（计算机应用技术专业论文）电力工程多目标决策支持系统的研究与实现.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文根据哈尔滨电业局电力建设工程业务流程，结合信息管理技术与工程管理经 验，将工作流技术应用到电力建设工程项目管理系统中。研究解决工程业务流程多样化 和工程信息不准确的方法，设计了适合电力建设工程的工作流管理系统。该系统实现了 图形化的工作流管理界面，过程定义简单方便。利用多目标决策层次分析法设计决策模 型，讨论决策支持系统在电力建设工程中的应用，对工程管理的决策支持有一定参考价 值。 关键词：电力建设工程，多目标决策，工作流 a b s t r a c t t h ea r t i c l ed e s c r i b e sa l le l e c t r i cp o w e rm a n a g e rs y s t e m ，w h i c hi sb a s e d0 1 1t h ee l e c t r i c a l e n g i n e e r i n gp r o c e s s e sa n dw o r kf l o wt e c h n o l o g y , i n t e g r a t i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e sw i t ht h ep o w e rc o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n te x p e r i e n c ei n h a r b i n e l e c t r i cc o m p a n y i td e s i g n sa n di m p l e m e n t saw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma d a p t i n gt ot h e o p e r a t i o nf l o wi nt h ee l e c t r i ce n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ，w h i c hs o l v e t h ep r o b l e mo f d i v e r s i f i c a t i o na n di n c e r t i t u d e t h es y s t e md e f i n e sk i n d so fp r o c e s sm o d e l ，a n di m p l e m e n t sa p r o c e s sm o d e l i n gi n t e r f a c ew h i c hc a nd e f i n ep r o c e s sm o d e ls i m p l ya n de x p e d i e n t l y u s et h e m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o nm o d e l t h ep r o j e c tm a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o r tp r a c t i c a lr e f e r e n c e v a l u e j i ax u e f e i ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f s h e nx i a o l i u k e yw o r d s ：e l e c t r i c c o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n g , m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o n ， w o r k f l o w 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文根据哈尔滨电业局电力建设工程业务流程，结合信息管理技术与工程管理经 验，将工作流技术应用到电力建设工程项目管理系统中。研究解决工程业务流程多样化 和工程信息不准确的方法，设计了适合电力建设工程的工作流管理系统。该系统实现了 图形化的工作流管理界面，过程定义简单方便。利用多目标决策层次分析法设计决策模 型，讨论决策支持系统在电力建设工程中的应用，对工程管理的决策支持有一定参考价 值。 关键词：电力建设工程，多目标决策，工作流 a b s t r a c t t h ea r t i c l ed e s c r i b e sa l le l e c t r i cp o w e rm a n a g e rs y s t e m ，w h i c hi sb a s e do i lt h ee l e c t r i c a l e n g i n e e r i n gp r o c e s s e sa n dw o r kf l o wt e c h n o l o g y , i n t e g r a t i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e sw i t ht h ep o w e rc o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n te x p e r i e n c ei nh a r b i n e l e c t r i cc o m p a n y i td e s i g n sa n di m p l e m e n t saw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma d a p t i n gt ot h e o p e r a t i o nf l o wi nt h ee l e c t r i ce n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ，w h i c hs o l v et h ep r o b l e mo f d i v e r s i f i c a t i o na n di n c e r t i t u d e t h es y s t e md e f i n e sk i n d so fp r o c e s sm o d e l ，a n di m p l e m e n t sa p r o c e s sm o d e l i n gi n t e r f a c ew h i c hc a nd e f i n ep r o c e s sm o d e ls i m p l ya n de x p e d i e n t l y u s et h e m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o nm o d e l t h ep r o j e c tm a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o r tp r a c t i c a lr e f e r e n c e v a l u e j i ax u e f e i ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f s h e nx i a o l i u k e yw o r d s ：e l e c t r i c c o n s t r u c t i o n e n g i n e e r i n g , m u l t i o b j e c t i v e d e c i s i o n ， w o r k f l o w 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力工程多目标决策支持系统 的研究与实现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电 力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：、哇睦尘 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：恤 导师签名： e t 期! 圣阜翻像i j e t 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景及其研究意义 第一章引言 随着信息化技术的不断成熟，信息技术应用已不单纯用于事务管理，而是更广 泛地向分析和决策领域延伸。己经有许多部门利用数据挖掘技术、数学分析方法和 图形展现工具开发了种类丰富的管理决策类软件，用以提高企业的决策分析能力。 决策支持软件的发展，也由简单的图表展现，趋向于跨平台和多系统集成分析。 本课题来源于哈尔滨电业局电力建设工程管理系统项目。课题以电力行业建设 工程现状为背景，利用流程化技术开发基础信息平台，运用运筹学和多目标决策理 论将现代决策分析方法与电力工程管理相结合。在此基础之上开发了应用于哈尔滨 电业局实际生产管理中的电力工程管理系统和决策支持平台，为电力建设企业信息 化建设做出了有益的探索。 建筑工程是社会生产中的一个重要领域，由于工期不确定和施工地点分散，工 程信息化建设常落后于其它行业，很少有一个良好的信息管理平台，计算机辅助管 理也就无从谈。工作流通过将工作分解成一定任务和角色，按照一定的规则和流程 来执行这些任务，来达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营水平目 的 1 】。因此本课题使用工作流技术作为设计信息平台的基础，把工程过程组织在一 起，使用工作流引擎驱动数据按照流程进行，解决工程中信息滞后和不准确的问题。 一个好的决策分析软件应该是以行业学科为基础，涉及计算机和管理学的综合 性知识产物。电力工程在供电企业工作中占有重要地位，是为客户提供可靠电力服 务的基础，也是供电企业完善电力销售体系的保障。在工程管理中，涉及定量指标 和模糊的判断，管理者要面对的不仅是送电的单一目标，还要考虑建筑中的多目标 问题，必须同时参考定量因素和定性因素，只有把模糊的、非模糊的、量纲不同的 因素综合分析，才能全面反映问题。为了达到管理整体性和前瞻性的目的，课题选 择解决复杂决策问题的有限状态的模糊多目标判定方法 2 】作为分析工具，使用代表 目前决策发展方向的多目标决策理论为判断工具。 1 2 课题研究现状 国外在工程项目管理信息化方面的研究和应用已有三十多年历史。从计划编制 到施工管理以及在项目管理全过程中的费用、进度和质量控制都有完整的理论、方 法和系列化的软件产品。在我国，随着系统工程理论的发展与计算机技术的发展， 基于广域网络技术的工程管理方法愈来愈受到人们的青睐；无线网络技术和流媒体 技术的成熟，使工程管理者足不出户就可以使用视频技术查看工程进度；项目管理 华北电力大学硕士学位论文 的模式与项目决策思维方式也有了较大的改观。在上述技术的基础上充分利用财务 分析、造价分析工具做好事前分析，更多地以动态的眼光和定量数据分析工程情况。 如下表列举了一些信息技术在工程管理中的一些典型应用： 表卜1 工程管理软件分类表 类别功能 施工管理系统对项目的实施进行计划、执行和控制，监控工程项目现场状 态。 项目进度管理软件进行进度计划编制、进度计划优化、以及进度跟踪反馈。 造价管理软件 编制工程投资概算、预算、估算、报价、标底编制和投资审 查等 招投标管理软件 用于协助管理招标投标过程管理软件，提高招标过程的公平 性。 工程资金管理软件 管理工程中的收付款、打印票据，完成从资金收取到核算到 报表以及预算资金特殊管理要求。 在工程项目管理系统的应用研究包括固定流程在项目管理系统的应用研究和 可变流程在项目管理系统中的应用研究。文献【5 】将软件开发项目管理中的流程和人 员角色提取出来，设计实现了一个具有固定流程和角色的软件项目管理系统。文献 5 】讨论了供电局使用的电力安装工程的信息化建设的基本理论。文献【7 】将工作流技 术用于通用工程项目分布式管理系统中实现可变流程，解决了业务流程多样性、不 确定性的问题，从而建立基于工作流的集成原有应用的项目分布式管理系统。文献 【8 】讨论了协同设计环境下，采用可变流程的项目管理系统的体系结构的设计。文献 【9 讨论了石化行业建筑工程管理的现状，并使用的数据挖掘技术。文献 1 1 】项目到 任务活动的角色映射理论和系统设计过程中关键问题的解决方案进行了探讨，保证 了系统对产品设计过程中的任务流进行正确地管理与监控，使产品设计收敛于项目 目标。文献 1 2 】研究工程项目中的材料管理，实现了了材料管理决策分析的应用。 我国电力建设行业工程项目管理现代化和科学化水平远低于电力建设发展的 需要。作为电力信息化重要组成部分的电力工程项目管理系统的应用与自控系统相 比还很不尽如人意，尚未发挥应有的效率。电力工程项目的特殊性决定其业务功能 只能分散到管理的不同层面上分布处理，它所使用的工程软件产品大多数只针对某 个职能部门的特定工作，很少有一些从工程设计、招标、合同、资金、质量和验收 的全流程管理软件。此外，当前的工程相关软件大多数为施工单位和设计单位开发， 供电企业却少有软件可以辅助管理和监督工程的软件可以选择。这就要求电力工程 2 华北电力大学硕士学位论文 管理系统在符合国家建筑工程管理标准的同时，还要满足供电力企业管理和分析项 目的需求。开展工程项目管理信息化的研究，开发出与电力行业适应的系列化工程 管理决策软件是当前工程建设项目管理之必需。总而言之，运用先进的信息化技术 和手段，加强电力工程管理系统的建设有十分重要的现实意义。下表列举电力行业 工程管理软件研究成果和简要评价。 表卜2 电力工程管理的研究成果情况表 研究成果名称完成单特点评价 位、年份 河南省电力工程项华北电力( 1 ) 集成了引进了国 主要进行了工程设计软件 目管理信息系统 5 大学，际先进的工程设计工集成的研究，对工程管理 2 0 0 5 具和软件包( 2 ) 以工程的研究较少。 项目为核心组织经营 活动( 3 ) 对其业务特 点进行深入的了解，电 力行业特点突出 滨海供电公司电力华北电力( 1 ) 开发工作流建模采用较先进的工作流分析 工程管理系统大学，工具( 2 ) 实现控制工方法，独立设计开发了工 2 0 0 4 程工作流实例的运行作流引擎。也因为独立设 ( 3 ) 设计了前导图、计引擎的原因，工作流过 波特图等工作流建模 程和数据库、配置文件关 联过多，工作流系用的通 用性不好。 电力工程生产管理北京国电使用成熟的信息技术侧重与工程施工方的项目 系统 华北电力如：j a v a 、s t r u t s 、管理，不适合供电企业使 工程有限 w e b 2 0 、s m a r t 2 0 0 5 中 用。 公司间件，对生产过程通过 计算机系统进行全面 的管理。 1 3 课题研究内容及所做的工作 首先，在深入学习工程管理理论的基础上，分析哈尔滨电业局电力建设工程业 务，设计可自定义模板的工作流模型和工作流执行环境，用多角色协同方式管理电 华北电力大学硕士学位论文 力建设工程。实现控制工作流实例的运行、控制工作流的数据、调用各种接口等功 能。 其次，完成有限状态多目标决策方法的研究。以工程管理平台为数据基础，决 策层采用多目标决策方法，提取对工程规划有重要影响的因素，构建一个多目标规 划、计算和分析体系。利用多准则评估手段判断影响的工程招标、造价问题，选择 最佳方案辅助决策。 最后，将工作流技术和多目标决策研究成果应用到哈尔滨电业局电力工程管理 系统中。采用三层的设计结构、面向对象的设计方式、w i n d o w sw o r k f l o w f o u n d a t i o n 1 6 i 作流引擎、数据交换中间件。负责了整个项目的调研、需求分析、 设计、开发、测试和生产培训。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章哈尔滨电业局电力工程系统分析 电力建设工程管理按照业务流程可以分为：设计、招标、施工、造价、财务、 质量保证、竣工和交付用户送电八个阶段。期间会产生大量的信息，比如工程的预 算、资金流动、招评标、工程进度、材料、设备、工程质量、工程图纸和人事管理 信息等等。及时了解工程报表和数据，控制工程工期进度，保证工程的按期竣工， 协调用户和承包单位之间的关系，把握工程的整体情况需要分析每个业务过程。 2 1 电力工程业务分类 按照国家建筑行业标准并结合行业哈尔滨电业局电力建设工程业务特点，研究 工程管理的业务过程。电力建设工程业务过程可以用下述流程来表示。每项工程包 括如下图2 1 的几个工作步骤：施工认可、总包合同、分包合同、工程分包、工程 管理、造价管理、财务管理、结算管理和竣检送电，共八大类日常管理功能，由不 同工作岗位的用户参与工作流中的各个环节。 2 1 1 施工认可 图2 1 哈尔滨电力建设工程整体业务流程图 施工认可证是由电业局和规划部门审批通过的施工凭证。电力建设工程开始于 施工认可，当用户需要用电服务时向供电局客户服务部门报请用电施工，客户服务 华北电力大学硕士学位论文 部门和设计单位设计送电方案并报请主管领导和市政规划部门批示，审批结束就通 过颁发施工认可证，交给电力工程公司执行后续的工程任务。 在本系统开发的之同时，哈尔滨电业局9 5 5 9 8 客服系统已经投入使用，用于公 文审批的业扩报装系统也已经进入测试阶段。这两个系统分别是工程管理上游数据 来源，所以需要为业扩和9 5 5 9 8 系统提供接口，设计一个数据交换中间件，为三个 系统建立一个独立的数据交换应用服务程序，用来接受、筛选和保存系统发送来的 施工认可证、客户资料和审批信息，作为总合同信息建立的基本数据。同时当电力 建设项目完成后，工程管理系统会把客户用电的相关数据传回到9 5 5 9 8 系统，作为 供电局为客服务的基础数据。 2 1 2 合同管理 工程开始依照施工认可信息、审批信息和建设方案与业主建立总包合同，按照 预先制订好的模板，提供工程项目审批表和正式合同供打印。 分配相关岗位的工作人员，包括：合同管理员，项目管理员，技经管理员，财 务管理员等相关岗位。 2 1 3 工程管理 图2 2 合同管理业务流程图 哈尔滨电业局电力工程公司是一个承接用户电用电工程，而后转包工程给施工 单位的工程承发包公司，该公司只是管理单位并不负责具体施工，工程管理过程更 关注工程的质量和工期。总包合同管理完成以后，工程依据专业和地区分配给不同 的施工建筑单位，合同管理员根据总包合同建立分包合同。分包合同就是承包公司 6 华北电力大学硕士学位论文 和每个施工单位签订的合同，总包合同和分包合同是一对多的关系。 分包合同通常包含施工认可证号、总包合同号，由管理员选择合同签订类别。 分包合同建立后进一步细化为分项工程，分项工程提供多种合同模板。模板中的施 工单位的选择要与专业、地区对应，即一个地区和某个专业工程项目只能是几个特 定的施工队来完成，所以施工单位要和专业、地区建立关联，方便管理员选择。分 包合同建立同时管理人员需要控制工程的质量、材料和工期。 2 1 4 资金造价 图2 3 工程管理业务流程图 根据具体业务研究与文献参考 3 】，资金管理涉及技经和财务两个部门。财务部 门负责每项工程收款、付款和发票的登记；技经部门负责工程造价，根据资金到位 情况安排工程施工，分析资金数据。 工程开始之前应先由技经管理核算单项工程造价信息。财务部门从电业局收到 工程款后登记，系统向指定的技经管理员提示已收款，技经管理员根据收款数目向 各个施工部门付款，打印付款单交由财务部门付工程款。 付款完成后提示技经管理员，系统辅助技经管理员建立电力建设工程资金分析 表( 表中包括总合同、分包合同的造价、结算和资金到位信息) 及业扩工程信息表 只有造价和相关人员可以浏览此表) 。 造价：由经济管理人员录入工程造价情况。包括工程金额和税金等。 收款：建设方将工程款支付给承包公司，由财务人员录入到款时间和金额，登 记发票。 付款管理：施工中向施工单位付工程款，由财务人员登记付款单。依照资金管 7 华北电力大学硕士学位论文 理的决算情况出具资金分析表及业扩工程信息表( 技经和经理可以浏览此表) 3 】。 2 1 5 竣检送电 财务!造价 图2 4 资金造价管理流程图 每项工程结束后，需要向电业局主管领导申请送电，用户和供电局组织竣工检。 送电申请应包括全工期的施工认可证，总包合同、分包合同、工程决算和质量检查 记录。 图2 5 送电审批业务流程图 华北电力大学硕士学位论文 2 2 电力工程决策问题 工程管理部门的工作不单是为了解决管理中的事务性需求，更重要的工作是判 断复杂决策问题，分析各种经济指标。 2 2 1 预算的综合分析 1 ) 工程特征方面 包括三部分内容：一是业主相关的信息，如单位、时间、电压等级、工程类别 等；二是工程量相关信息，如线路的回路特征、线路登记、变压器类型等，在计算 工程量时用到；三是输入全线的地形，得到工程量统计时需要增加的地形系数( 定额 只考虑了平地，如果工程地形为丘陵、山地等时必须对定额进行调整) 。 2 ) 安装费用 在电力送电线路铺设等工程项目时，除了计算按照电力行业的劳动定额查出的 定额安装费以外，还必须以此定额安装费为基数，乘一定的费率计算和工程安装有 关的其他一些费用( 如冬雨季施工增加费是考虑在工程施工过程中因为冬天寒冷或 下雨而造成误工发生的费用，计划利润是考虑施工单位生产经营有一定盈利的费 用) 。 3 1 ) 工程量费用 该子项是系统的核心部分。因为无论手工或者计算机辅助编制预算，工程量的 计算都是难度最大、耗时最多的部分，大约占全部工作量的6 0 7 0 ，包括工程量、 参考历史工程量、装置性材料、人工费和机械费等。 2 2 1 工程评标的判定体系 工程招投标过程是一个非常难以量化的决策，它主要是靠评标人员丰富的经验 对通过资格预审的各投标方案做出自己的判断，以便供决策者做出最终的决策。目 前经常用的打分法就是将标书中各项指标分别定义权重赋以分值，供评标委员进行 打分，从而排出一个优先顺序。根据电力建设行业的特点，工程评标主要考虑如下 指标体系： 9 华北电力大学硕士学位论文 表2 1 工程评标综合评价指标体系表 投标单位企业资质等级c 1施工组织设施工方案鸹 的业绩6 1企业信誉，银行信誉c 2 计6 3 现场组织机构c 1 0 同容量主体工程的施工经网络进度计划c 1 1 历c 3 质量保证体系c 1 2 近五年质量回访纪录4 近三年重大质量、安全事故 情况c 5 施工管理主要施工机具及劳动安排 投标报价6 4投标报价c 1 3 能力彪计划西单价表中人工、材料、机 安全措施c 7械费组成的合理性c 1 4 同期工程量c j b 三材用量的合理性c 1 5 l o 华北电力大学硕士学位论文 第三章哈尔滨电业局电力工程系统设计 系统设计的原则是以工程管理规范化理念为核心，通过工作流在建筑行业的引 入，改善工程信息化管理落后现状，使哈尔滨电业局电力工程管理在制度、组织结 构和工作流程上标准化。同时，利用运筹学方法工具结合工程数据辅助决策判断， 更加理性客观的分析工程决策问题。本系统围绕以下五个目标进行系统设计： 1 ) 工作流引入系统的设计，围绕电力施工认可、合同签订、合同分包、资金管 理、造价管理这一流程设计模型，方便不同岗位人员顺利完成本岗位工作的同时， 强化上下游工作的衔接 2 ) 以面向对象的思想研究工程项目，抽象工程为一种有完整生命周期的对象， 包含工程项目相关的所有数据信息，定义了对这些数据的操作方法。 3 ) 实用的报表自动生成功能，减少工作人员重复的信息录入工作，提供合同、 工程情况报表、资金分析自动生成功能等。 4 ) 充分利用现有9 5 5 9 8 和业扩报装的系统数据，衔接哈局客户服务中心数据， 利用现有的网络硬件环境，实现平滑稳定的数据交换。 5 ) 简化现有系统复杂的操作，使工程管理人员能顺利的掌握信息系统的使用。 3 1 系统体系结构设计 3 1 1 传统的模块化工程管理的软件 模块化的软件即按照功能把一个应用软件分成多个模块，每个模块保持一定的 功能独立性，通过相互之间的接口完成实际的任务。模块化系统的主要优点在于功 能分隔清新，但在协同工作时，尤其是业务流程前后依赖依赖性比较大的过程中， 系统设计如果只一味的考虑其功能的独立性，而忽略业务之间的整体联系，就会使 用户感到繁冗而且降低系统使用效率。 对整个系统而言模块化的软件针对一定功能实现，功能和相应的模块类型如图 3 1 所示。 华北电力大学硕士学位论文 总功能 子功能ii 子功能 特殊的 完善的 扩展的 在全部区 域内无法 精确定义 子模块li 子模块il 子模块li 子模块 模块化产品系统 实施 部件 机器设备 用户专用功能 混合产品系统 图3 1 模块化产品系统中功能和模块类型 哈尔滨市电业局电力工程公司原有信息管理系统属于传统的纯模块化系统。系 统针对工程管理部门的业务职能设计架构，工程的管理过程分布在不同模块上。工 程公司实际工程管理过程中所有业务进行以项目为主线，模块化的设计方式并没有 实地结合工程管理的特点，使用户每次管理项目都要在不同页面间繁琐的跳转，不 利于项目全盘进度查询和控制。 如下图3 2 所示，工程项目的操作都需要进入相关的模块，按照项目编号搜索 项目名称完成操作。每个操作都要搜索一次项目代号，项目中的各个节点相互孤立， 不能体现工程管理各个环节之间的关系，造成不同岗位工作人员和企业管理者不能 直观的了解项目的进展情况。 1 2 一块主模 预勺 一，一 白 _ 需 能一 功ti 子一 的的 l 装接安联 能一 功ti 子一 的的的 一 本复般 0 基重一 华北电力大学硕士学位论文 畚确醚诵 黪黔彩 凌嗣露 辫溺豳黧簟豳警嗣 供蹙麻名释管曩啦勰磊龚墨营建对羲囊舞尧墨警建专业叠鼬曹毽并耘专藩维护 3 2 模块化的工程管理软件界面 3 1 2 工程工作流模型概述引入 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，旨在通过它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它们进行监控，达到提高办事效率、降 低生产成本、提高企业生产经营管理和企业竞争力的目标。 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 t m c ) 在欧 洲成立，它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。现在国际市场上具有的工作流管理功能的商业化软件产品 已经有数百种之多，a c t i o nw o r k f l o w ， v i s u a lw o r k f l o w ，f l o wm a r k ，u l t i m u s ， o n m i d e s k 以及如n c o n c e r t 等等。其中最引人注目的是i b m 和m i c r o s o f t 的产品， 在众多的工作流产品中，以l o t u s 公司的d o m i n o n o t e s 在我国工作流产品市场上占 有最大的份额。 目前国外市场上工作流产品十分活跃，它们在功能、规模和应用范围上各有特 色，列表3 1 介绍国外比较有影响和具有代表性的工作流产品的实现方案。这些实 现方案分别出自于不同的研究项目，所以在一定程度上代表了工作流技术几个不同 的研究发展方向。 华北电力大学硕士学位论文 表3 1 工作流技术方向分类表 o r b w o r k 基于c o r b a 的分布式工作流系统 w e b w o r k 基于w e b 的工作流系统 e x o tic a f m q m 基于永久消息队列的分布式工作流系统 e v e 事件驱动下的分布式工作流执行系统 d a r t f l o w 基于可移动代理的工作流管理系统 按照工作流管理联盟的定义，工作流指的是业务过程的部分或全部在计算机应 用环境下的自动化，它所要解决的主要问题是使在多个参与者之间按照某种预定义 的规则传递文档、信息或任务的过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标，或 者是促使此目标的实现。工作流管理系统的主要功能： 1 1 ) 建造功能：依照具体业务，对工作流过程及其组成活动定义和建模，完成实 际业务过程到计算机可处理形式化定义的转化，所得到的定义称为过程模型、过程 模板、过程元数据或过程定义。 2 ) 运行控制功能：由工作流执行服务软件( 工作流引擎) 进行实例化创建并控 制其执行过程。工作流执行服务对使用工作流模型描述的业务过程进行初始化、调 度和监控过程中每个活动的执行，在需要人工介入的场合完成与计算机应用软件及 操作人员的交互。 3 ) 运行交互功能：指在工作流运行中，w o r k f l o w 引擎与用户及外部应用程序 工具交互的功能。 过程 过程分析 过程设计与定义 建模与定义工具 运行爵段 i 过程定义 i j i 过程更改 例化与控制 工作流执行服务 l r 旦 人机交互 软件工具与应用 7 图3 3 工作流管理系统三个主要功能之间的关系 1 4 华北电力大学硕士学位论文 按照工作流的方式管理项目所有信息围绕着一个工程展开，显示这个项目的所 有信息，项目的一个工作结点完成可以通知下一个节点开始工作，项目管理员也可 以阻止任务执行或者重新执行上一步工作。如图3 4 复件。黼。蠢2 收蠢秘工o 帮睨 一。s_ 、，- 。蔓! ，。誊j 渖麻r 3 4 工作流式的工程管理软件界面 系统建设目标是满足电力建设工程管理业务的需要，摒弃之前各种业务彼此孤 立的模块化软件结构，依据工作流技术理论整合业务，有效的管理工程过程。 3 1 3 系统的设计思想 系统设计的一个重要目标，就是整合企业当前信息化建设成果。哈尔滨电业局 已经开发和投入使用了一些业务系统，“电力工程管理系统”与开发完成的系统间 需要提供相互的数据接口实现相互间的数据共享，保证数据源的唯一性，消除信息 孤岛。依靠各种数据构建工作流平台，使工程管理员及时了解工程情况，在此基础 之上提供决策分析功能。 华北电力大学硕士学位论文 3 2 电力工程工作流设计 3 5 系统体系结构图 一个完整的工作流系统不但要包含工作流引擎，还要注重业务管理，考虑系统 的角色安全和资源分配。下面分别从工作过程、人员组织和资源管理三个方面来展 示系统的设计方案。 3 2 1 工作流的设计步骤 按照这些思想与工作流引擎实际结合设计系统，本节描述了如何建立一个完整 的工作流系统 1 ) 电力工程业务分析 是对实际业务的抽象模型，模型里包含了电力建设工程的全部业务阶段，把每 个业务作为一个独立的模块包含了独立的的用户操作，定义每个业务管理流程的活 动状态的和权限控制的。 2 ) 工作流引擎 它是整个工作流管理系统的核心部分，负责创建、执行和控制工作流管理系统 的实例，激活相应的资源和应用，并完成过程中的活动的控制和转移。是核心的业 务与控制功能的结合，由于本系统重点在对工程管理业务流程分析应用，而非核心 引擎的研究，所以直接选用了w w f 引擎作为工作流程控制工具，用它管理各业务 模块之间的出发、循环、并发、互斥等操作。 3 ) 自定义业务模板功能 业务板功能是管理者根据不同业务需求自主建立工业务过程，适应并管理活动 在不同业务中的差异。 由于工作流系统能将业务逻辑和执行引擎分离适应了业务流程的灵活性需求。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 电力建设工程不同于其它行业，工程的丰富多样决定了不可能有一个大而全的业务 模板，不同类别的工程需要与之相对的管理方式、设备维护方式。有些工程需要远 动和电力设备实验环节，而有些却需要土建和电缆工程，在管理上有明显区别的。 所以，电力建设工程管理系统不能过度强调业务的通用，应充分发挥工作流引擎和 业务实体分离的优点。即：工作流引擎并不依附以实际业务，工作流引擎只要负责 消息通知、数据传递、状态维护和权限管理。业务实体使用模板管理方式，据实际 需要加载不同的类型项目管理模板，这些模板是由用户依据工作需求自定义的。在 项目建立时依照业务分类如：电气试验、土建、继电保护、线路铺设、远动施工或 其它工程类型设计工作流模板，由用户自定义组合业务流程和工程管理步骤，为每 个环节委派不同的岗位和角色的人员完成相应任务，不需要关注工作任务之间的传 递，这样可以更好的适应多样的任务变化。 3 2 2 工作流引擎选择 设计工作流系统首要问题是根据行业特点选择一个适用的工作流引擎。目前有 四种具有代表性的工作流建模方式，都具有比较突出的特点，代表了工作流模型今 后的发展方向： 1 ) 基于活动网络的过程模型 在此模型中，一个完整的经营过程( 工作流过程) 由一个无自环的有向图构成。 有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务，节点间的连接弧代表了过程中的控 制流和数据流。 2 ) 事件驱动的过程链模型 它是一种应用比较广泛，可用来描述企业事件与经营过程的传统工作流建模方 法，简称e p c 模型。它主要用于企业的经营过程重组( b p r ) 、工作流的定义与控制、 软件的配置和开发、基于活动的成本分析以及符合i s 0 9 0 0 1 认证标准的质量文档的 规范。 3 ) 基于语言行为的工作流模型 过程中的每一个基本活动都由输入、处理、输出这三部分组成。即i p o 模型。 此模型对于观察信息与物料的流动过程比较合适，但不利于观察不同角色之间的委 托与承担行为，在对客户提出要求、服务方与之达成协议这一过程上则完全是个盲 点。 4 ) 基于p e t f i 网的工作流模型 ，p e t r i 网是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具、为描述和研究具有 并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。作为一种图 形化工具，可以把p e t r i 网看作与数据流图和网络相似的通信辅助方法；作为一种数 1 7 华北电力大学硕士学位论文 学化工具，它可以用来建立状态方程、代数方程和其他描述系统行为的数学模型。 工程管理系统模型主要用来描述面向工程管理人员的电力建设工程业务处理 过程，工程管理以简单、直观和容易掌握为前提。不仅要能够表达清楚这一过程“工 程是什么的问题，而且还应该能够描述“由谁做 、“怎么做 等方面的问题，所 以在以上四种不同的设计方式中，活动网络图是可读性最好的一种。鉴于工程管理 项目人计算机操作水平参差不齐，这张方式是对于非专业人员是最直观、最自然的 过程表达方式。因此系统工作流平台的建模选择基于网络活动图的建模方式。 开发目标主要集中在业务应用和决策分析。本着快速建设、兼容性好的原则， 我们没有从开发工作流引擎做起，而是选择一个成熟先进的第三方工作流控制组件 作为数据驱动的引擎。因此，本系统选择了支持各种结构工作流模型的m i c r o s o f t 公司w i n d o w sw o r k f l o wf o u n d a t i o n 开发组件为工作流管理引擎，w i n d o w sw o r k f l o w f o u n d a t i o n ( w w f ) 为开发人员提供了可视化的开发界面描述应用程序所需要的处 理过程。通过使用工作流模型所提供的流程控件、状态管理、事务和同步器，开发 人员可以分离应用程序逻辑和业务逻辑，构造一个高层次的抽象，达到提高开发者 效率的目的；另外考虑到本系统使用n e t 2 0f r a m e w o r k 开发，而w w f 也能很好的 控制a s p n e t 、w i nf o r m 中的对象，所以w w f 是理想的选择。 3 2 3 工作流模型设计 3 2 3 1 系统过程模型 首先来认识一下工作流过程模型定义需要使用的一些模型元素工具：一个工作 流过程可以看成是由一个节点与连接弧所组成的有向图( 允许自环出现) 。其中，节 点代表活动，连接弧代表活动间的顺序关系。在网络活动图的基础上，还需要加入 “状态 和“条件”两个过程模型的语义。 1 ) 节点，根据节点功能的不同可分为3 类：任务节点、逻辑节点和标志节点。 任务节点 任务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。它包括 原子级的“人工型活动、“自动应用 以及非原子级的“过程 。“人工活动 是需 要人的参与才能进行的活动，通常由工作流执行者从自己的工作项列表中来选择执 行；自动应用是指不需要人的参与，由工作流管理系统激活相关应用来执行活动。 包括打印服务、定时器等。过程比较复杂时，网络活动图上的关系比较密切的节点 可以集。 逻辑节点 与任务节点相比，逻辑节点并不代表真正需要执行的活动，它是为了表示任务 1 8 华北电力大学硕士学位论文 节点之间的逻辑关系而设立的。在一个工作流过程中，活动间的逻辑关系并不仅仅 是串行的顺序关系，还有可能出现较为复杂的“与”、“或 关系组合。 标志节点 标志节点有两种类型，分别是“开始节点 和“结束节点 。它们主要起到一 种标记性的作用。“开始节点 是一个工作流模型( 或过程) 的唯一入1 ：3 点，它没有前 驱节点。一个流程开始执行时，最先被激活的就是“开始节点”，然后由“开始节 点去激活后继的节点。与“开始节点相对应，“结束节点是一个工作流模型( 或 过程) 的唯一出口，它没有后继节点。一旦“结束节点 被激活，则标志着整个流程 的结束。 2 ) 连接弧 作为活动网络图中的另一类组成元素，连接弧是位于节点之间的有向线段，它 从前趋节点指向后继节点。根据不同连接弧所表达含义的不同，连接弧可以分为两 大类：控制连接弧和数据连接弧。 控制连接弧 由控制连接弧所连接的两个节点行为规则是：只有当前趋节点执行完毕后，并 且经过该控制连接弧的转移，后继节点才被允许执行。控制连接弧体现了过程的控 制逻辑、节点间的时序关系。控制节点的转移标志着节点状态的转移和整个过程的 推进。 数据连接弧 有些情况下，控制流与数据流会发生不一致。比如，某一节点执行完毕，不仅 仅要向经过控制连接弧与其相连接的后继节点提供数据，而且还有可能向其它节点 提供数据，而其它节点与这个执行完毕的节点间又不构成合理的控制逻辑上的顺序 关系，所以无法用控制连接弧来表示。本系统的设计中暂不考虑数据连接弧。 综合以上对组成过程模型的各种元素的叙述，可用图3 6 来表示。 1 9 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 6 工作流过程模型元素 工程管理系统中过程模型反映实际业务流程信息，业务流程从逻辑上可以包 括：一个工程或子流程由若干活动组成，活动间存在执行关系。活动又可以看作是 由若干个具有可操作性的任务项组成。过程模型把组织机构、应用数据、表单与实 际应用步骤联系起来。过程模型的主要数据结构如下 流程基本信息表，记录了工程管理的基本流程。 活动表，活动表标明一个电力建设工程流程里所包含的所有活动信息。 连接弧列表，标识一个流程里活动的先后连接顺序。 任务列表，任务列表反映实例化的工作流信息。表示已经创建但尚未完成的 工作任务。一类工作流定义对应一个任务表。工作任务列表的主要字段包括：流程 实例号、项目代号、执行人员编号、活动执行状态。执行成员表示该项任务由谁来 完成；任务状态主要代表任务的就绪、正在处理、暂停等各种状态；流程实例号的 主要作用在于，由于引擎不管理具体的应用数据，但是必须提供一种方式，所以把 应用数据及程序与工作流中的活动联系起来。 完成工程列表任务列表，记录结束的所有任务的基本情况。 工程分配指派规则表，任务需要分配给具体的人员来执行，任务的分派按照 指派规则分配给实际的执行人员。本系统主要基于角色进行任务分配。这种分配方 式又对应两种情形：一种情形是不需要人工参与，直接通过工作流引擎调，如数据 交换中间件。又如总包合同的审批的领导进行处理，那么系统就可以按照这条规则 去查找组织机构表，查到唯一公司经理，分配其相应的审批任务：第二种情形是根 据任务分派规则，不能直接分配到具体的人员，如一项资金造价任务可由技术经济 华北电力大学硕士学位论文 员进行处理，计经人员可以有多个，这时需要具体指定到适合这个角色的某个人才 行。 根据不同角色的在项目中的参与任务明晰的原则设计电力工程系统过程模型， 如图3 7 。项目由收到施工认可证开始发起，不同岗位工作人员完成属于职责内工 作，工作节点状态用颜色标记区别。项目的执行情况可以在页面中反映出来。参与 工作的用户可以操作本岗位内的合同信息，其他用户只能浏览这些信息，只有被管 理员赋权的某些用户才可以浏览资金等敏感数据。 施l 1 ：认可证 台同件理造价管理资金管理总经理系统管理员 3 2 3 2 系统组织模型 图3 7 业务角色整体流程图 组织模型是用来定义企业中的组织形式的模型。它应该提供灵活的结构以适应 单位中不同的职能部门。为了适应工程管理的特点，本系统建立一个具有层次化结 构的组织模型，它有五种实体组成，分别是：“人员一、“角色 、“职务 、“部门一 和“项目组”。它们的定义如下： 1 ) 人员：对应于企业中每一个职工。 2 ) 角色：以技能为前提，能够提供完成某项功能的人员的总称，如工程管理员、 2 l 一囹一一一一 华北电力大学硕士学位论文 财务人员、造价员、质量管理员。 3 ) 职务：以行政责任为前提，代表了管理上的等级关系，如经理、科长、业务 主管、职员。 4 ) 部门：对应于企业的静态结构划分，由企业的实际部门设置情况来决定，可 以是传统的面向职能的，也可以是面向过程与客户的。 5 ) 项目组：以执行某临时项目为目标而动态组建的、跨部门划分的一种组织 结构。