基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制架構(gòu)研究

摘要：從協(xié)同的角度研究了制造業(yè)在分布式協(xié)同制造企業(yè)環(huán)境下所面臨的相關(guān)技術(shù)問題，提出了基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制架構(gòu)。該架構(gòu)分為兩層，在企業(yè)層對所有協(xié)同機構(gòu)的生產(chǎn)任務(wù)進行動態(tài)的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度；在車間層對有限資源在需求約束下進行優(yōu)化調(diào)度。應(yīng)用擴展的工作流概念和功能去正確地管理活動序列，建立了資源管理、活動調(diào)度以及任務(wù)協(xié)同調(diào)度的優(yōu)化模型。最后，提出了基于規(guī)則的更新處理組件用于提高系統(tǒng)自動化程度。

關(guān)鍵詞：分布式； 協(xié)同制造； 計劃調(diào)度； 工作流管理

中圖分類號：TP391文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)04－1060－05

隨著全球經(jīng)濟一體化的加深，以數(shù)字化、全球化、虛擬化、智能化和敏捷化為特征的新型經(jīng)濟形態(tài)下的企業(yè)特征已初見端倪。目前，對于全球化制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式協(xié)同制造企業(yè)不能有效地解決協(xié)同企業(yè)間及協(xié)同生產(chǎn)車間制造計劃與排產(chǎn)的動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，主要由于企業(yè)中使用的信息管理系統(tǒng)大多數(shù)是面向功能而并非面向流程設(shè)計開發(fā)的。對生產(chǎn)計劃調(diào)度的研究主要集中在對企業(yè)內(nèi)部作業(yè)計劃的研究，大多局限于企業(yè)內(nèi)部的信息集成和功能集成上，有的主要涉及企業(yè)及車間。雖然也有的涉及相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間協(xié)同，但更多的表現(xiàn)在設(shè)計層面上，沒有從系統(tǒng)過程和技術(shù)的角度全面地考慮全球化網(wǎng)絡(luò)制作體系中分布式計劃控制的協(xié)同性；沒有從組織管理和生產(chǎn)運作等方面進行全面的分析，缺乏系統(tǒng)性和整體性。因此迫切需要一個將協(xié)同管理模式、組織機制和協(xié)調(diào)方法融合在一起，實現(xiàn)分布式協(xié)同計劃控制的整體框架。在此背景下本文提出以強調(diào)跨企業(yè)、跨地域，以有效的協(xié)調(diào)方式響應(yīng)用戶需求、提高企業(yè)應(yīng)變能力、實現(xiàn)制造敏捷性為目標(biāo)，支持面向任務(wù)流而不僅僅是支持面向文檔流的一個融入了工作流的概念和功能的任務(wù)計劃、任務(wù)協(xié)同及任務(wù)執(zhí)行的基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制架構(gòu)。

以基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制（workflow－based distributed collaborative planning and scheduling，WF－DCPS）架構(gòu)為基礎(chǔ)的WF－DCPS系統(tǒng)，使各協(xié)同制造企業(yè)能夠有效地跟蹤和監(jiān)控所有分布式協(xié)同計劃項的加工過程的進度；當(dāng)某協(xié)同企業(yè)發(fā)生未預(yù)知事件有可能會產(chǎn)生局部或所有協(xié)同制造企業(yè)的協(xié)同任務(wù)調(diào)度以及車間資源調(diào)度優(yōu)化方案的更新，實時地保持整個分布式協(xié)同制造系統(tǒng)的最優(yōu)化任務(wù)調(diào)度與最優(yōu)化的資源調(diào)度。其關(guān)鍵技術(shù)為智能工作流管理技術(shù)、最優(yōu)化引擎技術(shù)和規(guī)則引擎技術(shù)等。

1工作流管理

1．1工作流活動模板定義研究

基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制主要集中在運作層，需要分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)中能夠給出一個緊密聯(lián)系的活動序列以確保有一個好的客戶滿意度。在基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)中，一個計劃請求是通過一個與之對應(yīng)的由一些相互依賴的活動組成的專門隊列來完成。WF－DCPS能夠準(zhǔn)時地產(chǎn)生和調(diào)整完成某計劃項的分布式協(xié)同活動序列；也能夠處理未預(yù)知事件的發(fā)生。

通常，一個協(xié)同計劃項至少包含如下信息：產(chǎn)品名稱、計劃數(shù)量、計劃開始和計劃完成時間窗。一些不同計劃期的關(guān)聯(lián)的活動來應(yīng)答一個計劃項。這些活動的執(zhí)行需要確定的命令，并且這些活動在給定的時間窗內(nèi)執(zhí)行依賴于每個計劃項的計劃信息、資源的可用性以及工藝規(guī)程信息。

通過定義一個活動模板集，每一個計劃項均可通過這些活動模板組成的序列完成。一個活動被分配給一個特定的員工后，這個員工在特定的時間內(nèi)依據(jù)活動的特定信息（輸入屬性）負(fù)責(zé)該活動的執(zhí)行。表1顯示了活動模板的定義示例。

例如一個計劃項能夠由如下活動模板中的活動組成的活動序列來完成：（1）-（7）-（4）-（6）-（2）-（7）-（4）-（5）-（6）-（3）-（7）-（4）-（5）-（6）-（2）。活動序列的組成取決于零組件的工藝規(guī)程、資源的分配狀況及企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)。組成活動序列的活動必須滿足零組件的工藝規(guī)程中零組件加工裝配過程中各種活動的執(zhí)行先后次序的約束，如上述活動序列中的（1）-（7）-（4）-（6）-（2）。由于在制造系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)多個零組件在加工制造過程中共用同一種資源的情況，這種情況的存在可能導(dǎo)致在使用資源過程出現(xiàn)資源沖突的現(xiàn)象，這時系統(tǒng)動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化引擎通過調(diào)用特定的優(yōu)化模型及優(yōu)化算法實施資源的分配，分配的結(jié)果經(jīng)常要求在某一活動序列中適當(dāng)?shù)奈恢锰砑右粋€等待操作，如上所述活動序列中的（5）。由于現(xiàn)在零組件的工藝復(fù)雜性，一個零組件經(jīng)常需要多個車間部門協(xié)調(diào)生產(chǎn)才能夠完成，這就要求零組件的活動序列能與其他部門與之相關(guān)的活動序列保持實時的信息更新，如上述活動序列中的（3）對應(yīng)熱處理車間的熱處理活動序列，需要實時處理這些分布式的協(xié)同工作流信息。

1．2分布式協(xié)同計劃控制應(yīng)用中工作流的概念與功能擴展

本文研究的分布式協(xié)同計劃控制是以工作流為導(dǎo)向，并且支持分布式協(xié)同制造企業(yè)的生產(chǎn)計劃控制過程。它能夠智能地通知員工在正確的時間處于正確的崗位，同時為他們提供完成工作所需的合適的信息。在零組件的生產(chǎn)制造過程中，很難在工作流實例產(chǎn)生的同時就確定所有活動的屬性，同時也不可能預(yù)計出制造系統(tǒng)中所有會引起需要修正工作流的結(jié)構(gòu)或更新活動的屬性的事件集。基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)采用智能工作流的概念和功能支持來解決上述的問題。更深一步的研究是對工作流的概念和功能進行擴展使之更加適用于處理分布式協(xié)同計劃控制問題。以下列出工作流應(yīng)用在分布式協(xié)同計劃控制中需要進行的概念與功能的擴展：

a)活動模板概念。為了能夠?qū)顒拥亩x進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，定義一個與分布式協(xié)同制造相關(guān)的活動模板集。分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)通過活動標(biāo)準(zhǔn)模板在工作流模型/實例中調(diào)度不同的活動?；顒幽０逵梢粋€具有三類屬性的元任務(wù)組成。其中：輸入屬性完成任務(wù)所需的指定資源及技術(shù)要求；派工屬性負(fù)責(zé)分派執(zhí)行任務(wù)的操作人員，系統(tǒng)通過該屬性可使任務(wù)出現(xiàn)在其應(yīng)出現(xiàn)的工作列表中；時間屬性指定任務(wù)的最長最短周期，最早最晚開工時間及相對應(yīng)的準(zhǔn)備時間。表1給出了與分布式協(xié)同計劃控制相關(guān)的活動模板的示例。

b)準(zhǔn)備時間的概念（the warm－up time，WUT）。在生產(chǎn)計劃調(diào)度領(lǐng)域，時間扮演了一個關(guān)鍵角色，因此時間屬性應(yīng)為每一個活動定義。時間方面的問題如周期和開始時間在眾多的文獻中被討論，文獻[2]中以ADEPT項目作為實例對周期和開始時間進行詳細(xì)的研究。這里需要區(qū)分幾個時間的概念：活動的計劃開始時間、活動的完工時間、活動的派工時間。在工作流管理系統(tǒng)中，工作流活動執(zhí)行任務(wù)應(yīng)在合適的時間分配到工作列表中。被派工的人員不應(yīng)對分配的任務(wù)活動感到意外，因為他們能夠從工作列表中預(yù)先了解后續(xù)要執(zhí)行的活動。因此，一個活動被分配到工作列表的派工時間取決于活動的計劃開始時間和活動必需的準(zhǔn)備時間。Eder等通過一個基于概率時間管理方法處理了類似的一個問題用于安排個人時間，其前提是需要得到未來工作任務(wù)的早期信息[3]。

c)工作流實例層動態(tài)設(shè)定更新屬性值。在分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)中，屬性值來源于動態(tài)資源優(yōu)化調(diào)度引擎的工序活動優(yōu)化調(diào)度解決方案，通過基于規(guī)則的工作流更新模塊自動地對工作流實例更新維護實現(xiàn)活動屬性值的動態(tài)設(shè)定與更新。它是工作流管理系統(tǒng)的一個功能上的擴展。工作流中的各個活動間不需要存在信息流，所有活動的輸入屬性都能夠與前一活動的輸出屬性在邏輯上連接。然而，工作流中活動的輸入屬性值并不是確定不變的，應(yīng)該能夠在除活動處于運行狀態(tài)的任意時間設(shè)定和更新活動的輸入屬性值；同時也應(yīng)能夠動態(tài)地對工作流中的執(zhí)行人員派工和重派工，以及在時間約束條件下能夠動態(tài)地設(shè)定/更新活動的時間屬性。

d)工作流實例層動態(tài)添加/刪除活動。它也是動態(tài)資源優(yōu)化調(diào)度引擎的工序活動優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果，通過基于規(guī)則的工作流更新模塊實現(xiàn)工作流活動的動態(tài)添加與刪除。新添加的活動是基于先前定義的活動模板集。同理，動態(tài)地在工作流實例中添加活動可以被擴展成動態(tài)地添加子工作流（添加一個活動是一個特殊的子工作流）。例如上述例子中的活動序列：熱處理操作，可以將熱處理車間的熱處理工作流作為子工作流直接插入到該工作流實例的活動序列中。工作流活動的刪除與添加處理功能相似，只不過在刪除工作流中的活動時，需考慮該活動的運行狀態(tài)。

e)動態(tài)管理工作列表?；顒颖恢匦抡{(diào)度分配或已被派工到指定工作列表的活動被刪除，需要通過合理的工作列表管理來維護更新工作列表。活動的重新分配后，與重分配的活動對應(yīng)的工作項應(yīng)從原來的工作列表中刪除而應(yīng)出現(xiàn)在相應(yīng)的新的工作列表中（只要其分配屬性不為空）；同理，與被刪除的活動對應(yīng)的工作項應(yīng)從工作列表中刪除。當(dāng)活動的輸入屬性和時間屬性被設(shè)定與更新時也能動態(tài)地調(diào)整工作列表。

2WF－DCPS系統(tǒng)架構(gòu)

WF-DCPS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。它描述了系統(tǒng)的一個綜合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在概念上可分為兩層：a)資源優(yōu)化調(diào)度層，負(fù)責(zé)為確定數(shù)量的任務(wù)活動動態(tài)地分配資源。本質(zhì)上是一組運行在工作流實例上的、協(xié)同的、并發(fā)的事件活動的集合，這些事件都與一個特定的企業(yè)分布式協(xié)同計劃項相關(guān)聯(lián)。一個工作流實例是由一個活動序列和這些活動在任意時間可知的狀態(tài)組成。當(dāng)一個新的請求被收到，資源優(yōu)化調(diào)度層去實例化新的計劃項，并且在發(fā)生未預(yù)知的事件時通過基于規(guī)則的更新組件對工作流實例的輸入屬性和結(jié)構(gòu)進行更新，通過工作列表確保使被派工的人員在適當(dāng)?shù)臅r間扮演適當(dāng)?shù)慕巧)企業(yè)任務(wù)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度層，負(fù)責(zé)接收客戶需求信息，并將其進行任務(wù)分解與協(xié)調(diào)各協(xié)同制造企業(yè)、企業(yè)內(nèi)各車間的分布式的協(xié)同計劃，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同制造企業(yè)間的信息交互以及與各生產(chǎn)車間的信息交互?？偟恼f來，這兩層都有一組用于動態(tài)資源優(yōu)化調(diào)度和動態(tài)的任務(wù)協(xié)同分配優(yōu)化算法和優(yōu)化模型的集合。

2．1WF－DCPS的構(gòu)造研究

在系統(tǒng)構(gòu)造方面，通過工作流定義工具定義一個活動模板集，然后利用活動模板集設(shè)計基本的工作流模型即處理生產(chǎn)計劃項的必需的活動序列。工作流模型和活動模板存儲在工作流知識庫中。系統(tǒng)的另一個組成部分是資源管理工具集，通過它可以獲得完成活動所需的各種資源的狀態(tài)信息。它是整個生產(chǎn)系統(tǒng)中所涉及的所有資源信息的匯總，其包括工裝信息管理系統(tǒng)、設(shè)備信息管理系統(tǒng)、人事信息管理系統(tǒng)等資源信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的另一大構(gòu)件部分是優(yōu)化調(diào)度處理組件，它包括一個模型集、優(yōu)化算法集和優(yōu)化引擎。企業(yè)層是一個任務(wù)的動態(tài)優(yōu)化引擎，在車間層是一個資源的動態(tài)優(yōu)化引擎?；谝?guī)則的工作流更新組件也是WF－DCPS架構(gòu)的關(guān)鍵組件，它包含一個修正規(guī)則數(shù)據(jù)庫表和一個修正引擎。系統(tǒng)的支撐信息是零組件的工藝規(guī)程信息以及BOM信息，它們被存儲在單獨的數(shù)據(jù)庫中，定義了零組件的加工路線、加工參數(shù)要求以及零組件的裝配關(guān)系。

從圖1可看出，WF－DCPS系統(tǒng)中的工作流是分層的，即車間層工作流都是企業(yè)層工作流的子工作流，在企業(yè)層工作流的一個活動對應(yīng)車間層一個工作流。如圖2所示，協(xié)同制造企業(yè)E1產(chǎn)品A的工作流模型為主工作流，是由零件H、I、G、M的機械加工活動，零件C的采購活動，裝配組件F、D、B及總裝產(chǎn)品Ａ的活動組成。其中對零件C的采購活動展開：零件C是由協(xié)同企業(yè)E2供應(yīng)，零件C的工作流模型為產(chǎn)品A的工作流模型的子工作流。在E2企業(yè)中，零件C是由零件O、N、E的機械加工活動，零件P采購活動，裝配組件L、J、K及總裝零件C活動組成。其中對零件E的加工活動展開：零件E是由企業(yè)E2中的車間W5加工完成，零件E的工作流模型為零件C的工作流模型的子工作流。圖2中的1、2、3等分別表示加工零件E的活動，可參見表1的活動模板。

在系統(tǒng)的運作方面，WF－DCPS系統(tǒng)是事件智能驅(qū)動的系統(tǒng)，此處的事件是大事件驅(qū)動的概念，即廣義的事件驅(qū)動，包含時間事件驅(qū)動、計算機處理消息驅(qū)動、人工觸發(fā)事件驅(qū)動等。當(dāng)一個新的事件發(fā)生，根據(jù)事件定義工具定義的事件及與事件相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息，由事件管理器觸發(fā)優(yōu)化處理引擎，然后依據(jù)選擇的優(yōu)化模型和特定的優(yōu)化算法，以系統(tǒng)提供的相應(yīng)信息作為數(shù)據(jù)支撐尋找最優(yōu)解決方案。如果尋找解決方案失敗，將產(chǎn)生一個新的事件至事件管理器，由事件管理器根據(jù)定義的事件集判別將采用其他優(yōu)化模型尋求解決方案或?qū)⒋耸录蛏蠈觽鬟_，上層的事件監(jiān)聽器監(jiān)聽到事件信息同樣將進行上述的優(yōu)化處理過程。在優(yōu)化引擎解決某一優(yōu)化模型時需要專門的優(yōu)化算法。優(yōu)化模型的初始化需要三個數(shù)據(jù)源信息：a）事件定義工具提供的事件信息；b）資源綜合管理從各資源管理系統(tǒng)提取的相關(guān)的當(dāng)前資源的預(yù)留/不可用信息（與工作流實例的狀態(tài)有關(guān)）；c）制造系統(tǒng)的工藝流程信息或產(chǎn)品的BOM信息。

2．2更新規(guī)則和規(guī)則引擎

當(dāng)一個新的事件解決方案產(chǎn)生，將其翻譯轉(zhuǎn)換成一個能夠自動對工作流實例池更新的命令集。對工作流實例池的更新修改是指當(dāng)產(chǎn)生一個新的工作流實例或存在的工作流實例的結(jié)構(gòu)或?qū)傩园l(fā)生改變。將優(yōu)化方案翻譯成對工作流實例池的更新是規(guī)則引擎和更新規(guī)則數(shù)據(jù)庫的任務(wù)，相應(yīng)的系統(tǒng)授權(quán)用戶也可以作手動的修改。手動更新命令通過工作流的監(jiān)測控制工具產(chǎn)生及下達。工作流引擎負(fù)責(zé)提交對工作流實例池的修改更新操作，它通過執(zhí)行活動序列和在合適的時間給合適的人員分配工作來實施工作流實例。工作列表用于顯示需要被執(zhí)行的活動，每個員工都有個人的工作列表去快速地確認(rèn)他被分派更新的活動。

基于規(guī)則的工作流更新技術(shù)是由更新規(guī)則管理和規(guī)則引擎組成。更新規(guī)則如：if新的計劃請求到達，and if動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化成功（產(chǎn)生一優(yōu)化解決方案），and if特定的工作流基本模型已經(jīng)被定義，and if存在一個工作流管理器，then與新到達計劃請求相對應(yīng)的工作流實例依照工作流基本模型被實例化。規(guī)則都能夠被很好地轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化的程序代碼。將規(guī)則翻譯成程序代碼可以作為獨立的原子單元與其他獨立的應(yīng)用邏輯分開，這樣使更新規(guī)則與規(guī)則引擎更容易開發(fā)和維護。規(guī)則引擎能夠動態(tài)地更新工作流實例的結(jié)構(gòu)及活動屬性值。這項技術(shù)是一種基于規(guī)則的自動處理分布式協(xié)同計劃控制系統(tǒng)工作流實例的更新維護的方法。該方法的執(zhí)行過程為：a)檢測語義異常;b)導(dǎo)出要更新的工作流實例和工作流實例控制要素;c)自動調(diào)整受到影響的工作流部分。關(guān)于對該組件的詳細(xì)研究超出了本文對系統(tǒng)架構(gòu)研究的范圍，在此不作詳細(xì)討論。

3WF－DCPS最優(yōu)化調(diào)度研究

分布式協(xié)同制造企業(yè)的計劃控制面臨著分布式約束滿足問題（distributed constraint satisfaction problem，DCSP），為了維持一個滿意的效率水平，企業(yè)不得不去應(yīng)付各種環(huán)境約束[1]?？梢杂眠^程定義表述實施一個特定類型的案例需要執(zhí)行哪些任務(wù)，同時也能表明各個任務(wù)的執(zhí)行所必須遵循的次序。然而，通過過程定義卻無法說明每個任務(wù)到底應(yīng)該由誰來執(zhí)行，這就需要給每個工作項分配資源（人和/或機器和/或應(yīng)用程序），它對于工作流的效率和效力非常重要。

WF－DCPS系統(tǒng)中的最優(yōu)化是指在企業(yè)層對計劃分解任務(wù)進行動態(tài)協(xié)同優(yōu)化與在車間層對制造資源進行動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化管理。本文利用定義專門的最優(yōu)化模型來實現(xiàn)工作流中生產(chǎn)計劃的優(yōu)化協(xié)同方案及制造活動的資源的動態(tài)優(yōu)化配置。最優(yōu)化模型是從最優(yōu)化問題中抽象出來的獨立數(shù)據(jù)，目的是通過它找出所有最好的解決方案，目標(biāo)是在可行的域中找到方案，使目標(biāo)函數(shù)具有最小值/最大值。利用最優(yōu)化模型計劃調(diào)度或在需要時重新計劃調(diào)度工作流活動過程。最優(yōu)化模型定義管理提供的最優(yōu)化模型能夠在滿足計劃項約束、零組件的工藝約束以及資源時間約束等約束條件下得出最優(yōu)的任務(wù)協(xié)同方案和資源分配方案。WF－DCPS系統(tǒng)中的最優(yōu)化調(diào)度問題是分布式的約束滿意問題（圖3）。

3．1動態(tài)資源最優(yōu)化調(diào)度

WF－DCPS系統(tǒng)架構(gòu)中動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化處理模塊的工作過程為：從最優(yōu)化模型定義管理模塊中選定一個已定義的最優(yōu)化模型，從資源狀態(tài)匯總模塊獲取資源的預(yù)留及可用性信息（該部分信息通過集成面向功能的各類制造資源管理系統(tǒng)獲?。?，從工藝規(guī)程數(shù)據(jù)庫獲取零組件的工藝約束信息，從工作流生命周期管理模塊獲取工作流活動的生命周期信息，最終由動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化引擎利用最優(yōu)化算法定義模塊提供的最優(yōu)化算法計算最優(yōu)化的資源調(diào)度優(yōu)化方案。上述活動的執(zhí)行是由車間事件定義管理器觸發(fā)。本文在此方面的研究還引入了資源調(diào)度更新成本的概念。在進行資源調(diào)度更新處理過程中考慮一系列的懲罰規(guī)則使資源的調(diào)度結(jié)果適應(yīng)實際復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，如在調(diào)度結(jié)果若影響到需修改其他已調(diào)度的活動時就要引入相應(yīng)的懲罰規(guī)則。因為對于已調(diào)度的活動若要變更輸入屬性就必然存在違約成本、生產(chǎn)準(zhǔn)備成本等損失，而且由于零組件裝配生產(chǎn)的復(fù)雜性，某一活動重新調(diào)度后引起的成本損失有可能在整個制造網(wǎng)絡(luò)中擴散。

資源調(diào)度優(yōu)化引擎根據(jù)輸入的信息一旦產(chǎn)生模型的優(yōu)化方案，將負(fù)責(zé)觸發(fā)WF－DCPS系統(tǒng)的更新規(guī)則處理部分對工作流實例產(chǎn)生優(yōu)化。但是并不是資源調(diào)度優(yōu)化引擎就一定能夠輸出優(yōu)化方案，有可能資源調(diào)度優(yōu)化失敗。如果出現(xiàn)該情況則需將相應(yīng)的調(diào)度失敗信息向上反饋給企業(yè)層進行協(xié)商處理。

3．2分布式的生產(chǎn)任務(wù)協(xié)同計劃優(yōu)化

企業(yè)是作為訂單接收和產(chǎn)品制造服務(wù)的承包商，因此在WF－DCPS系統(tǒng)架構(gòu)的企業(yè)層，負(fù)責(zé)將接收的客戶訂單進行任務(wù)分解并協(xié)調(diào)分解后的子任務(wù)在企業(yè)內(nèi)的各承制車間與承包商之間的分配和計劃調(diào)度，同時還能夠根據(jù)與企業(yè)內(nèi)各生產(chǎn)車間及企業(yè)外其他承包企業(yè)的協(xié)同交互動態(tài)地更新子任務(wù)的計劃調(diào)度方案。分布式的生產(chǎn)任務(wù)協(xié)同計劃優(yōu)化是WF－DCPS系統(tǒng)企業(yè)層組件的核心。該組件主要由以下幾個模塊組成：a)企業(yè)事件監(jiān)聽器。它負(fù)責(zé)監(jiān)聽企業(yè)內(nèi)部車間的交互事件信息與企業(yè)外部其他協(xié)同承包企業(yè)的交互事件信息，并觸發(fā)動態(tài)協(xié)同計劃優(yōu)化引擎的執(zhí)行，如新的客戶訂單到達、客戶訂單更改、車間動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化失敗反饋以及協(xié)同承包企業(yè)動態(tài)協(xié)同設(shè)計計劃優(yōu)化調(diào)度失敗反饋等。b)分布式協(xié)同制造生命周期管理。接收匯總車間統(tǒng)計的工作流實例的生命周期信息、管理企業(yè)層工作流實例的生命周期信息，為動態(tài)協(xié)同計劃優(yōu)化引擎提供數(shù)據(jù)支撐。c)供應(yīng)商規(guī)劃。從供應(yīng)商列表中優(yōu)化選擇子任務(wù)的承制車間和協(xié)同承包企業(yè)。d)任務(wù)調(diào)度更新成本管理。子任務(wù)下達后，企業(yè)與承制車間及企業(yè)與協(xié)同承包企業(yè)之間形成一契約，在對任務(wù)進行重調(diào)度或調(diào)度更新有可能打破原來的契約從而產(chǎn)生違約成本等。充分考慮任務(wù)調(diào)度更新成本有助于提高協(xié)同計劃方案的適用性。e)本地目錄服務(wù)。對現(xiàn)代企業(yè)來說，經(jīng)常用到的已不再是離線的目錄，而是由分布式協(xié)同制造系統(tǒng)組成的在線目錄。利用本地目錄服務(wù)，企業(yè)可以實現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部快速查找、用戶管理、安全管理、數(shù)據(jù)庫注冊管理以及對多種應(yīng)用和服務(wù)的集成。

在運行階段，動態(tài)協(xié)同計劃優(yōu)化引擎由企業(yè)事件監(jiān)聽器觸發(fā)，以產(chǎn)品BOM信息、零組件生產(chǎn)/加工信息、優(yōu)化算法與優(yōu)化模型為支撐進行任務(wù)的動態(tài)協(xié)同計劃調(diào)度優(yōu)化更新，并觸發(fā)事件發(fā)報器與外部事件管理器和本地事件管理器進行交互協(xié)調(diào)。本地事件管理器將通過本地目錄服務(wù)觸發(fā)相對應(yīng)的車間分布式協(xié)同制造系統(tǒng)中的動態(tài)資源調(diào)度優(yōu)化引擎，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同交互；外部事件管理器將通過網(wǎng)絡(luò)目錄服務(wù)使目標(biāo)協(xié)同供應(yīng)企業(yè)的企業(yè)事件監(jiān)聽器接收相應(yīng)事件信息，實現(xiàn)協(xié)同制造企業(yè)間的信息協(xié)同交互。

4數(shù)據(jù)交互方式

分布式協(xié)同制造領(lǐng)域中所有機構(gòu)都意識到了與事務(wù)處理相關(guān)的高成本，企業(yè)必須為工作人員支付費用來處理基于電話和傳真的訂單（包括需求更改等）。在處理訂單時牽涉到很高程度的人工交互，所以處理發(fā)生的錯誤常常是一個主要的問題。員工花費了他們的大部分時間來輸入訂單、重新輸入訂單和處理不滿意的客戶，而不是專注于能夠有益于企業(yè)盈利的活動。例如某協(xié)作業(yè)務(wù)活動通過人工前臺處理成本為100 S；通過電話處理成本為60 S；通過互聯(lián)網(wǎng)處理成本為10 S[10]。

WF－DCPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)源存放在不同的數(shù)據(jù)庫或在同一數(shù)據(jù)庫的不同用戶中，需要將這些分布的異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成起來共同為協(xié)同制造服務(wù)。在WF－DCPS系統(tǒng)信息的集成分為不同數(shù)據(jù)庫間的集成和同一數(shù)據(jù)庫不同用戶間的集成。

從WF－DCPS系統(tǒng)架構(gòu)圖中可以看出，在企業(yè)內(nèi)部可以將各車間協(xié)同制造系統(tǒng)及企業(yè)層計劃協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計為同一數(shù)據(jù)庫多用戶模式，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供的視圖技術(shù)來實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間及與企業(yè)層任務(wù)協(xié)同系統(tǒng)的信息交互。這種方式同步性好，但需對各用戶授予對每個接口視圖的可讀權(quán)限，常用于實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息交互。而像各面向功能的、異構(gòu)的資源管理系統(tǒng)以及異地分布的企業(yè)調(diào)度子系統(tǒng)就處于不同數(shù)據(jù)庫情況下，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供的database link技術(shù)或中間件技術(shù)進行集成，如XML文件。

總之，在WF－DCPS系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)交互方式都旨在降低事務(wù)處理成本，提高協(xié)同制造系統(tǒng)效率。通過上述的數(shù)據(jù)交互技術(shù)可使WF－DCPS業(yè)務(wù)過程自動化，降低事務(wù)處理的成本和消除人工交互造成的錯誤，實現(xiàn)協(xié)同制造企業(yè)間的信息共享。

5結(jié)束語

本文研究了基于工作流的分布式協(xié)同計劃控制的應(yīng)用，提出了一個包括所有用于處理客戶請求的基礎(chǔ)組件的

分布式協(xié)同制造領(lǐng)域的系統(tǒng)架構(gòu)。它基于工作流管理、最優(yōu)化引擎技術(shù)和規(guī)則引擎技術(shù)等。客戶請求的任務(wù)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度和加工制造與生產(chǎn)資源可用性管理能夠通過工作流充分有效的處理。因為工作流實例是由活動與活動所對應(yīng)的在任意時間可知的狀態(tài)組成，所以能夠推算出資源的預(yù)留方案。提出使用最優(yōu)化模型解決資源的優(yōu)化調(diào)度管理和協(xié)同計劃優(yōu)化調(diào)度，并隨著未預(yù)知事件的發(fā)生而不斷動態(tài)調(diào)整。經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度引擎部分得到的解決方案能夠被轉(zhuǎn)換成應(yīng)用在工作流實例上的一系列的更新?；谝?guī)則工作流更新技術(shù)的應(yīng)用顯著地提高了與WF－DCPS系統(tǒng)的交互的自動化程度。 

WF－DCPS系統(tǒng)提供了一個高效實用的平臺，既能夠幫助分布式協(xié)同制造企業(yè)有效地管理協(xié)同生產(chǎn)任務(wù)，又使生產(chǎn)資源能夠得到優(yōu)化的分配利用，員工能夠在正確的時間獲得派工的工作信息。另外，通過該架構(gòu)整

合現(xiàn)有的面向功能的信息系統(tǒng)具有很強的指導(dǎo)意義。

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