分布式网络化制造系统中的工作流管理

0 引言

    由于全球市场的形成，各制造企业在寻求新的发展的同时，不得不试图摆脱办事效率低下的多层次的组织结构，使企业的业务过程和决策建立在扁平化的自组织的管理基础上，这就导致了BPR研究的出现，把易出错的传统业务过程中的人工或自动任务集成到分布式企业的工作环境中。近年来，Internet等新技术为BPR的实现带来了一个基于网络计算的业务处理新概念—工作流管理。工作流管理是利用计算机技术和信息技术作支持，来实现企业或组织机构业务流程的自动化处理。它和企业的业务流程重组紧密地联系在一起。从技术角度来看，工作流管理集成了来自计算机科学和管理科学的原理、方法和技术，其中包括了数据库管理、异构分布计算、系统集成和业务重组等领域的内容；从应用角度来看，工作流系统具有很好的可扩展性，不仅支持了产品数据的集成，而且支持了产品过程的集成，可以实现业务过程控制，适用于分布、并行的运行环境。工作流管理理论的出现为分布式网络化制造系统的有效运作和管理提供了很好的解决方案。

1 工作流的概念

    工作流的概念最初起源于JCL，其目的是让用户定义一组由工作步骤组成的工作流程。1993年，欧洲成立了工作流管理联盟，它将工作流定义为：“业务流程的全部或部分自动化，在此过程中，文档、信息或者任务按照一定的过程规则流转，实现组织成员间的协调工作以期达到业务的整体目标”。本文我们给出工作流的另外一种描述：工作流是由不同的处理实体执行的一组相互协作的活动或任务构成的有序集合。具体来说，在DNMS中多个功能实体之间为了完成整个制造过程而执行的一系列相关的任务，就构成了一个工作流。

    工作流根据其用途和技术不同，可以分为行政工作流、合作工作流、生产工作流等。其中，生产工作流是工作流的高级形式，它是关键业务流程的一种实现，直接关系到组织的功能，一般在规模复杂异构的执行环境下运行，包含有各类的任务、人和组织，涵盖了行政工作流和合作工作流。DNMS中的工作流属于生产工作流，在本文中称之为制造工作流。

    制造工作流的核心是制造过程中的多个任务和任务之间的相互关系。从这个意义上来说，制造工作流可以定义为：

    制造工作流=制造任务+任务间的关系

    “制造任务”的集合组成了制造工作流中的元素，“任务间关系”的集合就形成了制造工作流的结构。

    工作流描述语言有图形化描述语言和基于规则的描述语言。其中，图形化的描述方法能够清晰、明了地建立工作流的结构模型，这种表示方法称之为“工作流图”。本文所讨论的工作流的结构模型都用“工作流图”来表示。在制造系统中，常见的工作流图有3种。最简单的是顺序结构制造工作流，如图1所示。在这种结构中，多个任务之间在时间上存在着一定的顺序关系，相邻的两个任务之间的关系用“紧前”和“紧后”来描述。在顺序结构中，起始任务没有前继，终止任务没有后继，其它任务有且只有一个前继和一个后继。其次是分结构制造工作流，如图2所示。在这种结构中，一个任务在不同条件下可能出现多个紧后任务，而且这多个任务之间不存在并行性。特别地，如果某一个任务在执行完之后没有达到预定的要求，需要按条件重新返回执行前面（或当前）的任务，这种情形也应该属于分支结构。第3种是并行结构制造工作流，如图3所示。在这种结构中，一个任务在不同的条件下可能出现多个紧后任务，而且这多个任务之间存在着并行性。

2 制造工作流中的任务

    制造工作流是一系列制造任务及其相互关系的有序集合。在DNMS中，制造任务是指由功能实体（自动化设备、人机系统和人或组织、企业）所执行的与整个制造过程相关的某一项（或一组）活动。
 
    制造任务总是由一个或多个功能实体完成的，它可以被理解为：由特定的人员，在特定的时间段内，使用特定的设备和工具，对特定的资源所执行的某些操作。因此，人员、时间、设备和工具、资源、操作内容这5个方面就构成任务的基本要素。

    任务的5个基本要素是对一个任务进行标识和描述的基础。在同一个工作流中，任何两个任务之间都不应该拥有完全同样的基本要素；任何两个任务之间也不可以在同一时间内占用同样的人员；类似的情况同样适用于设备、工具、资源和操作内容。

3 任务间的关系

    两个相关任务之间最简单的关系是前、后继关系，它充分描述了工作流的平面结构。利用任务之间的“紧前”和“紧后”关系，我们就可以将多个任务联结起来，形成一个平面内的完整工作流图。在某些情况下，制造工作流中的某一个任务可能是其它一组基本任务的集合。被分解的任务称之为“父任务”，分解出来的任务被称为“子任务”。任务的父、子关系可以用“分解模式”表来描述，如表1所示。