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北京邮电大学碳十学位论文 光华产品数据管理系统中工作流管理的研究与实现 拍要 工作流管理技术是国际上新兴起的一项对工作流程进行控制和管理的技术， 为此国际上成立了专门的机构( w f m c ) ，对工作流管理技术进行专门的研究。工作 流管理系统( 1 1 | f m s ) 就是利用工作流管理技术对工作流程进行控制和管理的软件。 随着w e b 发展，传统工作流管理系统越来越不能适应现代企业业务流程管理的要 求，主要表现在系统缺乏柔性和互操作性，难以支持动态的和跨组织的工作流程。 产品数据管理( p d m ) 是以软件为基础、将所有与产品有关的信息和过程集成 在一起，并对所有的信息和过程实施管理的一门技术。本文以开发面向中小型制 造企业的p d m 系统为出发点，分别从基于u m l 的活动图的工作流过程建模方法、 基于关系型数据库的工作流技术在p d m 系统中的应用、p d m 系统与其它应用系统 的集成等进行了理论和实现方法研究。并以光华机械股份有限公司为应用背景， 研究了基于关系数据库的工作流技术在p d m 系统中的应用。 本文共分成五章来详细探讨所设计的工作流管理系统。第一、二章详细描述 了工作流管理系统的现状，重点阐述了工作流管理系统的软件的实现框架，然后 介绍了目前企业的需求，针对中小型制造企业的技术与资源现状，分析了传统工 作流管理系统的不足之处。第三章借助u m l 语言的强大功能对系统进行总体分 析，从个具体的流程入手对系统进行工作流过程建模，解决了工作流与p d m 系统信息模型的统一问题。第四章将基于关系型数据库的工作流技术成功应用于 流程管理、项目管理、文档管理等主要功能。该章重点提出了一种轻量级的工作 流管理系统，并且详细阐述了该系统的关键部分，工作流引擎是如何设计及其实 现。不仅提高了工作流的柔性，而且使系统具有良好的结构可配覆性和扩展性。 第五章是本文的最后部分，是对全文的总结以及以后的展望。 关键字：工作流产品数据管理系统u m l 工作流引擎 北京邮电大学硕十学位论文 r e s e a r c ha n di m p l e m e n to fw o r k f l o w m a n a g e m e n ti ng u a n g h u ap d m a b s t r a c t w o r kf l o wm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi san e wt e c h n o l o g yt h a tc a l lc o n t r o lt h ew o r k f l o wi nt h e w o r l da n dw f m ci st h eo r g a n i z a t i o nt os t u d yw o r k f l o wm a n a g e m e n t w o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mi st h es o f t w a r et oc o n t r o la n dm a n a g et h ew o r k f l o w a st h ef a s td e v e l o p m e n ti nw e b ， t r a d i t i o n a lw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ( w f m s ) c a n l tm e e tt h er e q u i r e m e n to fm o d e mb u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n ta n ym o r e t h e yd o n tp r o v i d ee n o u g hs u p p o r t t od y n a m i ca n d i n t e r - o r g a n i z a t i o nb u s i n e s sp r o c e s s e sb e c a u s el a c k i n ga g i l i t ya n di n t e m p e r a b i l i t y t h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) i sb a s e do ns o f t w a r ea n di n t e g r a t e sa l li n f o r m a t i o n a n dc o u r s er e l a t e dt op r o d u c t st o g e t h e r t h i sd i s s e r t a t i o no u t l i n e st h et h e o r i e sa n di m p l e m e n t a t i o n m e t h o d so fw f m si nf o u ra s p e c t s ：w o r k f l o wm o d e l i n gb a s e do na c t i v i t yd i a g r a mi nu m l ，t h e a p p l i c a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yb a s e do nr d b ，i n t e g r a t i o no fp d m w i t ho t h e ra p p l i c a t i o n b a s e do nt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g y , t h i sr e s e a r c hi sf o c u so nt h er e a l i z i n gt h ew f m sf a c i n gs m a l l a n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e t h i sp a p e ri sc o m p o s e do ff i v ec h 3 p t e r s a n dt h ed e s i g n e dw f m si sd i s c u s s e di nd e t a i l i n c h a p t e r1a n dc h a p t e r2 w ed e s c r i b et h es t a t u so fw f m sf i r s t l y , w i t he m p h a s i so nt h ef r a m eo f w f m s t h e n ，t h ed e m a n do fs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s ei sa n a l y z e d ，f o l l o w e db yt h e d i s c u s s i o no ft h ed e f e c t so ft h et r a d i t i o n a lw f m s i nc h a p t e r3 ，u m li su s e df o rm o d e l i n go ft h e w h o l es y s t e ma n dp r o c e s sm o d e l i n gb a s e do na c t i v i t yd i a g r a mi nu m li tc a nu t i l i z et h em o d e l i n g o fw o r k f l o w , a n di nc h a p t e r4 ，w o r k f l o wt e c h n o l o g yb a s eo nd a t a b a s ei sa d o p t e df o rw o r k f l o w m a n a g e m e n t ，p r o j e c tm a n a g e m e n t ，d o c u m e n tm a n a g e m e n t w ee x p l a i nt h ek e yp a r to ft h ew f m s ， d i s c u s s i n gh o wt od e s i g na n dr e a l i z et h ew o r k f l o we n g i n e t h i sc a nm a k et h ew o r k f l o wm o r e f l e x i b l e a st h ef i n a lp a r to ft h i sp a p e r , c h a p t e r5m a k e sas u m m a r y , a n dg i v e sav i e wo ft h ef u t u r e w o r k k e yw o r d sw o r k f l o wp d mu m lw o r k f l o we n g i n e 北京邮电大学硕士学位论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：i 里噬日期：臣i ：三：迸 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着人类社会生产力的不断发展，制造业的不断进步，使社会经济由原来的 “短缺经济”过渡为“过剩经济”，顾客的要求越来越高，市场竞争越来越激烈， 加快制造技术的进步和制造业的发展，是加速我国经济发展的重要条件，也是加 快经济增长的客观要求。同时，信息技术和网络技术的发展，为制造业的信息化 改造提供了必要的技术条件，使生产者更快的了解需求，更及时的掌握技术信息， 为敏捷化制造创造了条件。在这种情况下，众多制造企业，特别是我国的企业， 更应采取先进的企业信息系统，以获得更短的上市时间、更低的成本，以增强企 业的核心竞争力。在众多的计算机技术中，随着网络的不断普及，及w e b 技术的 发展，为现代企业生产的跨地域跨部门的协作提供良好的条件，创建了一个理想 的协作环境，建立在i n t e r n e t 上的p d m 系统被认为是分布式产品数据管理的扩 展，w e b 浏览器也将成为各种分布式应用系统的通用用户接口，基于w e b 的p d m 系统，它能集成和管理各种应用程序，信息和流程，这些流程定义了一个产品从 设计到制造再到最终用户的整个过程。这样，基于w e b 的p d m 也正适应了我国企 业在信息化过程中的各种需求，在我国的制造业中有着广泛的适应性。 p d m 一般包含数据和文档管理、产品结构与配置管理、零部件分类库管理、 计划项目管理、过程和工作流管理五大功能。前三大功能p d m 软件商经过几年 的研究和推广，业已成熟；项目和工作流管理是当前p d m 关心的热点。 对产品开发的工作流程和过程进行管理是产品数据管理系统的基本要求。目 前，企业的产品开发已经不再是传统的开发方式，而是采取团队协同开发模式。 这种模式要求企业在全产品生命周期中实现信息集成、功能集成和过程集成，以 动态团队组织生产，而p d m 正是为实现这些集成和支持动态团队管理而提出的。 在每项任务中，设计人员利用各种设计工具( 如c a d 、c a p p 、c a m 等) 进行 产品开发，产生、接收和处理产品数据。因此，建立基于任务驱动的设计流程管 理，对设计过程中的活动进行有效监控，并在过程的控制下把正确的数据传给正 确的人，实现对以人为主体的任务、应用系统数据的管理和跟踪。 北京邮电大学颀十学位论文 1 2 工作流技术的应用与国内外研究现状 1 2 1 工作流技术在p d m 中的应用 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。随着企业生产规模的不断 扩大，以及产品复杂性的不断提高，在产品的整个生命周期中涉及的信息越来越 多，其复杂性也越来越高。产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 技术 是一种管理所有与产品相关的信息( 产品规范、电子文档、c a d 文件、产品结构、 存取权限等) 和所有与产品相关的过程( 图纸审核与发放、工程变更等) 的技术。 p d m 覆盖产品的整个生命周期能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细 设计、工艺流程设计、加工制造、销售维护，直到产品消亡的整个生命周期内及 其各阶段的相关数据，按照一定的管理模式加以定义、组织和管理使产品数据在 其整个生命周期内保持一致、共享和可靠。 在产品数据贯穿其整个的生命周期的过程中，工作流担当了其流动的载体， 根据业务的需要，实例化相应的工作流程，正确的实现产品数据的流转。根据业 务的需要，产品的流转过程有不同的分类方式。 首先，根据流程的可重复性可分为：周期重复的；重复的，但不是有规律的； 唯一的任务，仅在特定形式下发生一次。根据流程的结构化程度，可分为：完全 结构化；半结构化；非结构化。结合两种不同的分类标准，可进一步将企业业务 流程进行细分，其中重复性强、结构化程度高的流程最适合于工作流系统管理， 而重复性和结构化程度都相对较弱的流程，则可由柔性工作流管理系统和项目管 理系统来管理。 采用工作流技术，使p d m 覆盖整个生命周期，能有效的将产品数据从概念设 计、计算分析、详细设计、工资流程、加工布糙、销售维护的相关数据，按照一 定的管理模式进行定义直到产品消亡的整个生命周期及其各个阶段组织和管理， 使产品数据在整个生命周期内保持一致、共享和可靠，按照预先定义的企业业务 流程，流转于各个环节。 1 2 2 国内外研究现状 作为支持过程建模、优化分析、经营过程自动化的有效支持工具，工作流管 理技术与工作流管理系统软件在近年来得到了广泛的重视，发展十分迅速并取得 了显著的效果。对企业利用工作流方法进行业务过程的建模和深入分析不仅可以 规范化企业的业务流程，发现业务流程中不合理的环节，进而对企业的业务过程 北京邮电大学碗二l 学位论文 进行优化重组，而且所建立的业务过程模型本身就是企业非常重要的知识库，它 可以成为指导企业实施计算机管理信息系统的模型。所以，大力发展并推广工作 流技术对于促进我国企业管理规范化和信息化有重要的现实意义。随着 i n t e r n e t 技术的发展与应用，与t n t e r n e t 相结合、支持同步协同工作也将成为 工作流管理系统发展的重要方向。 工作流管理系统是近1 0 年迅速发展起来的企业信息系统，它实现了对企业 业务过程的计算机化管理、支持协同工作，从而达到提高企业工作效率及生产经 营管理水平、增强企业竞争力的目标。日前，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，主要的研究项目有i b m 公 司a l m a d e n 研究中心研究开发的基于持久消息队列的分布式工作流管理系统 e x o t l e a f m q m 、佐治亚大学的计算机系研究开发的具有自适应能力的工作流管理 系统m e t e o r 、欧洲五个国家的公司联合开发的基于分布式数据库技术的工作流 管理系统w i d e 以及德国萨尔兰大学联合开发的基于状态与活动图的工作流管理 系统m e n t o r 和h p 公司的o p e n p m 等，这些有关工作流管理系统的研究工作，主 要在理论基础、实现技术和应用三个方面展开，取得了很多成果，但成熟的产儡 尚未见到。其中，e x o t i c a f m o m 和m e t e o r 是完全分布的工作流管理系统，它们 都由一个个具有自治能力的结点组成。每个节点都有一个节点管理器，节点管理 器具有工作流引擎的功能，完成工作流引擎对活动的管理控制任务，如对活动完 成情况的管理、活动问的导航、异常处理等。在国内，浙江大学、清华大学、国 防科技大学、上海交通大学等高校都进行了一定的研究工作。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定义 语言( 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 ，简称w p d l ) 编译指导的工作流 支撑平台，也取得了良好的研究成果。特别是最近两年来，对基于p e t r i 网的工 作流建模方法，进行了有效的理论研究。广泛开展对基于a g e n t ，c o r b a ，j a v a 和w e b 等技术的工作流管理系统实现技术的研究，在加工型企业中，建立了一些 示范工作流管理应用系统。工作流技术，已成为当前计算机集成技术研究的一个 热点。 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正在向更深 层次进行。工作流技术研究的主要方向有两个：一是为工作流技术的发展解决理 论上存在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等；二是从工作流技 术实现的角度探讨利用先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。 工作流管理理论方面尚有一些研究课题需要解决。工作流管理研究内容包括 技术、组织和方法学等方面。从单一的计算机技术而言，尽管工作流管理协会 ( w f m c ) 一再努力，直到现在并没有得到一致承认的工作流模型，工作流执行过程 北京邮电大学硕士学位论文 的描述、工作流执行过程中的通讯流转机制、工作流正确性标准、差错恢复机制 等等，也同样没有得到一致同意的解决。 工作流技术有待研究的一些课题为1 ( 1 ) 过程建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确地表示实际应用中的过程， 特别是研究如何以形式化的方法表示过程模型。 ( 2 ) 过程模型与其它模型的集成方法：在描述一个企业和一个应用领域的问题 时，仅有过程模型是不够的，还需要有功能模型、信息模型、资源模型、组织模 型，甚至经济模型和决策模型等的配合，这些不同的模型描述了一个应用领域的 不同侧面，它们的集成可以完成对一个企业或一个应用领域的全面描述。但是， 如何集成这些模型还没有良好的解决方法。有些工作流建模工具包括了对资源和 组织的描述能力，但是，目前还没有一个方法来实现过程模型和功能模型、信息 模型的集成。这方面的研究工作对于促进集成化的企业建模和信息系统的实施有 重要的意义。 ( 3 ) 异常处理和错误恢复问题：对于制造企业这样的一个复杂的应用系统，出 现异常和错误是非常正常的情况，对于工作流管理系统不仅要求它在正常情况下 能够发挥作用，更重要的是要求它能够灵活地处理各种异常情况，并且在某个节 点发生错误时能够保证整个系统不会发生崩溃。 ( 4 ) 应用集成问题：工作流管理系统本身是一个完成过程建模和过程管理的软 件系统，但是，为了在企业的实际业务中得到有效的应用，它必须和企业已有的 或购买的其他业务应用软件实现集成，通过集成来提高整个企业的应用水平和应 用效率。 目前工作流技术的研究日益受到人们的重视，不仅有大学和研究机构在开展 多项研究、产品供应商也在不断地推出新的产品，来补充应用中存在的不足。而 不同的行业，为提高自身业务流程的自动化程度，也纷纷采用适用于不同行业的 工作流管理系统，正是因为期中对工作流管理的需求，也使众多的厂商将工作流 管理产品集成到不同的企业信息平台中，如现在较优秀的e r p ，p d m 及c r m 等平 台中都集成了工作流管理功能。当前针对工作流技术研究的热点问题主要包括三 个：工作流的理论基础，包括：体系、模型、语言、接口等；工作流实现技术， 包括：性能、可靠性方面的研究：工作流技术的应用，包括：实施方法、应用集 成等。工作流的发展经过十几年的发展取得了不凡的成就，但随着生产的不断发 展，新情况、新要求不断出现，工作流管理技术也在不断的向前发展，当前主要 的发展方向是，继续扩展工作流模型的描述能力，融入事务的概念，开发分布式 工作流等。目前国内针对工作流技术还处于研究阶段，应用的成功案例和成熟的 商品化工作流系统还十分鲜见。从掌握的文献看，目前南京大学软件新技术国家 北京| | l j 电大学坝：l 学位论文 重点实验室和清华大学的机械工程系在开展这一领域的研究。其中南京大学是针 对更为复杂的知识应用和交互的协作式工作流研究，致力于易于知识发现和创新 的】作流建模和控制。 1 3 论文研究的背景与意义 上海光华印刷机械有限公司系上海电气( 集团) 总公司与世界著名的跨国公 司美国晨兴集团合资经营的企业，是中国印刷包装机械行业最大的合资企业之 一，是国家经贸委机械局重点骨干企业。随着公司生产规模的扩大和客户要求的 日益提高，光华机械厂为了提高制造水平和市场竞争力，更加适应制造业的发展 要求，迫切需要开发一套在网络环境运行下的产品数据管理系统，以利于促进企 业科技进步和提高企业综合管理水平，特别是为产品的设计、制造提供良好的数 据流通、管理环境，满足各使用部门的数据要求，从而提高公司各生产部门的工 作效率。公司现在存在的问题有产品资料共享程度不高，信息不能及时有效地传 输：信息的快速查询、检索存在困难，不能适应多项目多品种的管理；进度控制 困难，缺少工作监督，不能有效的控制工作进程：产品数据的安全性难以保证； 设计资源各自为政，无法实现模具的并行设计，造成周期长、设计人员工作量极 其繁重。根据光华公司的提出需求，开发了一套p d m 系统。浚系统借助计算机数 据库，实现产品数据信息共享，根据权限进行访问和修改，同时记录用户所有的 操作，是目前能够有效的解决上述存在问题的较好途径和方式。该软件系统用于 产品数据计算机辅助管理，采用b s 软件体系结构。该系统同时面向公司各个部 门，实现数据信息资料的网上传输和控制。 本论文在分析目前国内中小型制造企业p d m 实施现状的基础上，以光华机械 厂的产品数据管理系统的开发与实施课题为依托，研究开发了适合中小型制造企 业的产品数据管理系统。同时，提出基于关系的工作流技术在p d m 系统中的应用 的新方法，对开发出满足工程实际的p d m 系统，提高企业现代化管理水平，提高 企业生产效率具有重要意义。 ( 1 ) 结合工程实际与用户需求提出采用b s 结构，采用u m l 建模语言进行系统 分析。 ( 2 ) 将基于关系数据库的工作流技术应用于p d m 系统，实现系统的流程管理、 文档管理、用户权限管理、邮件系统等主要功能。 北京邮电大学硕二卜学位论文 1 4 论文研究的内容 本文以“光华机械厂p d m ”的课题开发为依托，研究了如何立足企业的资源 和技术现状开发出面向中小型制造企业的p d m 系统。其主要的研究内容包括以下 几个方面： ( 1 ) 构建了面向中小型制造企业的p d m 系统开发框架。分析了目前p d m 在中小 型制造企业实施中所面临的问题，通过对企业需求的分类，提出了基于b s 的 p d m 系统架构。 ( 2 ) 重点研究了p d m 系统中基于u m l 活动图实现工作流程建模的方法。提出了 基于u m l 活动图的工作流程建模方法。 ( 3 ) 探讨了基于数据库的工作流技术在p d m 中的应用：在数据库中定义工作流 模型部分环节的活动序列，建立任务队列表及任务进展表，形成任务触发机制， 基于系统发送电子邮件及互操作消息的邮件系统。 ( 4 ) 完善系统权限的设置和管理，并且在原有的基础之上，完善了对系统的一 些性能，对数据库进行了优化，使用了连接池，数据缓存。 北京邮电大学硕二i ：学位论文 第二章产品数据管理系统( p d m ) 与工作流技术概述 2 1 产品数据管理系统( p d m ) 的简介 2 1 1p d m 的概念及发展现状 p d m 是p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( 产品数据管理) 的缩写，是指某一类软件 的总称。美国制造业信息咨询公司( c i md a t a ) 曾这样定义：“p d m 是一种帮助工 程师和其他人员管理产品数据和产品研发过程的工具。p d m 系统确保跟踪设计、 制造的大量数据和信息，并由此支持和维护产品。”如果再说的细致一点，可以 这样理解p d m ：从产品来看，p d m 可以帮助组织产品设计，完善产品结构修改， 跟踪进展中的设计概念，及时方便的找出存档数据以及相关产品信息；从过程来 看，p d m 可以协调组织整个产品生命周期内诸如设计、审查、批准、变更、工作 流优化以及产品发布等过程事件。在2 0 世纪的6 0 ，7 0 年代，企业在其设计和生 产过程中开始使用c a d ，c a m 等技术，新技术的引用在促进生产力发展的同时也 带来了新的挑战。对于制造企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术己经日益成 熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺乏有效的信息沟通与协调，这就是所 谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下许多企业己经意识到：实现信息的有序管 理将成为他们在未来竞争中保持领先地位的关键因素。产品数据管理( p d m ) 正是 在这一背景下产生的一项的新的管理思想和技术。p d m 明确定位为面向制造企 业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。作为 2 0 世纪末出现的技术，p d m 继承并发展了c i m 等技术的核心思想，在系统工程思 想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述，规范产品 生命周期管理，保持产品数据的一致性和可追踪性。p d m 的核心思想是漫计数据 的有序、设计过程优化和资源的共享。由信息技术主导的制造模式的发展趋势可 以看出，制造企业要想提高生产效率，实施信息化战略是唯一选择。而在众多的 先进设计与制造技术中，实施产品数据管理是最核心的内容。因为p d m 管理的是 一个企业的核心竞争力产品的相关数据。而这些数据是其他管理技术( e r p ， m r p ) 赖以生存的根本所在。其他管理技术更多的是充当企业价值链上的服务环 节，而p d m 是处于企业管理的核心位置。 自8 0 年代初诞生以来，p d m 软件的功能不断增强，覆盖的范围越来越广， 国外许多大公司纷纷投入巨资实施p d m 项目，建立支持并行工程的产品丌发框 架，取得了显著的成果。例如美国通用汽车公司采用了e d s 公司的p d m 软件 北京邮电大学硕士学位论文 i m a n 构造其新产品开发环境，在设计开发新型豪华a u r o r a 型车的时候，把分析 部门、设计部门和制造部门的人员组织在一起，成立a u r o r a 团队，将原来串行、 分散的设计活动并行化、集成化，最终大大缩短了设计周期，且价格比日本的同 类豪华型车低2 0 0 0 美元；大宇、劳斯莱斯集团采用p t c 公司的o p t e g r a 软件作 为集成框架，该软件具有a u t o c a d ，c a t i a ，p r o e 等c a d c a m 软件的接口，支持 并行设计，给两大汽车企业带来了巨大的效益；美国s d r c ( s t r u c t u r ed y n a m i c r e s e a r c hc o m p a n y ) 的m e t a p h a s e 是企业级产品数据管理软件，它覆盖了通用p d m 软件的各大模块，并且拥有或正在开发多个c a d 软件的接口，在飞机制造业中的 波音公司、汽车行业中的福特、马自达、奔驰、雷诺等公司获得了广泛的应用。 一些大型p d m 软件，如e d s 的i m a n 和s d r c 的m e t a p h a s e 等，相继涌入国门， 国内软件商也纷纷推出自主版权的p d m 软件，如华中软件公司的i n t e p d m ，同创 公司的p d m s 、浙江大天公司的g s p d m 、金维o n d o e s 、博通p d m 、开目p d m ，高 华g h p d m 等等。这些软件都在逐渐走向市场，进入应用阶段。但是从总体上来看， p d m 项目在国内的实施规模较小，效益不明显，许多企业虽然在p d m 上投资了许 多，但是却得不到预期的回报。对于大多数中小型制造企业，一般来说，引进国 内外大型p d m 软件，实施一个中等规模的p d m 项目，需要大量资金作为软件费用 和实施费用，而且一般要很长时间才能够交付使用。另外，在实施过程中，还需 要企业提供管理及技术人员配合项目的进展，有时出于项目需要，还要增加额外 投资用于购买各种硬件设备，所有这些因素，对于国内一般的中小型制造企业来 说，无论在时间上还是在资金上，都难以承担，这是目前国内外大型p d m 软件在 中小型制造企业客户群中很难寻找到用户的重要原因。对于大多中小型制造企 业，更希望能充分利用企业现有的资源进行p d m 系统的开发。针对这种情况，中 小型企业须立足于企业现状，寻求p d m 的实施方案。 2 1 2 产品数据管理系统( p d m ) 功能简介 p d m 系统必须能够适应高速发展的i t 的需要，这就要求其具有模块化的系 统体系结构并且尽可能使用最先进的软件工程的标准构件。”p d m 系统是建立在 关系数据库系统平台上的面向对象的应用系统，由四层组成，分别是系统支持层、 对象管理层、功能模块及开发工具层和用户界面层。这里讨论的不是目前市场上 提供的p d m 系统所具备的功能，而是一个面向实际应用的p d m 系统应该具备的功 能。其中特别重要的是那些对于p d m 系统的应用能够产生重大实际效益的功能。 根据功能模块层，p d m 系统应该具备的功能包括下面几个方面电子仓库与文档管 北京邮电火学硕士学位论文 理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理与检索、工程变更 管理、项目管理和系统定制与集成工具。为了使p d m 系统能够产生更高的效益， 必须尽可能同时采用各种先进的工程方法，如零部件和产：品的标准化、组合产品 设计或并行工程等，而p d m 系统应该提供支持这些方法的功能。此外，与各种 c a x 应用软件的智能化的接口也是十分重要的。 ( 1 ) p d m 的体系结构 底层平台 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。当前p d m 软件底层平台的发展主要有两个特点：一是适应能 力不断扩展，能够支持越来越多的软硬件环境，从最简单的用户终端、p c 机到 高端的工作站和服务器都可以运行相应的p d m 系统。p d m 软件支持t c p i p ，h o p ， n e t b i o s 和h t t p 等局域网和广域网标准协议。 p d m 核心服务层 p d m 由核心服务层和p d m 应用组件层组成，在b s 结构下，核心服务层要装 在是服务器端，p d m 的应用组件安装在客户端，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 ) 以集成应用软件和 w e b 处理机制。 。 p d m 应用组件层 p d m 应用组件是由调用p d m 基础服务的一组程序组成，并能够完成一定应用 功能。如工作流管理应用组件，是由工作流定义工具、工作流执行机、工作流监 控工具等组成的完成工作流程管理的功能模块。 北京邮电大学硕士学位论文 用户界面层 应用组件层 核心服务层 底层平台层 统一的可视化界面 图文档管理产品结构与配置管理流程管 理 对象模型数据处理逻辑 网络，操作系统数据库 ， 1 _ 图2 1p d m 的体系架构图 ( 2 ) p d m 的主要功能分析功能 p d m 系统为企业提供了管理和控制所有与产品相关的信息以及与产品相关 的过程的机制与功能。p d m 软件产品种类繁多，不同的软件商提供的p d m 系统， 在功能上都要一定的差异。由文献“6 4 ”可知，p d m 的功能有两种划分方法，一 种是按面向应用与系统支持的功能划分，将其分为电子仓库、面向用户的使用功 能( 包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理等) 和实 用化的支持功能( 包括通知与通信、数据转换、数据传输、图像服务、系统管理 等) ；另一种是按软件功能模块划分，可划分为电子仓库和文档管理、用户管理、 工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目 管理、集成工具等，前五项功能是p d m 系统应具备的基本功能。本章按照后者来 介绍一般p d m 系统的主要功能。 1 电子仓库和文档管理 所谓电子仓库，是在p d m 中实现某种特定数据存储机制的元数据( 管理数据 的数据) 库及其管理系统。它保存所有与产品相关的物理数据和文件的元数据， 以及指向物理数据和文件的指针。该指针指定存放物理数据的数据库记录和存放 物理文件的文件系统与目录。在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种 多样的。这些信息以文件或图档的形式存在，统称为文档。通过文档管理，可以 让企业很好地组织、管理、控制文档的建立、修改、发布和存档工作。企业人员 北京邮电大学硕士学位论文 也可以更加方便、快捷、有效地查找和引用所需要的各种数据和信息。 p d m 的电子仓库和文档管理提供对分布式异构数据的存储、检索和管理功 能。在p d m 中，数据的访问对用户来说是完全透明的，用户无需关心电子数据存 放的具体位置，以及自己得到的是否是最新版本，这些工作均由p d m 系统来完成。 电子仓库的安全机制使管理员可以定义不同的角色并赋予这些角色不同的数据 访问权限和范围，通过给用户分配相应的角色使数据只能被经过授权的用户获取 或修改。同时，在p d m 中电子数据的发布和变更必须经过事先定义的审批流程后 才能生效，这样就使用户得到的总是经过审批的正确信息。 在p d m 中，往往通过文件夹作为连接零部件对象与文档的桥梁，通过对文件 夹的分类来达到对不同文档的分类管理，如可以通过合理建立设计过程、工艺过 程、制造过程、更改过程等，对每一个过程建立一个专门的文件夹来管理该过程 中涉及的文件。 2 用户管理 就是对使用p d m 系统的所有用户进行管理，具体包括用户注册，用户权限控 制，用户角色确定，用户密级确定等。用户管理一般通过建立组织一角色一权限 模型来实现。 3 产品结构与配置管理 产品结构的定义为：相互关联的一组零件按照特定的装配关系组装起来即构 成部件，一系列的零件和部件有机的装配在一起则构成产品。将产品按照部件进 行分解，部件再进一步分解成子部件和零件，直到零件为止，出此形成的分层树 状结构，称为产品结构树。产品结构与配置管理是产品数据组织与管理的一种形 式，它以电子仓库为底层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品的 所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目 标和规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述，如设计视 图、装配视图、制造视图、计划视图等。 4 工作流与过程管理 p d m 的工作流管理模块管理着产品数据的动态定义过程，其中包括宏观过程 ( 产品生命周期) 和各种微观过程( 如图样的审批流程) 。对产品工作流管理的管理 包括保留和跟踪产品从概念设计、产品开发、生产制造直到停止生产的整个过程 中的所有历史记录，以及定义产品从一个状态转换到另一个状态时必须经过的处 理步骤。管理员可以通过对产品数据的各基本处理步骤的组合来构造产品设计或 更改流程，这些基本的处理步骤包括指定任务、审批和通知相关人员等。流程的 构造是建立在对企业中各种业务流程的分析结果上的。 北京邮电大学硕士学位论文 2 2 工作流技术简介 2 2 1 工作流管理技术综述 工作流相关概念 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工 作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成执行和监控，达到提高 生产组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了 先进的手段。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。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“：工作流是指整个或部分 经营过程在计算机支持下的全自动或半自动化。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。以下介绍工作流的相关概 念，工作流的相关概念及其相互关系如图2 2 所示。 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：在功能确定的组织结构中能够实现业务目标 和策略的相互连接的过程和活动集，例如图文档审批处理过程及项目开发过程 等。 活动a c t i v i t y ) ：指的是工作流中的一个逻辑步骤或称环节，它包含的信息 有：开始和结束条件，可参与到此环节中的用户完成此活动所需的应用程序或数 据以及关于此活动应如何完成的一些限制条件，如时间上的限制等。 工作流管理系统( w f m s ) ：一种能定义创建和管理工作流执行的系统，就是 将现实世界中的业务过程转化为某种计算机所能识别的形式，表示工作流逻辑并 在此形式表示的驱动下完成工作流的执行和管理，使用它可以充分剥用企业资源 有效地跟踪工作过程提高工作过程定制的速度与质量。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务过程的计算机形式表示，它定义的是 过程运行中涉及到的各种参数，如业务过程的开始和终止条件。过程活动实例 ( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e s ) 指的是某个工作流过程的一次执行。在实例的执 行过程中，w f m s 将解释相应的过程定义，生成有关的活动，并根据过程定义中 的控制规则协调这些活动实例之间的顺序关系，同时根据数据流动关系的定义完 成活动实例之间的数据传送。一般情况下每一个活动实例都将表现为一个工作项 w o r k i t e m ，它将由某个或某组用户负责完成，因此从用户的角度来说实例的执行 实际上是由用户调用相应的应用程序对他所涉及的那个环节有关的数据进行处 北京邮电大学硕= i 学位论文 理。处理完之后，由w f m s 根据相应的结果决定激活后续的那个环节并生成相应 的工作项，同时通知与此有关的那些用户对之进行处理，由此依次反复进行直至 整个过程的完成。某个用户所负责的所有工作项将构成其工作项列表w o r m i s t ， 那些被称作是工作流应用数据的，其中有一部分将同工作流过程定义一道用于控 制工作流的执行，这部分数据一般被称作是工作流相关数据。工作流模型 ( w o r k f l o wm o d e l ) 工作流过程依赖于一个形式化的工作流模型来描述工作流任 务之间的控制流和数据流。工作流模型由四部分组成，它们分别是过程模型、织 织模型、资源模型以及工作流相关数据。过程模型用来定义工作流的过程逻辑， 它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 基础与核心，其它模型均为其提供支持。组织模型用来定义企业人员的组织结构， 它包括几种不同形式的组织元素以及每种组织元素内部的递阶层次关系。组织模 型的主要任务是为企业人员执行工作流提供柔性的组织定义，为过程模型提供人 的支持。资源模型用来定义企业资源的组织结构，它包括几种模式的资源容器元 素以及容器内部的递阶层次关系，直至最终的原子级资源个体。资源模型的主要 任务是为企业人员执行工作流提供物质的支持。工作流相关数据用来定义工作流 执行过程中需要用到的数据，它包括简单的数据类型与复杂的企业对象，它主要 用于各种条件的判断以实现工作流机对不同活动的选择性路由，工作流相关数据 为工作流的执行提供了信息的支持。工作流引擎“：工作流引擎负责工作流执行 服务中的部分或全部运行控制环境，它为工作流句柄提供运行环境。其功能主要 有：对过程定义进行解释；控制过程句柄的创建、激活、暂停、终止等：对过程 活动进行引导，包括顺序或并行操作、限期安排、工作流相关数据的安排等；特 定参与者的授权；识别用户关注的工作项和支持用户相互作用的接口；维护工作 流控制数据和相关数据，为用户传递相关数据；激活外部应用和连接工作流相关 数据的接口；为控制、管理、审计而进行监视等。 北京邮电大学硕士学位论文 工作流管理系统简介 图2 2 工作流的相关概念及其相互关系 ( 1 ) 工作流管理系统的概念 工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流系统的定义和管理，并按照 在计算机中预先定义好的工作逻辑推进工作流实例的执行。 ( 2 ) 工作流管理系统的分类 根据工作流过程本身的特点、系统建模的方式、所使用的底层支撑技术以及 工作流过程的执行方式等的不同，可以将具有工作流管理功能的商品化软件产品 及原型系统分类如下“： 1 结构化的与即席的w f m s 结构化w f m s 指的是在实际工作过程中会反复出现、严格按照某个固定的步 骤进行的业务过程。此种工作流所需要的各种类型的信息可以通过对业务过程进 行详细的分析而得到完整的过程定义，并在以后的应用过程中反复使用。大量的 办公程序，如公文处理、审批等都属此类。即席w f m s 则是针对那些重复性不是 很强或没有重复性的工作流程的，关于这类流程执行所需的有关参数( 如参加者 等) 事先无法确定，而必须推迟到过程实例运行时才能确定，同时在执行过程中 间还可能会发生一些意外的情况。这种动态多变的特点在提供更高灵活性的同 时，也为过程的建模与执行带来更多的复杂性