基于扩展事件驱动过程链(eEPC)的企业业务过程 模型的仿真.pdf

【1 8】第 2 6 卷第 2 期2 0 0 4-0 2制造业自动化基于扩展事件驱动过程链（e E P C）的企业业务过程模型的仿真刘艳梅，郑国君，祁国宁（浙江大学机械与能源工程学院，杭州 3 1 0 0 2 7）摘 要：企业业务过程建模和仿真的目的是帮助进行企业重组和连续改善，帮助企业进行信息化、知识化和企业间的集成等。本文采用基于扩展事件驱动过程链（e E P C）的企业业务过程模型，进行模型仿真，对企业业务过程进行优化，从而改进企业业务过程。通过应用实例，验证了模型和仿真方法的可行性。关键词：企业业务过程模型；扩展事件驱动过程链；过程仿真中图分类号：T P 3；F 4文献标识码：A文章编号：1 0 0 9-0 1 3 4(2 0 0 4)0 2-0 0 1 8-0 5Simulation of enterprise business process model based on extended Event Process ChainL I U Y a n-m e i,Z H E N G u o-j u n,Q I G u o-n i n g(T h e C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E n e r g y E n g i n e e r i n g,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y,H a n g Z h o u 3 1 0 0 2 7,C h i n a)Abstract:The purpose of enterprise business process modeling and simulation is helping enter-prises reengineering,continuously performance improvement and integration of informa-tion and knowledge.The paper discusses the modeling and simulation of enterprise busi-ness process based on extended Event Process Chain(eEPC),therefore optimize and im-prove the enterprise business process.Through the practical application case,the feasi-bility of modeling and simulation method is tested.Key words:enterprise business process model;extended Event Process Chain(eEPC);processsimulation收稿日期：2 0 0 3-0 9-2 5基金项目：国家8 6 3 计划资助项目（2 0 0 1 A A 4 1 5 0 1 0，2 0 0 1 A A 4 1 5 1 2 0）作者简介：刘艳梅（1 9 8 0），女，浙江大学机械与能源工程学院机械制造及其自动化专业硕士研究生，主要从事企业建模、参考模型等方面的研究工作，以及信息技术在制造业中的应用工作。0 引言企业业务过程模型主要用于描述企业的内外环境、企业的经营状况与过程，用于模拟企业的实际运行、分析企业存在的问题，帮助进行企业重组和连续改善，帮助企业进行信息化、知识化、企业间的集成、管理规范化等。企业业务过程模型仿真的目的是定量分析企业经营过程运行的各项性能指标，如企业过程的运行时间、运行成本和资源利用率等，判断经营过程中是否存在瓶颈或死锁因素，经营过程的运行性能是否良好。仿真结果可以作为企业经营过程的评价和过程改进方案、企业信息化方案的可行性和有效性验证的依据，也是企业进行决策的可靠基础 1。1 企业业务过程建模方法目前，企业业务过程建模领域出现了众多的建模方法，如P e t r i 网、I D E F 系列、扩展的事件驱动过程链（e E P C）、角色分配（R A D）图等。各种建模方法采用的描述元素和实际意义不同，模型视图反映实际问题的侧重点也不一样，如：P e t r i 网只用“位置”和“转换”两种图形描述离散事件系统的动态过程，具有很强的数学基础，适于分析系统的动态性；I D E F 方法是一种结构化的建模方法，多用于描述企业的企业业务过程，但模型的形象性较差 2。而e E P C 模型以过程视图为中心，将企业功能、组织、资源和数据视图集成起来，适于描述具有不确定性的决策企业业务过程。功能视图用绿色的圆角四边形表示，用来询问应该做什么事情，它描述了员工实际做的事情。为了执行这一功能，计算机必须具有该功能的数据信息。这个数据反过来作为第 2 6 卷第 2 期2 0 0 4-0 2【1 9】制造业自动化线路上其他相关功能的输入。功能树显示了联合保存在参考模型里的不同功能的方式。组织视图用黄色的椭圆形表示，用来表示谁应该执行功能。组织可以是一个位置、公司、部门或员工。信息视图用四边形表示，用来询问需要什么信息来执行一个功能。信息用于执行特殊的业务功能，它既可以在信息系统内生成，也可以从外部输入系统，信息可以作为一个过程的输入或输出。信息对于正在进行的过程和下一个过程都是必要的。其中e E P C 视图是中心视图，随后将其他视图合并到它的结构中，在不同的模型和视图之间建立联系。此外还有表示各种逻辑关系的与、或和异或。建立e E P C 视图的基本图形元素如图1 所示。图1 组成e E P C 模型的基本图形元素各种过程建模方法都有其自身的优势与局限，企业在实际建模时通常根据自身特点和要求选择合适的建模方法。其中e E P C 具有面向工程语言的表达能力和简单易懂的建模方法，因此被作为重要的建模手段应用于企业业务过程重组（B P R）、企业资源规划（E R P）和工作流管理系统（W F M S）等系统。2 基于 e E P C 模型的企业业务过程模 型的仿真算法仿真算法是仿真系统的核心部分，仿真引擎对仿真实例进行计算时，将根据过程模型的类型选择相应的算法进行处理。以下部分简单介绍基于e E P C模型的企业业务过程模型的仿真算法流程。用e E P C 模型仿真时包含四种模块，除了事件模块、功能模块和逻辑模块用来表示企业的业务过程以外，仿真时还会遇到空模块。仿真计算时，仿真引擎根据模块种类作不同的处理。对于事件模块，获取要仿真的状态属性并计算仿真结果；功能模块表示企业业务过程中实际进行的作业，例如，车床加工零件。作业的执行时间视作业内容不同选取不同的概率分布函数，例如，商店出纳员为顾客服务的时间的分布服从负指数分布。处理功能模块时，仿真引擎按照组成业务过程模型的功能模块的概率分布，由随机数发生器产生一组随机数序列，参与仿真计算。逻辑模块控制企业业务过程的走向，分为逻辑“与”、逻辑“或”和逻辑“异或”。仿真处理时，根据它们在约束库中定义的物理意义决定后续分支流程。企业业务过程模型仿真过程如图2 所示。3 企业业务过程模型仿真步骤执行企业业务过程模型仿真的过程可以分为设置仿真参数、执行仿真和结果分析三个阶段 1。3.1 设置仿真参数设置仿真参数就是定义仿真场景。场景是一组与仿真运行有关的数据。在基于e E P C 模型的企业业务过程模型的仿真中，仿真运行的主要参数有仿真开始时间、仿真周期、功能模块发生的概率分布、逻辑模块的下级模块发生的概率等等。此外，设置仿真参数时还要设置事务生成器。事务可以理解为来自外界的企业业务过程的驱动力，一般作用于企业业务过程模型的第一个活动，或者作用于模型中其它外界信息进入口。在实际的企业业务过程中，事务是由外界（如顾客下达订单）产生的，而在仿真过程中，事务由仿真系统产生，因此，定义仿真环境时要设置事务生成器，使仿真系统能够根据事务定义自动产生事务，推动仿真的运行。事务生成器的不同设置会对仿真结果产生重要影响。一般来说，设置事务生成器时要确定事务产生的规律、数量（如订单到达的时间分布）。在企业中，资源的利用遵循一定的工作时间表。为了使仿真结果更加真实可信，设置仿真环境的时候也应该根据企业的实际情况为资源定义工作时间表，确定活动可以被执行的时间区段。3.2 执行仿真设置完仿真参数后，用户就可以运行企业业务过程模型的仿真了。仿真时，用户可以在同一个仿真场景下运行多个企业业务过程模型，比较多个过程在相同的仿真环境下的性能；也可以在不同的仿真场景下运行同一个企业业务过程模型，考察仿真环境对仿真结果产生的影响。系统模拟执行活动的过程实际就是累加活动的执行时间、修改相关资源的状态，计算活动成本和记录其它仿真数据的过程。当这一系列数据操作完毕，就可认为一个活动执行完毕。仿真系统将选择收集仿真过程中的各种数据，以生成仿真报告。仿真系统模拟活动执行的具体操作对用户来说【2 0】第 2 6 卷第 2 期2 0 0 4-0 2制造业自动化是不可见的。但是许多软件都提供了动画显示仿真过程的功能，用户可以比较直观地看到仿真过程中哪些活动正被执行，哪些资源处于空闲状态，哪些资源正被占用。3.3 结果分析仿真过程中，仿真系统将有选择地收集仿真数据，以便仿真结束时生成仿真报告，供用户定量地分析企业业务过程模型性能。通常，仿真系统收集的仿真数据包括活动的执行时间、资源的使用时间、活动的成本、事务的等待队列等。业务过程模型运行的周期时间（事务时间）定义为一些事务开始到事务处理完毕的时间总和。通过统计过程中每个活动的执行时间可以得到运行的周期时间。平均周期时间即为每个事务所占用的周期时间。每一个活动处理的时间由工作时间和等待时间两部分组成。而等待时间又由资源等待时间、阻塞时间和非活动时间组成。（1）工作时间指活动执行事务所需的时间。（2）等待时间指事务已到达活动，但是活动由于种种原因没有处理事务而让事务在队列中等待的时间。根据事务处于等待状态的原因，等待时间又可分为：等待资源时间指由于活动执行所需的资源被别的活动占用或损坏，事务等待资源被释放或可用的时间。阻塞时间指事务因各种原因不能被活动执行图2 企业业务过程模型仿真过程第 2 6 卷第 2 期2 0 0 4-0 2【2 1】制造业自动化而阻塞在队列中的时间，如活动执行需要满足的批处理条件不成立，正在处理的事务数量已经达到活动的最大处理能力等。非活动时间指资源处于工作时间表之外的时间，如休息时间。活动时间工作时间等待时间等待时间等待资源时间阻塞时间非活动时间在对多次仿真运行的结果进行分析之后，通常还要修改企业业务过程模型或重新定义仿真环境。这样做主要有两个目的：（1）使企业业务过程模型的描述更加准确。一开始建立的企业业务过程模型可能存在与实际的经营过程不一致的地方，通过仿真分析结果并将其与已知的经营过程的实际性能相比较，可以分析模型中的哪些环节与实际情况不符合。然后通过反复的修改并执行仿真，使企业业务过程模型逐步逼近实际的经营过程，描述更加准确。（2）优化企业经营过程。企业业务过程仿真的一个重要目的是比较多种经营过程的设计方案,以便从中选择最佳方案。由于修改企业业务过程模型（包括调整模型的结构和修改模型的参数）或重新定义仿真环境可以模拟实际经营过程或运行环境的变化，因此修改过的企业业务过程模型和仿真环境可以体现一个新的经营过程的设计方案。通过对修改过的企业业务过程模型进行仿真和对比分析，就可以有效地模拟和定量评价不同的过程设计方案，为最终实现企业经营过程优化提供有力工具和优化手段。优化企业的经营过程有多种不同的方法，比较常见的有：改变事务处理的路径，修改分配给活动资源的数量，改变活动的执行时间，改变组织结构或资源结构，或修改资源的数量等。在企业业务过程仿真环境下研究过程改进的方法是重新定义仿真环境，最常见的内容有修改事务生成的频率和数量，或修改资源的工作时间表等。通过多次修改企业业务过程模型及仿真环境，就可以得到令人满意的企业业务过程模型和优化企业的经营过程。4 应用实例本文选取某机械制造企业的零件加工过程进行仿真，其加工过程如图3 所示 4。时间是衡量企业经营过程优劣的一个重要指标。总体的经营过程时间（如过程周期时间）反映了企业响应市场需求的能力，时间越短，说明企业满足顾客新的需求越快，越有机会获得市场商机。对于服务型行业来说，顾客等待时间短也意味着服务质量高。而考察分类的过程时间（如活动的执行时间和等待时间）还可以分析业务过程模型的运行性能。因此仿真实验中我们重点考察时间参数。从该加工过程可知，仿真中涉及到的主要资源有机器设备，如车床、铣床、磨床等等。机器设备的服务时间服从一定的分布，通过随机数发生器产图3 某企业的零件加工过程【2 2】第 2 6 卷第 2 期2 0 0 4-0 2制造业自动化生符合特定分布的服务时间序列。仿真的其它参数则在仿真设置对话框中添加，图4 为企业业务过程模型仿真运行设置的界面。企业时间表定义如图5 所示。图4 企业业务过程模型的仿真运行参数设置图5 企业工作时间表 3 仿真执行过程中，通过模块的颜色改变来显示仿真的进展情况。在离散事件系统中，某一次仿真运行得到的结果只不过是随机过程的一次取样，因而需要多次运行仿真过程，并对多次仿真的结果进行统计，所得到的统计意义下的仿真结果才具有参考价值。机械制造企业是典型的离散事件系统，其企业业务过程需要多次仿真才能得到具有普遍意义的仿真结果。根据用户输入的一次仿真实例数，按上述方法待全部实例都仿真结束后即为一次仿真结束，并将各个仿真实例的详细仿真数据和统计结果输出到仿真数据库中保存，依此循环完成多次仿真，生成的仿真结果如图6 所示。图6 仿真结果显示（单位：小时）其中结果表格中事务数在这里表示经过此道工序的零件个数。在相同的仿真环境下，将企业业务过程进行重组。由于业务过程中有许多反复进行的工序（如划线、检验），但是它们又是下一步加工所必须进行的，不能删除。所以在重新设计业务过程时，将这些工序归并，例如划线工序可以一次完成镗床和铣床这两道工序的划线工作，然后再次进行仿真试验，所得的新的仿真结果如图7 所示。图7 新的仿真结果显示（单位：小时）比较图6 和图7 的仿真试验结果可以知道，业务过程2 比业务过程1 减少了总周期时间和单个零件加工的平均周期时间，因此选择流程2 能够优化企业业务过程，这样达到了仿真的目的。5 结论企业业务过程建模和仿真的目的是帮助企业进行重组和连续改善，实现企业信息化、知识化和企业间的集成等。企业业务过程仿真的一个重要目的是比较多种经营过程的设计方案以便从中选择最佳方案。本文采用基于e E P C 的企业业务过程建模和仿真工具，选取某机械制造企业的零件加工过程进行仿真。在相同的仿真环境下，将企业业务过程进行修改。从对两种企业业务过程模型仿真及其结果的对比分析中可以看到，修改后的业务过程能够缩短零件加工总周期，从企业长远的生产效率来看，选择修改过的流程更加能够优化企业业务过程。参考文献：1 范玉顺.工作流管理技术基础实现企业业务过程重组、过程管理与过程自动化的核心技术 M .2 0 0 1:2 7 4-2 8 5.2 祁连,顾新建,等.基于I n t e r n e t/I n t r a n e t 的企业建模系统开发工具的选择与应用 J .计算机集成制造系统.2 0 0 0,6(1):6 0-6 4.3 H A R V E YM D,P A U L J D.J a v a 程序设计教程 M .机械工业出版社,2 0 0 2.