2.5 虚拟企业模型各视图的描述方法

上节以上进行了虚拟企业过程分析并提出了VEMM，本节将根据过程分析的结果，运用VEMM建立部分虚拟企业模型，重点是过程模型。同时，本节也将阐述各视图的UML描述方法。

2.5.1 过程视图

过程视图是对虚拟企业过程的一种抽象描述，它利用可视化的方式描述了虚拟企业的基本活动及其控制功能。

VEMM采用以下方法描述过程视图：①将企业中的人员、物料、资金、信息抽象为对象类；②将为实现某一目标或功能的相关活动抽象为过程；③将过程的实现抽象为组件；④由对象或子过程构成过程静态结构；⑤由对象之间的相互调用表达过程的动态行为；⑥将行为特征抽象为对象的属性；⑦将信息收集、存储、加工、传递等事务处理抽象为对象类的操作；⑧将过程执行的策略方法抽象为规则。因此，对象类、子过程、规则、属性、操作等是构成过程模型的基本要素。抽象层次较高的过程用到的描述要素较少，抽象层次较低的过程用到的描述要素较多。过程视图在需求定义层适合用活动图来表达，其描述较为简单。在设计说明层视不同的抽象程度可以用活动图、顺序图和合作图等表达，其描述逐渐具体。在实施描述层一般用顺序图和合作图表达，其描述更加完备；在特殊情况下可能用状态图或多种视图综合表达。

如何有效识别企业对象类在一定程度上取决于个人的知识领域以及相关的企业经验，相应的对象识别方法的缺乏，在一定程度上限制了面向对象建模方法在实践中的广泛应用。本书采用以下过程到对象的转换规则来帮助识别企业对象类。

过程可以描述为：P={A|R}，其中，A={a1, a2, …, am}表示企业过程中所有的活动的集合，且活动ai=〈xi, yi, si, ri, fi〉，其中xi为输入，yi为输出，si为资源，ri为处理规则，fi为处理函数，相互关系为ai:yi=f（xi, si）|ri。R为活动间的互相关系，R∷=R（a1, a2, …, am）。设X=[x1, x2, …, xn], Y=[y1, y2, …, yn], S=[s1, s2, …, sn], RP=[r1P, r2P, …, rnP], FP=[f1, f2, …, fn]，则企业过程可以形式化描述为P:YT=FTP（XT, ST）|TRP

对象可以描述为：O∷={ID, IN H, ATTR, OPER, Interface}。其中，ID为企业对象O的标识符；INH是对象O对其父类的继承性描述集合；ATTR为对象O的数据结构和状态集合；OPER为操作集合；Interface为接口事件或消息集合，它实际上是个接口类。

我们定义两个操作算子：

（1）信息提取算子∇（x, S）。从资源S中识别并抽取S的组成构件x的详细信息。

（2）信息封装算子Θ（x,（y, O））。将x按照UML的格式封装为对象O的y。

根据过程和对象的形式化描述，采用以下规则来完成过程到对象的转换（见图2.6）：

ψR:P→O, ψR={ψR1, ψR2, ψR3, ψR4}

（1）数据转换规则ψR 1:Θ（∇（〈X, Y, S〉, P）,（ATTR, O））。

其中∇（〈X, Y, S〉, P）表示从过程P中识别并抽取X、Y、S，然后将其封装为对象O的ATTR。

（2）操作转换规则ψR 2:Θ（∇（〈FP, RP, R（A）〉, P）,（OPER, O））。

其中∇（〈FP, RP, R（A）〉, P）表示从过程P中识别并抽取处理集FP和处理规则集RP，然后将其封装为对象O的OPER。

（3）事件转换规则

其中表示从过程P中识别并抽取X、Y，以及P与所有其他过程的关系集，然后将其封装为对象O的Interface。

（4）继承转换规则（P、O的数字上标代表它们在过程模型中的层次标号，且t-1层是t层的父层）

其中表示Pt与其所有父层中过程集合的相互关系集合（潘自强等，1999）。

根据第2.3节虚拟企业过程分析（见图2.2）的结果，我们采用自顶向下（Top-Down）方法逐层分解各基本过程，如图2.7所示，建立了虚拟企业需求定义层过程模型及其子过程模型（设计说明层部分模型），如图2.8所示，各子过程可以继续分解直到满足需求为止。

因为各虚拟企业业务流程差别很大，很难在低层次给出符合所有制造业的通用过程模型，所以这里主要对在较高层次抽取过程的共性内容进行研究。下一节将对“伙伴选择与评估”过程的实施描述层参考模型进行研究。

2.5.2 功能视图

功能视图是从功能的角度对虚拟企业进行描述，它采用功能实体及其相互关系来表达虚拟企业过程所实现的功能。

通过对虚拟企业过程分析，我们给出了虚拟企业的需求定义层功能模型（见图2.9）。它通过用例、角色和关系对虚拟企业各功能进行划分，其中包括三个角色：盟主企业、伙伴企业和认证机构。盟主企业角色负责虚拟企业层的管理工作，伙伴企业角色负责伙伴企业内部的管理工作，认证机构角色对动态联盟中企业的资信度提供认证功能。每一个用例对应虚拟企业一个基本过程（包括机遇寻求与评估分析、差距分析等，个别用例除外）完成的功能，并可能被设计为一个功能子系统，如机遇寻求与评估分析功能子系统。另外，添加了基准分析和利益风险分析两个功能供盟主企业角色和伙伴企业角色使用。有关基准分析的概念见第3章的基准研究。

该用例图还对UML语义进行了扩展。“use”连接，如盟主企业连接利益风险分析，表示盟主企业使用了利益风险分析中的行为或功能。“extend”连接，如用例“无合适伙伴企业”连接“伙伴选择与评估”，表示用例“伙伴选择与评估”描述了一项基本功能；而用例“无合适伙伴企业”则描述了该基本功能在无法满足时应该启动的特殊功能，即一种扩展。通过指定用例的版型可扩充UML以定义更多的关系来满足VEM的特殊需求。

每个用例有其前提条件和事后条件（包含输出信息），具体细节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体步骤，它是从用户角度写成的，主要用领域语言表达。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处理和异常错误处理。用例的描述与CIM-OSA功能实体的基本语义是完全吻合的，如每个用例都有唯一标号和明确的名称；前提条件包含了输入信息和活动机制（支持信息，如有关法律、法规、标准等）；事后条件包含了输出信息和对下游工作的准备；事件流包含了对活动的控制。

2.5.3 组织视图

组织视图描述虚拟企业的组织对象、组织对象间的联系以及与其他视图间的关系等。虚拟企业基本组织对象包括项目组（Team，包括ET和IT）、基本组织单元（BOU）和人员等。BOU用于描述伙伴企业的静态组织结构（如职能岗位树），可以嵌套定义。某一项目可以由多个BOU组成项目Team, Team描述了虚拟企业的动态组织结构。人员对象用于描述所有参与虚拟企业的人员。

图2.10为用UML类图表示的设计说明层组织模型的一部分，其中引入了基本态和活动态的概念。基本态是相对稳定的组织状态，它决定了组织在企业中的基本职能，如行政事务。而活动态则是相对变化的组织状态，它与企业的项目密切相关。一个组织可以有多种活动态但只能有一种基本态。一个BOU可以参与多个项目，对每一个项目都有一个唯一的活动态与之对应。BOU的活动态随着对项目的参与和退出而增减，每个活动态的生命周期存在于其对应的项目周期中。企业的生产能力可用BOU的活动态来粗估，如果活动态的总量在额定数量（企业正常运作时BOU的活动态数量的范围）之内，表明企业有富余的生产能力，可积极寻求市场机遇，参加其他动态联盟；反之，则应考虑任务外包或外协，必要时组建动态联盟。

图2.10中从虚拟企业到人员是分层结构，其中虚拟企业、外部项目组、内部项目组、基本组织元、人员都采用无实际含义的标识作为代理主键，便于系统扩展。系统的需求会在发展中不断变化，变化的结果是类的属性、操作的增减和修改，代理主键是独立于业务规则的无实际含义的属性，因此变化很少影响到它，这样保证了系统基本结构的稳定性。人员分为工人和管理者，工人具有工种、技能等级、经验等属性和接受技术培训等操作，管理者具有学历、专业培训、知识等属性和接受再培训等操作。他们的专业技能（知识和经验）等属性可以作为组建BOU的依据，因此BOU到人员多对多的映射可表达以人或知识为中心的扁平组织关系。

虚拟企业含有代理主键（VE标识）、名称和负责人（主要由盟主企业有关项目负责人担任），并且有对应于VE建立、解散和变动的有关方法。同样，外部项目组、内部项目组、基本组织元、人员都具有类似结构，可以从中抽取一个超类作为它们共同的父类，子类可重载父类的方法与加入新属性和方法来实现自己特殊的业务规则，共同部分在父类已经实现，这样大大减少了代码且更易维护。UML可以很好地支持这种面向对象的设计方法。

2.5.4 资源视图

资源视图描述虚拟企业的资源分类、资源构成、资源结构、资源之间的联系及其与其他视图模型元素之间的联系等。资源视图的构成要素包括资源型对象、资源池对象和资源实体对象。资源型对象从资源分类的角度描述虚拟企业资源，可以嵌套定义，子资源型对象可以继承其父资源型对象的属性，从而构成虚拟企业的资源分类树。资源池对象从地理分布的角度描述虚拟企业资源，某一位置的所有同类资源构成一个该类型资源在该位置的资源池。资源实体对象描述虚拟企业的原子级的具体资源。

资源型和资源池表示了资源的分类和分布情况，资源实体表达了具体资源的特性和可用状态，它们与过程模型关系密切。在过程活动的开始、执行和结束阶段分别请求、占用和释放分布在不同地理位置的各种类型的资源。比如，资源得不到满足，活动将处于等待状态；活动执行将使资源池中的可用资源减少，因此当活动结束时，应立即释放资源供其他活动利用。各资源池中的可用资源的总和反映了虚拟企业的资源水平，通过合理分布资源可提高虚拟企业对机遇的反应速度和能力。

图2.11是伙伴选择与评估过程中涉及的实施描述层资源模型，它有人力资源、物力资源、资金和技术资源四个部分。其中，可用物料属于物力资源，它包括物料码、物料类型、可用数量等属性和增、删、改、拷贝（方便添加相似物料）、转换等方法。企业物料的可用数量在一定程度上反映了企业响应机遇产品的资源优势的大小。根据物料类型可建立资源分类树。

特种设备是产品所必需的特定加工设备，它包括设备号、状态、级别和可用工时。其中，状态表明设备的运行、故障、闲置和报废等情况；级别表示设备的重要程度，可用于粗略评估生产能力时产生主关键设备重要程度的缺省值，因为真正影响生产的主关键设备只有在精能力平衡后才能准确得出；可用工时表示设备的可利用程度。特种工具、特种夹具、特种量具和特种刀具具有和特种设备类似的性质。

人力资源通过特定工种和特定技能水平的员工的可用工时来描述对机遇产品的支持程度。良好的培训机制也是企业的人力资源的重要方面。技术资源和资金从技术资源和财力资源方面衡量企业对机遇产品的支持程度。

通过对各资源的综合评估可确定各企业对机遇的响应能力，从而确定虚拟企业的伙伴企业。以资源所属企业为单位可建立虚拟企业的资源池对象。

2.5.5 信息视图

信息视图从信息关系的角度对虚拟企业各子系统的数据结构特征进行细致的描述，它是数据库设计的基础，为数据库设计提供设计方案、数据结构等。信息视图主要进行逻辑数据库设计，经过进一步细化、优化和合并后可以生成物理的关系型数据库设计或面向对象的类设计。信息视图一般用类图表示，虚拟企业设计说明层中产品设计过程的部分信息模型如图2.12所示。

物料主文件是ERP系统物料管理的基础数据。产品物料清单（Bill of Material, BOM）描述机遇产品的结构，包括父项码、物料码、所属数量和制协关系等属性。物料主文件和BOM一般由盟主企业设计，它是动态联盟各伙伴企业共同遵守的标准。但在实际运作过程中，经常发生物料主文件不能完全统一的情况。各伙伴企业要建立相应的对照表，将本企业的物料码映射为虚拟企业的物料码，这种映射可能是多对多的关系，可能会产生大量借用件。为解决借用件的问题，我们引进了互换码，即根据一定的质量和成本互换规则，将物料分为互换组。根据互换码可方便地找到企业内部的相似物料，并根据互换标准优先借用企业现有物料进行生产，有效控制企业物料品种数迅速增长的趋势，有利于加速资金流转，缩短存货周期。另外，我们还进行了如下改进：①根据DFX[Design For X，并行工程的支持工具之一，表示面向X的设计，如面向装配的设计（Design For Assembly, DFA）、面向制造的设计（Design For Manufacturing, DFM）、面向性能的设计（Design For Compatibility, DFC）、面向方案的设计（Design For Variety, DFV）等]的思想引入了成组码以支持工艺设计；②建立了可扩展的物料分类体系，方便进行物料查询；③建立了物料与相应图档的关系，方便查询技术资料；④建立了物料与库存的联系，设计选用物料可参考该物料目前的物料状态（短缺、积压、占用等）。

为了满足产品系列化和变形设计的需要，我们将产品BOM分为两级，上级为模块BOM，下级为变形BOM。模块BOM是将产品目录中的新产品分解成企业现有的标准模块及其变形模块。如果需要设计全新模块，则全新模块可以作为标准模块。变形BOM是对分解后的变形模块进行变形设计。模块BOM只存储该产品与相应系列标准产品的差异，如模块数量的差值和新增变形模块的数量。变形BOM中只存储变形模块与其标准模块中原物料数量的差值和新增物料的数量。模块BOM和变形BOM使设计更加便捷。本书设计的模块BOM与主生产计划紧密相关，随着工作指令的完成，相关BOM可能被转入后备库中。标准产品和标准模块的结构是相对稳定的，而新产品和变形模块的结构是动态变化的，这种结构既有助于产品系列化，又能快速适应市场，灵活配置产品，满足客户个性化需求。目前企业模块化的趋势使得参考产品模块来进行虚拟企业伙伴的选择成为可能，产品的模块化程度也是企业设计水平的体现。

2.5.6 约束视图

约束视图表达了以上各视图之间和内部的约束关系，它并不独立存在，而是存在于各视图之中，由各视图映射生成。例如，过程视图中的每个过程或活动都要使用一定数量的资源，进行某种操作，这种关系可用资源—过程/活动矩阵描述，它是由过程视图映射而来的。组织视图中的每个组织对象都拥有资源对象，可以对其进行某种操作，这种联系可用组织—资源矩阵描述。组织对象在过程、功能、资源方面的能力用组织角色表示，而实际上所负的职责分别可用组织—过程/活动矩阵、组织—资源矩阵、组织—功能矩阵表示，这些矩阵由过程视图、资源视图、功能视图映射生成。

表2.3为资源—活动矩阵，它描述资源与过程之间的联系。过程视图中活动需要的资源必须属于资源视图中的资源类型，以形成对过程的资源约束。

约束视图在VEMM中表现为对象之间的关系，包括引用、条件、同步条等。它们随对象—包—模型图—视图分层组织，部分约束模型如图2.13所示。

2.5.7 价值链视图

价值链视图描述虚拟企业价值的流动、变换、增值过程及其与之相关的活动、资源的关系。过程（特别是制造系统的过程）不仅体现了物料的流动，而且体现了价值（如资金）的流动。通过对物料流的模拟和仿真可以发现资源的冲突和资源的枯竭等资源问题，由此对过程的优化提出要求和制约。通过对价值流的模拟和仿真可以发现虚拟企业中各企业使产品和服务增值的核心过程和一些不能使产品和服务增值的过程，有助于消除一切不增值环节，使虚拟企业价值链得到持续优化。

图2.14采用活动图表示了通过活动和资源，使产品在各阶段不断增值的过程。其中添加了部分图标（如活动和资源）来表达使价值增加的部分要素。