系统提供了一种统一的组件行为描述机制。 它可以通过严格定义事件语义来保证工作流的正确执行以及对它的监 控。 7 ) 基于可移动代理：在一定程度上解决了集中式工作流管理系统带来的性 能瓶颈和单点失败问题。适用于特别复杂的计算环境。 8 ) 基于扩展事务模型：强调了与工作流密切相关的事务属性。一个事务工 作流包含了多个任务的协作运行，任务间的协调是通过基于相互依赖的 控制流方法进行描述的。 1 4 课题来源及本文主要工作 1 4 1 课题来源 本文是依托南京新模式软件集成有限公司承接的南京市科技攻关项目“企 业信息化集成平台产品化开发及应用推广项目”以及企业项目“新华昌产品数 据管理系统”进行的。 笫9 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 1 4 2 选题意义 面对市场竞争和用户多变需求的挑战，企业产品开发的效率需要进一步提 高。因而现代企业普遍采用协同产品开发技术以改善设计流程，提高设计效率， 促进企业核心竞争力的增加。与以往的产品设计、开发技术相比，一方面，协 同产品开发是一个多学科交叉的领域，由各个方面的专家及技术人员协同完成 设计任务；另一方面，协同产品开发是面向客户的设计，需要客户通过网络、 通信技术等亲身加入。这是一个充满发展希望的领域。 在企业生产设计过程中，产品数据管理系统是支撑设计和生产的重要软件 平台，而工作流管理是实现全面使用p d m 进行产品开发的关键环节之一，是实 现并行化产品开发的基础，有许多问题有待进一步的研究和深化。工作流管理 技术的应用，可以帮助企业实现开发流程的标准化，流程管理的( 部分) 自动 化和业务模型的优化，从而进一步改善企业的产品开发能力。因而，本论文在 理论研究和实际应用上都有十分重要的意义。 1 4 3 本文主要工作 本论文研究了产品数据管理系统中的工作流管理模型，但不仅仅局限于对 工作流模型的理论性研究，更侧重于一个工作流系统的实现。主要完成的工作 有：工作流管理系统体系结构的建立，工作流建模技术的研究，工作流运行控 制技术即工作流引擎的设计。在以上工作的基础上，采用基于d c o m 技术及共 享数据库的实现方式，与p d m 结合开发了一套工作流管理系统，并投入了实际 应用，是国内少数商用的与p d m 结合的工作流管理系统。由于时间关系，本论 文中主要考虑实现的是工作流引擎部分，其它部分由项目组其他成员共同实现。 本论文研究的主要内容有： ( 1 ) 分析产品数据管理系统的开发环境特点和工作流管理系统的功能结构， 总结了p d m 开发中的工作流管理系统的需求分析，研究了工作流模型的组成并 提出p d m 产品开发环境中工作流管理系统的体系结构。 ( 2 ) 建模技术是p d m 产品开发中工作流管理系统必然面临的问题，论文第 三章在详细分析w f m c 提出的过程定义元模型基础上提出并开发了基于任务的 图形化过程模型建模工具，介绍了工作流模板的图形处理，并对本论文的应用 实例建立了工作流模型。 ( 3 ) 工作流执行服务是工作流管理系统的核心功能，负责工作流管理系统的 运行控制。论文第四章重点研究了面向对象的工作流引擎运行控制软件开发模 型，并给出了过程实例和活动实例方法执行的一些状态图，同时对系统的管理 策略、异常处理、客户端应用做了介绍，分析了工作流和项目管理之间的关系。 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 f 4 ) 第五章介绍了p d m 产品开发中的工作流管理系统实现与应用，分析了 p d m 中工作流管理系统的基于d c o m 技术及共享数据库的实现方式和开发平 台，给出了数据库结构图。最后结合正在实施的新华昌企业信息化工程，实现 了一个与p d m 集成的工作流支持平台的样例。 本论文的内容结构如图1 5 所示： 图1 5 论文结构示意图 第1 l 负 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 2p d m 中的工作流管理系统体系结构 2 1p d m 中的工作流管理系统需求分析 为构架完整p d m 产品，更好满足特定用户需求，需要进行工作流管理模块 的开发。主要的业务功能是实现工作流管理系统，如图2 1 ，但实现的功能为 w f m c 定义功能的子集，不考虑异构工作流系统间的交互，不考虑数据对象在 工作流上的传递，不考虑工作流节点上脚本的实现。 图2 1 1 工作流管理系统结构图 1 图形化定义工具 流程设计通过图形化的界面表达出来，清楚直观，易于理解。 新建活动节点、条件节点 设置活动( 条件) 名称、类型、内容、执行角色、前后条件、处理时间、 逻辑判断规则设定 绘图功能：对齐、分布、移动等 2 工作流管理 过程模型初始化：提交定义好的流程模板，设定运行参数、相关人员和 处理时间 工作流维护：修改属性、活动、角色、流转条件、执行j 颐序 过程监控，跟踪活动状态 评审和统计 3 工作流引擎 解释工作流模板 第t 2 啦 硕士论文 现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 控制过程实例的创建、激活、挂起、终止等 控制活动实例间的转换，包括串行或并行的操作 提供支持用户操作的接口 维护工作流控制数据和工作流相关数据，在应用或用户间传递工作流相 关数据 通过控制、管理和监督工作流过程实例执行情况的功能 4 客户端应用 启动终止工作流过程实例 任务列表任务项处理( 完成、终止) 过程状态查询 获取返回工作流相关的数据 5 人员组织管理 利用p d m 现有的组织管理模式 2 2 系统整体框架 2 2 1 工作流参考模型的体系结构 为了实现工作流技术的标准化和开放性，异构的工作流管理系统与其他应 用系统之间的集成，工作流管理联盟提出了工作流管理系统体系结构的参考模 型如图2 , 2 ： 第j 3 撕 硕士论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 图2 2 工作流管理系统的体系结构图 这个参考模型的体系结构给出了抽象的工作流管理系统的功能部件和接 口，它能够满足工作流管理系统和产品应该具有的主要功能特征，可为实现工 作流产品之间的互操作提供公共的基础。从图2 2 可以看出，工作流管理系统由 过程建模工具、工作流引擎、任务表管理器、用户界面及相关应用和数掘组成。 主要构件为三类： ( 1 ) 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现； ( 2 ) 系统控制数据：工作流管理系统中的一个或多个软件构件使用的数据； ( 3 ) 应用与应用数据：对于工作流管理系统来说，它们不是工作流管理系统 的组成部分，而是属于外部系统和数据，它们被工作流系统调用来完成 整个和部分工作流管理的功能。 通过分析三类构件，可以得出，软件构件是工作流管理系统的核心模块， 它实现了工作流管理系统的主要功能，包括：工作流模型建立，工作流执行服 务，客户应用管理。 工作流模型建立：工作流模型描述了能够由工作流执行服务、执行的过程 所需要的所有信息，它是工作流管理系统的基础。它可以利用第三方的建模工 具，形象化建立流程模型，并通过接口关系，建立系统所需要的控制数据：也 第1 4 负 硕 。论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 可以通过系统本身的流程定义，直接生成控制数据。在流程定义中，要包括： 流程、活动、转换条件、相关数据、角色、需要的应用等实体。 工作流执行服务：工作流执行服务是工作流管理系统的核心。它是企业经 营过程的任务调度器。在过程建立完毕后，将由工作流执行服务进行全面管理、 监控和调度具体的实例执行。包括：过程的实例化和执行、为过程和活动进行 调度、与外部资源交互、处理相关数据。 客户应用管理：是客户操作具体任务和活动的管理模块，负责工作流任务 表中任务的分发管理。可以将一个工作流管理系统中的任务管理器提供给客户； 同时，也可以针对多个工作流产品或者是多个应用系统产品，编写通用的任务 管理器，进行系统的集成； 工作流管理系统在实际系统中的应用一般分为3 个阶段，即模型建立阶段、 模型实例化阶段和模型执行阶段。模型建立阶段通过利用工作流建模工具完成 企业经营过程模型的建立，将企业的实际经营过程转化为计算机可处理的工作 流模型。模型的实例化阶段完成为每个过程设定运行所需的参数，并分配每个 活动执行所需要的资源( 包括资源、人员、应用) 。模型执行阶段完成经营过 程的执行，在这个过程中重要的任务是完成人机交互和应用的执行，并对过程 与活动的执行情况进行监控与跟踪。 2 2 2p d m 中的工作流管理系统体系结构 工作流管理系统负责整个企业业务过程的全部活动，从业务过程的定义到 创建和运行时的管理控制，以及整个业务过程中资源和信息的流动。它通过定 义工作流模型、建立工作流实例和管理工作流的执行对整个业务过程进行控制。 因而，在企业生产系统中，工作流管理系统的应用成功与否，直接影响到 企业的正常生产活动。p d m 系统是企业生产设计的支撑平台，其中的工作流管 理系统是整个产品设计活动的基础。p d m 中的工作流管理系统的技术架构如图 2 3 所示： 第l5 页 硕士论文 现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 图2 3 工作流管理系统的体系架构图 上图表示了我们在p d m 中实现的工作流管理系统的结构图。整个工作流管 理系统由图形化定义工具( 建模工具) 、工作流引擎、工作流管理终端、工作 流客户端、项目管理等组成。 图形化定义工具是一个直观的流程建模工具，可以根据实际生产设计过程 中的要求进行可视化定义，包括了工作过程的起始、终止条件，各个活动之间 运行的规则、用户在活动节点需要完成的任务、调用的外部应用以及其它相关 数据定义信息，定义完成后的流程以内部约定的数据标准格式进行存储，可以 被工作流引擎解释。 工作流引擎对定义的工作过程进行解释并实例化，同时为过程和活动执行 进行导航，同时通过适配器与外部资源交互完成相关活动。如通过o d b c 接口 存取工作任务列表，通过项目管理模块获得用户在节点的角色及功能分配，通 过邮件服务器进行消息的传递。另外，工作流引擎还需要完成维护工作流控制 数据及其它相关数据的工作。 工作流管理终端对工作流执行的过程进行监控和管理，同时执行一定的调 度功能。通过工作流管理终端，可以了解项目进展状况并进行管理，也可以通 过工作流管理终端进行工作情况的统计。 第1 6m 硕上论文现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 工作流客户端为用户提供了操作工作流管理系统分配任务的交互界面，通 过a p i 接口与工作流引擎进行交互。在实际应用中，工作流客户端一般不单独 存在，而是与生产应用集成在一起。在p d m 中，工作流客户端是与p d m 客户 端集成在一起，作为一个界面展现给用户，便于用户使用。 项目管理在p d m 系统中是与工作流管理系统共用的，但以工作流管理为核 心。项目加载工作流模板后，对任务进行描述，包括设定项目承担人、任务截 止日期、任务优先级等，进行工作流的启动、流转、操作。项目管理不包括对 设备等其他非人力资源的调度，不负责对项目进度流程的优化和组合。 2 3p d m 中的工作流模型 工作流模型是整个工作流管理系统的基础，它包含了描述一个能够由工作 流执行服务软件系统执行的过程所需要的所有信息，是业务过程的计算机化的 形式表示。它定义的是过程运行中会涉及到的各种参数，如业务过程的开始和 终止条件、各个工作环节及相互之间的控制流动与数据流动关系等。不同的模 型各有其不同的特点，一个好的模型应该具有比较强的描述能力、易于使用、易 于修改以便能够适应不断变化的工作环境的要求。而企业是一个非常复杂的社 会、经济、物理的系统，必须从多个层次多个角度来考察才能全面地描述生产 经营过程，因此，我们从过程模型、组织模型、资源模型和信息模型这四个方 面来考察企业的生产经营过程，p d m 系统支撑了企业产品的生产设计过程，同 样涉及这几个模型，工作流管理系统正是贯穿和联系企业核心数据的基石，p d m 中的工作流管理系统各模型之间的关系如图2 4 所示： 第1 7 撕 堡：! 堡苎翌垡叁堕! ! 垄主苎三堡箜翌垫竺三堡垫笪翌堡型翌壅 图2 4 工作流模型的组成 本系统中不涉及过多的资源模型方面的的信息，所以下面的章节仅对过程 模型、组织模型及信息模型所涵盖的内容分别进行阐述。 2 3 1 过程模型 过程模型是用来定义工作流的过程逻辑，包括组成工作流的所有活动以及 活动之间的依赖关系。它是整个工作流模型的基础和核心，其它模型均为其提 供支持。 过程：描述企业某一部分生产经营流程，由活动和其他的过程组成，是构 成分层递阶过程模型的基础。“过程”是一类能够分解的节点类型，它的内部 可以包含组成过程模型的所有元素，实质上就是一个子过程。“过程”的引入 增强了过程模型的表达能力，使模型具有了层次化的概念，并支持自顶向下的 建模过程。“过程”可以出现在任意的模型层次上，即允许“过程”内部再次 嵌入“过程”。通常，用户可以在模型的最顶层全部用“过程”来表示，这样 可以清晰的反映模型的总体逻辑结构，进而再在每个“过程”中详细地布置活 动及其他模型元素，直到完成最底层的基本活动的建模。在p d m 系统中，一个 审批活动、标准审查活动等都可以看成一个工作流管理系统中的标准过程。在 工作流管理系统中，过程模型包括： 1 节点 工作流模板中的节点分成两种类型，工作节点和控制节点。 1 ) 工作节点 工作节点对应具体的一个工作单元，用来描述节点上所要处理的工作。在 工作流初始化时，对工作节点进一步描述。工作节点代表了组成一个实际经营 过程所需的各种类型的活动与任务。 采用工作流图形化建模工具时，新文档中有两个默认的工作流节点：开始 和结束节点。它们主要起到一种标记性的作用。“开始节点”是一个模型( 或 过程) 的唯一入口点，它无前趋节点；“结束节点”是一个模型( 或过程) 的 唯一出口点，它无后继节点。旦“结束节点”被激活，则标志着整个流程的 结束。 2 ) 控制节点 控制节点是模板中的一种辅助节点，包含控制流程的逻辑判断条件，可以 降低流程处理的复杂程度。在工作流初始化时，一般不需对控制节点进一步描 述。在本系统中有五类控制节点，分别是：与分开、与合并、或分开、或合并、 回退。同一项目的工作流程中有两组或以上工作需并行时，用与分开和与合并 第18 负 硕士论文 现代集成制造中基于任务驱动的工作流管理模型研究 这两个控制节点来表示。同一项目