工作流与过程管理模块是PDM系统中重要的基本功能之一，用来定义和控制数据操作的基本过程，主要管理当用户对数据进行操作时人与人之间或活动与活动之间的数据流向，以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动，为PDM系统提供生成、监视、管理和控制企业的业务流程的能力。目前已经出现一些基于Petri网的工作流建模的概念和方法，给出了工作流分析和应用的一些形式化定义，但现有的大部分工作流工具和分析方法都没有考虑到在实际应用中应该对用户设计的工作流进行结构分析和性能检验，以保证工作流的顺利进行。本文将着色时间Petri网引入到PDM的工作流管理系统中，解决了实际Petri网建模的复杂性和庞大性等难题，将基于着色时间Petri网的并行式工作流模型应用于PDM系统中，提高了工作流的效率，提出用可达图来分析Petri网工作流模型的静态和动态的结构性能，对用户设计的工作流进行结构分析和性能检验，能保证流程在执行中能顺利运行。工作流管理模块作为PDM系统重要的组成部分，具有很高的投入产出比，但是恰恰在这个领域大部分的PDM系统还没有充分发挥作用，还有许多问题还有待于进一步的研究，本文主要研究内容是工作流与过程管理模型的建立，有关Petri的理论分析另有文章叙述。
1 工作流模型
1.1 常规意义上的工作流摸型
工作流中两个最基本的元素是活动和活动之间的连接关系，流程图可形象的表示一个工作流的定义，流程图由若干个节点和它们之间的连线构成。PDM系统有两种流程管理：审批流程和更改流程，如图1所示为某公司重要零件的审批流程。
图1 重要零件审批流程
流程图中定义了任务的触发顺序和触发条件，用来实现任务的触发、同步和信息流的传递，每个节点代表了一个工作步骤，它们之间的连线表明完成工作任务的顺序关系，对于节点，设定了一些属性，用以描述这个节点的特性，这些节点属性有：用户、意见、期限、启动条件及通过条件等。
1.2 基于Petri网的工作流模型
因为工作流每一个过程的发生总要经历一定的时间，系统采用了时间Petri网，再考虑实际中一个工作流应该可以提交多个任务，一个任务在工作流中可能处于结构设计状态，而另一个任务在工作流中可能处于设计审核状态，这样如果仍沿用时间Petri网，设计的模型将变得非常庞大和复杂，因此系统采用了着色时间Petri网。着色时间Petri网为网中的每一个库所定义了一个托肯色彩集合，为网中的每一个变迁定义了一个动作色彩集合，可使一个库所的托肯表示多种状态，从而扩大了托肯所代表的内涵，不但可以描述更复杂的系统，更使得Petri网系统简洁明了。
由于篇幅限制着色时间Petri网和相应的工作流网的定义不再赘述。
在图1审批流程的节点p3处，要建立一个审批人员名单，审批人员可以是一个或多个，设定由两个设计工程师负责签字．传统的审批流程主要是串行式的，往往是一个审批人员完成审批后，图纸才能传到下一个审批人的手中，如果这个审批人有事耽误了工作，下面的工作将无法进行，使得工作效率很低．为了提高效率，应采用并行化的工作流，并行式的工作流充分利用了计算机网络功能，避免了串行流中因为一个工程师不能按时完成工作而影响另一个工程师的工作的情况。同样可将工艺设计与校对并行来提高工作效率，将图1审批流程并行化后的Petri网模型如图2所示。
图2 审批流程的Petri网模型
在图2中，库所P1是指全部待设计的文档在工作流的入口处等待设计审批，当设计人员接受任务开始设计时，文档doc1便具有相对于变迁t1的色彩<doc1，P1>，由此激活了整个工作流网，以后对于每一个变ti，doc1将具有色彩<doc1，pi>，变迁t1是一个与分支，使文档同时进入P2和p4并发子流程，变迁t2模拟了一个选择结构，用于检验P2执行的结果可接受或不可接受，以决定托肯的流向，从而形成一个循环组件。p3完成后(P5同)，其操作结果的一致性要经过t3检测，t3的结构与t2相同，如果两个工程师意见一致，文档通过审核，将等待P5的完成共同进入p6；如果不一致，文档进入库所P1进行设计修改，经进一步校对后（变迁t2实施），重新进入p3审核，如此循环直至通过审核。p6是并行流程的一个与连接，只有在t3和t5都完成后，才能进入库所p6，然后依次通过库所p7，p8完成整个流程。当同时或间隔有j个文档签入到流程中时，变迁ti的色彩为<docj，pi>，从而可使得若干文档的审批工作同时在流程中进行。
PDM系统的工作流与时间密切相关，每一个过程对应的人员必须在一定的时间内完成任务，当某个人员没能够完成任务时，工作流管理系统应能够自动采取相关的过期动作：如标识为过期、视为完成、视为未完成、或重新分派给其他人等，因此应在Petri网中引入相应的触发机制．触发机制可以理解为一种使被使能的活动进入执行状态的外部条件，通常可分为4种类型：自动触发、人工触发、消息触发和时间触发．通过Petri网的触发机制可以实现工作流的自动运行和处理工作流中的过期动作。
1.3 工作流管理系统的组件层次和类结构
工作流管理系统的J2EE组件层次如图3所示。
图3 工作流管理系统的组件层次
完成工作流管理系统的类主要有工作流、工作流节点、任务分配过程、审批过程、任务分配、审批、任务签发、审批签发和流程历史等。每一个类对应数据库中的一个表，类的变量对应表的列属性．工作流管理系统通过这些类和相应数据库中的表格，完成工作流与过程管理的功能．根据工作流各类之间的关系，建立的工作流模型如图4所示。
图4 工作流的类模型
2 工作流与过程管理的实现
2.1 工作流模型到Petri网模型的转换
系统采用可达图RMG(PN)来分析工作流的结构，可达图的意义在于可直接根据图的结构特征，来分析网的活性、有界性和安全性等基本特性，其中最主要的是死锁的判别，工作流模型到Petri网模型的转化过程如图5所示。
图5 工作流模型到Petri网模型的转化过程
节点和节点间的联系是工作流信息的载体，因此处理好它们之间的存储结构是工作流模型转换到着色时间Petri网模型的关键，数据模型必须使得工作流中所有的节点信息能够有序地保存在数据库中，系统采用工作流节点表记录工作流模型的节点关系，主要属性见表1。
表1 审批流程在数据库中的表结构
从表1中可以看出，工作流节点记录一个工作流的各个节点及它们之间关系，包括节点的过程名、过程类型、节点序号、成功流向、失败流向、是否为分节点，以及节点位置和所属生命周期名等，在形成着色时间Petri网模型时，先读取数据库中的元数据，然后按照节点间的关联，形成着色时间Petri网模型，并初始化所需着色时间Petri网模型的变量。
2.2 工作流管理体系结构
工作流管理系统完成工作流的定义和管理，并按照计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流的执行。工作流的建立涉及到三方面模型的有机结合，其一是工作流模型，即建立过程的有序组合；其二为资源模型，包括用户、用户组、角色与应用工具等，它们是过程中的任务执行者；最后是数据模型，用于定义和追踪提交给工作流的数据对象的类型，工作流管理系统的系统结构如图6所示。
图6 工作流管理系统体系结构
2.3 工作流管理模型
工作流管理系统采用电子周转文件夹将有关的工作文档和信息传送到各个工位，所有与工作流过程步骤有关的PDM用户都可以通过计算机网络从工作流管理模块中得到自己的任务清单，其中包括电子周转文件夹中的所有文档和所规定的需要执行的活动，工作流管理模块将面向任务的项目组中属于不同部门的员工联系起来，并且只有被授权的人员才能访问工作流中的有关文档。以图1审批流程为例，工作流的过程管理模型如图7所示，工作流运转期间产生的所有文档都保存在电子周转文件夹中，永久保存。
图7 工作流的过程管理模型
3 工作流程的实现
3.1 定义任务过程
所谓任务过程是数据对象在工作流中从一种状态到另一种状态时应进行或处理的规则集合，它是工作流的基本构成单元．在进行计算机支持下的工作流管理以前，首先应该建立过程的模型，即定义一个个过程步骤，系统中定义了三种过程：任务分配过程、审批过程和消息过程，定义好的过程存放在过程库中，在过程库中存放着各种各样可重复使用的标准过程对象，将其链接起来就可以很方便地建成所需要工作流模型，加快工作流建模的速度。
3.2 编辑和执行工作流
利用PDM视图化的工作流编辑器，用户可以根据具体的需要将上述任务过程链接起来，建立符合各企业习惯的串行或并行的工作流程。工作流程的执行过程如下：
1)用户在流程编辑器中完成流程的定义后，按保存键。
2)系统根据工作流生成相应的着色时间Petri网和可达图，并根据可达图检验用户定义工作流程的正确性，判别流程的可达性、活性（无死锁）等性质．通过分析，若定义的流程中存在错误，则提示用户错误的原因，以便改正；若流程不存在错误，则将流程保存到数据库中。
3)用户可随时调出工作流程进行修改，察看工作流的着色时间Petri网视图，模拟流程的运行状态。
4)启动工作流程后，通过着色时间Petri网模型，结合模型的算法，判别工作流将要运行的下一节点位置，着色时间Petri网上的托肯将跟踪流程的节点到达相应的当前节点位置，以此类推，完成工作流程的运行。
系统规定：(1)当一个文件夹或产品对象被提交到工作流中时，系统会把其附带的描述文档一起提交进去；(2)一个对象一次只能提交到一个工作流中审批；(3)一个工作流不限制提交到其中的对象个数。
3.3 察看流程历史
任务历史管理记录了工作流运行状态演变的过程数据，这些过程信息都保存在数据库中，可用于查询各项任务的完成情况及其过程，在工作流运行的过程中，任何授权的用户均能看到工作流执行的情况、工作流中文档的确切位置、浏览过程的历史以及执行的结果注释，例如哪些过程步骤已被执行，周转文件夹的状态如何、目前位于何处，哪些用户正在访问哪些工作文档等，管理员可以根据过程的完成情况检查各个人员工作时间是否超期，以便做出相应决策。
4 结语
1)系统以企业现有的Intranet为支撑环境，用一台运行Windows2000的计算机作为中心服务器，并在服务器上建立Weblogic、E_Mail、Oracle数据库等服务，局域网内计算机安装PDM系统客户端，就可完全实现PDM系统的功能。
2)该系统经过国家验收和实施证明了系统的安全性和可靠性。
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本文标题：PDM系统中工作流与过程管理模型的建立
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