工作流技术在舰艇修理中的应用研究＊

2012-10-16辛爱学

舰船电子工程 2012年12期

辛爱学徐宁

（海军青岛通信修理厂青岛 266109）

1 引言

工作流技术从出现到现在，已逐渐发挥越来越重要的作用。工作流技术能够为企业应用提供业务流程建模、管理和控制功能。从最初简单的办公自动化到企业ERP（Enterprise Resource Planning）系统的实施，再到为提高企业运营效率而出现的BPR（Business Process Reengineering）及BPM（Business Process Modeling）系统，工作流技术都发挥了相当重要的作用，成为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，最终实现业务过程的自动化的核心技术［1］。

经过多年的发展，目前我军已有一定数量和规模的装备维修保障信息系统，但针对装备修理过程管理的软件还尚未开发。装备修理过程从任务的下达到完成，仍主要以电话、纸质单据的方式进行通信和实施，信息管理手段相对落后松散、保障过程不透明、修理任务进度无法实时控制；修理过程中，大量有价值的装备保障修理信息没有统一存储，造成信息利用率低、信息统计及传递效率低等实际问题。

因此，需要开发基于工作流管理、数据分析决策、数字化办公相结合的综合信息化管理应用系统，实现对装备修理保障过程的全面、精确、自动化管理，通过装配不同地域不同等级装备保障相关单位，利用军内广域网建立起功能强大、运行灵活、安全高效的信息化装备保障工程修理平台。

2 工作流技术及相关概念

2.1 工作流概念

1993年工作流管理联盟（Workflow Management Coalition，WfMC）的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。

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。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［2］。

在工作流中，定义了任务的触发顺序和触发条件。每个任务可以由一个或多个软件系统完成，也可以有一个或一组人完成，还可以有一个人或多个软件系统完成。利用工作流技术，凭借任务的触发顺序和触发条件来定义并实现任务的触发、任务的同步和信息流（数据流）的传递，使得该信息化装备保障综合管理平台能过系统性、规范性、实时性的对装备保障各项任务进行管理。

2.2 工作流的原理

工作流的实施基本上分为以下几步［3］：

1）定义活动。从实际的业务流程中提取出每个环节，将这些环节抽象为工作流活动，包括的信息有：开始和结束的条件、参与该步骤的用户角色、完成此活动的数据、限制条件、外部程序等。

2）指定路径。将活动衔接起来，及定义工作流的流经途径，即从一个活动到另一个活动的顺序。

3）绑定规则。定义一个活动按照一个指定的路径转移的条件。

4）执行流程实例。及工作流流程的一次执行。它首先解释相应的流程定义，生成有关的活动实例，并根据一定的限制条件和规则协调处理各个活动实例。流程实例的实质是用户调用相应的外部程序处理他负责完成的数据，然后由工作流系统根据处理结果激活后续流程。

3 工作流管理系统及关键技术

3.1 工作流管理系统的介绍

WfMC给出的关于工作流管理系统的定义是：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逻辑推进工作实例的执行。

通常，工作流管理系统指运行在一个或多个成为工作流机的软件上的用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者（人，应用）交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。在这里需要强调的是，工作流管理系统不是企业的业务系统。在很大程度上，工作流管理系统为企业的业务系统运行提供一个软件支撑环境。在工作流管理系统的支撑下，通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作，才能够很好的完成对企业经营过程运行的支持。所以，工作流管理系统在一个企业或部门的经营过程中的应用过程是一个业务应用软件系统的集成与实施过程。通常，工作流管理系统提供了三种功能［4］：

1）建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。

2）运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过程中活动的排序和调节功能。

3）运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与IT应用工具之间的交互。图1给出了工作流管理系统的三个主要功能之间的关系。

图1 工作流管理系统的特性

根据底层实现技术，可将工作流产品分为三类：

1）以通讯为中心：以电子邮件为底层的通讯机制。这种类型的工作流管理系统适合于协作型工作流和不确定型工作流，而不适合于生产型工作流。

2）以文档为中心：基于文档路由，它同外界应用的交互能力有限。许多基于表的管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。

3）以过程为中心：这种工作流系统对应生产型工作流。它们一般建立在数据库之上，由自己专门的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。

3.2 工作流引擎

工作流引擎是一个软件系统，它定义、创建和管理工作流的执行，并且运行在一个或多个工作流引擎之上。它是工作流管理系统的核心部分，是驱动流程流动的主要部件，它负责解释工作流流程定义，创建并初始化流程实例，控制流程流动的路径，记录流程运行状态，挂起或者唤醒流程，终止正在运行的流程，与其他引擎之间的通讯等工作。一个工作流管理系统可以包含一个或多个引擎，并通过API向外部提供五个方面的功能服务，这些功能分别为［5］

1）流程定义的导入导出；

2）同客户端应用程序和工作列表处理程序之间的交互；

3）软件工具和应用程序的调用；

4）不同工作流管理系统之间的协同工作；

5）管理和监视功能。

3.3 工作流模型和建模工具

工作流模型包含了描述一个能够由工作流执行服务软件系统执行的过程所需要的所有信息，这些信息包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及进行活动间导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流及的引用关系、以及所有与工作流相关数据的定义［6］。

因此，在工作流概念下，实现业务过程集成与业务过程自动化的集成机制是通过定义不同人物之间相互关系的工作流模型（也成为过程模型）来实现的。在工作流模型中，无论是具体的物料转移动作、实际的物理装置的操作动作、还是抽象的信息处理动作与决策过程，都可以用工作流的基本组成元素—任务（也成为活动）来统一地进行描述。

工作流建模工具以计算机能够处理的形式进行过程的定义。它可以基于形式化的过程定义语言、对象—关系模型来进行过程模型定义。对于比较简单的系统，也可以采用一组路径选择命令的方式来描述信息或文档在不同的参与者之间传递过程。建模工具可以作为特定工作流产品的一部分提供给用户，也可以作为一个单独的产品提供给用户，它还可以作为企业经营过程分析系统的一部分提供给用户。

3.4 工作流任务指派规则

工作流管理的最终目的是“确保恰当的人在恰当的时候执行恰当的活动”，保证恰当的人执行工作流就是工作流的任务指派。

基于角色的访问控制RBAC（Role Based Access Control）模型被认为是能够为多领域的数字政府的基础组织提供最具有吸引力的安全特征的解决方法，并且已经显示出了它在满足基于网络的应用程序的复杂性需求方面的适应性。通过使用角色组织访问特权也极大地简化了安全管理。基于RBAC模型的角色访问控制的基本特征就是根据安全策略划分出不同的角色，对于每个角色分配不同的操作许可，同时为指派不同的角色，通过角色间接地对信息资源进行访问［7～8］。

利用RBAC的策略中立、支持最小权限、高效的访问控制管理等关键特性使得该系统特别适合于分散组织的访问控制需求，妥善解决了装备保障相关单位分布地域广、涉及单位多、管理体系复杂等等问题带来的管理困难，其角色概念与组织中职能角色的较好关联给表达组织访问控制策略提供了直观支持。

4 工作流技术在舰艇修理中的设计应用

舰艇修理过程，是一个流水作业的过程，线性触发。尤其是等级修理过程，符合工作流中过程、活动的定义。首先，在需求分析阶段，主要有两项工作：一是建立工作流模型，一是对所需的组件进行需求分析与设计。建模人员要调查和分析实现修理过程的相关业务过程，并且建立需求分析模型，即通过进行过程定义来建立工作流模型。

在此阶段要建立模型的四个视图，即过程图、组织视图、资源视图和信息视图，这些视图分别从不同的角度描述了工作流模型。过程视图是工作流模型的主视图，它将被工作流管理系统进行调度执行用以完成管理系统的功能。其中，工作流模型中的活动都将被建立，活动之间的控制关系和信息流动关系都被指定。同时，需要指定过程中负责执行活动的角色以及支持用户使用的应用程序。而这些应用程序会以软件组件的形式提供。这些软件组件本身实现某些功能，并且映射到某个工作流中指定的活动。在需求分析阶段要对这些组件进行设计，包括设计它的接口，API和功能。

舰艇修理任务通常依据修理等级需要不同11道的工序，因此，修理工序便构成了整个修理业务流程的过程图，如图2所示。

图2 舰艇修理过程图

在设计说明阶段，主要是分析和优化在需求分析阶段得到的工作流模型。如果必要，重新指定活动的组织和资源，也就是活动的执行者和活动所需要的资源。同样，活动的输入输出信息也可能被重新设定。在此基础上，设计和开发全部软件组件。在实施描述阶段，通过指定工作流过程中活动与组件的关系，建立起完整的工作流管理系统［9］。

为了检测过程中潜在的错误和问题，需要进行工作流系统仿真。通过仿真来找出过程的瓶颈，找出任务、角色分配的潜在负载冲突，并进行改进，把修改后的工作流模型保存在模型库中用于最终的执行。经过仿真检验后，所得到的过程模型可以进行实际运行。然后，通过模型的实例化，为工作流过程和活动指定执行者，分配各种资源，同时建立起完整的企业数据库。如图3为舰艇修理过程详细设计阶段的业务流程图。

同时，在舰艇修理过程中，涉及的其他过程操作，同样可以依据工作流的思想设计实现，例如，申领器材。其中包括报料、审批与出库等一系列操作。其工作流UML建模图如图4所示。

在运行维护阶段，在工作流引擎的管理下，系统中每一个工作流的实例都被很好地管理和控制。同时，过程的时间和成本性能被实时监督，而所得到的运行记录与历史记录一起为企业性能评价提供了支持。这些记录保证企业有足够的信息进行系统分析与操作［10］。另外，在传统的面向功能的管理系统中，很难实现在系统运行时改变系统的模型。而基于过程的模型中却可以容易地实现，因为［12］：