1.3 國內外研究現狀與不足

1.3.1 研究的現狀

近年來，國內外學者有關虛擬企業過程集成的研究內容和已取得的成就主要集中在以下幾個方面。

1.3.1.1 虛擬企業過程建模方法的研究

建立虛擬企業過程模型是過程集成的前提和基礎。好的過程建模方法不僅能使模型便于重用和擴展，降低過程集成的難度，而且能使模型直接用于虛擬企業信息系統的開發，降低虛擬企業信息系統的開發成本，縮短開發周期，提高開發的效率和質量，保證模型與實施的一致性。

1）IDEF3方法

IDEF3方法是IDEF方法（IDEF是ICAM Definition的簡稱，ICAM Definition后來稱為Integration Definition Method，簡稱不變）中的一種，它能通過定義活動的順序和關系來表達過程流。它有兩種建模方式：過程流描述和對象狀態轉移描述。過程流描述作為獲取、管理和顯示以過程為中心的知識的主要工具，反映了事件與活動、參與事件的對象及其行為的約束關系。對象狀態轉移描述是獲取、管理和顯示以對象為中心的知識的基本工具，通過對象狀態轉移網絡（Obj ect State Translation Network, OSTN）圖來表示一個對象在多種狀態間的演進過程（陳禹六，1999）。

2）Petri網方法

Petri網是德國的Carl Adam Petri在1962年提出，后來由Peterson加以闡述的一種圖形化、數學化建模工具，它為描述具有并行、異步、分布和隨機性等特征的過程流提供了強有力的手段。作為一種圖形化工具，Petri網可以被看作是數據流圖相似的通信輔助方法；作為一種數學化工具，它可以建立狀態方程、代數方程和其他描述過程行為的數學模型。

3）RAD方法

角色活動圖（Role Activity Diagram, RAD）方法的原型是由美國學者Holt等提出的，用以表述協同工作中存在的問題。隨后RAD圖形描述方法的語義和語法逐步發展完善，并應用在企業經營過程的建模和分析中。

RAD作為一種結構化過程建模技術，它強調角色間的相互作用和活動，以及與外部事件的連接，通過圖形元素符號全面描述企業過程的主要特征（目標、角色、決策等）。

4）ePc方法

ePc圖是ARIS（Architecture of Integrate Information System，集成信息系統架構）體系中的過程模型圖（控制視圖），它采用事件功能鏈圖描述，其中集成了組織、功能、數據視圖中的組織、功能和實體信息，如組織視圖中的“組織”、功能視圖中的“功能”、數據模型中的“實體”（祁國寧等，1996；林東豪，2000）。

5）DEM方法

DEM（Digital Elevation Model，數字高程模型）是Baan公司在實施ERP（Enterprise Resource Plan，企業資源計劃）過程中提出的一種方法，它讓用戶用自己熟悉的方式，根據公司內部和外界環境的變化，最快、最好地建立公司的業務控制模型、業務功能模型和業務過程模型，節約時間、消除浪費、降低成本和提高效率，以期在無法預測的持續、快速變化的競爭環境中求得生存和發展。DEM方法的結構大致分為三個層次，即核心功能層Ⅰ、過程管理層Ⅱ和組織管理層Ⅲ。

6）OMT方法

OMT（Obj ect Modeling Technique，對象建模技術）方法是目前除UML（Unified Modeling Language，統一建模語言）外最為成熟和實用的面向對象建模的方法之一，其采用面向對象的概念對系統進行分析和建模，通過定義對象屬性和賦予對象操作來描述該對象的活動特點，然后再通過消息將對象內及對象與對象之間的關系反映出來。OMT的基本圖形符號如表1.1所示。

OMT從三個方面對過程進行建模。三個模型分別是對象模型、動態模型和功能模型，每個模型從一個側面反映過程的特性。

（1）對象模型：一個過程具有一個或多個屬性和操作。屬性描述過程的結構特征，體現過程的層次結構。操作描述過程的行為，表示在一定的業務規則指導與控制下，構成該過程的有關對象或子過程相關操作的協作活動。過程的對象模型描述其相對穩定的靜態結構。

（2）動態模型：動態模型關心的是隨著時間的變化，對象與對象之間關系的變化。對象與對象之間相互作用，導致它們的狀態不斷發生變化。過程的動態執行行為可抽象為過程的動態模型。

（3）功能模型：功能模型確定事件發生，事件是指一個對象對另一個對象的激勵。動態模型決定什么時候、什么條件下發生，對象模型定位該事件發生在哪個對象上。功能模型反映的是系統模塊的輸入值和輸出值。

以上方法各具特色，它們分別適用于不同的領域和不同過程的建模，但各種模型之間很難交流和轉換，并且所建模型很難用于軟件開發，這種情況嚴重阻礙了建模方法的進一步發展。UML的出現打破了這種局面，UML是吸收了OMT、Booch、Jacobson這三種面向對象建模方法的優點并集中了多個專家的經驗而形成的成果。1997年11月，UML被國際對象管理組織（Obj ect Management Group, OMG）全體成員一致通過，并被采納為標準。它得到了許多軟件開發工具供應商的支持，若干企業建模領域專家宣布他們將使用UML進行以后的研究工作。UML的最終目標是在盡可能簡單的同時能夠對實際需要建立的系統的各個方面建模，在過程建模方面，它比現有的建模方法更好，能更全面地描述過程的特征。隨著UML的進一步發展，它可能成為建模領域的通用語言（邵維忠等，1999）。

本書所提出的虛擬企業過程建模的方法也是一種面向對象建模的方法，該方法建立在UML基礎上。因此，它能兼容以往面向對象建模方法的經驗并具有更優異的性能。

1.3.1.2 經營過程重組

隨著信息時代知識經濟的來臨，制造業開始從以量的擴張為主的粗放型生產經營方式轉向以質的提高、創新為主的集約型生產經營方式，力求可持續發展。在這個過程中，每個行業、每個企業或每個部門的集約化經營只有通過不斷地根據實際情況進行組織創新和經營重組才能實現。有關經營重組的研究在虛擬企業的過程集成中也得到了廣泛的應用，特別是虛擬企業各伙伴企業（Partner Enterprise, PE）之間的過程集成領域。

經營過程重組（BPR）最早是由美國的Michael Hammer和Jame Champy提出的，并在20世紀90年代達到全盛。它強調以業務流程為改造對象和中心，以關心客戶的需求和滿意度為目標，對現有的業務流程進行根本的再思考和徹底的再設計。它利用先進的制造技術、信息技術以及現代化的管理手段最大限度地實現技術上的功能集成和管理上的職能集成，以打破傳統的職能型組織結構，建立全新的過程型組織結構，從而實現企業經營在成本、質量、服務和速度等方面的巨大改善。BPR的重組模式是：以作業流程為中心，打破金字塔狀的組織結構，使企業能適應信息社會的高效率和快節奏。它適合企業員工參與企業管理，有利于實現企業內部的有效溝通，具有較強的應變能力和較大的靈活性。

BPR關注的是企業的業務流程，一切重組工作都是圍繞業務流程展開的。業務流程是指一組共同為顧客創造價值而又相互關聯的活動，哈佛商學院教授Michael Porter將其描繪成一個價值鏈，指出競爭差異不是發生在企業與企業之間，而是發生在企業各自的價值鏈之間，只有對價值鏈各環節實行有效管理，才有可能真正獲得市場競爭優勢。

BPR在美國和歐洲都獲得了巨大成功。1992年，IBM新總裁郭士納就職后，通過對IBM這個“藍色巨人”進行大規模的企業重組，在13個流程項目上一年就節省80億美金。波音公司面臨激烈的市場競爭，特別是歐洲空中客車的后起直追，深感壓力巨大。為了提高自身的競爭能力，波音公司以簡化和優化為出發點，開展了企業重組工程，并制訂了三項目標：①降低成本，價格再下降25%；②加強質量控制，故障率再降低50%; ③提高客戶滿意度，逐步做到使客戶100%滿意。美國通用汽車公司通過企業重組，簡化了煩瑣的工作流程和臃腫的組織結構，結果大大降低了庫存成本、管理成本和非生產性成本，取得了顯著成效。

BPR只給出了重組的理論，缺少能指導、支持流程重新設計的方法和工具，因此在早期也遭受了嚴重的挫折。Michael Hammer和Jame Champy指出，約有70%的BPR項目失敗或未達到預期效果。我國學者對BPR在中國企業中的應用進行了研究，黃麗華等（1997）研究了企業流程重組的實施方法和技術并進行了大量的實踐。叢高等（1999）提出一種流程再造的方法：通過規范構成流程的基本單位活動，按照一定的方法構建活動描述數據庫，然后利用活動之間的相關性從數據庫中搜索、回溯新流程的可行方案，并根據效用函數值得到最優設計方案。潘文灝等（1999）就業務過程重組的內涵、認識誤區、與信息技術的關系和實施中的問題與發展前景進行了探討。

虛擬企業擴大了BPR的優化空間，也使BPR的形式更加靈活多樣。在虛擬企業過程集成中，BPR從企業內部擴展到企業之間，其復雜性和風險也相應增加，企業的自治性和虛擬企業的時間性使BPR的約束也更嚴格，對所有過程進行BPR顯然不可行，而且風險和代價都是巨大的。采用價值鏈方法確定關鍵的經營過程進行BPR是實用的解決方案，這也是本書提出的虛擬企業過程集成方法的基本思路。

1.3.1.3 工作流管理系統

由于過程集成的復雜性和市場的多變性，需要在虛擬企業各合作企業之間進行大量的協調管理和控制工作，BPR也需要把人工或自動任務集成到分布式IT（Information Technology，信息技術）環境中以提高績效。因此，基于網絡計算的工作流管理系統（Workflow Management System, WfMS）成為虛擬企業過程集成研究中的熱點之一。WfMS可以把人工業務或異質環境中的自動應用系統集成到統一的業務過程中，并利用企業已有的計算設施，通過任務間的依賴關系，進行復雜的任務協同調度。為了實現不同工作流系統之間的信息交換和協作，工作流管理聯盟（Workflow Management Coalition, WfMC）還定義了工作流參考模型。

在工作流技術研究中，比較著名的有IBM公司Almaden研究中心的Exotica，佐治亞大學計算機系的Meteor、WIDE以及Mentor等研究項目。Exotica是基于持久消息隊列的分布式WfMS，它由許多具有自治能力的節點組成，每一個節點的運行都獨立于其他節點，節點之間通過可靠的消息隊列通知對方，避免了節點在過程運行中不斷與服務器通信所造成的瓶頸，增強了系統的魯棒性。Meteor是具有自適應能力的WfMS，它面向大規模的復雜工作流應用，能夠在企業異構環境中正常運行，實現了任務的分布式調度。Meteor還提供了圖形化建模工具和工作流中介語言（Workflow Intermediate Language, WIL）、公共對象請求代理體系結構（Common Obj ect Request Broker Architecture, CORBA）和Web的代碼生成器。WIDE的主要目的是利用分布式數據庫和主動數據庫技術來提供先進的、面向應用的WfMS，它擴展了WfMC參考模型。Mentor為工作流模型的定義、執行和控制提供了一個中間件平臺。近年來，WfMS的研究主要集中在以下幾個方面：①更為靈活的過程模型，其方法是將過程定義延遲到運行時完成和用戶參與；②面向對象，包括面向對象的實現方法和過程建模；③智能化，主要是通過實例學習完成業務過程的自動建模；④對同步協作的支持和對移動用戶的支持；⑤基于Web的分布式體系結構。比較有影響力和代表性的工作流產品有FileNet公司的Visual WorkFlo、JetForm公司的InTempo、IBM公司的MQSeries Workflow和Action公司的Metro 4.0（范玉順等，2000）。

近年來，國內WfMS的研究也在朝著支持分布式異構環境下過程集成的方向發展。清華大學史美林等（1999）開發了適合虛擬企業的工作流管理系統，即一個基于Web的WfMS。該系統實現了跨企業或機構的分布式應用，集成了數據庫、目錄服務、電子郵件和電話系統。劉鐵銘等（2000）采用將工作流模型轉化為集控Petri網的方法來實現企業過程集成的仿真。柴躍廷等（1999）設計了供應鏈式虛擬企業中的WfMS以支持敏捷供需鏈的優化運作。胡錦敏等（1999）提出一種支持系統重構、軟件重用和規模可擴展的敏捷工作流系統以支持企業的動態聯盟。

綜上所述，WfMS為虛擬企業提供了理想的過程集成和執行工具，它可以通過靈活地改變工作流程來適應虛擬企業的過程重組。虛擬企業中的業務過程常常涉及分布在不同地理位置上的許多資源、工具和人員，虛擬企業環境下的WfMS必須具有如下特點才能支持分布式任務的協同和調度：

（1）必須支持分布、異構環境下的工作流管理體系；

（2）工作流執行的可靠性要求高，必須能管理活動之間的約束與沖突；

（3）具備良好的人機接口；

（4）工作流模型的描述能力要強，符合工作流參考模型。

基于Web和CORBA技術的分布WfMS逐漸成為當今構造虛擬企業WfMS的主流。Web作為客戶端軟件，具備簡單、易操作的特點，可降低對用戶端軟件的培訓難度。CORBA作為分布式計算的標準，為WfMS提供了一個分布式環境下的計算平臺。應用Web和CORBA技術實現工作流管理是一個有效的途徑，這也是本書提出的工作流模型的實現方案。

1.3.1.4 虛擬企業過程集成的使能技術研究

在虛擬企業過程集成使能技術研究中比較重要的有敏捷制造使能技術戰略（Technologies Enabling Agile Manufacturing, TEAM）計劃、AAMRC（Americ Agile Manufacture Research Center，敏捷空間制造研究中心）計劃、MT-AMRI（Machine Tool-Agile Manufacturing Research Institute，美國機床—敏捷制造研究學會）計劃、Agile Forum（敏捷制造論壇）等。其中對TEAM計劃的論述較為完整。為了在全球市場奪取統治地位，美國TEAM通過主要制造商、科研機構、政府組織之間的過程集成和協作，統一調配私營企業和聯邦機構的資源優勢，進行快速、靈活、有效的生產，加強美國企業在全球的競爭能力。TEAM主要包括五個領域：產品并行設計、虛擬制造、制造計劃和控制、智能閉環過程和企業集成。其核心是提供關鍵使能技術和工具支持開放的、“即插即用”的系統標準和概念，這些使能技術和工具使虛擬企業過程集成能實現快速重構。

Robert H.Brown和Hannu Syntera在“Global Manufacturing in the 21st Century Final Report”中總結了支持虛擬企業過程集成的各種使能技術。其中主要包括：

（1）描述了全球制造環境下過程集成的信息控制和訪問技術；

（2）描述了工程和產品集成體系框架，即分布式環境下，如何在設計和生產階段進行過程集成以提高產品的可制造性；

（3）描述了擴展企業管理，重點討論了如何在分布式環境下進行虛擬企業過程集成；

（4）描述了分布式環境產品模型和過程模型的集成技術；

（5）研究了支持過程集成的信息基礎；

（6）建立虛擬企業通用理論框架來支持虛擬企業整個生命周期管理和企業級過程集成。

Alain Zarli等（1999）對過程集成的需求和用到的IT技術進行了研究。他們給出一個建立在分布式對象上的虛擬企業過程集成框架，通過CORBA和Java技術建立起可擴展的虛擬企業信息基礎，并對企業數據庫的多樣性和應用軟件的異構性進行了研究，指出支持虛擬企業過程集成的信息系統應能在Internet/Intranet環境下以Web方式安全可靠地運行，應足夠靈活以適應快速變化的商業環境（陳慶新，1999）。

John Canter等基于電子商務和現代軍事理論研究了虛擬企業過程集成。他們將整個虛擬企業的運作看作一個觀察、定位、決策和行動的循環過程，并對這四個既相對獨立又相互聯系的過程的集成進行了詳細討論，給出了相應的實施工具。

Winter Green對虛擬企業過程集成中的數據交換進行了研究，利用基于CALS的EDI（Electronic Data Interchange，電子數據交換）來滿足虛擬企業過程集成中的數據互操作和應用軟件之間數據的無縫集成。

清華大學自動化系通過對企業活動本質特征的分析與抽象，將對象類、過程及系統模型作為基本構件，基于O-O（Obj ect Orient）方法研究了虛擬企業過程集成中的使能技術，給出了滿足系統快速可重構性及適應性的解決方案，以Extranet/Intranet/Internet和OMG（Object Management Group，對象管理組織）的分布式對象技術CORBA作為信息與應用集成的平臺，采用TCP/IP、IIOP（Internet Inter-ORB Protocol，網際ORB間協議）、EDI、KQML（Knowledge Query Manipulation Language，知識查詢與操縱語言）等協議或標準進行通信與數據交換，采用瀏覽器作為人機接口（錢碧波，1999）。

1.3.1.5 支持虛擬企業過程集成的信息基礎的研究

虛擬企業過程集成的關鍵在于合作伙伴之間是否存在敏捷的信息基礎，并充分利用信息基礎來改善合作伙伴之間的關系，從而降低成本，快速響應市場。目前比較著名且能有效支持過程集成的虛擬企業信息基礎框架的研究有以下幾種。

制造系統的敏捷基礎框架（Aglie Instructure Manufacture System, AIMS）是美國國防部提出的第一個敏捷制造計劃，其目標是利用先進的通信技術建立一個由制造商、供應商、顧客組成的敏捷電子網絡（AIMSNet）。這個網絡是開放的，任何企業都可在其上提供服務；這個網絡是無縫隙的，通過它，企業從內部和外部獲得服務沒有任何區別。AIMS提供的服務有注冊申請、供應商信息、資源和伙伴選擇、合同和協議、虛擬企業運作支持、工作組合作支持等。利用這些服務可使生產循環（從概念設計到產品交付）中的主要階段都實現自動化，使虛擬企業各伙伴企業的過程集成能夠快速實現。

計算機輔助制造網絡（Computer Aided Manufacturing Net, CAMNet）是美國國防部高級研究計劃局（Advanced Research Proj ects Agency, ARPA）提供資助，通用電氣公司研究與開發中心開發的。它主張以計算機為基礎，利用高速計算機網絡把企業集成在一起。參加產品開發的合作伙伴能夠在網絡上協調工作，擺脫距離、時間、平臺和工具等因素的約束，獲取重要的設計和制造信息（諸如CAD模型、生產工藝、制造仿真、最新的顧客要求等）。CAMNet開發出傳遞分布式制造信息和服務的使能器并將其包含在WWW服務器的工具箱內，其總體目標是將企業中各種以數據庫、文本、圖形和數據文件存儲的分布信息通過使能器集成起來以供合作伙伴共享，這為虛擬企業各合作企業的過程集成提供了有力的支持。

美國企業網（Factory American Net, FAN）是《21世紀制造企業發展戰略》研究報告中提出的一個概念，它試圖通過發達的高速信息網絡通信系統把美國的制造業聯系在一起，這意味著聯網的美國企業類似一個大的虛擬企業，大大提高了資源的共享程度和制造的敏捷性。FAN和Internet相比需要更多的增值服務和安全保密措施。例如，FAN在信息交換和共享基礎上提供并行工程服務。這一目標已在美國政府資助的AIMS項目中開始執行。這個項目用AIMSNet來驗證多公司合作時的供應鏈管理，轉包加工和在異地進行產品及過程聯合設計、開發等工作的可行性，能充分滿足供應鏈式虛擬企業的過程集成的需要。

國內的有關研究主要有：高濟等（1999）對虛擬企業的集成化信息基礎進行了研究，將虛擬企業的建立過程抽象為代理（Agent）的能力組合，建立了基于Agent的虛擬企業集成框架及其開發環境，其中過程集成表現為Agent間的協作。姚健等（1999）對分布式虛擬制造系統的框架體系進行了研究，分析了分布式虛擬制造的兩個核心功能——并發活動控制和分布式信息系統管理，這也是過程集成的核心問題。陳慶新等（1999）對虛擬車間的異地協同調度進行了研究，說明了基于互聯網并具有多智能體系結構的網絡信息系統是實現虛擬車間調度的基礎，并針對項目驅動的虛擬車間進行了項目異地規劃、異地作業計劃協同編制、項目進程異地協同監控研究，為虛擬企業車間級過程集成奠定了基礎。李伯虎等（1999）提出一種面向服務、高效低耗和基于知識的網絡化智造模式——云制造。云制造融合現有信息化制造、云計算、物聯網、語義Web、高性能計算等技術，能夠為制造全生命周期過程提供可隨時獲取、按需使用、安全可靠、優質廉價的服務。2015年7月，李伯虎做了《智慧云制造（云制造2.0）——“互聯網+制造業”的一種智造模式和手段》的報告，他指出：“標準化是經濟社會發展的重要技術基礎，在經濟社會發展中發揮著服務創新和規范市場的重要作用。”

1.3.2 研究中的不足

虛擬企業過程集成因其復雜性、多企業參與性、組織動態性、聯盟臨時性等特點，研究涉及的內容和領域相當廣泛。國內外對虛擬企業過程集成的研究尚處于初步階段，在理論體系和實踐應用上都不夠成熟。總的來說，目前研究工作中存在著以下不足：

（1）虛擬企業過程建模的研究僅停留在理論上，不能將模型直接應用于虛擬企業信息系統的開發；對虛擬企業過程建模工具和方法的現實可行性估計不足，未充分利用現有企業建模領域的優秀成果和成熟的企業建模工具；沒有典型的虛擬企業模型可供借鑒，缺乏對虛擬企業建模方法具體、深入的研究。

（2）虛擬企業過程集成缺乏系統的理論指導；缺乏虛擬企業過程集成和持續優化的方法，而這是虛擬企業保持不斷增值的關鍵；對虛擬企業過程中的不增值活動缺乏有效的識別方法和全面的剖析，對虛擬企業過程集成的有關策略缺乏系統研究。

（3）虛擬企業過程集成中的項目管理研究比較少，而項目管理關系到過程實施的成敗；缺乏對項目定義、分解、規劃、執行、調度全過程的研究；沒有將項目管理與工作流管理結合起來研究，而這二者的結合是提高過程實施可靠性、健壯性的關鍵。

（4）對虛擬企業過程集成中的智能化缺乏細致深入的研究，只注重信息的集成和流暢，不注重信息的采集、分析、處理和重用；缺乏對虛擬企業智能決策支持系統的研究，缺乏對虛擬企業智能平臺的研究。

（5）虛擬企業集成框架的思想、方法、技術及應用等在深度和廣度方面都存在不足，有必要根據各行業的特點建立虛擬企業領域框架來支持虛擬企業過程集成。國內對虛擬企業過程集成的信息基礎缺乏全面深入的研究，沒有形成產品化的虛擬企業平臺。