面向钢铁集团测量过程的工作流管理系统设计

面向钢铁集团测量过程的工作流管理系统设计赵晓东基金项目：浙江省科技计划项目（2009C31164）作者简介：赵晓东(1975)，男，辽宁丹东人，讲师，博士研究生，主研方向：工作流技术；Email： 陶小磊，硕士研究生；张凯，博士陶晓磊，张凯（1.中国计量学院 计测学院，浙江 杭州 ；2.浙江大学 信息学院，浙江 杭州 ）摘要：为实现测量过程在钢铁集团计量管理工作中的流程化管理，采用了工作流技术，提出了一种基于扩展有限状态机理论的工作流设计原理，并给出了工作流元模型的定义和工作流迁移原理。根据设计原理对测量过程进行了工作流设计和角色权限设计，给出了浏览器/服务器的三层工作流体系结构，并采用面向对象的JAVA语言设计了基本接口及扩展类框架。通过分析表明该方案能够满足测量管理体系对测量过程的控制要求。关键词：测量过程；钢铁集团；有限状态机；工作流；测量管理体系中图分类号：TP391 文献标识码：AWorkflow Management System for Measurement Process in Steel EnterpriseZHAO Xiao-dong1,2,TAO Xiao-lei1,ZHANG Kai1(College of Metrological and Measurement Engineering, China Jiliang University , Hangzhou , China)Abstract: In order to realize process centering during the metrological management work in steel enterprise, by adopting the workflow technology, a kind of workflow model base on extend Finite State Machine(FSM) theory was proposed. it also defined workflow metamodel ,and introduced the transition principle. an instance of workflow and role right for measurement process were constructed. Browser/Server(B/S) three-tier workflow architecture were developed, also the framework of interface and extend class was projected using language of java based on Orient-Object technology. The workflow systems were proved to satisfy the control requirement of measurement process for measurement management system by analysis.key words: measurement process; steel enterprise; finite state machine; workflow; measurement management system1引言近些年来，大多钢铁企业的计量管理工作都是在围绕ISO10012的测量管理体系1展开，测量管理体系要求对测量过程进行策划、确认、实施、形成文件和加以控制。每一个测量过程的完整规范应包括所有有关设备的标识、测量程序、测量软件、使用条件、操作者能力和影响测量结果可靠性的其他因素。测量过程的控制应根据形成文件的程序进行，但目前企业对测量过程的控制只停留在程序文件的建立和完善上，过程监控可操作性差，执行效率低。管理人员无法对测量过程的各个工序进行有效评估，难以实现细粒度的过程控制。这些都与测量管理体系的要求相背离，因此对测量过程重新进行流程化设计将成为把计量管理工作融入企业信息化进程的关键。流程化设计多以工作流技术实现，工作流的实现技术也形式多样，如基于Agent2、Web Service3和Petrl网4等的工作流设计，但目前针对测量过程的工作流元模型设计模式、角色权限分配以及数据操作层的访问控制等关键问题并未有文献提出完整有效的工作流解决方案。本文针对上述等问题，提出了一种适用于测量过程的工作流管理系统设计模式。即根据有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）理论设计出一种基于XML语言描述的轻量级工作流元模型，在元模型设计的基础上通过自定义多条件组合的权限访问控制方式，有效解决了测量过程中角色权限分配和检校项目的复杂多样化问题。文中最后给出了工作流系统体系结构和类设计框架。2基于FSM的工作流元模型设计2.1 FSM理论FSM 是一种概念性机器，由一定数目的状态和相互之间的转移构成，在采用FSM理论对进行工作流元模型定义过程中可对FSM定义进行扩展5, 6，以满足实际工作流设计的需要。作者根据测量过程中测量环节的权限控制及测量项目的复杂多变的特点，设计了一种七元组的FSM，表示为M=S，A，C，F，R，Si，Sf。其中S表示有穷状态集合；A表示引起状态改变的有穷动作集合；C表示判断条件的有穷集合；F表示外部功能函数的集合，R为结果输出的集合，可表示为SAS，Si表示唯一的初始状态，SiS，Sf表示唯一的终止状态，SfS；对于S，它的元素可表示为s=（a，c），aA，cC；对于A，其元素可表示为a=（c，f，r），cC，fF，rR；2.2元模型设计原理在FSM理论的基础上采用XML语言对元模型进行描述，元模型各元素关系框架如图1所示，具体主要元素定义说明如下：图1工作流元模型中各元素的层次关系图定义1 root=workflow，workflow作为xml文档的根元素位于文档开始部分，只能唯一存在。定义2 step=ID,NAME,action,conditions，ID表示step的唯一数值标识属性；NAME表示工序步骤名称，如“设备收发”；action和condition为step的子元素。定义3 action=ID,NAME,conditions,function,result，ID表示action的唯一数值标识属性，NAME表示执行动作的名称，如“确定”；conditon、funciton和result为action的子元素。定义4 condtions=TYPE，sub-conditon，TYPE表示条件的逻辑关系，定义为TYPE（AND，OR，NOT）。sub-condition=TYPE，item表示的condtions的子元素，可用于表示单一条件。其中TYPE（bean，class，scrpit）。item表示具体的子项。定义5 results=conditions，unconditional-result，conditional-result，function，其子元素包括unconditional-result、conditional-result、condition和function。其中unconditional-result和conditional-result属性相同，unconditional-result=PRE_STATUS，STATUS，OPER，STEP，SPLIT，JOIN，PRE_STATUS表示前一流程状态属性，STATUS表示当前状态属性，两者具有同样的属性定义值，即STATUS（queued，underway，finished），OPER为流程操作人，STEP，SPLIT和JOIN为迁移目标值。定义6 funciton=TYPE，pre_function，post_function,TYPE表示调用外部函数的方式，其TYPE（bean，class，scrpit，ejb），pre_function和post_function为子元素。定义7 split=ID，conditions，conditional-result，unconditional-result，ID表示split的唯一数值标识属性。conditions，conditional-result和unconditional-result为子元素。定义8 join=ID，conditions，conditional-result，unconditional-result，同split定义说明2.3 工作流迁移原理工作流迁移是指工作流实例从一种状态迁移到另一种状态，每一次迁移过程以新状态流程的创建开始，以生成旧状态历史记录结束。每一个工作流实例的状态可描述为：stateCREATED,ACTIVATED,SUSPENDED,KILLED,COMPLETED，工作流实由初始化动作（initial-action）引发创建（CREATED）状态。对于任何动作（action）的执行都会使这个工作流实例转换到激活（ACTIVATED）状态。另外，激活状态通常是整个工作流实例生命周期内停留时间最长的状态。挂起（SUSPENDED）和终止（KILLED）这两个状态都是由外部系统通过工作流所提供的接口达到的。由于业务的需要，某些工作流实例有挂起甚至中途终止的要求，挂起和终止就是对应的两个状态。完成（COMPLETED）状态是工作流实例正常结束后的状态。工作流实例流转原理如图2所示：图2工作流迁移原理图3 测量过程工作流设计与实现测量过程应对过程要素进行识别和控制，包括操作者、设备、环境条件、影响量和应用方法，测量过程要根据经计量确定的测量方法，使用规定的测量所需的设备，测量人员应具备测量过程所要求的技能和资格。这些要求构成了测量过程的受控条件，工作流设计应能满足这些受控要求，这些条件包括1：条件1：使用经确认的设备，测量过程中的测量设备需要经过计量确认才能使用。条件2：应用经确认有效的测量程序，每一种测量过程必须按照确认过的测量程序执行。条件3：可获得所要求的信息资源，除了测量过程中的检测和处理数据外，测量设备和被检设备的基本信息等其他资源也可以获得。条件4：保持所要求的环境条件，环境条件包括检测的环境温度、压力以及湿度等实验室条件。条件5：使用具备能力的人员，要求测量人员具有相应的资质。条件6：合适的结果报告形式，根据测量程序和用户形成文件形式的测量过程记录。条件7：按规定实施监视，对测量过程实行监控。3.1 工作流程设计根据测量过程的受控条件，其工作流程设计如图3所示。图3测量过程工作流设计流程图测量过程的主要进程与工作流模型的关联说明如下：（1）initional-actioninitional-action是仅作为工作流模型的必要元素存在的，它的功能是启动代表某个实际测量过程工作流实例的有限状态机，在钢铁集团的实际测量过程中将不能够找到与其对应的的客观存在。（2）Step1：收件收件步骤通过initional-action的动作（action）创建，该步骤记录顾客的要求，并可整合针对设备的相关规程和基本信息，为下一步的检校步骤提供参考。检校人员可方便地获得与所要检校的设备相关的诸多信息，这一点相对于传统的纸质的业务流转是计算机集成制造方式的一大突出优势。（3）Step：检校检校步骤由记录采集、不确定度采集、证书采集等多部分组成，由于其在钢铁集团测量过程中的特点各部分采集的数据有直接关联，所以将各部分检校采集工作交予同一人员处理。检校步骤的这个要求完全可以通过我们定义的工作流模型中的多动作（action）的单一步骤来实现。我们将人员绑定到步骤，将各项检校采集工作绑定到多个动作（action）即可。另外，检校步骤的动作（action）执行权限可以根据条件（condition）来判断，这里就可以结合钢铁集团测量过程中的人员资质的判断，防止无对应资格的人员检校此设备。最后，每个动作的执行结果生成相应的核验步骤。（4）Step4x：XX核验和Step5x：XX审核核验环节原则上不要求同一人完成，因此将这个环节设计成多步骤，多个步骤可以有多个核验人员来完成。每个步骤都有条件（condition）可以判断是否所有必要条件已达到，比如将欲执行此步骤的人员是否与上一步的检校人员重复。核验环节的多个步骤合并（join）后，通过条件（condition）判断其结果的指向。条件验证通过后（多个核验步骤都已通过且没有任何不满足规程的条件存在），指向分离（split）环节，同时创建相应的审核步骤；否则（一个或多个核验步骤不合格，或者尚存在任何不满足规程的条件），指向重检步骤。审核环节与核验环节类似，审核条件满足后，流向发件步骤，发件完毕，流程结束。该工作流通过核验，审核，检修环节的设计能防止出现错误的测量结果，并确保能迅速检测出存在的问题和及时采取纠正措施。而且能够随时掌握设备所处的流程状态（条件7）。（5）Step6：发件发件步骤处理所有审核通过的测量过程工作流实例。在这里系统可以自动通知收件人领件，并可将整个测量过程的记录存入数据库供以后统计时使用。发件步骤还可以通过系统自动生成最终的不确定度报告、证书报告和各种复杂的报表，通过系统暴露的接口供钢铁集团内的其它系统调用。可见，“发件步骤”远远不只有“发件”的功能，通过步骤中的功能函数（function）可以实现很多外围的功能，本文定义的工作流模型有很强的扩展性。（6）Step0：重检重检步骤是是对检校步骤的补充，它的本质与检校步骤相似。其不同于检校步骤的是重检步骤里条件（condition）需要判断执行重检的人员是否与检校步骤的人员是相同的。另外，检校步骤的来向为收件步骤，而重检步骤的来向为核验步骤或者审核步骤；去向相同，都是核验步骤。3.2 权限设计工作流权限模型根据角色的访问控制(Role-Based Access Control，RBAC)模型7, 8扩展，如图4所示。用户、角色、许可条件集、对象集、流程组、动作组、功能组、设备组分别表示为User（U）、Role（R）、Condition（C）、Object（O）、Step（S）、Action（A）、Function（F）、Device（D）。角色层次表示了角色之间的继承关系，如本工作流中的角色审核员（r1）、核验员（r2）、检校员（r3）之间的关系r1r2r3。用户和角色的关系表示为URUR，即用户和角色之间可以为一对多或多对多关系。许可条件集CRO，表示许可条件由角色与对象之间的授权关系组成，即只有授权之人才能进行相应的操作（条件5）。对象集包括四部分，即OS，A，F，D，其中Sstep，Aaction，Ffunction设备组（D）中包括测量设备和被测设备。功能组（F）中包含针对各测量项目的数据采集模块，其中包括设备检校记录、证书和不确定度采集模块。功能组和设备组之间建立了对应关系，即FDFD，这种对应关系指定某项数据采集模块对应某种满足计量确认要求的测量设备（条件1），并可对应于多个被测设备。功能组中的数据采集模块是按检校规程设计测量流程（条件2）；模块中可以调用测量设备和被检设备等相关数据信息（条件3）；数据采集模块可以进行根据用户需要进行自定义添加（条件6）。图4角色权限授权模型文中针对测量过程中的某些特殊要求通过约束条件来定义，并将约束条件可与许可条件形成组合条件应用于角色授权，约束条件规则如下：（1） 检校人员u1、核验人员u2、审核人员u3依次进行操作过程中，对于每一次测量过程，要求u1u2，u2u3；（2） 对于需要重检的操作，要求检校人员只能重检本人检校过的项目。即重检操作人员u4=u1；测量过程的权限设计中包含了设备对象，满足测量过程要求的同时，也与钢铁集团其他管理系统如ERP实现了很好的信息交换。设备信息可以从ERP系统中得到共享，而由测量过程获得检校信息也可以反馈回ERP系统。由此可见，该权限设计即可满足测量管理体系对测量过程的控制要求，也可实现钢铁集团内部的系统互联互通。3.3 工作流系统实现系统采用基于B/S（browser/server）三层结构模式设计，如图5所示。（1）客户层：由浏览器或其他网络系统组成。用户通过浏览器与web层的工作流引擎实现人机交互。（2）Web层：由工作流引擎组成。实现工作流管理系统的功能，负责处理客户层的请求，实现与系统层的交互。（3）系统层：由应用系统和数据库系统组成。应用系统为工作流系统提供了用户所需要调用的功能函数，并实现与数据库的信息交互。图5工作流体系结构图系统采用面向对象的java语言对工作流引擎进行了类设计，其主要类结构设计如图6所示。其核心类包括四部分：（1）XmlWorkflow接口及其扩展类：定义了各种元素的描述类，主要用于解析工作流xml设计文档。（2）Condition条件接口及扩展类：定义和实现各种条件，可通过元素condition调用这些类，实现多条件组合。（3）FunctionProvider函数接口及扩展类：定义各种应用接口，满足测量过程中对各种应用的调用。（4）WorkflowDatabase数据库接口及扩展类：通过jdbc实现与oracle或mysql等数据库系统的交互。图6接口与扩展类框架图4 总结本文针对钢铁集团计量管理工作中的测量过程提出了基于有限状态机的轻量级工作流管理系统模型，并给出了设计原理和实现方法。该模型能够满足测量过程的受控条件，符合ISO10012测量管理体系1的要求。该模型的成功应用能为计量管理工作的规范化和流程化起到重要的支撑作用。参考文献：1International Organization for Standardization. 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