面向PLM的工作流管理应用研究

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欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 引言 随着企业信息化的不断深入和新制造模式的发展与应用，人们认识到了对产品数据进行全生命周期管理的重要性。PLM（Product overall Lifecycle Management，产品全生命周期管理）作为一项企业信息化的战略，描述和规定了在整个生命周期中和产品相关信息的创建、管理、分发和使用，给出了一个信息基础框架，来集成和管理相关的技术与应用系统，使用户可以在产品生命周期过程中协同地开发、制造和管理产品。 工作流是针对一类能够完全或部分自动执行的业务过程而提出的。通过一系列过程规则，使信息或任务在不同的执行者之间流动、执行。国际工作流管理联盟（Workflow Management Coalition，WFMC）是一个国际化的工作流管理组织，致力于为工作流技术制定统一的规范和公共的标准。WFMC 给工作流下的定义为：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。工作流管理的优点是将应用逻辑与过程逻辑分离， 在不修改具体功能的情况下，通过修改过程模型改变系统功能，完成对生产经营部分过程或全过程的集成管理，从而可以有效地把人、信息和应用工具合理地组织在一起，发挥系统的最大效能。 工作流技术广泛地应用于包括制造业在内的各个行业。国外EDS、PTC等大公司已经在其PLM 系统中较好地实现了工作流管理，大大地提高了流程的自动化。然而，国内PLM 的系统开发还处于刚刚起步阶段。本文将结合苏州阀门厂产品全生命管理系统（简称SF-PLM）的开发，对面向PLM 的工作流管理系统的体系结构和对象模型进行分析和探讨。 PLM中的工作流管理 产品全生命周期，从时间上看，可以划分为需求定义、概念设计、详细设计、生产计划、制造装配、销售服务、运行维护等若干阶段；在地域上，产品全生命周期横跨整个企业和企业供应链。PLM 以产品为核心，以产品供应链为主线，为企业提供一种从整体上实现对产品生命周期中各个阶段的相关信息、过程和资源进行优化管理的解决方案。工作流管理是PLM 系统的核心功能之一，可以作为企业信息集成的使能工具。基于Web 的工作流管理系统可以在地域上灵活地跨越整个企业及其供应链，为企业组建动态联盟、实现信息交互发挥重要作用。工作流管理技术可以方便地应用于项目管理、变更管理、网络协同等领域，在企业信息集成的基础上实现企业的业务集成。如在产品开发过程中，它可以使设计人员跟踪整个产品的开发过程，包括设计活动、设计概念、设计思路和设计变更等，将数据和信息发送给商业过程执行中相关的用户、角色，支持业务流程的集成化、自动化。 如图1 所示是基于CORBA 的B/S 三层网络结构的SF-PLM 系统功能框架，工作流管理在这个系统构架中作为一个基础管理平台连接各个地域上、形式上不同的产品数据，使之成为统一的、标准化的产品信息。SF-PLM 系统采用CORBA 作为统一的分布式对象计算平台，从而支持系统的跨平台和复杂产品数据集成。 工作流管理的体系结构 WFMC －工作流参考模型 对于工作流管理系统的结构，WFMC 提出了工作流参考模型（Workflow Reference Model），如图2 所示。工作流参考模型源于对一般工作流系统结构的分析，由四个组件和五个接口组成。这四个组件分别为： (1)过程定义工具(建模工具) 负责工作流程的定义，将给出过程模型的形式化输出，在运行时期提供给工作流引擎解释。 (2)工作流执行服务 工作流管理系统的核心，使用一个或多个工作流引擎，为过程实例和活动提供运行环境，负责解释和激活过程定义，并与过程定义中所需的外部资源进行交互。 (3)管理监视工具 监控和管理工作流的执行情况，分析、监测和调整流程状态。 (4)工作流客户应用 在工作流执行时，用来和客户端用户交互的软件组件。 以工作流执行服务组件为核心的四个组件之间都定义了接口，这些接口定义了一些标准的方法和数据转换格式，具有良好的通用性和可扩展性。从图2 中可以看到，工作流执行服务组件还定义了和其他工作流执行服务之间协同工作的接口以及和被调用的外部应用程序之间的接口。这些接口使整个工作流系统具有良好的可扩展性和可伸缩性。 SF-PLM 工作流管理系统的体系结构 根据WFMC 的工作流参考模型，SF-PLM 工作流管理系统将由四个主要模块组成，分别是建模工具、管理工具、客户应用和工作流执行服务。因为SF-PLM 系统采用基于CORBA 分布式B/S 三层网络结构，所以其工作流管理系统也将基于CORBA，采用分布式三层结构。 建模工具、管理工具、客户应用都将放在客户端，根据用户类型，提供相应的应用。如终端用户是流程工程师，系统将提供建模工具，使其方便地制定和修改工作流程；如终端用户是流程管理和监控者，系统将提供管理监控工具，使其方便地进行流程分析、流程监控等管理工作。由于系统基于CORBA 平台，所以客户端具有跨平台的机制，这些客户端的应用能够在异构的客户平台上为不同的用户服务。各个异构的客户平台将通过客户端ORB 请求服务器端的工作流执行服务。 工作流执行服务将作为整个P L M 系统应用业务逻辑的一部分，放在中间层。它通过访问位于存储层的数据库服务器（本系统采用Java 的JDBC 连接数据库）取得相应的人员角色数据、流程控制数据及其他流程相关数据。在中间层，工作流执行服务还可以调用其他的外部应用服务，以扩展其功能。 在此基础上建立的SF-PLM工作流管理系统的三层体系结构如图3所示。由于客户端采用Java 图形界面的Web 技术，所以客户端仅需要一个web 浏览器，这样极大地增强了整个系统部署的灵活性。从图3 中可以看到，客户层和中间层是通过CORBA的IIOP 协议和WEB 的HTTP 协议传输的，这使系统能够自如地穿梭于Internet/Intranet，不受空间地域的限制。 工作流管理的对象模型 本文采用面向对象分析方法对工作流管理系统进行具体分析，并用UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）来表示分析的结果。 面向对象分析的第一步是定义用况（Use Case），并建立系统的用况图（Use Case Diagram）。用况用来描述一个参与者（一个外部的主动者）使用系统完成某个过程的事件发生顺序。它能够体现系统的需求情况。用况是一个描述型文档，而用况图则直观地用图形表示出系统的一组用况、用况的参与者以及用况和参与者之间的关系。 根据已经构建的SF-PLM系统工作流管理的体系结构，分析得到User，Monitor和MFCreator三个参与者和八个用况，他们分别是QueryProcess（查询流程用况），EnactProcess （执行流程用况），AnalyseProcess（分析流程用况），MonitorProcess（监控流程用况），ManageWfUseRole（用户角色管理用况），DefineProcess（流程定义用况），ModifyProcess（流程修改用况）。它们之间的关系可以用用况图直观的表示出来，如图4 所示。 参与者User是指一般用户，可以查询流程和执行角色相关的流程，是QueryProcess和EnactProcess两个用况的发起者。其中，User发起的EnactProcess用况的执行顺序为:User 登入工作流管理子系统后，获取相应的角色信息，然后系统会列出该用户相应的任务列表。User 选取其中的一个任务项，并请求服务器端的工作流引擎执行该任务，工作流引擎执行任务项，更新相应的过程数据库并记录系统日志，然后把执行结果返回给客户端的User（如图5所示）。 参与者Monitor是指具有系统管理和监控权限的高级用户。从图4中可以看到，Monitor是EnactProcess，AnalyseProcess，MonitorProcess，ManageWfUseRole 四个用况的发起者。系统将为Monitor用户提供工作流监控管理工具，流程执行分析工具及用户角色管理工具，以便于Monitor用户能够对工作流的执行状态、运行情况进行管理和监控。 参与者MFCreator 是企业中专门制定流程、定义工作流的工程师。系统将提供过程定义工具（流程建模工具），以便MFCreator 分析企业的业务流程，制定合理化的工作流，并且允许MFCreator修改已经制定好的工作流。所以，MFCreator是DefineProcess，ModifyProcess两个用况的发起者，如图4 所示。 用况图对领域过程和参与过程的外部参与者进行描述，是描述系统需求时非常重要的方法。但是仅有用况图还不能用于面向对象设计，面向对象的设计还必须定义逻辑软件的规格说明，这个规格说明要满足建立在类的分解基础上的功能需求，这就要求为各个对象分配“职责”并展现出对象之间通过消息进行交互的过程。这种对象之间的交互在UML 中可以用顺序图（sequence diagram）来表示。 为此，工作流管理的所有用况都应该建立相应的顺序图，如图5所示为由User发起的EnactProcess用况的顺序图。UserInterface（用户界面对象），UserRole（用户角色对象），WFEngine（工作流引擎对象），UserRoleDB（用户角色数据库对象），WFProcessDB（过程数据库对象），SystemLog（系统日志对象）是系统完成这个用况所需的对象，箭头表示角色与对象或对象与对象之间为完成所需的功能而传递的消息。其中UserInterface 位于客户层；UserRole 和WFEngine 作为工作流应用服务器的重要组成部分，部署于中间层；U s e r R o l e D B ，WFProcessDB 和SystemLog 部署在数据库服务器所在的存储层。设计良好的顺序图将为建立工作流管理系统的类图奠定基础。 本文以工作流对象模型的类图为例来进行分析，工作流对象模型是整个工作流管理系统的基础。DefineProcess 用况中，MFCreator 在创建工作流的过程定义模型时，要操作工作流模型对象，系统提供工具和界面，将建立好的模型保存搅鞒潭ㄒ迨菘庵小９ぷ髁鞴芾硐低持葱姓飧隽鞒淌保恢笔褂玫秸飧瞿Ｐ投韵螅钡秸馓豕ぷ髁髦葱薪崾９ぷ髁鞫韵竽Ｐ退得髁艘桓龉ぷ髁鞴逃赡男┗疃槌杉捌渲葱兴承颍ジ龉痰闹葱刑跫笆莸氖淙胧涑觥?/P> 根据WFMC的过程定义元模型（basic process definition meta-model），一个工作流过程（WFProcess）由若干个活动（Activity）组成。活动定义着工作流的执行步骤，活动又可以分成子过程（SubProcess）和一般活动（MFNode，不能再分子过程的原子级活动）两种类型。一般活动可以分为自动执行的活动（ManualAction）和人工型的活动（AutoAction）。顾名思义，AutoAction是工作流管理系统自动调用相关服务而执行的活动，ManualAction则是需要用户操作执行的活动。FlowInfo 类用于表示各个活动执行时用到的相关数据，它将随着活动实例的执行而在活动实例之间传递数据。工作流定义的时候需要指明活动执行者的角色信息，以获得对各个活动执行权限的控制，所以定义了角色类Role。经过以上对过程定义的分析，可以得到工作流对象模型的类图框架如图6所示。 结论与展望 PLM 作为整体解决方案被提出还不久，但是已经被认为是制造企业信息化一个很好的解决方案，其发展势头非常迅猛，成为国内外企业信息化研究的热点。本文所研究的面向PLM 的工作流是一种基于Web 的工作流系统，它通过WWW 来实现任务的协作，起步较晚，但其发展迅速，市场前景十分看好。本文对面向PLM 的工作流管理系统作了一些探讨，着重论述了其基于CORBA/Web 的分布式体系结构和对象建模,更多的实现细节将作进一步研究。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2006)