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基于分布式工作流的虚拟企业信息系统
摘 要: 由于虚拟企业可通过整合若干优势互补的企业资源来增加企业的敏捷性, 而逐渐成为制造企业的一
种新型组织形式, 建立虚拟企业的关键之一就是开发一种支持这种新型合作方式的信息系统。本文首先建立了分
布式工作流模型, 在此基础上, 综合运用 CORBA 标准、分布式工作流技术和代理技术, 建立了基于分布式工作流
的虚拟企业信息系统模型, 并给出了多代理通信的 XML 实现方案。
关键词: 虚拟企业; 分布式工作流; 信息系统
中图分类号: F224. 1 文献标识码: A 文章编号: 1009- 9107 (2004) 03- 0091- 05
一、引 言
虚拟企业作为一种新的企业组织形式, 可以通
过整合若干个优势互补的企业资源, 对市场需求作
出快速反应, 增强竞争优势, 迅速占领市场, 共同完
成某项产品或任务。虚拟企业运作过程以资源共享、
任务分担、协同工作为基础, 既保持各成员的相对独
立性, 又强调成员间的相互协作。对于这些分布在不
同地理位置上的、不同体系结构的以及具有高度自
治性的独立实体, 如何将成员之间的信息由无序、分
散、异构的形式转化为有序集成的状态, 并有效地支
持成员之间的信息交流与协作, 是实现虚拟企业有
效运作的基础。所以, 组建虚拟企业将面临着两个问
题: 一是集成各成员企业已有服务和基础结构 (包含
从被动信息资源到活动) , 其主要问题是来自不同层
次的异构性 (从技术水平到信息和过程水平) ; 另一
个相关问题是开发虚拟企业分布式工作流管理系统
(W FM S) , 一方面,W FM S 将集成各成员企业主导
的不同业务过程, 另一方面,W FM S 能够规范、执行
和监控虚拟企业特殊的业务过程。
目前, 国外有许多研究机构和组织对虚拟企业
信息系统进行了广泛而深入的研究, 如美国国家工
业信息基础结构协议 (N IIIP ) 项目[1 ]、美国能源部
T EAM 计划[2 ]、欧洲的虚拟企业组件工具和分布结
构 (V EGA ) [3 ]以及国内哈尔滨工业大学的集成化动
态联盟建立支撑环境VO ISE [4 ] , 都是虚拟企业信息
系统研究中比较典型的例子。
本文的目的是利用支持异构、分布数据的中间
件技术和分布式工作流技术, 建立一个支持虚拟企
业运作的信息系统体系结构, 它符合OM G、W fM C
和 ISO ST EP 规范, 并具有在柔性、分布的环境中协
同工作的能力。
二、虚拟企业信息系统的需求
虚拟企业是由若干个独立的企业或其内部的某
个部门组成, 这些企业或部门往往是异构、自治和地
理位置分散的。并且, 每个成员都可以在虚拟企业生
命周期内动态地进入或退出, 这种性质增加了设计
和实现虚拟企业信息系统的复杂性。所以要建立适
用的信息系统, 首先必须对虚拟企业的产品设计、生
产过程和资源规划等方面进行深入的分析。
1. 虚拟企业是由市场机遇驱动的, 随机遇的产α 收稿日期: 2003211210
作者简介: 汤 齐 (1965- ) , 男, 天津人, 天津大学电子信息与工程学院博士后, 研究方向为虚拟企业信息集成、分布式工作流。
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生而产生, 随机遇产品的完成而解体。并且在虚拟企
业运行过程中, 具有所需资源的企业可以加入, 完成
使命的成员企业也可以退出。这就要求一个开放的
和自适应的系统结构来支持成员的重新配置。
2. 成员企业的软、硬件平台和应用程序往往是
不同的, 系统必须兼容成员的异构性以达到信息共
享。
3. 虚拟企业是一个临时的联盟, 所有成员都有
各自的独立性, 信息系统要具有足够的柔性来反映
和保持成员的自治性。
4. 虚拟企业的核心是成员间的合作, 要保证它
的正常运行, 各成员的业务流程必须连接起来并统
一管理。分布式工作流管理系统必须被集成到信息
系统中以便从虚拟企业全局层和本地层分别控制业
务过程。
5. 虚拟企业在运行中, 各成员要使用本地的数
据或其它成员的数据复本, 数据的不一致将会引起
业务过程的混乱。信息系统必须有能力保持产品数
据的一致性。
三、相关技术和标准
(一)CORBA 标准[5 ]
CORBA 是由OM G (对象管理组织) 所提出的
一种标准的面向对象应用程序体系规范。CORBA
通过分布式计算和面向对象计算的结合, 真正解决
了应用软件跨平台、跨操作系统、跨语言等问题。
(二)工作流及其管理系统[6 ]
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; 工作流管理
系统是一个软件系统, 它完成工作流的定义和管理,
并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工
作流实例的执行。
(三)A gen t
A gen t 是一段可以帮助用户完成简单、重复操
作, 具有一定代理性的软件 (程序)。它被广泛应用于
建立计算机支持的协同工程。
(四)知识查询操作语言 (KQM L ) [7, 8 ]
KQM L 是一种被设计成用来支持智能软件A 2
gen t 之间交互作用的语言。它为表达信息和处理信
息提供了标准的格式, 在其上可以建立A gen t 互换
作的高层模型。
四、分布式工作流系统模型
虚拟企业要求企业的经营过程不断重组, 工作
流技术可使应用逻辑与过程逻辑分离, 把应用逻辑
设计成一个单独的组件模块, 根据过程逻辑的变化
自由组装, 这一特性十分适合于虚拟企业的动态性
要求。但是, 由于虚拟企业内各成员企业的分布性、
异构性, 使传统的集中式工作流管理不适用于虚拟
企业。为解决这个问题, 这里引入分布式工作流系
统。[9, 10 ]分布式工作流系统是由分布在不同成员企
业的多个本地工作流组成, 多个本地工作流共同完
成一个总工作流 (全局工作流)。系统包括一个盟主
企业控制的全局工作流引擎和一个工作表管理器,
多个可配置的成员企业的执行工作流引擎。为保证
成员的自治, 在虚拟企业全局水平的角度, 把每个本
地工作流都被当做一个“黑盒子”看待, 全局工作流
不具体指定由各成员负责的实现方法。图 1 给出了
UM L 类图表述的分布式工作流系统模型, 模型中
使用了 8 个具体的类。
图 1 分布式工作流模型
29 西北农林科技大学学报 (社会科学版) 第 4 卷
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用户: 工作流引擎中的申请人 (成员企业) , 它申
请并执行的一个工作流实例。
全局W fM S: 由盟主企业设计的全局工作流管
理系统, 它描述成员的连接策略, 如每个成员的角
色、任务如何分配、成员间如何合作及信息的来源和
流动。
全局DBM S: 全局数据库管理系统管理全局原
始信息。全局信息是成员和应用程序所需要的, 它包
括产品信息、工艺信息和制造资源信息等。
全局 KB: 全局知识库包含成员企业的参考实
例和委派适当的成员发出用户的申请, 并且它也包
含与特定任务或全局W fM S 所分配任务相关的成
员选择信息。
本地W fM S: 本地工作流管理系统在成员企业
内部执行全局工作流管理系统所分配的业务流程。
本地DBM S: 本地数据库管理系统管理本地原
始数据的访问、更新和约束维护。
本地 KB: 本地知识库包含本地成员的策略、专
家规则和内部成员协议, 它负责编辑工作流规范和
管理成员企业的信息流。
A pp lications: 包括CAD、CAM、M R P、PDM 等。
五、虚拟企业信息系统框架
基于CORBA 的组件技术使得分布遥远的不同
平台、不同语言编写的组件或对象可以直接通信。综
合考虑虚拟企业中成员企业的合作特性、敏捷性、异
构性和自治性等特点, 本文提出了以CORBA 为总
线的基于分布式工作流的虚拟企业信息系统体系结
构模型, 见图 2。模型的实现是分两步来进行的, 首
先将应用系统工作流化, 即企业的每个部门或整个
企业用自己的工作流系统集成其内部应用; 第二是
分布的工作流集成化, 将各分布的工作流系统集成
起来, 从而实现跨部门或跨企业的动态过程集成。
图 2 虚拟企业信息系统模型
在模型中, 假设根据市场机遇的要求, 虚拟企业
由 1 个盟主企业和 n 个成员企业组成。每个成员企
业包含 6 个相互联系的组件: 本地DB、本地DBM S、
本地 KB、本地W fM S、本地W fA gen t 和 A pp lica2
tion。除上述组件外, 盟主企业还包括: 全局DB、全
局DBM S、全局 KB、全局W fM S 和全局W fA gen t。
图中所示的虚拟企业信息系统模型以CORBA
为基础, 通过CORBA 的通讯机制, 分散在若干个分
布、异构的成员企业中数据可以相互交流, 使系统满
足了虚拟企业的分布特性。虽然CORBA 可以实现
39 第 3 期 汤 齐等: 基于分布式工作流的虚拟企业信息系统
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异构系统间的通讯, 但它还只是停留在代码阶段, 没
有上升到语义阶段, 代理技术可以弥补这方面的不
足。为此, 在模型中引入 2 类代理——全局W fA gen t
和本地W fA gen t。当工作流执行时, 全局W fA gen t
接收所有本地W fA gen t 发出的信息以便使盟主清
楚工作流实例的执行状况, 本地W fA gen t 的守护进
程随时监听网络准备接收盟主分配的任务。代理间
的通讯使用 KQM L , KQM L 通过提供的标准的语
言和协议使通讯语言具有独立性, 这种独立性增加
了系统的柔性, 非常适合于各成员的动态变化。应用
程序可以通过本地W fM S 访问数据库, 通过与知识
库的交互作用, 本地W fM S 可以把成员的查询转换
成本地工作流的查询, 并且管理成员以连续的方式
执行工作流。另外, 模型中的组件都是可重用的, 所
有组件都按功能重复最小的原则来设计。一个成员
可以通过标准的 IDL 接口加入虚拟企业信息系统
而不需要考虑其它问题。这种连接可以被A gen t 通
讯方案和 In ternet 协议自动执行, 一个企业加入虚
拟企业不会影响它原有信息系统的设置和运行。这
种即插即用的特性使我们可以快速地建立起具有柔
性的虚拟企业信息系统。当一个虚拟企业解散后, 其
成员企业只需对原有系统和应用做很少的修改就可
加入或组织其它虚拟企业。
六、多代理通信的XM L 实现
虚拟企业业务过程的工作流体系结构分为三
层: 虚拟企业业务过程定义、代理层 (A gen t) 和网络
通信层 (CORBA、TCPöIP、XM L )。
根据虚拟企业信息系统结构模型及分布式工作
流结构, 可得出虚拟企业工作流实例, 如图 3 所示。
图中, 虚拟企业由 1 个盟主企业和 2 个成员企业组
成, 各企业之间通过相互传递消息完成整个虚拟企
业业务过程, 用户发送定单给全局A gen t, 全局A 2
gen t 在确认定单后, 进行任务分解, 并把子任务的消
息分别发送给相应的成员企业, 各成员企业接收到
子任务后, 启动本地工作流进行生产, 任务完成后,
发送消息给盟主企业, 盟主企业完成产品的总装集
成后, 提交产品给用户, 整个任务完成。UM L 顺序
图指明了整个过程发送和接收消息的顺序, 本例中
的消息共有 5 种类型: 定单消息、确认消息、任务消
息、完成消息和提交产品消息。
图 3 虚拟企业工作流实例
D TD (Docum en t T ype D efin ition)文档类型定义
是一种 XM L 的模式, 它规范了 XM L 的结构, 在虚
拟企业信息系统中, 应用XM L 做通信语言, 可使系
统处理得到简化并提高效率。图 3 的工作流顺序可
以映射为如下的XM L - D TD。
< ? xm l version=“1. 0”encoding=“GB 2312”? >
< ! EL EM EN T workflow - list (T ask, Sender, R e2
ceiver) 3 >
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< ! EL EM EN T T ask (T ask- id, P roduct- id, Con2
ten t ) >
< ! EL EM EN T T ask- id (# PCDA TA ) >
< ! EL EM EN T P roduct- id (# PCDA TA ) >
< ! EL EM EN T Conten t (AN Y) >
< ! EL EM EN T Sender (# PCDA TA ) >
< ! EL EM EN T R eceiver (# PCDA TA ) >
七、结 论
将工作流系统与分布式计算环境集成可以保持
虚拟企业数据的连续性和减少冗余活动。本文提出
的基于分布式工作流的虚拟企业信息系统框架可解
决在分布、异构环境中的通讯问题, 并增加作为自治
实体的成员企业信息系统的可重用性。这种具有柔
性、动态性和敏捷性的信息系统可以满足当今激烈
竞争市场环境下快速建立虚拟企业的要求。
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V irtua l En terpr ise Information System Based on D istr ibuted W orkf low
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(S chool of E lectronic and Inf orm ation E ng ineering , T ianj in U niversity , T ianj in 300072, China)
Abstract: Because of virtual en terp rise can increase agileness by com bin ing a num ber of en terp rises’re2
sources, virtual en terp rise has becom ing a new organ ization fo rm of m anufacturing en terp rise. O ne of the key
requirem en ts is to develop info rm ation system arch itecture to support the new cooperation. T h is paper sets up a
distributed workflow model firstly. By using CORBA standard, distributed workflow techno logy and agen t
techno logy, an agile virtual en terp rise info rm ation system model based on distributed workflow model is p ro2
posed, and a XM L imp lem en t scenario based on m ulti2agen t comm unication is given.
Key words: virtual en terp rise; distributed workflow ; info rm ation system
59 第 3 期 汤 齐等: 基于分布式工作流的虚拟企业信息系统
