基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈研究

摘 要:為了提高敏捷供應鏈的動態性和敏捷性，采用多自主元柔性工作流技術構建敏捷供應鏈管理系統。在對敏捷供應鏈和柔性工作流技術進行分析的基礎之上，給出用虛擬工作流和柔性工作流對敏捷供應鏈進行整體描述的方法。為提高柔性工作流的智能決策能力，以自主計算技術為基礎，提出了基于多自主元的柔性工作流，使用多自主元的柔性工作流構建了敏捷供應鏈的管理框架，并通過自主元的模糊推理實例對多自主元柔性工作流的智能性進行了驗證， 多自主元柔性工作流能夠滿足敏捷供應鏈管理系統快速重構和動態重組的要求。

關鍵詞:敏捷供應鏈; 柔性工作流; 自主元; 自主計算; 模糊

中圖分類號:TP391

文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2010)02-0541-03

doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2010.02.038

Research on agile supply chain based on multi-autonomic objects flexible workflow

WANG Dong-bo1， YAN Xiu-tian2， LI Zhi-yi1， SUN Yi-xiao1

(1.School of Mechatronics， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China; 2.Dept. of Design， Manufacture Engineering Management， University of Strathclyde， Glasgow UK， G1 1XJ， England)

Abstract:In order to improve the agility and dynamicity of agile supply chain， A multi-autonomic objects flexible workflow is proposed to construct agile supply chain. Based on the analysis of agile supply chain and flexible workflow， the general description of agile supply chain by virtual workflow and flexible workflow is given. In order to improve the intelligent decision capability of flexible workflow， proposed a multi-autonomic objects flexible workflow based on autonomic computing technology， the agile supply chain management system could be modeled and realized by the multi-autonomic objects flexible workflow. Finally， demonstrated the intelligence of multi-autonomic objects flexible workflow by an autonomic object fuzzy reasoning instance， it shows that the multi-autonomic objects flexible workflow can support the rapid re-construction and dynamic recombination satisfactorily.

Key words:agile supply chain; flexible workflow; autonomic object; autonomic computing; fuzzy

0 引言

敏捷供應鏈是一種在競爭、合作、動態的市場環境中，由供應商、制造商、銷售商、用戶等各(自主)實體構成的快速響應市場變化的動態供應鏈網絡[1]。敏捷供應鏈的有效運行建立在敏捷供應鏈管理系統對敏捷供應鏈工作流程集成管理的基礎上。相對于傳統的管理信息系統，工作流技術雖然通過應用和過程邏輯的分離，在一定程度上提高了供應鏈的敏捷性，但由于工作流必須首先通過執行更改后工作流模型來實現敏捷供應鏈的重構和調整，缺乏柔性工作流對于敏捷供應鏈管理的支持存在明顯的局限。敏捷供應鏈動態性和敏捷性的固有特點就要求采用柔性工作流技術來構建敏捷供應鏈管理系統。

目前，應用工作流技術進行敏捷供應鏈研究的主要有:文獻[2]提出了一個工作流支持的內部供應鏈管理系統，并使用代理技術進行系統的構建;文獻[3]應用BPI(business process integration)技術構建了供應鏈管理系統，實現了工作流系統和企業應用的集成;文獻[4]運用基于工作流的敏捷供應鏈過程管理方法對該公司的采購過程管理進行了過程描述、任務描述與分配、工作流管理系統的分析與設計;文獻[5]研究了制造企業供應鏈管理系統對工作流管理系統的功能要求，建立起工作流管理系統模型;文獻[6]給出了一個基于多agent技術的供應鏈工作流過程管理框架和工作流過程管理模型，運用工作流技術及agent技術，對供應鏈工作流進行過程控制及重組，實時地協調和管理供應鏈上的業務活動。

從上述的分析可以看出，目前基于工作流的敏捷供應鏈管理的不足主要體現在:a)目前的基于工作流的敏捷供應鏈管理系統一般都構建于靜態的工作流技術，基于柔性工作流技術的敏捷供應鏈管理系統還需進一步研究;b)供應鏈整體流程往往涉及多個工作流系統的互操作，敏捷供應鏈管理系統缺乏一個整體上的柔性管理框架;c)現有的柔性工作流研究更多地體現在對變化的被動響應，而敏捷供應鏈要求對動態競爭環境中的各種變化和不確定性具有良好的適應性。本文將在研究應用虛擬工作流和柔性工作流構建敏捷供應鏈的基礎上，提出多自主元的柔性工作流，最后構建了基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈框架。

1 敏捷供應鏈管理描述與分析

1.1 敏捷供應鏈管理與柔性工作流

供應鏈的敏捷性要求通過供應鏈的動態重構和調整，來快速響應動態競爭環境中的各種變化和不確定性。從本質上來說，供應鏈上的業務是一個典型的工作流過程，從整體上看，供應鏈是跨供應鏈企業和企業中多個職能部門活動的集合;從個體上看，供應鏈上的各個企業一般為相對獨立的實體，供應鏈企業內部的業務流程也是典型的工作流過程。例如，從生產經營的角度出發，制造企業可被視為由多個相互關聯的不同層次的流程組成的活動流程網絡，如訂貨、采購、設計、制造和交貨組成主流程，主流程又分解為若干彼此相關的子流程。

柔性工作流可以在敏捷供應鏈發生變化的情況下，不中斷工作流的執行，動態地改變工作流的執行邏輯和任務，從而快速響應動態競爭環境中的各種變化和不確定性。柔性工作流可以在良好地理解并支持敏捷供應鏈業務過程的基礎上，通過其柔性特點提高敏捷供應鏈整體和內部業務流程的敏捷性。

1.2 基于虛擬工作流和柔性工作流的敏捷供應鏈

敏捷供應鏈管理系統是一個跨企業系統，所以工作流管理系統互操作是敏捷供應鏈管理實現的關鍵[7]。可以發現，不同工作流管理系統之間的互操作主要表現為一組系統的功能調用。根據上述的論述可以得到以下推論:敏捷供應鏈中工作流互操作的實質可以看做是在工作流模型可相互理解基礎上的控制信息和數據信息相互調用與傳遞。在敏捷供應鏈運行過程中，可以通過WAPI來調用工作流執行服務間傳遞的控制信息和數據信息，當兩種運行環境都支持共同WAPI調用和過程模型定義(包括命名機制、工作流相關和控制數據)時，可以在工作流機之間直接進行信息傳遞，否則可以通過網關服務提供信息映射。在上述推論的基礎上，本文給出了虛擬工作流的概念:從整體上看，敏捷供應鏈可以看做是一個虛擬工作流構成的業務過程，而不是不同工作流系統互操作構成的復雜業務過程，敏捷供應鏈企業的活動構成該虛擬工作流的節點，敏捷供應鏈企業內部工作流系統之間的互操作就轉換為虛擬工作流節點之間控制和數據信息的傳遞。虛擬工作流概念的提出將敏捷供應鏈整體建模過程中復雜的工作流互操作問題轉換為工作流節點之間的信息傳遞，從而能夠使用工作流技術對敏捷供應鏈進行整體描述。虛擬工作流和柔性工作流進行敏捷供應鏈整體描述如圖1所示。為簡潔起見，圖1中省略了對敏捷供應鏈企業內部工作流的描述。

敏捷供應鏈的敏捷性特點不僅要求敏捷供應鏈從整體上對動態競爭的市場環境進行響應，而且也要求內部供應鏈在敏捷供應鏈整體發生改變的情況下，相應地進行內部調整來滿足敏捷性要求。比如敏捷供應鏈核心企業在編制生產計劃時，必須考慮下游顧客的需求、上游企業的供貨及自身生產能力等可能發生的變化，核心企業必須根據整個敏捷供應鏈的變化來動態調整自身的生產計劃。柔性工作流通過工作流節點功能改變、工作流控制邏輯變化和工作流動態擴展，能夠很好地支持敏捷供應鏈的整體和內部供應鏈的動態調整及重構。

2 基于多自主元的柔性工作流

2.1 自主計算技術概述

虛擬工作流概念的提出，實現了柔性工作流如何應用于敏捷供應鏈各個層次的理論基礎，但敏捷供應鏈中的實體一般是具有一定的目標和決策能力而自治或半自治地運作。如何使敏捷供應鏈具有智能性，能夠通過最少人的干預，自動地適應變化，已經成為提高敏捷供應鏈敏捷性的迫切要求。由于敏捷供應鏈的敏捷性是通過其組成單元及其之間的相互作用體現出來，應用柔性工作流技術構建敏捷供應鏈，就必須提高柔性工作流的智能決策能力。自主計算由IBM公司在2001年10月Agenda會議上首先提出[8]，其思想來自于人體生物學理論，人體的自主神經系統能夠在不自覺的情況下監控心臟的跳動，檢查血糖含量并始終使體溫保持在恒定的溫度。自主計算將其所管理的IT系統看做為其管理資源(managed resources)，通過一個或若干個自主管理器(autonomic manager， AM)提高管理資源的自主性。

2.2 基于多自主元的柔性工作流

以自主計算思想為核心，借鑒多agent理論，本文提出了基于多自主元的柔性工作流概念，首先給出自主元的定義。

定義1 自主元(autonomic object，AO)是基于自主計算技術，嵌入在柔性工作流活動中的智能實體:

AO=monitor，analyzer，planner，executive，knowledge，touchpoint

其中:

a)Monitor、analyzer、planner和executive分別是監控、分析、規劃和執行算法。

b)Knowledge(BK，PK，CK)是自主元知識，是實現AO智能性的基礎。其中BK是基本知識集合，PK是推理知識集合，CK是控制知識集合。

c)Touchpoint是自主元的接觸管理器，它可定義為一個四元組，touchpoint=(sensor，effector，orchestrator，manual)。其中:sensor是AO的感知器，主要實現對AO管理資源的狀態檢測和信息采集，并將采集的數據傳送給monitor;effector是AO的使能器，實現對管理資源的操作;orchestrator是AO的協調器，主要實現與其他自主元的通信與協調;manual是AO的人工管理器，負責提供在系統運行期間，多自主元無法進行智能判斷的情況下，與人工進行交互。

定義2 基于多自主元的柔性工作流(multi AOs-based flexible workflow， AO_FW)可以定義為AO_FW=(T，AO，L，D，O，R)。其中:

a)T={ti|i=1，…，n}是AO_FW的工作流活動集合，T≠。

b)AO={aoi|i=1，…，n}是嵌入到每個柔性工作流活動的自主元的集合，aoi和ti之間具有一一對應的關系，aoi依賴于ti存在，記為aoi1:1ti。

c)L={lj|j=1，…，m}是任務間的控制依賴關系，稱為控制連接弧，LT×T。

d)D是數據連接弧，O是工作流的組織模型，而R是工作流的資源模型。

基于多自主元的柔性工作流的智能性是通過嵌入到每個工作流活動的自主元及其協作實現的，自主元能夠感知柔性工作流的工作狀態，采用檢測、分析、規劃和執行的控制循環來對外界的變化進行響應。由于敏捷供應鏈的動態多變性，自主元應該能夠具有信息不確定狀態下的問題求解能力。單一的自主元只能解決柔性工作流節點的智能性，整個柔性工作流的智能性是通過多自主元協作實現的。

3 基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈管理

3.1 基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈管理框架

基于多自主元柔性工作流模型是敏捷供應鏈管理框架的核心，整個敏捷供應鏈的業務活動通過柔性工作流模型進行描述。與敏捷供應鏈相對應，基于多自主元柔性工作流模型也是一個典型的分層結構，敏捷供應鏈管理框架的智能性是通過嵌入柔性工作流節點的自主元及其之間的協作實現的。基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈管理框架如圖3所示。

建模工具是整個框架的核心功能之一，主要實現柔性工作流模型的定義，敏捷供應鏈的整體模型通過虛擬工作流的概念由總體建模工具定義，分解后的柔性工作流模型需要各個敏捷供應鏈企業使用獨立的建模工具進行定義。模型分解的總體原則是分解后的工作流模型要能夠實現上層節點完成的任務，而并不限定具體實現形式;分解后的下層工作流模型必須繼承并實現上層工作流節點所具有的接口形式和對應的輸入/輸出。

基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈管理框架基于典型的分布式工作流結構，整體工作流中的每一個節點都由獨立的工作流機執行，同一敏捷供應鏈企業內部的柔性工作流模型也可進一步由多個工作流機執行。通過分布式工作流機的執行，就可以生成基于多自主元柔性工作流實例，即敏捷供應鏈管理過程。圖3的右邊即為生成的敏捷供應鏈實例，實例從整體上表現為整體的敏捷供應鏈，經過分層的柔性工作流模型實例化為敏捷供應鏈中的詳細功能。生成的敏捷供應鏈實例可通過工作流列表與用戶界面和應用程序交互，敏捷供應鏈實例的運行可通過工作流監控工具進行管理，從而可以實現敏捷供應鏈管理。

3.2 自主元模糊推理實例

多自主元柔性工作流是一個高度動態的系統，尤其是當柔性工作流系統應用到敏捷供應鏈時，敏捷供應鏈在其領域知識中一方面有著知識確定性的特點，特定的變化必然引起特定的影響，另一方面也存在著大量的模糊信息，不同事件之間的相互依賴關系也往往存在著亦此亦彼的模糊性。基于模糊邏輯推理的方法不需要建立精確的數學模型，而是按照語言采集的方式獲取知識，通過適當地運用隸屬函數和模糊規則來表達無法以確定性數據來表達的內容及推斷結論。

本文通過一個航空轉包企業的轉包管理流程運行的實例[9]，驗證多自主元柔性工作流的智能決策能力，該轉包企業的訂單處理能力一般為100件/月，工人的平均工作時間8h/d，其中生產計劃自主元根據訂單的數量和設備故障率計算工人的平均加工時間，作為制訂生產計劃的參考。對于未加權的模糊推理運算，本文直接采用MATLAB提供的模糊邏輯圖形用戶界面來給出仿真計算的實例，如圖4、5所示。圖4給出了模糊推理結果，圖5給出了模糊推理分布圖。

模糊推理得出零件的工人平均加工時間為12.4 h/d，根據生產計劃自主元的精確推理規則“if 工人平均加工時間 > 12 then 增加外貿零件生產的車間”，所以生產計劃自主元在原有一個數控車間1生產外貿零件的情況下，安排數控車間2同時生產零件，并同時更改數控車間2節點的可擴展屬性工人平均加工時間。

4 結束語

在對敏捷供應鏈管理過程描述與分析的基礎上，針對敏捷供應鏈管理中復雜的工作流互操作問題，給出了虛擬工作流的概念，實現了柔性工作流技術在敏捷供應鏈整體建模中的應用。為了提高敏捷供應鏈智能性，基于自主計算技術提出了基于多自主元的柔性工作流的體系結構，通過嵌入到每個工作流活動的自主元及其協作實現工作流的智能柔性。最后在上述基礎上，提出了基于多自主元柔性工作流的敏捷供應鏈管理框架，該框架給出了應用柔性工作流構建敏捷供應鏈的方法，利用多自主元的智能性確定響應變化的方式，滿足敏捷供應鏈管理系統快速重構和動態重組的要求。

參考文獻:

[1]柴躍廷，李芳蕓，任守渠. 敏捷供需鏈中工作流管理系統的設計[J]. 信息與控制， 1999， 28(6):401-406.

[2]LIU Jian-xun， ZHANG Shen-sheng， HU Jin-ming. A case study of an inter-enterprise workflow-supported supply chain management system [J]. Information Management， 2005， 42(3):441-454.