信息与控制
INFORMATION AND CONTROL
1999年 第28卷 第6期 Vol.28 No.6 1999



敏捷供需链中工作流管理系统的设计
柴跃廷 李芳芸 任守榘
　　摘　要：过程管理是敏捷供需链的有效运作方式，工作流管理系统是实现过程管理的有效手段．本文分析了敏捷供需链中过程的特征及其管理与控制的机理，在工作流及分布式对象技术的基础上，讨论了系统的功能分布、信息分布、通讯机制等问题，给出了工作流管理系统的结构、功能与实现形式，该系统可以有效地支持敏捷供需链的优化运作．
　　关键词：敏捷供需链 ，过程管理，工作流，CORBA
　　中图分类号：TP14　　　　　　文献标识码：A
THE DESIGN OF WORKFLOW MANAGEMENT SYSTEM
IN AGILE SUPPLY CHAIN
CHAI Yue-ting LI Fang-yun REN Shou-ju
(Department of Automation Tsinghua University, Beijing 100084)
Abstract　Process management, which is put into practice by workflow management system (WFMS), is the effective operating pattern of agile supply chain (ASC). The characteristics of process and its management and control principle in ASC is analyzed. Based on the workflow and distributed object technology, the function strategy, information distribution, and communication concepts of WFMS is presented. The system structure, functions, and realization of WFMS, which supports optimized operation of ASC effectively, are also introduced.
　　Key words　agile supply chain, process management, workflow, CORBA
1　引言
　　敏捷供需链（Agile Supply Chain, ASC）是指在竞争、合作、动态的市场环境中，由供应商、制造商、销售商、用户等各（自主）实体构成的快速响应市场变化的动态供需网络．实体是指参与供需链的企业或企业内部业务相对独立的部门，具有自主决策权的实体称为自主实体．“动态”反映为适应市场变化而进行的供需关系的重构过程．“敏捷”用于强调供需链对市场变化及用户需求的快速响应能力．敏捷供需链管理（Agile Supply Chain Management, ASCM）的根本目标在于通过对供需链中的物流、信息流、资金流进行有效地计划、协调、调度与控制，在正确的时间，将正确的物料，按照正确的数量交给正确的交易对象．深入考查供需链，不难发现其中的任意两个实体之间均可被视为供应商与客户的关系，供需链管理的主要内容是管理以各种形式的订单（或协议）为媒体的、供应商与客户之间所进行的交易与协调、后勤与服务、认证与支付．交易与协调主要包括物料供求过程中的计划、协商、调整等；后勤与服务主要包括运输调度、仓储管理、客户信息服务等；认证与支付主要包括企业资信、资格认证、权力、义务、责任等的认定与仲裁、资金往来及财会管理等．在供需链中，订单的计划及其执行过程通常跨越多个实体或同一个实体的多个部门，需要分布于系统中的多个环节的协作才能完成．另外，不同的订单具有不同的生命周期，从数分钟到数个月，变化较大，控制与管理的难度较大．这就要求采用过程管理的思想，加强过程中各环节之间的协同管理与监督，提高过程管理的效率与质量．来自于计算机支持协同工作CSCW（Computer Supported Cooperating Work）领域的工作流技术是实现业务流程协调管理和监控的一种途径．通过采用工作流技术可以松耦合的方式将不同的活动通过一个流程组织在一起，使它们在受控状态下运行．工作流管理系统是一个完整地定义、管理和执行工作流的人机系统．因此，在工作流管理系统的支持下，对敏捷供需链的运作实施过程管理是实现其目标的有效途径．
2　敏捷供需链中的过程管理与控制
2.1 过程及其特征
　　在敏捷供需链中，存在各钟形式的订单，例如，用户订单、设计订单、采购订单、制造订单、运输订单等．对于各种形式的订单，首先需要基于供需链中的有限资源，制定可行的订单执行计划，然后执行订单计划，实现用户需求．订单计划的执行过程实际上是出/入库、采购、运输、收/付款等活动协同运作的过程，基于过程管理的思想，我们将各种形式的订单的执行过程统称为过程．这些过程具有如下特征：
　　（1）嵌套性．由于市场需求的不确定性及用户需求的个性化，大多数企业采用面向订单的生产经营方式，而订单的执行过程不仅仅涉及物料的出/入库活动，还可能涉及到设计、制造、采购、运输、财务等活动，这些相关的活动可能跨越多个供应商、运输商等实体，需要多实体间的多个环节的协作才能完成，表现为订单执行过程中的多个子过程，形成了过程的嵌套．如图1所示．


图1 过程的嵌套性
　　对于嵌套性的过程，我们将相关的父、子过程分别视为相对独立的过程，对于父过程而言，子过程只是父过程的一个活动而已．父过程负责人监控子过程的执行过程与结果，子过程负责人对父过程负责人负责．
　　（2）分布性．由于构成供需链的供应商、制造商、分销商等实体具有地理上的分散性，使得跨越多实体的过程具有明显的分布性特征．
　　（3）动态性．由于市场的不确定性，构成供需链的供应商、制造商、分销商等实体具有职权的自主性和充分的自治性，合作与竞争、自主与联合并存，使得过程在执行当中，对某些活动、实体及其相互关系等进行适当的调整是不可避免的．
　　（4）并行性．系统中可能同时存在多个过程，在每个过程中可能存在多个并行的环节或活动，需要进行适当的管理与控制才能达到最佳的效果．
2.2 过程的描述
　　过程由一组相关活动构成．活动是出/入库、采购、运输、收/付款等操作的统称．将分派了执行者的活动称为任务，每项任务包括任务内容、任务状态、任务执行结果．如图2所示．


图2 过程的组成与结构
　　为了便于管理与控制，我们将过程定义成如下的三元组：
P=（A，E，S），其中：
　　P表示过程．
　　A表示活动（或任务）集合，某活动an∈A ，n=1,2,3, …, N
　　E表示过程的属性集合，某属性en∈E ，n=1,2,3, …, N．过程的主要属性有过程编号、过程描述、过程负责人、计划开始与完成时间、实际开始与完成时间、过程评估等．
　　S表示过程的状态集合，某状态sn∈S ，n=1,2,3, …, N．过程的主要状态有未执行、正常执行、拖期执行、挂起、完成等．
　　将活动（或任务）定义为如下的三元组：
A=（E，C，S），其中：
　　A表示活动（或任务）．
　　E表示活动（或任务）的属性集合，某属性en∈E ，n=1,2,3, …, N．活动（或任务）的主要属性有活动编号、所属过程编号、活动描述、活动执行者、计划开始与完成时间、实际开始与完成时间、前趋条件、后继条件、活动评估等．其中：
　　前趋条件和后继条件一方面表达活动（或任务）的之间的逻辑关系，一方面作为是否激活该活动（或任务）的判据．前趋条件和后继条件是由pno.ano、AND（与）、OR（或）、NOT（非）构成的逻辑表达式．Pno表示某过程编号，ano表示某活动编号．
　　C表示活动（或任务）的内容，通常用文本文件描述．
　　S表示活动（或任务）的状态集合，某状态sn∈S ，n=1,2,3, …, N．活动（或任务）的主要状态有未执行、正常执行、拖期执行、挂起、完成等．
2.3 过程的管理与控制模式


图3 过程的管理与控制模式
　　过程的管理与控制模式是影响系统运作效率的主要因素之一．针对不同的应用场合，有两种模式可供选择，见图3的（a）及（b）．在图3（a）中，过程及其相关的活动都有各自的负责人（或机构），各活动负责人对过程负责人负责．构成过程的N个活动由过程负责人进行统一管理、监督与控制，确保过程能够按时、高效地完成．管理、监督与控制的主要内容有：根据活动之间的逻辑关系决定每个活动是否开始执行，查询处于执行状态的活动的进度，对可能拖期的活动进行预警或报警，协助解决活动执行过程中的意外情况，对活动执行的结果及其负责人进行评估等．这种模式由于过程负责人对与过程相关的各活动进行统一管理与控制，因而管理与控制的难度较大．对于活动数量较少、承担活动的机构或个人较稳定、各活动所涉及的时空范围较小的应用场合比较合适．
　　在图3（b）中，过程的第一个活动由过程负责人触发执行，其余活动在满足活动间逻辑关系的前提下，由其前趋活动触发执行．活动的执行结果由其后继活动进行评估，最后活动的结果由过程负责人进行评估．由于前趋活动的执行效果（或质量）对其后继活动有直接影响，因此，后继活动会自觉地对其前趋活动进行监督，从而形成一条跨越各活动的监督链．过程负责人并不对各活动的执行情况进行完全的管理与控制，只是在必要时对活动的执行过程进行指导，处理一些活动间的协调问题．这种模式的管理与控制难度较小．对于活动数量较多、承担活动的机构或个人不稳定、各活动所涉及的时空范围较大的应用场合比较合适．对于敏捷供需链系统而言，考虑其过程的嵌套性、动态性、并行性及分布性等特点，宜采用图3（b）的管理与控制模式．
3　工作流管理系统的设计
3.1 系统逻辑结构
　　基于上述的过程管理与控制模式，参照工作流管理系统的参考模型[2]，支持敏捷供需链的工作流管理系统的逻辑结构如图4所示．


图4 工作流管理系统逻辑结构
　　在图4中，组织管理负责管理与维护供需链系统中组织机构、岗位及人员的配置等组织模型数据，为过程的任务分派提供基础信息．过程、任务信息库中保存有过程的基本信息、状态信息及结果信息，构成过程的各活动或任务的基本信息、活动之间的逻辑关系、状态信息及结果信息等．过程管理对各过程的基本信息、过程中活动之间的逻辑关系、状态信息及结果信息等进行管理与维护，并进行过程的仿真运行、下达过程的执行指令、暂停或终止过程的执行等操作．基于活动的基本信息及组织模型数据，任务管理为各活动分派执行者，或者根据实际情况更换活动的执行者．任务执行模块对下达给执行者的任务进行浏览；根据任务开始执行时的环境信息（时间、所需数据、所需资源等）及其对该任务的影响，对其前趋任务进行评估；根据任务的执行情况对其状态信息进行实时维护．任务监控模块检测任务的进度及完成时间，对可能拖期的任务进行预警或报警．过程监控模块检测过程的进度及完成时间，对可能拖期的过程进行预警或报警，检测完成活动的后继任务，如果条件具备，则下达该任务．如果某过程的最后一个任务已经完成，则置该过程为完成状态，以便过程负责人对最后一个任务及该过程的执行情况进行评估，并进行相关的归档处理．
3.2 系统实现形式
　　由于敏捷供需链系统的动态性、分布性、异构性等特点，客观上要求支持敏捷供需链运作的工作流管理系统必须是一个分布、柔性、开放的信息系统．
　　考查系统的逻辑结构可知，在功能方面，过程管理、任务管理、组织管理、过程监控功能是由过程负责人操作的，称之为过程管理与监控部分．任务执行及任务监控功能是由若干任务负责人操作的，称之为任务管理与监控部分．这两部分之间具有相对的独立性，各部分内部的各功能之间具有紧密的相关性．因此，我们将整个系统的功能划分为过程管理与监控及任务管理与监控两部分．对于每部分而言，为了便于系统的维护与重构，将其表示逻辑与处理功能分离，形成相对独立的人机界面及服务器两部分．如图5所示．


图5 工作流管理系统实现形式
　　在信息方面，基于功能分布的约束，将系统的信息划分为过程信息和任务信息两部分，分别存放在过程信息库和任务信息库中．过程信息主要包括过程的基本信息、活动（或任务）之间的逻辑关系、状态信息、结果信息及组织模型信息．任务信息主要包括任务的基本信息、任务内容、状态信息等．实际上，任务信息是过程信息的一个局部视图，过程信息中的任务是对相关过程而言的，任务信息是对某个任务执行者而言的，它是某个任务执行者的所有任务的信息集合．
　　由于系统功能与信息的分布，必然会带来通信问题．为了在过程负责人及任务执行者之间进行通信，在系统中须配置消息服务器，该服务器完成消息的发送、接收、监听及缓冲的功能．为了实现通信的可靠性，采用双向通信的机制．例如，为了获取某任务的进度信息，任务执行者须在更新任务进度的同时，将该信息发送给相应的过程负责人，同时，过程负责人在需要时应主动从任务信息库提取相关信息．为了避免同一信息被重复发送和提取，在消息结构中增加时间戳属性可以有效解决该问题．
　　基于上述的功能与信息的分布方案，针对不同规模的供需链系统可以进行不同的配置．对于较小规模的供需链系统，可以将过程管理与监控服务器、任务执行与监控服务器、过程及任务信息库配置在同一台机器中，为多个过程及任务操作提供服务；对于中等规模的供需链系统，可以将过程管理与监控服务器、任务执行与监控服务器、过程及任务信息库分别配置在不同机器中，分别为相关的多个过程及任务操作提供服务；对于大规模的供需链系统，可以配置多台过程管理与监控服务器、任务执行与监控服务器、过程及任务信息库服务器，分别为相关的多个过程组及任务组提供服务．
　　系统的信息基础平台采用Internet/Intranet/Extranet环境下的分布式对象技术，利用符合CORBA规范的ORB将系统的各组成部分集成在一起，便于与其它异构系统进行互联，实现系统间的功能与信息的互操作．
4　结束语
　　在竞争、合作、动态的市场环境中，敏捷供需链技术与系统是企业通过动态联盟等组织形式，集成原料供应、产品制造、产品流通等环节，实现敏捷制造与集约化流通，增强竞争力的重要使能技术之一．基于供需链系统分布、动态等特征，采用过程管理的思想，在工作流及分布式对象技术的基础上，建立动态可重构的分布式工作流管理系统，支持供需链的有效运作，对于促进敏捷供需链技术与系统在企业中成功应用，增强我国企业在国际市场中的竞争力，具有重要的现实意义．基于本文的主要思想，结合企业实际需求的敏捷供需链工作流管理系统正在开发之中．大量的调研与研究结果表明，该系统可以为敏捷供需链的优化运作奠定良好的基础．
基金项目:国家863CIMS主题资助项目(863-511-930-003)
作者简介
　　柴跃廷(1964-)，男，副教授．研究领域为CIMS分析与设计、管理与决策、供需链、BPR等方面的研究、开发与应用工作．
　　李芳芸(1937-)，女，教授．研究领域为自动控制理论及应用、CIMS总体分析与设计、管理与决策、BPR、供需链方面的研究工作．
　　任守榘(1938-)，男，教授，博士生导师．研究领域为自动控制理论及应用、CIMS总体分析与设计、管理与决策、供需链、自组织及协同论方面的研究工作．
作者单位：清华大学自动化系 北京 100084
参考文献
1　柴跃廷，韩 坚，李芳芸.基于协调中心的敏捷供应链系统的研究.计算机集成制造系统，1998，4（4）：26～29
2 Workflow Management Coalition.The Workflow Reference Model. Http://WWW.Aiim. Org/Wfmc/Standards/Docs.Htm,1994
3 Workflow Management Coalition. Workflow Management Coalition Terminology & Glossary, Http://WWW.Aiim. Org/Wfmc/Standards/Docs.Htm,1994
4 Ron Ben-Natan. CORBA : A Guide to Common Object Request Broker Architecture. NewYork : McGraw-Hill, 1995
5 柴跃廷，李芳芸，张晓东. RADISS—面向CIMS/MIS的快速开发平台.高技术通讯, 1996，6（11）：19～22
收稿日期:1999-04-06
