支持供应链的工作流系统结构及其计划与调度的研究与应用
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摘 要
企业计算机应用发展经历了五个阶段：单功能应用、部门级的集成应用、
企业范围内集成应用、集成客户与供应商、跨企业集成与动态电子商务。前三
个企业计算机应用阶段主要是企业内部信息集成，从供应链管理技术的应用开
始，企业的计算机应用已经进入跨企业的信息集成。跨企业的分布式工作流管
理作为一种群体协同技术，在当今企业计算机应用中有着重要的地位。
本文主要针对工作流管理系统在实际应用中集成能力差、互操作性不高、
模型缺乏对分布式环境支持等缺点，讨论了工作流管理系统在供应链框架下应
用的必要性。在基于上述认识的基础上，本文提出了一个支持供应链的，基于
代理技术的工作流系统结构模型。
首先，对工作流管理的研究现状和实际应用情况进行了综述，进而提出了
本文的研究目标。
其次，讨论了工作流系统的主要组成部分和实现技术。为了支持供应链上
不同工作流系统的互操作性，本文讨论了互操作的实现环境、实现要求和实现
技术，同时提出了一个可以实现互操作的接口模型。
由于企业以分布、协调的方式实现生产任务的新的组织模式给制造业生产
调度方式提出了挑战，本文讨论了基于工作流技术在这种分布式环境，在资源
有限和任务完成时间约束情况下，对系统中任务执行的顺序和资源的优化分配
方法。
接着，通过引入 UML 技术来描述过程模型的方法，使用了基于 UML 的扩展
实现了对 DNPWorkFlow 过程模型、组织模型、资源模型和工作流相关数据的描
述。接着本文对 DNPWorkFlow 的实现部分进行概述，并且对过程的定义、解析、
转换和引擎的实现机制进行了介绍。
最后，对本文做出总结和展望。
关键词：工作流 供应链 分布式技术 过程模型 计划与调度
ABSTRACT
The development of enterprise computer applications goes through five phases:
single function applications, department integrated applications, enterprise
integrated applications, customer and supplying manufacturer integrated
applications, inter-enterprise integration and dynamic e-business applications. The
first three phases focus on the enterprise information integration, and in the last two
phases enterprise computer application is inter-enterprise information integration.
Inter-enterprise distributed workflow management is of great importance in the
current enterprise computer applications.
This paper discusses the flaws of workflow management systems in integration,
inter-operation and supporting the distributed circumstances at present, and also
discusses the importance of application of workflow management in the framework
of supply chain. On the basis of the above, we propose a workflow system
architecture which is agent technology based and supports the supply chain.
First, we make a systematic analysis of workflow management both in research
and practical uses, and the objective of this thesis is presented.
Second, the main components of workflow management and technologies used
to implement them are discussed. In order to support the inter-operations on the
supply chain, we discuss the inter-operations’ circumstance, special requirements
and crucial technologies. And then an interface model is proposed.
Because the new organization style of departments in enterprises gives us the
great challenge of scheduling methods in such a distributed circumstance, we
discuss the method of how to optimize the execution of task sequence and the
allocation of resources.
Then, we introduce the process modeling method using UML and expand it to
describe the process model, organization model, resource model and workflow
relevant data of DNPWorkFlow which is developed by us. Also, we discuss the
brief implementation mechanism, and next the detailed descriptions of process
definition, parse, conversion and the mechanism of how to run the engine are
presented.
In the end, we make a summary, and also, the prospect of research in this field.
Key Words ：Workflow, Supply Chain, Distributed Technology ，
Process Model, Planning and Scheduling
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ·······················································································1
§1.1 引言 ·····················································································1
§1.2 工作流技术综述 ····································································· 2
§1.2.1 工作流技术的起源和发展 ·················································2
§1.2.2 工作流和工作流管理系统的定义 ········································3
§1.2.3 工作流技术的发展现状及发展方向 ·····································3
§1.2.4 Web Service 等新一代信息技术的产生对工作流系统的影响 ···· 5
§1.3 论文的研究内容 ····································································· 6
第二章 工作流系统主要组成部分与主要实现技术 ······································· 7
§2.1 工作流系统概述 ····································································· 7
§2.1.1 工作流系统特性 ····························································· 7
§2.1.2 通用工作流产品体系结构 ·················································7
§2.2 工作流系统参考模型 ······························································· 8
§2.2.1 工作流参考模型 ····························································· 8
§2.2.2 工作流过程定义工具与过程定义交换 ································ 10
§2.2.3 工作流执行服务 ····························································11
§2.2.4 工作流管理 ··································································14
§2.2.5 客户应用与工作流调用的应用 ········································· 15
§2.3 主要实现技术 WebService 介绍 ················································ 16
§2.3.1 WebService 体系结构 ·····················································16
§2.3.2 WebServices 关键技术 ··················································· 17
§2.4 本章小节 ············································································· 18
第三章 供应链框架下的工作流系统的分布式协作架构 ································19
§3.1 概述 ····················································································19
§3.2 工作流中代理技术的引入 ························································20
§3.2.1 工作流面临的问题 ························································· 20
§3.2.2 代理的引入 ··································································20
§3.2.3 基于代理技术的工作流系统模型的设计方向 ······················· 21
§3.3 基于代理的系统结构 ······························································22
§3.4 工作流之间互操作接口的设计 ··················································24
§3.4.1 基于供应链的工作流系统架构模型的要求 ·························· 24
§3.4.2 接口设计 ·····································································25
§3.4.3 系统的优点 ··································································27
§3.5 本章小节 ··············································································27
第四章 DNPWorkFlow 计划与调度模块 ······················································ 28
§4.1 概论 ··················································································· 28
§4.2 DNPWorkFlow 计划与调度模块的运行机制 ··································· 29
§4.2.1 传统模型的局限性和在工作流环境下新的要求 ···················· 29
§4.2.2 模型的基本单元 ··························································· 30
§4.2.3 计划与调度机制 ··························································· 33
§4.3 DNPWorkFlow 计划与调度模块的资源模型的建立 ·························· 34
§4.3.1 资源定义 ·····································································34
§4.3.2 资源管理方法 ······························································ 35
§4.3.3 按周期进行资源更新的方法 ············································ 35
§4.4 算法模型 ··············································································36
§4.4.1 计划过程 ·····································································36
§4.4.2 算法模型 ·····································································37
§4.5 本章小节 ··············································································47
第五章 DNPWorkFlow 过程管理与控制模块 ················································48
§5.1 概述 ··················································································· 48
§5.2 用 UML 描述工作流管理系统 ····················································· 49
§5.2.1 统一建模语言（UML）简介 ··············································49
§5.2.2 工作流概念映射到 UML 概念 ············································· 49
§5.2.3 基于 UML 的扩展描述工作流过程模型的合理性 ···················· 53
§5.3 DNPWorkFlow 的工作流模型 ····················································· 54
§5.3.1 过程模型 ·····································································54
§5.3.1.1 活动 ·································································· 54
§5.3.1.2 转移链 ······························································· 56
§5.3.1.3 状态 ·································································· 57
§5.3.1.4 条件 ·································································· 59
§5.3.2 组织模型 ·····································································59
§5.3.2.1 组织模型概述 ······················································ 59
§5.3.2.2 DNPWorkFlow 的柔性组织建模方法 ····························60
§5.3.2.3 DNPWorkFlow 的组织模型实现机制 ····························63
§5.3.3 资源模型 ·····································································64
§5.3.3.1 企业的资源结构 ··················································· 64
§5.3.3.2 基于对象的资源建模方法 ······································· 65
§5.3.3.3 资源模型与过程模型的映射与解耦 ···························66
§5.3.3.4 企业资源建模实现机制 ·········································· 67
§5.3.4 工作流相关数据 ··························································· 67
§5.4 DNPWorkFlow 的系统结构介绍 ·················································· 68
§5.4.1 概述 ···········································································68
§5.4.2 过程的定义、解析和转换的设计简介 ·································70
§5.4.2.1 活动(Activity)： ················································ 70
§5.4.2.2 应用程序(Application) ········································ 70
§5.4.2.3 条件(Condition) ··················································71
§5.4.2.4 解析器(Parser) ··················································· 72
§5.4.2.5 工作流参与者(Participant) ·································· 72
§5.4.2.6 转移(Transition) ················································ 73
§5.4.2.7 工作流实体(WorkFlow) ·········································· 74
§5.4.3 引擎的实现机制简介 ····················································· 75
§5.4.2.1 引擎结构(Engine) ················································ 75
§5.4.2.2 持久化机制(Persistence) ····································· 76
§5.4.2.3 工作项(WorkItem) ················································ 76
§5.4.2.4 事件机制(WorkFlowEvent) ····································· 77
§5.5 本章小节 ············································································· 77
第六章 总结与展望 ··············································································79
§6.1 论文主要工作概述 ·································································79
§6.2 未来工作展望 ·······································································80
参考文献 ··························································································· 81
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ································· 84
致 谢 ······························································································85
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 引言
自20 世纪 70 年代以来，世界市场已经由传统的相对稳定逐步演变成动态多
变的市场。制造企业面临着日益激烈的全球化市场竞争，而其竞争的核心就是以
知识为基础的新产品的竞争。在这样激烈的竞争中，要想求得生存和发展，制造
企业的眼光不能只局限于片面的追求利润，而应不断缩短产品的开发周期（T），
提高产品的质量（Q），不断降低产品成本（C），改善服务（S），并不断加强环境
意识（E）。
在当前激烈的竞争中，需求变化非常迅速的市场环境下，传统的制造业正在
发生着深刻的变革，先进制造技术正显著的提高企业的产品质量、经济效益和市
场竞争力。越来越多的企业将先进制造技术作为企业适应迅速多变的市场需求和
提高竞争力的主要手段。先进制造技术还在大幅度改善企业产品结构、生产过程
和经营管理模式上发挥重要的作用。越来越多的企业把能够高质量、快响应、灵
活、敏捷的满足客户需求的先进制造技术作为企业继续生存并保持发展的有效途
径。
并行工程、敏捷制造、虚拟制造、供应链管理、企业经营过程重组等统称为
先进制造技术。这些新技术的一个共同特点是强调过程集成和过程重组，这也是
先进制造技术明显区别于传统制造技术单纯从技术角度提高设计水平、制造手段
与生产率的做法。先进制造技术更强调管理技术、制造技术与信息技术的结合。
而且，先进制造技术的出现，使得企业的组织结构也在从传统的功能组织结构向
过程组织结构变化。
随着企业经营过程重组概念和方法在企业中受重视程度的提高，随着先进制
造战略在企业中的不断实施，随着企业的组织模式从面向功能的组织结构到面向
过程的组织结构的逐步转变，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，其发展十分迅速。
工作流技术是实现企业业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优化、
业务过程管理与集成，从而最终实现业务过程自动化的核心技术。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和规则库，可以成为指导企业实施
计算机管理信息系统的模型。在深入分析企业需求基础上建立的企业业务模型可
以在很大程度上提高企业实施 ERP 或者其他管理信息系统的成功率。所以，大力
发展并推广工作流技术对于促进企业管理规范化和信息化有重要的现实意义。
支持供应链的工作流系统结构及其计划与调度的研究与应用
2
§1.2 工作流技术综述
§1.2.1 工作流技术的起源和发展
工作流这一概念起源于生产组织和办公自动化领域。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水平和企业竞争力。而随着计算机网
络技术和分布式数据库技术迅速发展，多机协同工作技术日趋成熟，于 20 世纪
80 年代中期发展起来的工作流技术为企业更好地实现这些经营目标提供了先进
的手段。工作流技术也恰恰解决了传统信息技术不够灵活、未能真正优化企业经
营过程的缺陷。因此工作流技术在各领域都受到了重视，尤其在制造业领域。
自从进入工业化时代以来，有关过程的组织管理与流程的优化工作就一直在
进行，它是企业管理的主要研究内容之一。但在引入计算机信息系统的支持之前，
这些工作是以纸张为信息载体，由人工处理完成的。显然，这样的处理方式，效
率低下，而且需要花费相当的人力物力。
在计算机得到了广泛普及和企业计算机应用水平日益提高的情况下，企业业
务人员希望能够以一种无纸化的、计算机化的工作环境来开展其日常的业务工作。
一些公司和企业因此建立了自己专用的或者可商品化的表单传递应用系统来实现
日常表单处理的电子化与自动化。它们可以看成是现代工作流管理系统的雏形。
二十世纪八十年代中期，FileNet，ViewStar 等公司率先开拓了工作流产品市
场，成为了最早的一批工作流产品供应商。他们把图象扫描、复合文档、结构化
路由、实例跟踪、关键字索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成一种全面支
持某些业务的集成化软件包，这就是早期的工作流管理系统。从中我们也可以看
出，工作流从诞生之日起就是作为一种面向过程的系统集成技术而出现的。
进入二十世纪九十年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是在
Internet 应用日益普及的情况下，现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性
的特征越来越显著，相应的企业信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息源
之间的连接表现出松散耦合的特点，这样的信息系统环境简称 HAD 环境（异构、
自治、分布）。企业物理位置的分散性和决策制定过程的分散性特征日益明显，对
日常业务活动详细信息的需求日益提高，客户/服务器体系结构和分布式处理技术
的广泛应用等。
以上这些情况都说明了这样一个事实：现在的信息处理与应用执行环境已经
进入了大规模异构分布式阶段。在这种大规模的分布式环境下高效的运转和相互
关联的任务，并且对执行的任务进行密切监控已经成为一种发展趋势。
Internet 的发展和普及为电子商务（E-Commerce）提供了技术可能，电子商
务的独特优势必将成为未来商务活动的新模式。而电子商务的重要功能就是商务
流程的管理和监控，如企业供应链管理系统 SCM（Supply Chain Management）和
第一章 绪论
3
企业客户关系管理 CRM（Customer Relationship Management）。在这种技术背景
下，工作流管理系统也由最初的无纸化办公环境，转而成为同化企业复杂信息，
实现业务流程自动执行的必要工具。
1993 年工作 流技术的 标准化组 织，工作 流管理联 盟 WFMC（Workflow
Management Coalition）的成立，更标志着工作流技术在计算机应用领域之中被明
确的划分出一席之地，相应的概念与术语得到了人们的认可，把工作流的技术研
究以及相关的产品开发带入了一个崭新的阶段。
§1.2.2 工作流和工作流管理系统的定义
1993 年工作流管理联盟（Workflow Management Coalition， WFWC）的成立
标志着工作流技术开始进入了相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的
互操作，WFWC 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口（WAPI）
等方面制定了一系列标准。
不同的研究人员、工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义。但
是，正如其他信息技术名词一样，不同的人都有他们自己对工作流和工作流管理
的理解，很难形成一个统一的定义。
工作流管理联盟给出的工作流定义是：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、信息或任务能够在不同的执行
者之间进行传递与执行。
Georgakopoulos 给出的定义是：工作流是将一组任务组织起来完成某个经营
过程。在工作流中定义了任务的触发顺序和出发条件。每个任务可以由一个或多
个软件系统完成，也可以由一个或一组人完成，还可以由一个或多个人与软件系
统协作完成。任务的触发顺序和出发条件用来定义并实现任务的触发、任务的同
步和信息流的传递。
各种对工作流和工作流管理系统的定义，虽然各不相同，但却有以下共识：
工作流是企业业务流程的计算机实现，工作流管理系统是支持该实现的软件系统。
综合以上定义，可以给出工作流和工作流管理系统的以下定义[2]：
工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，是为了在先进计算机环境支
持下实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业
务模型。工作流管理系统是支持工作流实现的计算机软件系统，是实现工作流定
义、启动、调度、监控、分析等管理功能的工具集。
§1.2.3 工作流技术的发展现状及发展方向
工作流技术，在初期主要的推动力量是工作流产品开发人员和组织。随着工
作流技术在实际中作用的发挥，越来越多的人认识到它的重要性，它也得到了快
速的发展。相对于工作流产品市场的繁荣，工作流相关理论研究则有些滞后。在
过去很长一段时间里，有关工作流方面的研究主要由商品化的工作流管理系统的
支持供应链的工作流系统结构及其计划与调度的研究与应用
4
开发商领导。为了把工作流产品推向市场，这些开发商把大多的研究注意力放在
工作流系统的开发实施上。目前，工作流设计方法学、工作流概念模型的方面还
没有形成一套比较成熟的理论和方法。
各类工作流产品的发展情况，根据 Delphi Group 的报告，在工作流发展的初
期，该市场几乎被过程类产品独占。到 1997 年，以过程为中心的产品仅占 54%的
市场，以文档为中心的占 32%，以通讯为中心的占 14%。在各个行业中，商业，包
括银行业和保险业依旧是工作流产品的最大用户，政府行政部门其次，制药业和
卫生业超过制造业，成为影响工作流产品的第三大行业。通讯业也在几年内从 2%
增加到 5.7%。
从工作流系统的实际应用状况来看，远远没有达到人们所期望的水平。尤其
是在先进制造技术越来越依赖工作流技术的同时，对工作流技术提出了更高的要
求。由于在工作流系统开发的最初阶段缺乏统一的标准，又限于当时软件支撑技
术的水平，导致不同公司的工作流管理系统在功能上以及所采用的支撑技术、开
发技术和接口上都有很大的不同。同时，目前在经营过程中采用工作流管理系统
的企业不多，而且这些系统的应用范围也很有限，并不能全方位支持企业的关键
业务流程。主要原因如下：
1、缺乏互操作性：在工作流管理系统开发的早期，由于缺少统一的标准，
大多数工作流产品之间互不兼容。在这种情况下，用户一旦选定了一种产品后，
就很难过渡到其他同类产品上，更不用说在供应链环境下的企业之间经营过程一
体化的实现了。后来工作流管理联盟虽然提出了一套工作流管理系统的标准，但
要实现工作流之间无缝的互操作，还需要开展很多工作。
2、并发访问和出现错误时缺乏正确和可靠的支持：工作流实例在运行过程中，
可能出现多个活动同时访问共享资源的情况，各个活动在数据操作上会互相重叠。
为了保证系统正常运行，必须进行并发控制，防止出现“脏数据”等现象。另外，
当工作流非正常中断时，如何恢复数据的一致性也是需要解决的问题。
3、性能问题：大多数工作流产品无法满足企业每天处理上万，甚至每小时处
理几千个业务的需求。
4、缺乏对工作流进行分析、仿真和纠错的工具。
针对目前工作流产品存在的不足和信息技术、分布式对象技术、
Internet/Intranet 技术的发展趋势，从技术与应用角度看，在今后的一段时间
内，工作流管理技术的研究及产品的主要发展方向如下：
1、面向复杂企业应用的工作流管理系统；
2、过程建模理论与建模方法[2]：研究如何清晰、准确的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。如采用 Petri 网方法，使用
UML 建模语言等。
3、研究融入代理技术或事务管理概念的工作流。
4、模型验证和模型仿真方法[2]：研究从理论上如何验证所建立的过程模型不
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作者：陈辉
分类：高等教育资料
价格：15积分
属性：88 页
大小：9.42MB
格式：PDF
时间：2025-01-09
