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虚拟企业经营过程仿真的联邦建模框架

2007/9/28    来源:万方数据    特约撰稿人:程绍武  徐晓飞  王刚  李全龙      
关键字:模型重用  虚拟企业  经营过程仿真联邦  高层体系结构  
为使虚拟企业的经营过程仿真建模能快速地响应虚拟企业的变化,提出了一个支持虚拟企业经营过程仿真模型重用、重构和规模扩展的联邦建模框架。该框架分为两个阶段,在成员企业经营过程仿真建模阶段,为了重用成员企业的经营过程仿真模型,成员企业的经营过程被分为外部触发过程、内部触发过程和混合触发过程,将每个外部触发过程仿真模型和混合触发过程仿真模型作为一个原子经营过程仿真模型来建立。在虚拟企业经营过程仿真建模阶段,通过组合成员企业的原子经营过程仿真模型,以经营过程仿真联邦的方式,建立虚拟企业经营过程的仿真模型。讨论了基于

    0 引言
   

    虚拟企业 (Virtual Enterprise , VE)是敏捷制造的一种重要组织形式,它围绕着新产品或新经营机遇的产品过程,在全球范围内动态建立虚拟组织机构进行产品的经营、开发和生产。经营过程仿真(Business Process Simulation ,BPS)作为经营过程分析的主要手段,不仅能分析经营过程的逻辑层和时序层,还能分析经营过程的性能指标。在虚拟企业的建立、运行和演变阶段的许多重要活动和过程中都需要BPS的支持,如联盟伙伴企业的选择及其经营过程重构、利益/风险分配格局的确定和虚拟企业的运行控制等。由于虚拟企业本身具有可重构、可重用和规模可变性(Reconfigurable ,Reusable, Scalable, RRS),当虚拟企业进行重构、重用和规模扩展时,虚拟企业的经营过程随之发生变化,主要表现在:①在虚拟企业的伙伴选择阶段,对应伙伴选择方案的成员企业发生变化时,该方案相应的BPS模型也必须进行调整,通过比较不同方案的BPS结果,可以帮助虚拟企业的盟主企业确定最佳的合作伙伴;②在虚拟企业的运行和演变阶段,随着虚拟企业的内外部环境、虚拟企业的组织结构和利益格局的变化,虚拟企业的经营过程也会动态地变化。虚拟企业的BPS模型必须能够反映虚拟企业运行过程中经营过程的化。而虚拟企业的建立、运行和演变的BPS模型能够根据虚拟企业的变化迅速地做出调整。因此,虚拟企业BPS建模方法必须具有敏捷性。
   
    国内外关于虚拟企业仿真的研究方兴未艾,但对敏捷化的虚拟企业BPS的建模方法还缺乏深人的研究。本文首先给出了原子经营过程仿真(Atomic Business Process Simulation, Atom一BPS)模型和经营过程仿真联邦(Business Process Simulation Federation ,BPSF)的概念,阐述了BPSF建模过程与BPS模型重用的关系,提出了基于联邦方式建立虚拟企业BPS模型的框架。在此基础上,给出了能使成员企业BPS模型易被重用的成员企业建模方法,讨论了通过组合成员企业部分BPS模型,建立虚拟企业BPS模型时,BPS模型的可信性判定和BPS模型的组合模式,以及基于高层体系结构(High Level Architecture, HLA),实现虚拟企业BPSF建模的关键技术。最后,结合某型号直升机旋翼虚拟设计过程给出了一个虚拟企业BPS建模实例。
   
    1 虚拟企业经营过程仿真联邦建模
   
    1.1 原子经营过程仿真模型与经营过程仿真联邦
   

    BPS模型可以看作是经营过程模型的扩展,它在经营过程模型的基础上,增加了经营过程执行过程中所涉及的动态过程模型和事件调度机制,BPS模型通过调度事件来改变经营过程的状态,从而达到模拟经营过程执行的目的。在本文中,BPS模型以原子方式或联邦方式存在。
   
    (1)原子经营过程仿真模型
   

    定义 1 Atom-B PS模型是指BPS建模过程中粒度最小、不可再分、可以独立执行的BPS模型。
   
    Atom - BPS模型由外部事件触发仿真模型、经营过程模型、资源调度仿真模型,BPS引擎和模型接口5个部分组成,即Atom- BPS模型:EETSM,BPM,RSSM,BPSE,MI。 其中,EETSM(external event triggor simulation model)为外部事件触发仿真模型,BPM (business process model)为经营过程模型,RSSM (resource scheduling simulation model)为资源调度仿真模型,BPSE (business processimulation engine)为经营过程仿真引擎,MI(modelinterface)为模型接口。
   
    外部事件(external event)是与经营过程的执行有关,且源自于过程外部的事件的集合。如某加工过程所需原料的到达事件,以及其他过程用来与本过程同步的事件等。外部事件触发仿真模型是模拟外部事件的触发过程的一段可以执行的程序,通常是满足一定概率分布(如泊松分布、正态分布等)的随机过程。
   
    经营过程模型是对经营过程的形式化描述,包括任务视图、资源视图和任务一资源分配的定义。其中,任务视图定义了经营过程中所有任务的输人、输出、开始条件、执行时间以及任务之间的逻辑关系;资源视图描述了经营过程可以使用的全部资源的成本、组织、角色信息以及资源实体的调度规则;任务一资源分配定义了执行经营过程中每个任务所需的资源,也可以采用工作项一资源分配策略,使得资源的分配与过程的实例相关。
   
    资源调度仿真模型是按照资源的调度规则模拟资源调度过程的可以执行的一段计算机程序。常用的资源调度规则有先进先出(First In First Out,FIFO)等。
   
    BPS引擎实现了同步机制、事件调度机制、仿真执行的初始化和仿真结束的判定。BPS的同步包括时间同步和过程同步两个方面。时间同步指分布式仿真执行过程中,保持被仿真经营过程之间的时序;过程同步是指分布式仿真执行过程中,保持被仿真经营过程之间的业务逻辑。时间同步机制大体上有保守和乐观机制两种,其他的同步机制都是这两种机制的变形。同步机制仅在多个BPS模型协同执行时发挥作用。当需要单独执行一个BPS模型时,可以在执行命令中加人参数用以屏蔽同步机制。事件调度机制主要有事件扫描、活动扫描和进程交互3种方式。
   
    模型接口定义了与其他BPS模型交换信息的方式和参数,这些信息包括BPS模型之间的同步控制信息和输人、输出信息。
   
    在 Atom -BPS模型中,考虑仿真引擎的同步机制和BPS模型接口主要是为多个BPS模型协同执行所需。
   
    一个 BPS模型是原子的并不意味着该BPS模型的经营过程模型是原子的,这是由于经营过程建模和BPS建模区分原子性的目的不同,因而标准也不同。前者以可读性为标准,后者以可分性为标准。
   
    (2)经营过程仿真联邦
   
    定义 2如果一个BPS模型由多个Atom-BPS模型组合而成,则称该BPS模型为一个BPSF.组成联邦的Atom-BPS模型称为联邦成员。
   
    在虚拟企业BPS联邦建模框架中,一个Atom- BPS模型具有原子和联邦成员的双重性。一方面,Atom-BPS模型以原子的身份可以独立完成一个BPS;另一方面,Atom- BPS模型以联邦成员的身份加人联邦,与其他联邦成员协同工作,共同完成BPS任务。
   
    1.2 虚拟企业经营过程仿真联邦建模过程与经营过程仿真模型重用
   
    (1)虚拟企业经营过程仿真的联邦建模过程
   
    虚拟企业BPS的联邦建模方法将BPS建模过程分为成员企业的经营过程仿真(Business Process Simulation for Member Enterprise, ME一BPS)建模和虚拟企业的经营过程仿真(Business Process Simulation for Virtual Enterprise, VE一BPS)建模两个阶段。
   
    在ME - BPS建模阶段,成员企业将本企业的经营过程分解为可以独立执行的子过程,并为每个子过程建立一个Atom- BPS模型。特殊情况下,也可以将成员企业所有BPS模型作为一个Atom-BPS模型建立。以何种方式建立BPS模型取决于经营过程的类别(见第2章)。为了使Atom-BPS模型之间可以互操作,其接口必须遵守统一的接口规范。
   
    在VE - BPS建模阶段,各个成员企业依据虚拟企业的经营目标抽取成员企业的部分Atom -BPS模型,以联邦的形式建立VE-BPS模型。
   
    (2)经营过程仿真模型的重用
   
    在虚拟企业BPS的联邦建模过程中,按照BPS模型被重用部分的粒度,BPS模型重用被分为模型构件重用、模型视图重用和模型整体重用3个层次。模型构件重用是指对构成Atom-B PS模型视图的模型构件的重用,如一个满足正态分布的随机过程仿真模型构件可以不加修改地用在不同的Atom-BPS模型的外部事件触发仿真模型视图中。模型构件重用发生在ME-BPS建模阶段。
   
    模型视图的重用是指构成Atom-B PS模型的模型视图(如外部事件触发仿真模型、经营过程模型等)可以不加修改地用于不同的Atom- BPS模型。模型视图重用发生在ME-BPS建模阶段。
   
    模型整体重用是指成员企业的一个Atom-BPS模型不加修改地用于不同VE-BPS联邦。模型整体重用发生在VE-BPS建模阶段。
   
    如图1所示,BPSMO,BPSMI,B PSM2, ?分别是成员企业的Atom- BPS模型。BPSF1由BPSMO,BPSMI和BPSM4组成;BPSF2由BPSMO,BP SMI,BPSM2和BPSM3组成;BPSF3由BPSM3,和另外两个成员企业的Atom-BPS模型组成。可见,在VE- BPS建模阶段成员企业的Atom - BPS模型BPSMO可以根据需要被多次重用。

 

责任编辑:童伟
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