支持动态联盟的工作流管理及应用

支持动态联盟的工作流管理及应用

钱西汉　吴峻松　王成焘

【摘　要】　敏捷制造的组织形式为动态联盟，是面向任务而形成的虚拟企业。联盟企业间的工作流管理是企业经营成功的保障和衡量企业敏捷性的重要标志。现分析了动态联盟的特点及其对工作流管理的要求，阐述了一种基于Petri网的工作流模型，并结合定做式人工关节这一个性化产品的需要，组建动态联盟及具体的工作流。
　　
【关键词】　动态联盟　工作流　Petri网　人工关节

0　引　言

敏捷制造是将与企业经营有关的人、经营过程、技术和集成各方面因素统筹考虑，通过企业内部的集成和企业间动态联盟的组建来捕捉市场机遇、增强抗风险能力，从而高效、充分地利用企业内部和企业外部的资源，赢得市场竞争，也就是企业快速适应不断变化的市场需求的能力。
　　
本文从定做式人工关节这一个性化产品的市场需求出发，运用敏捷制造的思想迅速组成动态联盟，制定工作流，并在联盟企业间运行。

1　工作流与工作流管理系统

企业内存在多种经营过程，按照工作流管理联盟(WFMC)的定义，经营过程中由计算机系统自动执行的那部分称为工作流。工作流管理系统指的是一个能定义、创建和管理工作流的软件系统。它可以通过一个或多个工作流引擎来解释不同的过程定义，与不同的工作流执行者交流信息并调用其它应用系统来完成预定的目标。一个工作流包括一组活动及它们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动与终止条件，以及对每个活动的描述，如活动的执行者、相关应用程序、需要的文档等。工作流的运行由工作流管理系统控制完成，它和工作流执行者(人、应用)交互，推进工作流事件的执行，并监控工作流的运行状态。
　　
尤尼*马沙克认为，作为真正的工作流产品，系统必须提供一种方式，能够定义和自动化3个R：路线(Route)，规则(Rule)，角色(Role)。路线是指对象流动的方向和目的地；对象包括文件、表格、数据、申请表等；路线还包括关于接受传送对象的人(或流程)的考虑。工作流自动化要包括规则的定义，这些规则决定哪些信息要传送及传送给谁。角色的定义通常独立于执行角色的具体人员，它可以保证流程的灵活性。例如，如果原设计是将工作传给工程师甲，当工程师甲离开公司时就必须确定新条件下的收件人。

2　动态联盟环境下的工作流管理

动态联盟具有如下特点：
　　
(1)异地性。参与形成同一联盟的企业(部门)可能分布在不同的城市、不同的地方。
　　
(2)异构性。参与联盟的企业(部门)运作的信息基础结构可能有不同的数据库和操作系统，联盟企业的企业文化和管理模式也不一样。
　　
(3)实效性。联盟具有明显的组建、运作和分解过程；当市场条件发生变化或消失时，联盟也将进行相应的调整或随之解体。
　　
图1和图2分别表示各企业(部门)在联盟前后的状态。在联盟前，它们处于分散、独立的状态，各自从事自己的事情；一旦有了联盟的需要，各企业(部门)通过竞争形成一联盟，共同完成某一任务。图2中，某一企业为盟主单位，是动态联盟的发起者；当任务完成后，联盟解散，各自又回到图1所示的状态。在动态联盟环境下，不管是企业的生产制造过程，还是整个办公自动化流程，都是比较复杂的工作流。由于各盟员所使用的工作流管理系统软件可能不同，需要建立统一规范的工作流管理。根据动态联盟的特点，在其环境之下的工作流管理必须满足以下几个要求。

图1　没有任务时各企业

(部门)处于分散、独立状态

图2　面向任务形成动态联盟

　
(1)必须支持分布、异构环境下的工作流管理体系。
　　
市场竞争决定了企业的经营生产过程要随着市场环境的状况，调整经营的策略和方式，而且随着不同阶段参与动态联盟的成员的变化，其工作流也会变化。因此，需要在企业分布、异构环境下建立工作流管理体系。
　　
(2)工作流执行的可靠性要求高，必须能管理活动之间的约束与冲突。
　　
动态联盟中各种活动涉及的约束很多，比如只有在设计好了之后才能加工，加工之前还要准备材料等。工作流管理系统必须能管理各种活动之间约束及冲突的管理。
　　
(3)具备良好的人机接口。
　　
工作流参与者应同时包括应用和人，其中人能通过良好的人机界面充分发挥其作用。
　　
(4)工作流模型的描述能力要强。
　　
不同类型、不同复杂程度的工作流都应能通过模型来描述。
　　
基于WEB和CORBA技术的分布工作流管理系统越来越受到重视。WEB作为客户端软件，具备简单、易操作的特点，这样可减少对用户端软件的培训难度。CORBA(Common Object Request Broker Architecture)是对象管理组织(OMG)发起和制定的分布式对象计算标准，其目的是在分布异构环境下实现信息和资源的共享。CORBA作为分布式计算的标准，为工作流管理系统提供了一个分布式环境下的计算平台。在OMG对象管理体系OMA参考模型下，应用对象通过对象请求代理ORB向其它对象请求服务，整个过程底层是透明的。应用WEB和CORBA技术实现工作流管理是一个有效的途径。

3　典型应用

人工关节是一种典型的个性化产品，往往因病人的不同而不同，具有很强的个性和易变性。为某一病人定做人工关节要涉及到一系列单元技术：检查病人关节的损伤情况、CT图像处理、设计关节、提供材料、加工关节、消毒处理等。这些技术不仅需要专门的医务人员，还需要工程设计人员、制造加工人员、消毒人员、材料专业人员。关联的部门包括医院、CAD中心、CAM中心、探伤部门、消毒单位等。如果由一个企业完成产品从设计到加工的全过程，那么该企业必须要有医、工方面的专业技术人员，还要配置昂贵而齐全的设备，如：CT机、加工中心、高档计算机及图形软件等。这务必会增加产品的成本。针对定做式人工关节市场具有随机性的特点，建立这样一个企业是没有生存能力的。针对上海很多企业设备闲置，高校科研能力强大的特点，从人工关节这一市场需求出发，由上海交通大学假体工程研究所发起，联合医院、加工中心、材料部门及探伤、消毒等企业形成动态联盟，具有非常重要的现实意义。
　　
虚拟企业的运作如图3所示，其运行过程为：(1)医院通过信息网向中心提供需要，并传送规范化的CT片组；(2)中心运行CAD过程，将结果传送给医院，和医院进行交互讨论修改设计；(3)材料生产单位提供毛坯，经探伤传送至中心；(4)中心完成CAM过程，首先在网上了解盟员中的加工中心是否有空，然后指定盟员加工；(5)中心送“准成品”作再探伤，送盟员部门作γ射线消毒；(6)中心封装签字送医院临床。中心掌握上海医院信息网，临床医院向中心提出定做式假体的要求，建立含中心、临床医院和患者三方的任务合同书。全系统在中心指挥下，按既定的运作程序、规定的质量要求、商定的经济分配比例、统一的信息交换模式、即时制的工作准则、规范化的物质流动体系、相互合作共占市场的精神，有条不紊地运转，快速向临床提供所需假体。

图3　定做式人工关节的虚拟企业运作图

在该联盟中，涉及到一系列的工作流程，为保证虚拟企业的正常运行，运用工作流管理，其工作流Petri图如图4。一旦医院T1有定做人工关节的需要，医院按规范传送CT片及定制文档书到主控中心T2，主控中心与医院之间进行交互的讨论，确定设计方案；CAD部门T3的设计人员进行图像处理、设计假体，设计好的假体要通过主控中心与医院进行交互讨论、协作修改；假体设计好后，根据加工的需要选择机加工T7或T8和数控加工T5或T6，若需要数控加工，则由CAM部门T4应用相应的软件自动生成NC代码；按照各数控加工中心和机加工的空闲情况，选择相应的加工部门，在该Petri图中，假定加工部门已准备好材料；加工好的产品还要送到消毒部门T9进行消毒；消毒后的假体最后送主控中心T2，由其送往医院进行手术。图4中的小黑点代表Token，它表示当前工作流运行的状态，一旦任务提交，Token也会随之变化。

图4　以人工关节为市场组建

动态联盟的工作流Petri图