崔衛(wèi)華,王慧,楊波

(濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,濟(jì)南 250022)

0 引言

工作流模型(也稱為過程模型[1],本文以下稱過程模型)驗證是工作流管理的一個重要組成部分,目的是在工作流設(shè)計時檢驗其正確性,在工作流過程實際實施之前探測其中可能存在的各種過程錯誤,從而降低工作過程運行時的停產(chǎn)、檢查和修復(fù)的成本[2]。

過程模型驗證包括語法檢測和結(jié)構(gòu)檢測。語法檢測較為簡單,一般所說的過程模型結(jié)構(gòu)檢測主要指結(jié)構(gòu)檢測。從查閱文獻(xiàn)來看,目前,已有的一些過程模型檢測方法側(cè)重對控制流的檢測,如規(guī)約法則、狀態(tài)空間、過程邏輯和基于語義的結(jié)構(gòu)檢測等方法[3]?？刂屏髋c數(shù)據(jù)流、資源流相結(jié)合的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)檢測問題還沒有得到很好解決。文獻(xiàn)[4]嘗試以過程定義的目標(biāo)為出發(fā)點,突破結(jié)構(gòu)檢測的局限,探討基于 Petri網(wǎng)化簡技術(shù)的語義檢測方法,該方法在進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)檢測時較全面地考慮了控制、信息和資源,進(jìn)行了控制流、數(shù)據(jù)流和資源三維的語義檢測。但是該方法將控制、數(shù)據(jù)和資源三維信息進(jìn)行合并,統(tǒng)一考慮,沒有考慮到實際設(shè)計過程中三種“流”線不一致的情況。

復(fù)雜產(chǎn)品是客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過程復(fù)雜、項目管理復(fù)雜的一類產(chǎn)品[5]。復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)涉及多個技術(shù)領(lǐng)域,是一種基于約束的、多領(lǐng)域的、協(xié)同求解過程,因此必然采用多領(lǐng)域協(xié)同的開發(fā)方式。產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計具有層次性、多領(lǐng)域性、協(xié)同性、循環(huán)迭代性、階段性、并行性以及約束和沖突的復(fù)雜性等特點[6]。

產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程更加復(fù)雜,其過程模型檢測更為重要。本文針對 CCM_A過程模型的特點,提出基于語義推理的多元結(jié)構(gòu)檢測方法,對產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測。

1 產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的 CCM_A過程模型

CCM_A過程建模方法[6]是針對產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程特點,基于活動理論,參考活動網(wǎng)絡(luò)圖和協(xié)同工作建模方法(Multi-Conext Map)提出、建立的。CCM_A過程模型由活動、活動約束和過程邏輯節(jié)點等三類基本建模元素構(gòu)成,如圖 1所示。根據(jù)活動理論將活動圖示表達(dá)為圖 2,稱為活動元模型,其圖示表達(dá)充分反映了活動理論對活動的定義,也充分體現(xiàn)了產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的約束性、協(xié)同性;活動 ID是該活動元在 CCM_A過程模型中的唯一標(biāo)記,其編排原則是“父.子.孫…”的形式,體現(xiàn)了過程的多領(lǐng)域性、層次性;活動約束即活動的輸入、輸出分為三種“流”,即時序流、信息流、材料流;三“流”分離 (為簡化流程,當(dāng)三種“流”流向一致時,可進(jìn)行適當(dāng)合并),為不同流的仿真、管理提供了基礎(chǔ)。由圖 1、圖 2可見,CCM_A過程模型描述信息全面,能夠較全面地體現(xiàn)了產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程的層次性、階段性、多領(lǐng)域性、協(xié)同性、約束性等特點,能夠支持過程管理系統(tǒng)的構(gòu)建,是一種適用于產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程建模的建模新方法。

2 產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的 CCM_A過程模型結(jié)構(gòu)檢測

2.1 CCM_A過程模型的語法檢測

過程模型檢測主要分為兩個部分：語法檢測和結(jié)構(gòu)檢測。語法檢測是檢測模型是否遵守建模語言語法,語法檢測主要是檢測 CCM_A中各節(jié)點的連接是否符合節(jié)點的語義,即檢測 CCM_A過程模型的如下方面：

(1)開始節(jié)點入度為 0,其它所有節(jié)點入度均不為0;結(jié)束節(jié)點出度為 0,其余節(jié)點的出度均不能為 0;

(2)邏輯節(jié)點,輸入/出流的類型不變。如果其輸入/出流為合流,為檢測方便,此時將合流作為單一流處理,因此,對于分支型邏輯節(jié)點入度等于 1,出度大于1;聚合型邏輯節(jié)點入度大于 1,出度等于 1;

(3)活動元的入度和出度必須都等于 3(合流按“3”處理 );

(4)連接弧的起始端點和結(jié)束端點不能指向同一節(jié)點,亦即,模型不允許存在指向節(jié)點自身的回路。

2.2 基于語義推理的 CCM_A過程模型結(jié)構(gòu)檢測

2.2.1 結(jié)構(gòu)沖突

由于過程的復(fù)雜性,致使過程模型中的過程邏輯節(jié)點可能具有多種邏輯組合,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沖突的校驗比較困難,特別是引入多領(lǐng)域過程協(xié)同概念及循環(huán)迭代結(jié)構(gòu)后,更增加了過程結(jié)構(gòu)中潛在的錯誤和模型校驗的難度。

過程模型一般存在歸納為以下幾類沖突[7]：

(1)死鎖：由于聚合節(jié)點的同步條件無法滿足而造成過程執(zhí)行路徑的中斷,由于異或聚合節(jié)點的并行沖突,使得執(zhí)行路徑中斷;

(2)活鎖：由于環(huán)結(jié)構(gòu)無法退出而導(dǎo)致無休止的循環(huán);例如錯誤使用與分支循環(huán)引起的活鎖;

(3)分支丟失：執(zhí)行過程中,某分支丟失。

另外,CCM_A中時序、信息流是分離的,建模過程中如果某種“流”出現(xiàn)上述的死鎖或活鎖,都會導(dǎo)致過程不能繼續(xù)執(zhí)行。

2.2.2 基本結(jié)構(gòu)語義及其多元語義推理表達(dá)

設(shè) CCM_A過程模型中的節(jié)點的輸入連接用InputXi表示,一個輸入連接由 InputTi,InputDi,InputMi三個輸入流組成,其中 i為輸入連接的序號,i=1,2,…,n;輸出連接用 OutputXj表示,一個輸出連接由 OutputTj,OutputDj,OutputMj三個輸出流組成,其中 j為輸出連接的序號,j=1,2,…,m(其中 InputT/OutputT、InputD/OutputD、InputM/OutputM分別表示輸入/輸出的時序、信息和材料流)。具體定義如下：

輸入流：InputXi=1,有相應(yīng)的“流”到達(dá)節(jié)點 i;InputXi=0,無相應(yīng)的“流”到達(dá)節(jié)點 i。

輸出流：OutputXj=1,有相應(yīng)的“流”輸出節(jié)點 j;OutputXj=0,無相應(yīng)的“流”輸出節(jié)點 j。

除串行結(jié)構(gòu)外,CCM_A模型的各種過程結(jié)構(gòu)如表1所示,所以 CCM_A模型的各種過程結(jié)構(gòu)的形式化語義推理表示如下：

表 1 CCM_A模型的各種過程結(jié)構(gòu)(串行結(jié)構(gòu)除外)

上述語義推理是針對“三流”同向情況,進(jìn)行定義的;對于時序流、信息流和材料流異向情況,上述語義推理同樣適用(見圖 3a)。

3 產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的 CCM_A過程模型分級檢測

產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的復(fù)雜性,使得設(shè)計過程模型復(fù)雜化,一次全面檢測整個過程模型難度較大。因此,針對產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計的領(lǐng)域性和層次性,本文確定對其過程模型進(jìn)行分級結(jié)構(gòu)檢測。即,先進(jìn)行領(lǐng)域內(nèi)過程模型檢測,然后聯(lián)接領(lǐng)域過程模型進(jìn)行領(lǐng)域間過程模型結(jié)構(gòu)檢測,從而由低到高完成產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型的整體結(jié)構(gòu)檢測。

3.1 領(lǐng)域過程模型結(jié)構(gòu)檢測

利用語義推理方法,對各領(lǐng)域過程模型分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)正確性檢測。

3.2 產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)檢測

根據(jù)產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程各領(lǐng)域設(shè)計任務(wù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,可以確定不同領(lǐng)域間相關(guān)過程的起始和終止活動一般是并行進(jìn)行,因此,根據(jù)領(lǐng)域設(shè)計的關(guān)聯(lián)關(guān)系,確定領(lǐng)域過程模型之間的相關(guān)活動節(jié)點,并適當(dāng)增設(shè)“與邏輯節(jié)點”,構(gòu)建產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型;然后利用語義推理方法,以領(lǐng)域間的“與邏輯節(jié)點”為終點,檢測各領(lǐng)域過程是否為通路,如果為通路,則不存在沖突;否則存在結(jié)構(gòu)沖突,進(jìn)行相應(yīng)的修正。

4 產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)檢測實例

4.1 過程模型結(jié)構(gòu)檢測實例

圖 3 復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)檢測實例

下面考察一個產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型,這里僅以其中兩個相關(guān)設(shè)計領(lǐng)域為例。圖 3a為簡化的分領(lǐng)域 CCM_A過程模型的圖示表達(dá)(注：此處產(chǎn)品設(shè)計是基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計,設(shè)計者之間并不傳遞實物材料,如紙質(zhì)圖紙,所以,在過程模型中將信息流和材料流合并為信息流;另外,為準(zhǔn)確判斷“流”類型,在模型中增設(shè)了分流/合流器)。首先,基于語義推理分別檢測領(lǐng)域 1和領(lǐng)域 2過程模型,發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域 2過程模型在“與聚合”節(jié)點處發(fā)生死鎖,根據(jù)設(shè)計實際情況修正模型,如圖 3b;根據(jù)領(lǐng)域間的關(guān)系,在關(guān)聯(lián)活動節(jié)點處適當(dāng)設(shè)置“與邏輯節(jié)點”,將領(lǐng)域過程模型聯(lián)接為完整的產(chǎn)品設(shè)計過程模型,并進(jìn)行過程模型結(jié)構(gòu)檢測,如發(fā)現(xiàn)問題,則根據(jù)領(lǐng)域設(shè)計過程規(guī)劃進(jìn)行領(lǐng)域過程模型修正。完成產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)檢測。當(dāng)然,由于存在分支邏輯結(jié)構(gòu),使得過程模型存在多條支路,所以在進(jìn)行過程模型結(jié)構(gòu)檢測時應(yīng)該對所有支路均進(jìn)行檢測,只有當(dāng)所有支路都不存在上述結(jié)構(gòu)錯誤時,才能確定過程模型正確。

4.2 過程模型構(gòu)建規(guī)則

分析產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果,可得如下過程模型構(gòu)建規(guī)則：

規(guī)則一：按照過程模型的層次嵌套關(guān)系,對應(yīng)的邏輯節(jié)點盡可能成對出現(xiàn)。該規(guī)則的確定避免了分支丟失和死鎖的產(chǎn)生。同步與邏輯節(jié)點和異或(或)邏輯節(jié)點相對應(yīng),則會發(fā)生分支丟失;異或(或)邏輯節(jié)點和同步節(jié)點相對應(yīng),則會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)死鎖(如圖 3a所示)。

規(guī)則二：若 CCM_A中存在環(huán),則它必須是一個迭代結(jié)構(gòu),且迭代結(jié)構(gòu)的入口點和出口點分別為異或聚合和異或分支過程邏輯節(jié)點。這條規(guī)則,消除了與節(jié)點引入活鎖的可能性以及流程多次終止現(xiàn)象。

另外,與層次建模方法相對應(yīng),CCM_A中的活動塊節(jié)點和子過程節(jié)點代表實際的子過程模型,在父過程模型中以節(jié)點形式參與校驗,它們的過程模型結(jié)構(gòu)正確性可以單獨進(jìn)行校驗;而對于如圖 4a所示的耦合緊密的迭代結(jié)構(gòu),可以直接用 CCM_A的一個協(xié)同活動元來代替,避免過程死鎖,同時簡化了過程模型,使流程更為清晰,如圖 4b所示。

圖 4 耦合結(jié)構(gòu)簡化

結(jié)構(gòu)檢驗規(guī)則的制訂,可以指導(dǎo)過程建模,幫助檢驗過程模型結(jié)構(gòu)的正確性。但是,這里需要強(qiáng)調(diào)的是,上述結(jié)構(gòu)檢測規(guī)則是從過程模型的總體結(jié)構(gòu)上幫助把握其正確性,它必須同基于語義推理的結(jié)構(gòu)檢測方法相結(jié)合,才能完成過程模型的結(jié)構(gòu)檢測工作。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程特點,針對CCM_A過程模型層次建模、“三流”分離的特點,提出基于語義推理的產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型多元結(jié)構(gòu)檢測方法,該方法根據(jù)產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程模型的層次性,由低到高分級進(jìn)行,從而消除過程模型的結(jié)構(gòu)沖突,為產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計及設(shè)計過程管理的順利、有效進(jìn)行打下基礎(chǔ);并通過分析過程模型結(jié)構(gòu)檢測實例,總結(jié)過程模型構(gòu)建時應(yīng)遵循的規(guī)則,為指導(dǎo)構(gòu)建結(jié)構(gòu)正確的過程模型提供依據(jù)。

[1]范玉順,王剛,高展.企業(yè)建模理論與方法學(xué)導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社,2001.

[2]HENRYH B,ZHAO L.Process logic for verifying the correctness ofbusiness processmodels[A].Proceeclings of the 2004 International Con ference on Information Systems(2004 ICIS)[C].Washington,D.C.,USA,2004：91-100.

[3]凌鴻,周江波,胥正川.基于語義推理的工作流結(jié)構(gòu)驗證方法[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2006,12(6)：893-899.

[4]周建濤,史美林,葉新銘.一種基于Petri網(wǎng)化簡的工作流過程語義驗證方法[J].軟件學(xué)報,2005,16(7)：1242-1251.

[5]柴旭東,李伯虎.產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同協(xié)同仿真平臺的研究與實現(xiàn)[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2002,8(7)：580-584.

[6]崔衛(wèi)華.產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程的 CCM_A建模技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2007.

[7]李偉剛.產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同協(xié)同開發(fā)支撐環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué),2003.