【文章內(nèi)容簡介】 覽、人員權限管理等方面提供了有效的解決方案，為后面章節(jié)的進一步分析MCDMS系統(tǒng)的過程流程優(yōu)化及任務數(shù)據(jù)優(yōu)化研究提供框架及理論支持，為第五章以多Agent技術構(gòu)建MCDMS系統(tǒng)各模塊提供了建設性意見。第3章 基于WPR的改進過程方法研究第3章 基于WPR的改進過程方法研究 引言人們提出BPR(Business Process Reengineering)概念以減少企業(yè)生產(chǎn)成本并增加產(chǎn)品利潤。BPR主要通過檢測與分析組織成員間的工作流和過程流[44,45]來尋找設計瓶頸。Reengineering指對業(yè)務流程的基本組織進行重新考慮與再設計，改善某些重要的性能指標，如：成本、質(zhì)量、服務與速度等[46]。通過多次模擬執(zhí)行與分析業(yè)務流程以保證最優(yōu)的工作流過程[47]。但BPR只限于分析與局部優(yōu)化兩方面，甚至某些BPR軟件工具只有分析方法卻沒有提出優(yōu)化方法，造成許多設計上的不便。隨著計算機與網(wǎng)絡技術的廣泛應用，企業(yè)面臨很多問題，如：安全性、穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)性等。解決這些問題，要考慮組織與部門間的關系，研究使用技術與數(shù)據(jù)共享方法(協(xié)調(diào)性方面)。設計的工作管理系統(tǒng)[48]應盡量滿足上述需求，用戶應根據(jù)需要定義工作流，但定義的工作流會存在許多不如意的地方，因此，必須提出一套優(yōu)化方法對其進行改善。已發(fā)現(xiàn)的一些工作流特征可通過BPR方法進行優(yōu)化[49]，因此，工作流管理系統(tǒng)應開發(fā)出支持BPR的工作流技術[50]，即優(yōu)化工具。清華大學謝玉鳳與楊光信等人提出工作流優(yōu)化的概念(WPR)[51]，該方法基于條件有向圖[52]，雖然可對工作流進行改善，但對耦合情況沒有進行過多的研究。進入二十一世紀，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求日益增多。機械產(chǎn)品設計變得日益復雜化，其設計流程日趨多元化與結(jié)構(gòu)化。對于如何提高產(chǎn)品設計效率變得尤為重要。只有對設計過程進行合理優(yōu)化才能提高設計效率，已存在的優(yōu)化方法有很多，本文意在對WPR方法進行改進。通過對WPR技術中幾種屬性節(jié)點進行研究，對機械產(chǎn)品設計過程的多元化與設計過程中耦合節(jié)點的普遍化，在原有理論基礎上，提出一套對耦合節(jié)點的優(yōu)化方法。該方法對整個設計流程進行任務分解，找到具有某些特征的屬性節(jié)點進行過程優(yōu)化。針對節(jié)點間帶有耦合的情況，通過內(nèi)部協(xié)商，能基本達到解耦的目的，可優(yōu)化整個設計過程，提高設計效率。 WPR的概念工作流過程優(yōu)化(WPR)概念是一套符合工作流過程的優(yōu)化方法，能提高工作流效率，對一些工作節(jié)點提供協(xié)同工具，使企業(yè)的協(xié)同工作更加完善。工作流模型是將工作流w[51]形式化為一個三元組n, A, F ，是實際業(yè)務過程的數(shù)學描述：(1) n為工作流名稱；(2) A為從業(yè)務過程中抽象出來的所有活動構(gòu)成的集合；(3) F為的一個子集，描述w中各活動間數(shù)據(jù)流動關系與控制流動關系。對于C中的每一個元素c，其是一個二元組c, E，其中c為一個布爾表達式，E為多個命名表達式構(gòu)成的集合。c是描述條件得以滿足時，激活后續(xù)環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)對象進行傳遞。w實際是一個有向圖，圖中各節(jié)點表示工作流各活動的步驟，與常規(guī)有向圖相比，區(qū)別在于：與每一有向邊對應分別有一個邏輯表達式與一個命名表達式的集合。在此使用條件化有向邊來表示活動間的控制關系與數(shù)據(jù)流動關系。A中每一個元素c都表示一個活動, 其可通過一個九元組n, t, S, e, R, L, O, P, K表示[53,54], 其中：n為活動名稱；t為活動類型；S為活動開始條件；e為活動終止條件；R為參與活動的所有用戶集合；L為前驅(qū)活動(i)與處理數(shù)據(jù)方法(m)組成的集合；O為活動處理的數(shù)據(jù)對象；P為R中用戶訪問O中域的方式；K為后繼活動(j)、激發(fā)條件(c)與調(diào)用函數(shù)(f)組成的集合。條件有向圖通過使用有向有限圖描述工作流的過程。節(jié)點表示工作流過程的實際或抽象活動，邊表示下一個活動節(jié)點，層次方法是直接在圖上定義工作流過程。每一個邊，只將數(shù)據(jù)對象傳遞給下一個活動，由數(shù)據(jù)對象來激發(fā)此活動。 IPR的概念及應用 IPR的概念此方法基于WRP技術提出，同樣定義如下概念：定義1：協(xié)商節(jié)點 如果有兩個節(jié)點處理相同的數(shù)據(jù)對象且對其有相同的操作權限，可互相傳送數(shù)據(jù)對象進行通信，所傳送的數(shù)據(jù)對象是由相同的屬性構(gòu)成，則稱這兩個節(jié)點為協(xié)商節(jié)點。A節(jié)點與B節(jié)點為協(xié)商節(jié)點的充分必要條件：1) and。2) and。3) ,，可以得出為的逆變化。4) ,，可以得出為的逆變化。定義2：相似節(jié)點 如果兩個節(jié)點有相同的用戶集合且處理相同的數(shù)據(jù)對象，對于相同的數(shù)據(jù)對象域有相同的權限，且對相同的前驅(qū)節(jié)點與后繼節(jié)點有相同的處理方式，則稱這兩個節(jié)點為相似節(jié)點。A節(jié)點與B節(jié)點為相似節(jié)點的充分必要條件：1) and and and 。2) ,and 。3) ,and,.定義3：獨立節(jié)點 如果一個節(jié)點的觸發(fā)條件不依賴其父節(jié)點的執(zhí)行結(jié)果，且處理的數(shù)據(jù)對象不被父節(jié)點所改變，則稱此類節(jié)點為獨立于父節(jié)點的節(jié)點。A節(jié)點獨立于B節(jié)點的充分必要條件：1) and 。2) 。3) .通過對WPR方法的研究發(fā)現(xiàn)：該方法可對協(xié)商、相似、獨立節(jié)點進行簡單的優(yōu)化。針對機械產(chǎn)品設計，在此提出IPR(Improve Process Reengineering)方法。該方法基于WPR方法提出，用于機械產(chǎn)品設計過程優(yōu)化。通過對整體過程分析、節(jié)點屬性歸納、結(jié)合協(xié)商技術，綜合的對設計過程進行操作，達到最終優(yōu)化的目的。 IPR原理介紹IPR的原理如下：1） 數(shù)列=,表示一個設計流程，表示流程的各個節(jié)點。2) 如果找到個協(xié)商節(jié)點，其前繼節(jié)點為，其后繼節(jié)點為，可將這N個協(xié)商節(jié)點合并成一個節(jié)點并為其提供某種協(xié)商技術。3) 對于合并后的相似節(jié)點，會出現(xiàn)重復的邊，可將其中多余的邊刪除。4) 一個設計流程，首先需對其中直接耦合的節(jié)點進行優(yōu)化，依次找出協(xié)商節(jié)點、相似節(jié)點與獨立節(jié)點。優(yōu)化過程中，根據(jù)實際情況調(diào)整各節(jié)點的位置，最終達到優(yōu)化的目的。 IPR的優(yōu)化方法介紹 非耦合節(jié)點的優(yōu)化方法1) 協(xié)商節(jié)點：，將外部活動改為內(nèi)部活動。如果找到個協(xié)商節(jié)點，其前繼節(jié)點為，其后繼節(jié)點為。通過協(xié)商方法將其合并成一個新的節(jié)點。 多個協(xié)商節(jié)點示意圖 優(yōu)化后示意圖將多個非獨立節(jié)點(其依賴于前面執(zhí)行的結(jié)果)合并為一個整體節(jié)點，為確保用戶意圖不變，合并節(jié)點后必須遵守下面兩條規(guī)定：(1) 如果一個節(jié)點的前繼節(jié)點原屬于，設定為協(xié)商活動的初始者。(2) 如果是在節(jié)點處結(jié)束整個協(xié)商活動，只需觸發(fā)所能觸發(fā)的節(jié)點。第(1)條為保證優(yōu)化前后發(fā)起協(xié)商的群組一致。第(2)條為保證協(xié)商后，優(yōu)化前后觸發(fā)的活動相同。如果使用的管理系統(tǒng)不支持一個節(jié)點有多個用戶共同操作，我們可參考Georg提出的方法，其主要是將多媒體會議系統(tǒng)技術嵌入管理系統(tǒng)中。2) 合并相似節(jié)點跟合并獨立節(jié)點類似。從商業(yè)角度看，每一個部門或組織所負責的任務通常是固定不變的。根據(jù)相似節(jié)點的定義知道：相似節(jié)點屬于同一部門或組織，因此，實行的任務在很大程度上是相同的。為使系統(tǒng)能更清楚組織與部門間的關系，將相似節(jié)點統(tǒng)一合并，通過BPR工具對優(yōu)化后的流程進行策略方面的相關優(yōu)化。應注意：，出現(xiàn)兩個重復的邊與。將其中一個邊刪除并不會影響結(jié)果。在做合并優(yōu)化時，不應讓各個節(jié)點的判斷語句過于龐大，優(yōu)化的目的是為簡化設計流程，而不是使其變得更加復雜。優(yōu)化后示意圖。 相似節(jié)點示意圖 優(yōu)化后示意圖3) 用戶定義過程流。等價活動類別個數(shù)為4({},{}, {},{})。如果節(jié)點獨立于節(jié)點，但受節(jié)點的執(zhí)行結(jié)果影響，可將設計過程進行重組。節(jié)點與節(jié)點是并行執(zhí)行，節(jié)點在節(jié)點后執(zhí)行，這里等價活動類別個數(shù)為4 ({},{},{},{})。當活動由觸發(fā)，其執(zhí)行時間會有所改變，但整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間認為是不變的。，可將設計過程重組。節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點并行執(zhí)行，其等價活動類別個數(shù)為3({},{,},{})，整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間得到提升。 用戶定義過程流 優(yōu)化1 優(yōu)化2必須保證在節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點完全執(zhí)行后， 再執(zhí)行節(jié)點。需要注意的是：，如果節(jié)點發(fā)出一個異常處理，需判斷節(jié)點是否已執(zhí)行完畢。如果執(zhí)行完畢，需將其復原，再執(zhí)行異常處理。此做法是保證優(yōu)化后流程的處理結(jié)果與原來的結(jié)果是相同的。4) 用戶自定義設計過程中，會存在冗余的活動節(jié)點，應將其從設計過程中移除以減少執(zhí)行時間。移除對系統(tǒng)不起任何影響的活動節(jié)點，能達到非常明顯的效果。類似編譯優(yōu)化中移除冗余賦值語句，可減少執(zhí)行時間。不同應用中會有不同的定義，在此，介紹兩種常見的冗余活動節(jié)點。(1) 只有輸出邊沒有輸入邊的節(jié)點。此類節(jié)點如果不是初始節(jié)點，那么其永遠不會被激發(fā)，這種節(jié)點就是冗余節(jié)點。A為冗余節(jié)點的充分必要條件： ①=。②A. t! = ‘initial’.(2) 重復工作的節(jié)點。如果一個節(jié)點一定能到達一個與其相似的節(jié)點，且在到達這個節(jié)點前，其所處理的數(shù)據(jù)對象全不會被改變，由相似節(jié)點定義，這兩個節(jié)點能處理相同的數(shù)據(jù)對象且有相同的修改權限，因其所處理的數(shù)據(jù)在后面的節(jié)點處會重復執(zhí)行一次，此節(jié)點在整個活動中是多余的。A為B的重復工作節(jié)點的充分必要條件：①Similar(A,B) = true and GoThrough(A,B)= true。②Value()= Value()。③= .函數(shù)Similar (A,B)判斷A,B是否為相似節(jié)點。函數(shù)GoThrough(A,B)判斷A是否一定可到達B。函數(shù)Value()表示活動A開始時，數(shù)據(jù)對象O中每一個屬性的值。以上三個函數(shù)都能很容易實現(xiàn)，這里不再詳細說明。這兩種活動節(jié)點都可直接從設計過程中移除，卻不會改變其執(zhí)行結(jié)果。要判斷一個節(jié)點對設計過程是否多余，可根據(jù)其是否會被觸發(fā)(第一類節(jié)點)，也可通過其處理的任務是否存在意義(第二類節(jié)點)來判定能否移除。移除多余元素時，應注意是否會影響后面數(shù)據(jù)。5) 為方便管理與簡化設計模型，可加入一些控制節(jié)點來實現(xiàn)。加入新節(jié)點時，應注意：不要增加系統(tǒng)負擔，延長處理時間。用戶定義過程流。 用戶定義過程流A節(jié)點前可加入控制節(jié)點的充分必要條件：①,。②。③=Value.，節(jié)點與節(jié)點有相同的子節(jié)點(節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點)，節(jié)點只被節(jié)點觸發(fā)。對于節(jié)點，可加入一個新的控制節(jié)點。對節(jié)點、可各加入控制節(jié)點、。根據(jù)定義，、與為相似節(jié)點并可合并成一個新的控制節(jié)點，將多余邊去除。節(jié)點由系統(tǒng)感知與執(zhí)行，起控制作用，因此，加入此節(jié)點不會增加整個系統(tǒng)的負載與延長執(zhí)行時間。 優(yōu)化1 優(yōu)化2當需要改變分支條件時，只需在節(jié)點處進行修改。這不僅能簡化設計過程，還能使整個過程的關系更加清晰。 耦合節(jié)點的優(yōu)化方法隨著機械產(chǎn)品技術的迅猛發(fā)展，設計過程變得越來越復雜，節(jié)點耦合情況越來越多，因此，需要提供一種技術，對耦合節(jié)點進行操作，達到優(yōu)化目的。而耦合節(jié)點存在的方式多種多樣，在此只提出幾種常見情形進行優(yōu)化操作，優(yōu)化方法如下：(1) 如果存在節(jié)點A與節(jié)點B，節(jié)點B在節(jié)點A執(zhí)行后進行且節(jié)點A的執(zhí)行結(jié)果直接作用于節(jié)點B，當節(jié)點B不滿足某些條件時，需返回節(jié)點A對其進行重新操作，則節(jié)點A與節(jié)點B稱為直接耦合的兩個節(jié)點。用戶定義過程流。，使外部的耦合節(jié)點變成內(nèi)部可相互操作的節(jié)點，節(jié)點A與B成為一個新節(jié)點AB。 用戶定義過程流 優(yōu)化1 (2) 如果節(jié)點A與節(jié)點B為相似節(jié)點，且同時受其父節(jié)點的結(jié)果影響，節(jié)點A與其父節(jié)點屬于直接耦合的節(jié)點，則節(jié)點A、節(jié)點B與其父節(jié)點稱為相似節(jié)點情況下的耦合節(jié)點。用戶定義過程流。首先，按相似節(jié)點的定義對相似節(jié)點D、E進行合并，形成新的節(jié)點DE。然后按(1)中的方法對耦合節(jié)點進行直接操作，形成新的節(jié)點ADE。 用戶定義過程流 優(yōu)化1 優(yōu)化2(3) 如果存在節(jié)點A與節(jié)點D，節(jié)點D受其父節(jié)點B的結(jié)果影響，不受其父節(jié)點C的結(jié)果影響，且節(jié)點D與節(jié)點A存在耦合關系，則稱這四個節(jié)點為獨立節(jié)點下的耦合節(jié)點。用戶定義過程流。首先，因節(jié)點E受其父節(jié)點C的影響，但不受其父節(jié)點D的影響，按獨立節(jié)點的方法對節(jié)點E進行操作，將節(jié)點B直接作用到節(jié)點E上。因節(jié)點E受其父節(jié)點C的影響，將節(jié)點C與節(jié)點E合并成一個新的節(jié)點CE。新節(jié)點CE與其父節(jié)點A屬于直接耦合的兩個節(jié)點，按(1)中方法對其操作，合為一個新的節(jié)點ACE。 用戶定義過程流 優(yōu)化2 優(yōu)化3(4) 如果相互獨立的兩個節(jié)點C、D分別依賴于其父節(jié)點A、B，同時作用于其子節(jié)點E。首先，對耦合的兩節(jié)點B，D直接進行協(xié)商處理，使其變成一個新的節(jié)點BD。新節(jié)點BD與節(jié)點C的父節(jié)點都是節(jié)點A，特別的，如果節(jié)點A與節(jié)點C為獨立節(jié)點，則可通過調(diào)整節(jié)點的順序改變其位置。 用戶定義過程流 優(yōu)化1 優(yōu)化2 IPR在實際中的應用減速器作為一種應用及其廣泛的重要基礎設備。由于其傳遞運動的可靠性與準確性，并且結(jié)構(gòu)緊湊、維護簡單，通常作為減速傳動的裝置[55]。減速器的設計工藝圖。減速器傳統(tǒng)設計流程圖[56]。 減速器傳設計工藝圖 減速器傳統(tǒng)設計流程圖注：A：確定傳動方案；B：選擇電機；C：分配傳動比；D：運動和動力參數(shù)計算；E：外傳動零件設計；F：內(nèi)傳動零件設計；G：齒輪零件工作圖設計；H：繪制草圖準備工作；I：草圖繪制；J