基于对象建模技术的事件驱动过程仿真技术研究.pdf

《基于对象建模技术的事件驱动过程仿真技术研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于对象建模技术的事件驱动过程仿真技术研究.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、基于对象建模技术的事件 驱动过程仿真技术研究 谢 毅 讲师 谢 毅 1 唐任仲 2 1. 杭州商学院计算机与信息工程学院, 杭州 , 310035 2. 浙江大学现代制造工程研究所, 杭州 , 310027 摘要 :应用离散事件方法建立事件驱动的过程仿真概念模型;提出一种由事 件驱动的过程仿真概念模型向基于对象建模技术的过程仿真模型的转换方法 ,从 而提高了仿真模型向计算机可执行程序转换的能力;提出过程仿真系统的体系结 构 ,并在此基础上开发了过程仿真系统,在实际中得到了初步应用。 关键词 :过程仿真 ;对象建模技术;离散事件仿真;过程建模 中图分类号:TP391.9 文章编号 :1004 1

2、32(2004)12 106904 Recarch on Event - driven ProcessSimulation Technology Based on OMT Xie Yi 1 TangRenzhong 2 1. HangzhouUniversity of Commerce, Hangzhou ,310035 2. ZhejiangUniversity, Hangzhou, 310027 Abstract : Event- drivenprocesssimulationconceptionm odelswerefirstly built by applyingdiscreteeve

3、ntap 2 proach. Then, the methodof transitionfrom event- drivenprocesssimulationconceptionmodelsto processsimula 2 tion m odels basedon OMT wasproposed, which enhancedmanipulationcapabilitiesof transitionfrom processsimu 2 lation modelsto executableprograms. Finally , processsimulationsystemarchitect

4、urewasproposedaccordingly, and the processsimulationsystemhasbeendevelopedandput into practice. Key words : processsimulation; OMT(object m odeling technology ) ; discreteevent simulation;processmod2 elling 收稿日期:20030827 基金项目:国家自然科学基金资助项目(70071029) ;浙江省科技 计划重点资助项目 (01110624 ) 0 引言 当前 ,很多企业实施过程管理或业务过

5、程重 组的成功率不高,主要是由于缺乏有效的分析评 价工具 1 ,2 。过程仿真能动态地模拟过程,描述 过程中各实体、 资 源 的 动 态 和 随 机 行 为 ,进 行 “what if” 分析 2 。因此 ,通过仿真能够获取过程 的动态特性,研究各种不确定性因素对过程的影 响 ,分析过程的性能、 瓶颈 ,比较过程设计方案的 优劣 ,从而为过程优化、 决策提供支持。然而 ,当 前在过程管理或 BPR中使用仿真技术仍然面临 很多困难 ,过程仿真作为一个独立的研究领域还 缺乏有效的理论和方法学的支持 1 。 离散事件系统仿真是一种动态建模方法学, 其中系统物理状态的改变是由一系列离散事件来 代表的

6、。首先 ,相对于IDEF、 ChartFlow等静态建 模方法 ,它是动态的,能支持仿真;其次 ,相对于现 有的一些能支持仿真的动态建模方法如基于角色 的方法 、 基于 Petri 网的方法和基于扩展事件驱动 链的方法等,它又具有很强的过程描述能力,很适 合于较复杂过程的仿真建模分析,是一种比较理 想的方法 3 。但它在可操作性方面比较差,特别 是在从仿真概念模型向计算机仿真模型/ 程序的 转换方面不是很容易。 事件驱动法是离散事件系统仿真中一种处理 方式 ,指在仿真过程中,通过事件的产生、 处理与撤 销来推动整个仿真过程的进行 4 ,是一种面向事件 的仿真方法。对象建模技术(object m

7、 odeling tech2 nology,OMT ) 是围绕真实世界的概念来建立模型的 一种软件开发方法,主要用对象模型来描述系统。 OMT把系统看作有相互作用的对象组成,把属性和 行为合并在一个单一的对象中,具有封装性、 继承 性、 多态性、 动态编联等特点。应用 OMT 来实现事 件驱动的过程仿真概念模型向计算机仿真模型的 转换 ,易于操作 ,提高了计算机仿真模型的转换能 力、 可理解性、可扩充性和模块化,并且便于实现仿 真与计算机图形和人工智能的结合。 ?9601? 基于对象建模技术的事件驱动过程仿真技术研究 谢 毅 唐任仲 s = r1r2rkr 1r 2 r orA1(x11,11

8、)rA2(x21,21)rA l (xl1,l1) SR1SR 2 SR q 1112 l1(A1,11) (A1,21)(A1,q1) (x 12,12) ( x 22,22) ( x l2,l2)1222 l2 (A 2,12 ) (A 2,22) (A 2,q2) ( x1l,1l)(x2 l,2l)( xll,ll)1l2l ll(Al, 1l)( Al,2l)(Al,ql) 式中, ri、r i和 rAi分别为动态实体、 一次性资源 、 活动的采样种子数;ij为动态实体xij还需活动处理的时间; SRi为资源Ri 的可用数量;i1,i2,il为等待活动Ai处理的动态实体; ij 为活

9、动Ai申请资源Rj但未得到使用的次数。 如何把离散事件方法和OMT技术有效集成, 应用于过程仿真建模已成为一个新的研究方 向 5 ,本文对此展开研究。 1 事件驱动的过程仿真建模 所谓过程,是一系列定义好了的一些活动 ,这 些活动可以在一定的约束条件下,通过使用一定 的资源将任何形式的输入转换成输出(商品 、 信息 或服务 ) 6 。实质上就是对输入的任何形式的实 体 (包括有形的和无形的实体) 的处理 、 服务 。过 程仿真概念模型就是在确定仿真机制后,通过对 实际过程的观测和检测,在忽略次要因素及不可 检测变量的基础上对过程进行描述、 抽象 ,其实质 就是要确定过程的结构、 成分 ,以及对

10、它们的一些 基本属性 、 相互之间的关系进行具体的描述。事 件驱动的过程仿真概念模型可使用离散事件方法 中的非形式化语言来描述。 1. 1 成分、 事件的定义 成分对应于过程中的实体,用于构造过程仿 真概念模型的各个部分。根据它在模型中的作 用 ,又可分为两大类: (1) 主动成分 动态实体 (过程处理或服务的 对象 ,如订单处理过程中的客户订单 ) ,一次性 资源 。 (2) 被动成分 永久性资源及与其相应的活 动队列 、 活动及与其相应的动态实体队列、 一次性 资源队列 (缓冲池 ) 及与其相应的活动队列。 事件驱动过程仿真的关键是对导致过程状态 发生变化的事件的定义和处理。由于只有主动成

11、 分才能对过程施加作用 ,改变过程状态,所以可以 根据描述的主动成分来划分定义事件,由此过程 仿真模型中的事件可分为两大类:动态实体事件 和一次性资源事件。 1. 2 描述变量 过程模型的变量可用成分、 事件的属性来描 述 。过程模型的状态也就是主动型成分和被动型 成分的叉积 。成分 、 事件的状态完全可由其属性 来确定 ,如对于动态实体事件,当仿真钟时间小于 就绪时间则表明其处于策划状态,仿真钟时间大 于就绪时间且小于完成时间则表明其处于等待状 态 ,当仿真钟时间大于完成时间则表明其处于完 成状态 。成分 、 事件的属性 、 状态见表 1。 表1 成分 、 事件属性和状态 属 性状态 动态实

12、体 类型、 批号、 数量分布、到达时 间分布、 到达及离开活动的时间 序列 等待 活动 处理、 正在接 受活动处理 永久性资源 可用数量 忙或闲 活动 执行活动需要的资源、 执行活 动所需的时间、 开始事件序列、 结束事件序列 处于 活动 状态或闲 动态实体 到达事件 事件标识符、实体名称、就绪 时间、 完成时间、 标志位、 概率 策划、等待 (等待资源或 等待 事 件)、 完成 一次性资源 到达事件 事件标识符、 一次性资源批 号、 到达时间、数量 策划、 完成 动态实体 队列 队长、排队规则、处于排队等 待动态实体成员 空或非空 活动队列 队长、排队规则、处于排队等 待活动成员 空或非空

13、一次性资源 类型、 批号、 到达时间分布、到 达数量分布 一次性资源 缓冲池 可用数量 空或非空 以上列举的是过程仿真概念模型中必须描述 的成分 、 事件的基本属性,对于一个具体的实际过 程 ,根据需要仿真概念模型中可以增加除了上面 列出之外的其他属性,如当要利用仿真估计处理 一个动态实体需要的成本时,在活动或资源中必 须提供成本这个属性及相应的统计计算方法。 1.3 成分间的相互关系 对每个主动型实体,其相关事件发生后,只是 它的被影响量的状态发生变化。这样 ,此时的过 程状态转移函数就是要描述相关的被影响量的状 态变化 。对于一个实际过程,各个成分之间的静 态关系 ,如各个活动间的逻辑关系

14、可用IDEF3 描 述 ,资源的调用关系及数量可用二维矩阵Anm 来描述 。 其中元素aij表示活动Ai使用资源Rj的数 量 。 对于动态关系,可通过过程状态集及其转移关 系来描述 。 设有 k类动态实体, l个活动,使用q种 资源(其中一次性资源有o种 ) , 则过程模型的典 型状态集为 ?0701? 中国机械工程第15卷第12期2004年6月下半月 则根据当前的状态集s结合过程模型中相关成分 的静态关系很容易得出下一过程模型的状态集 s(详见文献7 ) 。 2 基于OMT的过程仿真建模 从上节可知,形成事件驱动的过程仿真概念 模型主要从以下几点考虑: (1) 组 成 描 述 构 成 过 程

15、 的 成 分 、 事 件 的 定义 。 (2) 变量描述 过程中各成分 、 事件的属性、 状态描述 。 (3)各成分 、 事件间的相互关系描述 说明过 程的成分 、 事件之间的关系以及描述过程成分、 事 件的变量之间是如何相互影响的。 由此 ,结合对象建模技术可知:过程仿真概念 模型中的组成成分、 事件可由对象进行描述 ;变量 可由对象的属性来描述;成分 、 事件间的相互关系 可由对象间的实例关联和消息关联进行描述。 根据以上的研究,利用对象建模技术,很容易 由事件驱动的过程仿真概念模型建立过程仿真系 统的对象模型及动态模型。 用 UML 描述的对象模型见图1 ,其中 ,直线 图1 过程仿真系

16、统的对象模型 表示实例关联,带空心箭头的连线表示分类/ 继承 关系 ,带实心箭头的连线表示对象/ 成分间存在着 消息关联,带实心菱形的连线表示复合关系,即一 个事件表对象是由多个事件对象组成。在过程仿 真系统的对象模型中,如存在着消息关联则一定 存在着实例关联。为了方便对事件的管理,相对 于事件驱动的过程仿真概念模型,在对象模型中 构造了一个新对象 事件表 。同时为了提高仿 真系统的实用性,在一些对象中增加了一些属性, 如动态实体 、 活动的优先级、 活动资源的成本等。 OMT中的动态模型用对象的状态图来描述。 图2 事件对象生命周期状态模型 由于在事件驱动的过程仿真概念模型中 ,活动、 资

17、源、 动态实体、队列 等对象只有两个状 态 ,比较简单,可以 不 用 状 态 图 来 描 述 ;而对于具有多 个 状 态 的 事 件 对 象 ,用 UML 描述的 状态图见图2。其 ?1701? 基于对象建模技术的事件驱动过程仿真技术研究 谢 毅 唐任仲 中 ,策划表明此事件已安排,即事件已插入到事件 表中 ;等待事件表明此事件要触发的后继活动的其 他开始事件还没有全部策划或就绪(策划了但其发 生时间大于仿真模型当前的时间),还缺乏执行的 条件;等待资源表明此事件要触发的后继活动缺乏 执行该活动所需的资源;完成表明此事件要触发的 后继活动执行条件满足,该活动已执行。 3 过程仿真系统的体系结构

18、 根据事件驱动的过程仿真机制,以及对系统 进行功能分析,过程仿真系统主要应由仿真初始 化 、 仿真执行控制、 仿真结果统计分析等三大功能 模块组成,其体系结构见图 3。 图3 过程仿真系统体系结构 (1) 过程建模模块 提供一个G UI 的建模平 台 ,用户利用其提供的图形化建模元素(UOB、 流 、 资源 、 交 汇 点 、 动 态 实 体 等 ) 建 立 经 过 扩 展 的 IDEF3 过程模型 ,描述过程模型的静态逻辑关系。 双击所建模型中的每一个图形化建模元素,都会 弹出一个参数框,提示输入相关的参数。 (2) 初始化模块 调用模型解释模块和实验 框架模块初始化系统状态表及事件表、 创

19、建并初 始化动态实体、 事件 、 活动 、 资源实例 、 设置仿真初 始时间和结束时间。 (3) 模型解释模块 负责把图形化的建模元 素转换成仿真模型中的对象,如把 UOB转换成活 动 、 流转换成事件等。 (4) 实验框架模块 使用 G UI 界面接受用户 对试验方案的设定,如对仿真运行的统计参数、 运 行时间 、 模型中实体 / 成分的一些静态属性(如活 动的执行时间分布、 优先级以及实体到达时间分 布 、 实体优先级 、 资源日历 、 资源调用关系、 排队规 则等 ) 进行设置 。 (5)事件安排模块 扫描当前事件表,从中选 出下一最早发生事件。 (6) 随机数生成模块 在过程仿真中产生

20、服 从某一概率分布的随机数。 (7) 时间推进模块 把仿真钟推进到当前事 件发生的时刻。 (8)事件处理模块 执行当前事件,更新系统 状态表 ,产生新事件。此模块是整个仿真系统的 核心模块,它主要处理的两类事件的处理流程见 图 4、 图 5。 图4 动态实体处理流程图 图5 一次性资源事件处理流程图 (9)队列管理模块 负责按用户在实验框架 库中设定的排队规则结合知识库的一些规则 ,采 用相应的分配策略对等待使用资源的活动及等待 活动处理的动态实体进行选择调度。 (下转第1094页) ?2701? 中国机械工程第15卷第12期2004年6月下半月 图5 企业组织建模系统组织单元窗口 图6 企业

21、组织建模系统人员基本情况窗口 究的实用性。本文根据我国企业组织发展的现 状,提出了基于基本组织单元的金字塔型、 矩阵型 和动态网络型三种组织结构,基本涵盖了所有的 企业组织,适用范围较广。同时 ,应用面向对象技 术 ,探讨了一种适应企业系统动态、 静态特性 ,支 持企业组织重构并支持跨组织边界的虚拟企业的 组织建模方法,该方法具有良好的柔性和可扩展 性 ,对实现企业组织的优化管理具有重要意义。 参考文献: 1 范玉顺,曹军威,复杂系统的面向对象建模、 分析与 设计.北京:清华大学出版社,2000 2 Pooley R , Stevens P. Using UML Software Engine

22、ering with Objects and Components. MA ,Boston: Addison - Wesley , Reading,1999 3 Eriksson H E , Penker M. UML Toolkit.New York : Wi2 ley , 1998 4 范玉顺,王刚,高展.企业建模理论与方法学导论. 北京:清华大学出版社,2001 (编辑 苏卫国) 作者简介:周晓晔,女,1965年生。中国科学院沈阳自动化研究所 博士研究生,沈阳工业大学机械工程学院副教授,中国科学院研 究生分院博士研究生。主要研究方向为企业组织重构和组织建 模、 物流管理等。 发表论文20

23、余篇。王成恩,男,1964年生。中 国科学院沈阳自动化研究所研究员、博士研究生导师。罗焕佐 男,1963年生。 中国科学院沈阳自动化研究所副研究员。 (上接第1072页) (10) 仿真数据输出模块 按用户要求将仿真 结果数据保存到实验数据库中,或直接输出给统 计分析模块。 (11) 统计分析模块 按用户要求,结合知识 库中的规则对仿真数据进行统计分析,并将分析 结果保存到实验数据库中或直接显示给用户。 4 结论 集成 OMT和离散事件方法的仿真建模技术 不仅描述能力强,结构清晰,而且提高了过程仿真 概念模型向计算机可执行程序转换的能力,具有 较强的可操作性。在此基础上开发出的仿真系统 易于集

24、成和模块化。在本文研究的基础上,笔者 用 Delphi6 在 Windows平台上开发了过程仿真系 统 ,在某公司的订单处理过程管理中作为动态的 分析评价工具得到了实际应用,并取得了良好的 效果 。 参考文献: 1 Giaglis G, Paul R J ,Vlatka H.Integrating Simulation in Organizational Design S tudies.International Journal of In2 formation Management, 1999(19) :219236 2 Currie W , Hlupic V.Simulation Mode

25、lling : the Link be2 tween Change Management Paneceas. 2000 Winter Simu2 lation C onf. , Orlando , 2000 3 Tumay K. BusinessProcessSimulation.1996 Winter Sim2 ulation Conf. , New Jersey , 1996 4 王汉文,赵尔敦. 基于对象技术的计算机网络仿真 系统.电子工程师,2001 ,27(4) ,13 5 Nidumolu S R , Menon N M , Zeigler B P. Object - Ori2 e

26、nted Business ProcessModeling and Simulation : a Dis2 crete Event System SpecificationFramew ork.Simulation Practice and Theory, 1998(6) :533571 6 唐任仲, Mejabi O.过程管理技术.浙江大学学报 (工学版) , 2002 , 36(3) :256259 7 谢毅. 面向过程管理的过程仿真理论及支撑软件系 统研究:硕士学位论文.杭州:浙江大学,2003 (编辑 郭 伟) 作者简介:谢 毅,男,1975年生。杭州商学院计算机与信息工程 学院讲师。 研究方向为CIMS。唐任仲,男,1961年生。浙江大学 现代制造工程研究所教授、 博士研究生导师。 ?4901? 中国机械工程第15卷第12期2004年6月下半月