2.5 虛擬企業模型各視圖的描述方法

上節以上進行了虛擬企業過程分析并提出了VEMM，本節將根據過程分析的結果，運用VEMM建立部分虛擬企業模型，重點是過程模型。同時，本節也將闡述各視圖的UML描述方法。

2.5.1 過程視圖

過程視圖是對虛擬企業過程的一種抽象描述，它利用可視化的方式描述了虛擬企業的基本活動及其控制功能。

VEMM采用以下方法描述過程視圖：①將企業中的人員、物料、資金、信息抽象為對象類；②將為實現某一目標或功能的相關活動抽象為過程；③將過程的實現抽象為組件；④由對象或子過程構成過程靜態結構；⑤由對象之間的相互調用表達過程的動態行為；⑥將行為特征抽象為對象的屬性；⑦將信息收集、存儲、加工、傳遞等事務處理抽象為對象類的操作；⑧將過程執行的策略方法抽象為規則。因此，對象類、子過程、規則、屬性、操作等是構成過程模型的基本要素。抽象層次較高的過程用到的描述要素較少，抽象層次較低的過程用到的描述要素較多。過程視圖在需求定義層適合用活動圖來表達，其描述較為簡單。在設計說明層視不同的抽象程度可以用活動圖、順序圖和合作圖等表達，其描述逐漸具體。在實施描述層一般用順序圖和合作圖表達，其描述更加完備；在特殊情況下可能用狀態圖或多種視圖綜合表達。

如何有效識別企業對象類在一定程度上取決于個人的知識領域以及相關的企業經驗，相應的對象識別方法的缺乏，在一定程度上限制了面向對象建模方法在實踐中的廣泛應用。本書采用以下過程到對象的轉換規則來幫助識別企業對象類。

過程可以描述為：P={A|R}，其中，A={a1, a2, …, am}表示企業過程中所有的活動的集合，且活動ai=〈xi, yi, si, ri, fi〉，其中xi為輸入，yi為輸出，si為資源，ri為處理規則，fi為處理函數，相互關系為ai:yi=f（xi, si）|ri。R為活動間的互相關系，R∷=R（a1, a2, …, am）。設X=[x1, x2, …, xn], Y=[y1, y2, …, yn], S=[s1, s2, …, sn], RP=[r1P, r2P, …, rnP], FP=[f1, f2, …, fn]，則企業過程可以形式化描述為P:YT=FTP（XT, ST）|TRP

對象可以描述為：O∷={ID, IN H, ATTR, OPER, Interface}。其中，ID為企業對象O的標識符；INH是對象O對其父類的繼承性描述集合；ATTR為對象O的數據結構和狀態集合；OPER為操作集合；Interface為接口事件或消息集合，它實際上是個接口類。

我們定義兩個操作算子：

（1）信息提取算子?（x, S）。從資源S中識別并抽取S的組成構件x的詳細信息。

（2）信息封裝算子Θ（x,（y, O））。將x按照UML的格式封裝為對象O的y。

根據過程和對象的形式化描述，采用以下規則來完成過程到對象的轉換（見圖2.6）：

ψR:P→O, ψR={ψR1, ψR2, ψR3, ψR4}

（1）數據轉換規則ψR 1:Θ（?（〈X, Y, S〉, P）,（ATTR, O））。

其中?（〈X, Y, S〉, P）表示從過程P中識別并抽取X、Y、S，然后將其封裝為對象O的ATTR。

（2）操作轉換規則ψR 2:Θ（?（〈FP, RP, R（A）〉, P）,（OPER, O））。

其中?（〈FP, RP, R（A）〉, P）表示從過程P中識別并抽取處理集FP和處理規則集RP，然后將其封裝為對象O的OPER。

（3）事件轉換規則

其中表示從過程P中識別并抽取X、Y，以及P與所有其他過程的關系集，然后將其封裝為對象O的Interface。

（4）繼承轉換規則（P、O的數字上標代表它們在過程模型中的層次標號，且t-1層是t層的父層）

其中表示Pt與其所有父層中過程集合的相互關系集合（潘自強等，1999）。

根據第2.3節虛擬企業過程分析（見圖2.2）的結果，我們采用自頂向下（Top-Down）方法逐層分解各基本過程，如圖2.7所示，建立了虛擬企業需求定義層過程模型及其子過程模型（設計說明層部分模型），如圖2.8所示，各子過程可以繼續分解直到滿足需求為止。

因為各虛擬企業業務流程差別很大，很難在低層次給出符合所有制造業的通用過程模型，所以這里主要對在較高層次抽取過程的共性內容進行研究。下一節將對“伙伴選擇與評估”過程的實施描述層參考模型進行研究。

2.5.2 功能視圖

功能視圖是從功能的角度對虛擬企業進行描述，它采用功能實體及其相互關系來表達虛擬企業過程所實現的功能。

通過對虛擬企業過程分析，我們給出了虛擬企業的需求定義層功能模型（見圖2.9）。它通過用例、角色和關系對虛擬企業各功能進行劃分，其中包括三個角色：盟主企業、伙伴企業和認證機構。盟主企業角色負責虛擬企業層的管理工作，伙伴企業角色負責伙伴企業內部的管理工作，認證機構角色對動態聯盟中企業的資信度提供認證功能。每一個用例對應虛擬企業一個基本過程（包括機遇尋求與評估分析、差距分析等，個別用例除外）完成的功能，并可能被設計為一個功能子系統，如機遇尋求與評估分析功能子系統。另外，添加了基準分析和利益風險分析兩個功能供盟主企業角色和伙伴企業角色使用。有關基準分析的概念見第3章的基準研究。

該用例圖還對UML語義進行了擴展。“use”連接，如盟主企業連接利益風險分析，表示盟主企業使用了利益風險分析中的行為或功能。“extend”連接，如用例“無合適伙伴企業”連接“伙伴選擇與評估”，表示用例“伙伴選擇與評估”描述了一項基本功能；而用例“無合適伙伴企業”則描述了該基本功能在無法滿足時應該啟動的特殊功能，即一種擴展。通過指定用例的版型可擴充UML以定義更多的關系來滿足VEM的特殊需求。

每個用例有其前提條件和事后條件（包含輸出信息），具體細節在主事件流和其他事件流中描述。事件流完成描述用例功能的具體步驟，它是從用戶角度寫成的，主要用領域語言表達。主事件流主要是用例的正常（主）流程，其他事件流主要是特殊處理和異常錯誤處理。用例的描述與CIM-OSA功能實體的基本語義是完全吻合的，如每個用例都有唯一標號和明確的名稱；前提條件包含了輸入信息和活動機制（支持信息，如有關法律、法規、標準等）；事后條件包含了輸出信息和對下游工作的準備；事件流包含了對活動的控制。

2.5.3 組織視圖

組織視圖描述虛擬企業的組織對象、組織對象間的聯系以及與其他視圖間的關系等。虛擬企業基本組織對象包括項目組（Team，包括ET和IT）、基本組織單元（BOU）和人員等。BOU用于描述伙伴企業的靜態組織結構（如職能崗位樹），可以嵌套定義。某一項目可以由多個BOU組成項目Team, Team描述了虛擬企業的動態組織結構。人員對象用于描述所有參與虛擬企業的人員。

圖2.10為用UML類圖表示的設計說明層組織模型的一部分，其中引入了基本態和活動態的概念。基本態是相對穩定的組織狀態，它決定了組織在企業中的基本職能，如行政事務。而活動態則是相對變化的組織狀態，它與企業的項目密切相關。一個組織可以有多種活動態但只能有一種基本態。一個BOU可以參與多個項目，對每一個項目都有一個唯一的活動態與之對應。BOU的活動態隨著對項目的參與和退出而增減，每個活動態的生命周期存在于其對應的項目周期中。企業的生產能力可用BOU的活動態來粗估，如果活動態的總量在額定數量（企業正常運作時BOU的活動態數量的范圍）之內，表明企業有富余的生產能力，可積極尋求市場機遇，參加其他動態聯盟；反之，則應考慮任務外包或外協，必要時組建動態聯盟。

圖2.10中從虛擬企業到人員是分層結構，其中虛擬企業、外部項目組、內部項目組、基本組織元、人員都采用無實際含義的標識作為代理主鍵，便于系統擴展。系統的需求會在發展中不斷變化，變化的結果是類的屬性、操作的增減和修改，代理主鍵是獨立于業務規則的無實際含義的屬性，因此變化很少影響到它，這樣保證了系統基本結構的穩定性。人員分為工人和管理者，工人具有工種、技能等級、經驗等屬性和接受技術培訓等操作，管理者具有學歷、專業培訓、知識等屬性和接受再培訓等操作。他們的專業技能（知識和經驗）等屬性可以作為組建BOU的依據，因此BOU到人員多對多的映射可表達以人或知識為中心的扁平組織關系。

虛擬企業含有代理主鍵（VE標識）、名稱和負責人（主要由盟主企業有關項目負責人擔任），并且有對應于VE建立、解散和變動的有關方法。同樣，外部項目組、內部項目組、基本組織元、人員都具有類似結構，可以從中抽取一個超類作為它們共同的父類，子類可重載父類的方法與加入新屬性和方法來實現自己特殊的業務規則，共同部分在父類已經實現，這樣大大減少了代碼且更易維護。UML可以很好地支持這種面向對象的設計方法。

2.5.4 資源視圖

資源視圖描述虛擬企業的資源分類、資源構成、資源結構、資源之間的聯系及其與其他視圖模型元素之間的聯系等。資源視圖的構成要素包括資源型對象、資源池對象和資源實體對象。資源型對象從資源分類的角度描述虛擬企業資源，可以嵌套定義，子資源型對象可以繼承其父資源型對象的屬性，從而構成虛擬企業的資源分類樹。資源池對象從地理分布的角度描述虛擬企業資源，某一位置的所有同類資源構成一個該類型資源在該位置的資源池。資源實體對象描述虛擬企業的原子級的具體資源。

資源型和資源池表示了資源的分類和分布情況，資源實體表達了具體資源的特性和可用狀態，它們與過程模型關系密切。在過程活動的開始、執行和結束階段分別請求、占用和釋放分布在不同地理位置的各種類型的資源。比如，資源得不到滿足，活動將處于等待狀態；活動執行將使資源池中的可用資源減少，因此當活動結束時，應立即釋放資源供其他活動利用。各資源池中的可用資源的總和反映了虛擬企業的資源水平，通過合理分布資源可提高虛擬企業對機遇的反應速度和能力。

圖2.11是伙伴選擇與評估過程中涉及的實施描述層資源模型，它有人力資源、物力資源、資金和技術資源四個部分。其中，可用物料屬于物力資源，它包括物料碼、物料類型、可用數量等屬性和增、刪、改、拷貝（方便添加相似物料）、轉換等方法。企業物料的可用數量在一定程度上反映了企業響應機遇產品的資源優勢的大小。根據物料類型可建立資源分類樹。

特種設備是產品所必需的特定加工設備，它包括設備號、狀態、級別和可用工時。其中，狀態表明設備的運行、故障、閑置和報廢等情況；級別表示設備的重要程度，可用于粗略評估生產能力時產生主關鍵設備重要程度的缺省值，因為真正影響生產的主關鍵設備只有在精能力平衡后才能準確得出；可用工時表示設備的可利用程度。特種工具、特種夾具、特種量具和特種刀具具有和特種設備類似的性質。

人力資源通過特定工種和特定技能水平的員工的可用工時來描述對機遇產品的支持程度。良好的培訓機制也是企業的人力資源的重要方面。技術資源和資金從技術資源和財力資源方面衡量企業對機遇產品的支持程度。

通過對各資源的綜合評估可確定各企業對機遇的響應能力，從而確定虛擬企業的伙伴企業。以資源所屬企業為單位可建立虛擬企業的資源池對象。

2.5.5 信息視圖

信息視圖從信息關系的角度對虛擬企業各子系統的數據結構特征進行細致的描述，它是數據庫設計的基礎，為數據庫設計提供設計方案、數據結構等。信息視圖主要進行邏輯數據庫設計，經過進一步細化、優化和合并后可以生成物理的關系型數據庫設計或面向對象的類設計。信息視圖一般用類圖表示，虛擬企業設計說明層中產品設計過程的部分信息模型如圖2.12所示。

物料主文件是ERP系統物料管理的基礎數據。產品物料清單（Bill of Material, BOM）描述機遇產品的結構，包括父項碼、物料碼、所屬數量和制協關系等屬性。物料主文件和BOM一般由盟主企業設計，它是動態聯盟各伙伴企業共同遵守的標準。但在實際運作過程中，經常發生物料主文件不能完全統一的情況。各伙伴企業要建立相應的對照表，將本企業的物料碼映射為虛擬企業的物料碼，這種映射可能是多對多的關系，可能會產生大量借用件。為解決借用件的問題，我們引進了互換碼，即根據一定的質量和成本互換規則，將物料分為互換組。根據互換碼可方便地找到企業內部的相似物料，并根據互換標準優先借用企業現有物料進行生產，有效控制企業物料品種數迅速增長的趨勢，有利于加速資金流轉，縮短存貨周期。另外，我們還進行了如下改進：①根據DFX[Design For X，并行工程的支持工具之一，表示面向X的設計，如面向裝配的設計（Design For Assembly, DFA）、面向制造的設計（Design For Manufacturing, DFM）、面向性能的設計（Design For Compatibility, DFC）、面向方案的設計（Design For Variety, DFV）等]的思想引入了成組碼以支持工藝設計；②建立了可擴展的物料分類體系，方便進行物料查詢；③建立了物料與相應圖檔的關系，方便查詢技術資料；④建立了物料與庫存的聯系，設計選用物料可參考該物料目前的物料狀態（短缺、積壓、占用等）。

為了滿足產品系列化和變形設計的需要，我們將產品BOM分為兩級，上級為模塊BOM，下級為變形BOM。模塊BOM是將產品目錄中的新產品分解成企業現有的標準模塊及其變形模塊。如果需要設計全新模塊，則全新模塊可以作為標準模塊。變形BOM是對分解后的變形模塊進行變形設計。模塊BOM只存儲該產品與相應系列標準產品的差異，如模塊數量的差值和新增變形模塊的數量。變形BOM中只存儲變形模塊與其標準模塊中原物料數量的差值和新增物料的數量。模塊BOM和變形BOM使設計更加便捷。本書設計的模塊BOM與主生產計劃緊密相關，隨著工作指令的完成，相關BOM可能被轉入后備庫中。標準產品和標準模塊的結構是相對穩定的，而新產品和變形模塊的結構是動態變化的，這種結構既有助于產品系列化，又能快速適應市場，靈活配置產品，滿足客戶個性化需求。目前企業模塊化的趨勢使得參考產品模塊來進行虛擬企業伙伴的選擇成為可能，產品的模塊化程度也是企業設計水平的體現。

2.5.6 約束視圖

約束視圖表達了以上各視圖之間和內部的約束關系，它并不獨立存在，而是存在于各視圖之中，由各視圖映射生成。例如，過程視圖中的每個過程或活動都要使用一定數量的資源，進行某種操作，這種關系可用資源—過程/活動矩陣描述，它是由過程視圖映射而來的。組織視圖中的每個組織對象都擁有資源對象，可以對其進行某種操作，這種聯系可用組織—資源矩陣描述。組織對象在過程、功能、資源方面的能力用組織角色表示，而實際上所負的職責分別可用組織—過程/活動矩陣、組織—資源矩陣、組織—功能矩陣表示，這些矩陣由過程視圖、資源視圖、功能視圖映射生成。

表2.3為資源—活動矩陣，它描述資源與過程之間的聯系。過程視圖中活動需要的資源必須屬于資源視圖中的資源類型，以形成對過程的資源約束。

約束視圖在VEMM中表現為對象之間的關系，包括引用、條件、同步條等。它們隨對象—包—模型圖—視圖分層組織，部分約束模型如圖2.13所示。

2.5.7 價值鏈視圖

價值鏈視圖描述虛擬企業價值的流動、變換、增值過程及其與之相關的活動、資源的關系。過程（特別是制造系統的過程）不僅體現了物料的流動，而且體現了價值（如資金）的流動。通過對物料流的模擬和仿真可以發現資源的沖突和資源的枯竭等資源問題，由此對過程的優化提出要求和制約。通過對價值流的模擬和仿真可以發現虛擬企業中各企業使產品和服務增值的核心過程和一些不能使產品和服務增值的過程，有助于消除一切不增值環節，使虛擬企業價值鏈得到持續優化。

圖2.14采用活動圖表示了通過活動和資源，使產品在各階段不斷增值的過程。其中添加了部分圖標（如活動和資源）來表達使價值增加的部分要素。