基于BPM的生產過程管理系統研究與實現

蔡云星，陳彩鳳，仲梁維，袁坤坤

（上海理工大學機械工程學院，上海200093）

0 引 言

隨著企業信息化的快速發展，為了提高企業核心競爭力，多數企業進入成長期后，會選擇開發或購買適合企業發展的信息化軟件來支持企業生產資源的合理分配，以提高企業的管理水平，尤其是開發相應的生產過程管理系統，則顯得尤為重要。但據企業使用結果統計顯示：只有15%～25% 的企業實施效果達到預期目標；有45%～55%的企業停留在局部功能的運用，產出不及投入；而接近40%的企業在實施后出現“水土不服”的現象，導致實施失敗［1］。如何保證信息化系統建設的預期效果成為信息化推進過程中的重要問題；另一方面，在復雜多變的市場機制下，市場環境、客戶需求和企業管理方式的改變要求企業的業務流程具有分布性、動態性、協同性等特征。一個企業要實現向敏捷企業的轉換，必須以業務流程為出發點，那么如何針對新環境下流程的特點，推進業務流程管理成為了企業亟待解決的另一個難題。

為了適應上述變化，管理信息系統的開發方法已從系統編碼轉變為系統集成，從以數據為中心轉變為以流程為中心，從系統全新設計轉變為系統重構［2］。為了適應這種開發方式的轉變，一些新的信息系統技術和方法也應運而生，其中最具代表性的是BPM（Business Process Management）技術。本文以此為出發點，將BPM技術運用到企業生產過程管理中，并以某具體離散型制造企業（A公司）生產過程管理需求為背景，開發了基于BPM的生產過程管理系統。該系統的實施，將顯著提升該公司的生產過程管理能力，給公司帶來巨大的經濟效益。

1 業務流程管理

1.1 業務流程管理概念

業務流程管理（Business Process Management，BPM）既是一種理論，又是一組相關的方法集，關于業務流程管理的定義還沒有一個確定的標準。Gartner Inc.（國際著名咨詢公司）對BPM的定義是：BPM是一個描述一組服務和工具的一般名詞，這些服務和工具為顯式的流程管理（如流程的分析、定義、執行、監視和管理）提供支持。IBM公司從技術的觀點將BPM描述為：在業務流程的整個生命周期中對業務流程進行建模、開發、部署和管理來實現業務策略的管理過程。IDS-Scheer公司則將BPM定義為：企業根據自身的戰略重點，有選擇地對支撐其戰略實現的關鍵業務流程進行系統化的、持續改進的管理的過程［3-4］。

從企業管理的層面看，業務流程管理是對流程的描述、規范、運營、不斷改進優化和再造。通俗地說，業務流程管理是以流程為基本研究對象，對企業運營經驗的不斷反思與總結，思考如何采用最佳路徑、最低成本完成正確的事。BPM可以按層次劃分［5］，低層次的BPM是立足于實現特定功能或具體活動的流程單元，而高層次的BPM是面向于企業業務全局的調度或決策流程；從具體實施的層面看，BPM是一種結構化方法，可分為發掘、設計、執行、維護和優化六個階段的工作內容。

1.2 BPM在生產過程管理中的應用

生產過程管理信息化的本質就是要實現生產過程管理的自動化和持續優化，而業務流程管理是當前制造企業實現復雜過程建模與優化，執行監控與過程控制的一套有效方法。因而，將BPM理論運用在生產過程管理中有助于改善企業管理現狀［6］，而開發基于BPM的企業生產過程管理信息系統可以將BPM理念以軟件應用的方式滲透到生產過程管理的實際工作中。

（1）業務流程管理與生產過程管理

BPM和生產過程管理存在一定的共性，但各自側重點有所不同［7］。首先，BPM和生產過程管理都以實現生產任務和制造資源的最優化分配為目的，具備對生產過程控制和調節的功能。但BPM以規范化的構造端到端的業務流程為中心，適合對可預先定義、重復性強的靜態過程進行描述和管理，對活動執行順序和靜態信息的分配或使用有著嚴格的控制；而生產過程管理是一個動態的靈活的復雜系統，牽涉到物料、設備、生產信息和生產組織等多方面內容，需要從多角度加以控制。

（2）基于BPM的生產過程管理系統

為實現企業的標準化、流程化、精細化管理，企業會針對生產流程和事務管理建立一整套規章制度，但隨著管理的細化和規范化，企業的規章制度越來越復雜，反而會使制度的執行者墜入文字謎團中，執行效率降低。而基于BPM的生產過程管理系統通過信息技術手段，把企業生產過程的關鍵流程導入系統，系統按照生產需要定義流轉規則，控制并記錄工作時間，實現流程自動流轉，節省了時間和成本，真正達到規范化管理的實質操作階段。除此之外，基于BPM的生產過程管理系統還可以大幅降低甚至消除如文件丟失、數據錯誤、信息遺漏等人為錯誤，且流程的可視化令流程參與者明確了自己的角色職責并可以實時了解流程的狀態。企業生產管理需要借助先進的信息技術，信息技術與生產過程管理和業務流程管理存在相互影響、相互制約的關系。可以說，信息系統能否成功開發的關鍵便在于能否正確理解并刻畫復雜的業務流程；而通過信息化手段得以鞏固的業務流程，可以促進生產過程的規范化以及各部門信息共享，工作效率的提高，繼而促進生產過程管理成效的提升。

2 實例A公司生產過程管理需求分析

2.1 公司概況分析

A公司主要采用多品種小批量的生產方式，屬于典型的離散制造企業。為了在激烈的市場競爭中占據優勢地位，降低信息系統的實施風險，A公司結合公司具體情況采用分步實施的信息化建設方略。在完成服務于公司銷售中心、技術中心和倉庫中心的相應信息系統建設后，現階段公司信息化建設的主要目標是優化生產制造部門的生產過程管理體系，規范生產作業流程，加強車間控制力度，實現產品生產進度的跟蹤和產品質量的提升。而生產過程管理系統的設計將成為公司實行管理方式創新的重要手段，是提升公司生產管理水平的有效工具。

2.2 公司生產過程管理特征分析

A公司是典型的面向多品種小批量生產的離散型制造企業。公司產品系列眾多，部分型號產品小批量生產甚至唯一生產，而且每種產品均由大量零部件組裝而成，加上市場需求的多變和生產運作的不斷調整，使得多品種小批量的生產過程管理異常復雜。公司生產過程管理的主要特征是：①產品數據管理難度高。②制造工藝復雜。③成套性要求高。④在制品容易積壓。⑤生產自動化水平不高。⑥產品按期交貨困難。

2.3 公司生產過程管理系統需求分析

在對公司充分調研后，根據公司生產過程管理特征和生產運作基本流程，從企業層生產過程管理和車間層生產過程管理兩個方面，分析A公司生產過程管理系統的具體設計需求，如圖1所示。

圖1 生產過程管理需求分析

（1）企業層生產過程管理需求

企業級生產過程管理主要是從整個產品的視角對工作命令的執行情況加以跟蹤控制。要求對工作命令的編制、生產領料、車間作業執行、質量檢驗和產成品入庫等生產過程節點加以實時控制，確保生產任務按期保質完成，這便要求信息系統能夠負責支持企業從多角度去統計和分析實際生產過程的狀態和進展。

（2）車間層生產過程管理需求

車間是制造企業生產活動的具體執行單位，主要依據生產計劃和工作命令完成工序計劃編制、工序派工、工票反饋、生產統計分析等具體的生產任務。車間級生產過程管理主要是從零部件的角度來進行調節與控制，以保證零部件生產進度、產品裝配進度能夠滿足產品供應需求。為此，管理系統需要實現對生產任務狀態的監督，并為工作人員提供生產過程的動態信息和快捷的信息處理方式。

3 系統體系結構設計

3.1 系統總體結構設計

BPM作為一種信息技術體系結構，它以業務為中心，將企業內部孤立的信息系統轉變成可以復用的靈活的服務組件，從而將不同的信息系統加以集成。生產過程管理系統結構設計采用了面向BPM的結構模式，如圖2所示為生產過程管理系統的結構模型，系統總體結構可以分為四層：應用系統層、功能單元層、業務服務組件層和業務層。

圖2 生產過程管理系統的結構模型

（1）應用系統層

應用系統層實現了企業遺留的管理信息系統與生產過程管理系統的資源整合。異構數據庫集成方面，生產過程管理系統通過采用基于XML的集成中間件技術提供了統一的透明的數據訪問接口，屏蔽了數據異構性，實現了數據的共享和數據源的統一管理，避免了信息的重復錄入。

（2）功能單元層

系統的功能單元層通過構建基于統一標準的開放接口，將應用系統層中不同信息系統中的不同功能單元進行封裝，開發出實現單一活動的功能單元，以供業務服務組件層根據業務需求加以調用。

（3）業務服務組件層

系統的業務服務組件層定義了企業生產過程管理中的一些基本服務，如工作命令編制服務、車間生產控制服務等。基本服務由功能單元層中的基本功能單元按照業務流程的實現邏輯組合而成。業務服務組件主要按公司具體的業務功能劃分，需考慮服務組件間的耦合度，以便易于組件的組合和裝配，實現多類型的應用。

（4）業務層

系統的業務層是用戶直接進行人機交互操作，完成生產過程管理中具體業務流程處理的Web應用端。該層還提供了業務流程監控功能，將流程實例和流程執行情況反饋給用戶。上述系統結構運用業務流程管理的思想，分解生產過程管理中的業務流程模塊，通過企業應用集成增進了管理信息系統間的信息交流；當公司的業務流程需要局部調整時，該系統也可以通過修改組件配置快速響應流程變化，降低了系統維護的難度和成本，增強了系統的適應性與靈活性。

3.2 系統結構模式選擇

在本系統開發過程中，針對A公司的實際現狀以及生產過程管理系統的特點：①該企業建設有分廠，且相隔較遠；②系統數據量大、數據安全性要求高；③系統使用用戶多，分布不集中。因此，在選擇系統體系結構時，生產過程管理系統采用基于WEB的B／S結構。

Web平臺是一個以客戶為中心，集分布式、開放性、適應性和跨平臺互操作性的應用程序平臺，具有跨防火墻通信、應用程序集成、軟件與數據重用等優勢。Web技術提供了通用的用戶接口，其事務層可在跨平臺的客戶端共享，這樣用戶能更有效地從同一數據源中存取數據。而B／S結構是C／S結構的一種改進升級結構。B／S結構是典型的三層系統架構，即客戶端、Web服務器端和數據庫服務器端［8］。在這種三層系統架構中，Web瀏覽器負責頁面顯示，Web服務器負責事物邏輯處理，這樣就很大程度減少了客戶端的壓力。基于B／S架構的軟件系統，無需在客戶端進行安裝，客戶只需通過 Web瀏覽器便可訪問系統。此外，基于B／S架構的軟件系統維護與升級方便，其維護與升級都只在服務器端進行，而無需改變客戶端軟件，這樣很大程度上降低了系統的維護成本。B／S系統結構如圖3所示。

圖3 B/S結構示意圖

4 系統設計

4.1 系統功能設計

基于上述企業的生產過程管理需求分析，系統從生產過程管理的業務流程功能實現的角度出發，兼顧業務服務組件分解和功能單元松耦合的技術需求，將生產過程管理系統劃分為五大功能集：MBOM管理、工作令管理、領料管理、在制品管理和系統用戶管理，其一二級功能菜單如圖4所示。

圖4 生產過程管理系統功能結構圖

（1）MBOM 管理功能

該模塊包括MBOM的生成、MBOM中產品零部件及工藝信息維護以及MBOM信息查詢三項功能，實現了MBOM管理系統與BOM系統的無縫集成。根據EBOM、PPBOM到MBOM的映射規則和求解算法，實現了MBOM的自動生成，以及零部件和工藝信息的臨時維護，保證了產品生產數據的準確性。

（2）工作令管理功能

工作令管理主要包括工作命令管理、工作命令變更維護、工作命令統計查詢三項功能。工作命令管理是企業生產過程管理系統的重要功能，它是連接產品設計、生產計劃、生產制造以及物料管理的橋梁，也是連接企業級生產過程管理和車間級生產過程管理的重要一環。通過對工作命令狀態的控制可以實現對車間制造和生產領料的管理，起到總控作用；對工作命令相應批次產品的領料信息、已加工工時，工序信息的統計查詢可以有效地輔助計劃部門追蹤產品生產進度，優化生產計劃和生產調度。

（3）領料管理功能

領料管理主要包括料單管理、退料管理、領料統計查詢三項功能。以領料單為管理焦點，實現了包括領、退料管理及其日志記錄、料單及料在內的統計匯總查詢等。

（4）在制品管理功能

在制品管理包括工序管理、工票管理、質量檢驗、統計查詢四項功能，主要實現對產品車間生產時的工序監控及工人工票打印、工時統計管理，以及工序結束后的質量檢測和根據企業的實際情況為管理者實時提供各種常用報表等。

（5）系統用戶管理功能

系統用戶管理包括系統配置、用戶權限管理和系統信息查詢三項功能，主要用于系統權限管理分配，以及用戶信息的維護，以此保證系統平臺的有序運行。

4.2 系統數據庫設計

對于管理信息系統軟件的開發來說，除了功能模塊的設計以外，系統數據庫設計也是軟件系統開發的重要組成部分。數據庫設計是否合理對系統實現具有很大的推動或制約作用。數據庫表之間的參照關系需要嚴格界定，優化數據結構，降低數據冗余，提高數據庫執行效率。除此之外，要兼顧系統的可擴展性，在設計數據庫時需要充分考慮到對現有系統的集成和后續業務的擴展。生產過程管理系統的數據庫設計包括需求分析、概念設計、數據庫表邏輯設計、物理設計等過程，信息系統集成后數據庫局部物理模型如圖5所示。

圖5 數據庫局部物理模型

4.3 系統實現

基于BPM生產過程管理系統以Myeclipse2013平臺為開發環境，后臺數據交互采用關系型數據庫Microsoft SQL Server 2008 R2；以Java語言為主要編程語言，輔以javascript語言和ui前臺插件，并結合目前較流行的SSH（Struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0）框架技術和MVC設計模式開發，系統登錄后界面如圖6所示。

圖6 系統登錄后界面

5 結束語

為實現企業生產過程業務流程管理，開發了基于BPM技術的生產過程管理系統。該系統將業務流程管理理念應用于系統的分析、設計和開發過程中，通過對業務流程組件的設計來完成系統功能的驅動，使跨應用的業務功能協調一致；同時系統具備良好的接口，實現了與其它信息化系統的資源共享和應用集成，消除各部門、各信息系統之間的信息孤島，滿足了企業對于系統功能和業務流程管理的需求。此外，該系統操作界面簡潔明了、邏輯性強、可操作性強、容易維護，并且具備高效的信息查詢、數據統計分析以及報表導出功能，進而為企業各層管理者做出科學合理的決策、計劃和方案提供強有力的信息支撐。

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