1.3 国内外研究现状与不足

1.3.1 研究的现状

近年来，国内外学者有关虚拟企业过程集成的研究内容和已取得的成就主要集中在以下几个方面。

1.3.1.1 虚拟企业过程建模方法的研究

建立虚拟企业过程模型是过程集成的前提和基础。好的过程建模方法不仅能使模型便于重用和扩展，降低过程集成的难度，而且能使模型直接用于虚拟企业信息系统的开发，降低虚拟企业信息系统的开发成本，缩短开发周期，提高开发的效率和质量，保证模型与实施的一致性。

1）IDEF3方法

IDEF3方法是IDEF方法（IDEF是ICAM Definition的简称，ICAM Definition后来称为Integration Definition Method，简称不变）中的一种，它能通过定义活动的顺序和关系来表达过程流。它有两种建模方式：过程流描述和对象状态转移描述。过程流描述作为获取、管理和显示以过程为中心的知识的主要工具，反映了事件与活动、参与事件的对象及其行为的约束关系。对象状态转移描述是获取、管理和显示以对象为中心的知识的基本工具，通过对象状态转移网络（Obj ect State Translation Network, OSTN）图来表示一个对象在多种状态间的演进过程（陈禹六，1999）。

2）Petri网方法

Petri网是德国的Carl Adam Petri在1962年提出，后来由Peterson加以阐述的一种图形化、数学化建模工具，它为描述具有并行、异步、分布和随机性等特征的过程流提供了强有力的手段。作为一种图形化工具，Petri网可以被看作是数据流图相似的通信辅助方法；作为一种数学化工具，它可以建立状态方程、代数方程和其他描述过程行为的数学模型。

3）RAD方法

角色活动图（Role Activity Diagram, RAD）方法的原型是由美国学者Holt等提出的，用以表述协同工作中存在的问题。随后RAD图形描述方法的语义和语法逐步发展完善，并应用在企业经营过程的建模和分析中。

RAD作为一种结构化过程建模技术，它强调角色间的相互作用和活动，以及与外部事件的连接，通过图形元素符号全面描述企业过程的主要特征（目标、角色、决策等）。

4）ePc方法

ePc图是ARIS（Architecture of Integrate Information System，集成信息系统架构）体系中的过程模型图（控制视图），它采用事件功能链图描述，其中集成了组织、功能、数据视图中的组织、功能和实体信息，如组织视图中的“组织”、功能视图中的“功能”、数据模型中的“实体”（祁国宁等，1996；林东豪，2000）。

5）DEM方法

DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）是Baan公司在实施ERP（Enterprise Resource Plan，企业资源计划）过程中提出的一种方法，它让用户用自己熟悉的方式，根据公司内部和外界环境的变化，最快、最好地建立公司的业务控制模型、业务功能模型和业务过程模型，节约时间、消除浪费、降低成本和提高效率，以期在无法预测的持续、快速变化的竞争环境中求得生存和发展。DEM方法的结构大致分为三个层次，即核心功能层Ⅰ、过程管理层Ⅱ和组织管理层Ⅲ。

6）OMT方法

OMT（Obj ect Modeling Technique，对象建模技术）方法是目前除UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）外最为成熟和实用的面向对象建模的方法之一，其采用面向对象的概念对系统进行分析和建模，通过定义对象属性和赋予对象操作来描述该对象的活动特点，然后再通过消息将对象内及对象与对象之间的关系反映出来。OMT的基本图形符号如表1.1所示。

OMT从三个方面对过程进行建模。三个模型分别是对象模型、动态模型和功能模型，每个模型从一个侧面反映过程的特性。

（1）对象模型：一个过程具有一个或多个属性和操作。属性描述过程的结构特征，体现过程的层次结构。操作描述过程的行为，表示在一定的业务规则指导与控制下，构成该过程的有关对象或子过程相关操作的协作活动。过程的对象模型描述其相对稳定的静态结构。

（2）动态模型：动态模型关心的是随着时间的变化，对象与对象之间关系的变化。对象与对象之间相互作用，导致它们的状态不断发生变化。过程的动态执行行为可抽象为过程的动态模型。

（3）功能模型：功能模型确定事件发生，事件是指一个对象对另一个对象的激励。动态模型决定什么时候、什么条件下发生，对象模型定位该事件发生在哪个对象上。功能模型反映的是系统模块的输入值和输出值。

以上方法各具特色，它们分别适用于不同的领域和不同过程的建模，但各种模型之间很难交流和转换，并且所建模型很难用于软件开发，这种情况严重阻碍了建模方法的进一步发展。UML的出现打破了这种局面，UML是吸收了OMT、Booch、Jacobson这三种面向对象建模方法的优点并集中了多个专家的经验而形成的成果。1997年11月，UML被国际对象管理组织（Obj ect Management Group, OMG）全体成员一致通过，并被采纳为标准。它得到了许多软件开发工具供应商的支持，若干企业建模领域专家宣布他们将使用UML进行以后的研究工作。UML的最终目标是在尽可能简单的同时能够对实际需要建立的系统的各个方面建模，在过程建模方面，它比现有的建模方法更好，能更全面地描述过程的特征。随着UML的进一步发展，它可能成为建模领域的通用语言（邵维忠等，1999）。

本书所提出的虚拟企业过程建模的方法也是一种面向对象建模的方法，该方法建立在UML基础上。因此，它能兼容以往面向对象建模方法的经验并具有更优异的性能。

1.3.1.2 经营过程重组

随着信息时代知识经济的来临，制造业开始从以量的扩张为主的粗放型生产经营方式转向以质的提高、创新为主的集约型生产经营方式，力求可持续发展。在这个过程中，每个行业、每个企业或每个部门的集约化经营只有通过不断地根据实际情况进行组织创新和经营重组才能实现。有关经营重组的研究在虚拟企业的过程集成中也得到了广泛的应用，特别是虚拟企业各伙伴企业（Partner Enterprise, PE）之间的过程集成领域。

经营过程重组（BPR）最早是由美国的Michael Hammer和Jame Champy提出的，并在20世纪90年代达到全盛。它强调以业务流程为改造对象和中心，以关心客户的需求和满意度为目标，对现有的业务流程进行根本的再思考和彻底的再设计。它利用先进的制造技术、信息技术以及现代化的管理手段最大限度地实现技术上的功能集成和管理上的职能集成，以打破传统的职能型组织结构，建立全新的过程型组织结构，从而实现企业经营在成本、质量、服务和速度等方面的巨大改善。BPR的重组模式是：以作业流程为中心，打破金字塔状的组织结构，使企业能适应信息社会的高效率和快节奏。它适合企业员工参与企业管理，有利于实现企业内部的有效沟通，具有较强的应变能力和较大的灵活性。

BPR关注的是企业的业务流程，一切重组工作都是围绕业务流程展开的。业务流程是指一组共同为顾客创造价值而又相互关联的活动，哈佛商学院教授Michael Porter将其描绘成一个价值链，指出竞争差异不是发生在企业与企业之间，而是发生在企业各自的价值链之间，只有对价值链各环节实行有效管理，才有可能真正获得市场竞争优势。

BPR在美国和欧洲都获得了巨大成功。1992年，IBM新总裁郭士纳就职后，通过对IBM这个“蓝色巨人”进行大规模的企业重组，在13个流程项目上一年就节省80亿美金。波音公司面临激烈的市场竞争，特别是欧洲空中客车的后起直追，深感压力巨大。为了提高自身的竞争能力，波音公司以简化和优化为出发点，开展了企业重组工程，并制订了三项目标：①降低成本，价格再下降25%；②加强质量控制，故障率再降低50%; ③提高客户满意度，逐步做到使客户100%满意。美国通用汽车公司通过企业重组，简化了烦琐的工作流程和臃肿的组织结构，结果大大降低了库存成本、管理成本和非生产性成本，取得了显著成效。

BPR只给出了重组的理论，缺少能指导、支持流程重新设计的方法和工具，因此在早期也遭受了严重的挫折。Michael Hammer和Jame Champy指出，约有70%的BPR项目失败或未达到预期效果。我国学者对BPR在中国企业中的应用进行了研究，黄丽华等（1997）研究了企业流程重组的实施方法和技术并进行了大量的实践。丛高等（1999）提出一种流程再造的方法：通过规范构成流程的基本单位活动，按照一定的方法构建活动描述数据库，然后利用活动之间的相关性从数据库中搜索、回溯新流程的可行方案，并根据效用函数值得到最优设计方案。潘文灏等（1999）就业务过程重组的内涵、认识误区、与信息技术的关系和实施中的问题与发展前景进行了探讨。

虚拟企业扩大了BPR的优化空间，也使BPR的形式更加灵活多样。在虚拟企业过程集成中，BPR从企业内部扩展到企业之间，其复杂性和风险也相应增加，企业的自治性和虚拟企业的时间性使BPR的约束也更严格，对所有过程进行BPR显然不可行，而且风险和代价都是巨大的。采用价值链方法确定关键的经营过程进行BPR是实用的解决方案，这也是本书提出的虚拟企业过程集成方法的基本思路。

1.3.1.3 工作流管理系统

由于过程集成的复杂性和市场的多变性，需要在虚拟企业各合作企业之间进行大量的协调管理和控制工作，BPR也需要把人工或自动任务集成到分布式IT（Information Technology，信息技术）环境中以提高绩效。因此，基于网络计算的工作流管理系统（Workflow Management System, WfMS）成为虚拟企业过程集成研究中的热点之一。WfMS可以把人工业务或异质环境中的自动应用系统集成到统一的业务过程中，并利用企业已有的计算设施，通过任务间的依赖关系，进行复杂的任务协同调度。为了实现不同工作流系统之间的信息交换和协作，工作流管理联盟（Workflow Management Coalition, WfMC）还定义了工作流参考模型。

在工作流技术研究中，比较著名的有IBM公司Almaden研究中心的Exotica，佐治亚大学计算机系的Meteor、WIDE以及Mentor等研究项目。Exotica是基于持久消息队列的分布式WfMS，它由许多具有自治能力的节点组成，每一个节点的运行都独立于其他节点，节点之间通过可靠的消息队列通知对方，避免了节点在过程运行中不断与服务器通信所造成的瓶颈，增强了系统的鲁棒性。Meteor是具有自适应能力的WfMS，它面向大规模的复杂工作流应用，能够在企业异构环境中正常运行，实现了任务的分布式调度。Meteor还提供了图形化建模工具和工作流中介语言（Workflow Intermediate Language, WIL）、公共对象请求代理体系结构（Common Obj ect Request Broker Architecture, CORBA）和Web的代码生成器。WIDE的主要目的是利用分布式数据库和主动数据库技术来提供先进的、面向应用的WfMS，它扩展了WfMC参考模型。Mentor为工作流模型的定义、执行和控制提供了一个中间件平台。近年来，WfMS的研究主要集中在以下几个方面：①更为灵活的过程模型，其方法是将过程定义延迟到运行时完成和用户参与；②面向对象，包括面向对象的实现方法和过程建模；③智能化，主要是通过实例学习完成业务过程的自动建模；④对同步协作的支持和对移动用户的支持；⑤基于Web的分布式体系结构。比较有影响力和代表性的工作流产品有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（范玉顺等，2000）。

近年来，国内WfMS的研究也在朝着支持分布式异构环境下过程集成的方向发展。清华大学史美林等（1999）开发了适合虚拟企业的工作流管理系统，即一个基于Web的WfMS。该系统实现了跨企业或机构的分布式应用，集成了数据库、目录服务、电子邮件和电话系统。刘铁铭等（2000）采用将工作流模型转化为集控Petri网的方法来实现企业过程集成的仿真。柴跃廷等（1999）设计了供应链式虚拟企业中的WfMS以支持敏捷供需链的优化运作。胡锦敏等（1999）提出一种支持系统重构、软件重用和规模可扩展的敏捷工作流系统以支持企业的动态联盟。

综上所述，WfMS为虚拟企业提供了理想的过程集成和执行工具，它可以通过灵活地改变工作流程来适应虚拟企业的过程重组。虚拟企业中的业务过程常常涉及分布在不同地理位置上的许多资源、工具和人员，虚拟企业环境下的WfMS必须具有如下特点才能支持分布式任务的协同和调度：

（1）必须支持分布、异构环境下的工作流管理体系；

（2）工作流执行的可靠性要求高，必须能管理活动之间的约束与冲突；

（3）具备良好的人机接口；

（4）工作流模型的描述能力要强，符合工作流参考模型。

基于Web和CORBA技术的分布WfMS逐渐成为当今构造虚拟企业WfMS的主流。Web作为客户端软件，具备简单、易操作的特点，可降低对用户端软件的培训难度。CORBA作为分布式计算的标准，为WfMS提供了一个分布式环境下的计算平台。应用Web和CORBA技术实现工作流管理是一个有效的途径，这也是本书提出的工作流模型的实现方案。

1.3.1.4 虚拟企业过程集成的使能技术研究

在虚拟企业过程集成使能技术研究中比较重要的有敏捷制造使能技术战略（Technologies Enabling Agile Manufacturing, TEAM）计划、AAMRC（Americ Agile Manufacture Research Center，敏捷空间制造研究中心）计划、MT-AMRI（Machine Tool-Agile Manufacturing Research Institute，美国机床—敏捷制造研究学会）计划、Agile Forum（敏捷制造论坛）等。其中对TEAM计划的论述较为完整。为了在全球市场夺取统治地位，美国TEAM通过主要制造商、科研机构、政府组织之间的过程集成和协作，统一调配私营企业和联邦机构的资源优势，进行快速、灵活、有效的生产，加强美国企业在全球的竞争能力。TEAM主要包括五个领域：产品并行设计、虚拟制造、制造计划和控制、智能闭环过程和企业集成。其核心是提供关键使能技术和工具支持开放的、“即插即用”的系统标准和概念，这些使能技术和工具使虚拟企业过程集成能实现快速重构。

Robert H.Brown和Hannu Syntera在“Global Manufacturing in the 21st Century Final Report”中总结了支持虚拟企业过程集成的各种使能技术。其中主要包括：

（1）描述了全球制造环境下过程集成的信息控制和访问技术；

（2）描述了工程和产品集成体系框架，即分布式环境下，如何在设计和生产阶段进行过程集成以提高产品的可制造性；

（3）描述了扩展企业管理，重点讨论了如何在分布式环境下进行虚拟企业过程集成；

（4）描述了分布式环境产品模型和过程模型的集成技术；

（5）研究了支持过程集成的信息基础；

（6）建立虚拟企业通用理论框架来支持虚拟企业整个生命周期管理和企业级过程集成。

Alain Zarli等（1999）对过程集成的需求和用到的IT技术进行了研究。他们给出一个建立在分布式对象上的虚拟企业过程集成框架，通过CORBA和Java技术建立起可扩展的虚拟企业信息基础，并对企业数据库的多样性和应用软件的异构性进行了研究，指出支持虚拟企业过程集成的信息系统应能在Internet/Intranet环境下以Web方式安全可靠地运行，应足够灵活以适应快速变化的商业环境（陈庆新，1999）。

John Canter等基于电子商务和现代军事理论研究了虚拟企业过程集成。他们将整个虚拟企业的运作看作一个观察、定位、决策和行动的循环过程，并对这四个既相对独立又相互联系的过程的集成进行了详细讨论，给出了相应的实施工具。

Winter Green对虚拟企业过程集成中的数据交换进行了研究，利用基于CALS的EDI（Electronic Data Interchange，电子数据交换）来满足虚拟企业过程集成中的数据互操作和应用软件之间数据的无缝集成。

清华大学自动化系通过对企业活动本质特征的分析与抽象，将对象类、过程及系统模型作为基本构件，基于O-O（Obj ect Orient）方法研究了虚拟企业过程集成中的使能技术，给出了满足系统快速可重构性及适应性的解决方案，以Extranet/Intranet/Internet和OMG（Object Management Group，对象管理组织）的分布式对象技术CORBA作为信息与应用集成的平台，采用TCP/IP、IIOP（Internet Inter-ORB Protocol，网际ORB间协议）、EDI、KQML（Knowledge Query Manipulation Language，知识查询与操纵语言）等协议或标准进行通信与数据交换，采用浏览器作为人机接口（钱碧波，1999）。

1.3.1.5 支持虚拟企业过程集成的信息基础的研究

虚拟企业过程集成的关键在于合作伙伴之间是否存在敏捷的信息基础，并充分利用信息基础来改善合作伙伴之间的关系，从而降低成本，快速响应市场。目前比较著名且能有效支持过程集成的虚拟企业信息基础框架的研究有以下几种。

制造系统的敏捷基础框架（Aglie Instructure Manufacture System, AIMS）是美国国防部提出的第一个敏捷制造计划，其目标是利用先进的通信技术建立一个由制造商、供应商、顾客组成的敏捷电子网络（AIMSNet）。这个网络是开放的，任何企业都可在其上提供服务；这个网络是无缝隙的，通过它，企业从内部和外部获得服务没有任何区别。AIMS提供的服务有注册申请、供应商信息、资源和伙伴选择、合同和协议、虚拟企业运作支持、工作组合作支持等。利用这些服务可使生产循环（从概念设计到产品交付）中的主要阶段都实现自动化，使虚拟企业各伙伴企业的过程集成能够快速实现。

计算机辅助制造网络（Computer Aided Manufacturing Net, CAMNet）是美国国防部高级研究计划局（Advanced Research Proj ects Agency, ARPA）提供资助，通用电气公司研究与开发中心开发的。它主张以计算机为基础，利用高速计算机网络把企业集成在一起。参加产品开发的合作伙伴能够在网络上协调工作，摆脱距离、时间、平台和工具等因素的约束，获取重要的设计和制造信息（诸如CAD模型、生产工艺、制造仿真、最新的顾客要求等）。CAMNet开发出传递分布式制造信息和服务的使能器并将其包含在WWW服务器的工具箱内，其总体目标是将企业中各种以数据库、文本、图形和数据文件存储的分布信息通过使能器集成起来以供合作伙伴共享，这为虚拟企业各合作企业的过程集成提供了有力的支持。

美国企业网（Factory American Net, FAN）是《21世纪制造企业发展战略》研究报告中提出的一个概念，它试图通过发达的高速信息网络通信系统把美国的制造业联系在一起，这意味着联网的美国企业类似一个大的虚拟企业，大大提高了资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务和安全保密措施。例如，FAN在信息交换和共享基础上提供并行工程服务。这一目标已在美国政府资助的AIMS项目中开始执行。这个项目用AIMSNet来验证多公司合作时的供应链管理，转包加工和在异地进行产品及过程联合设计、开发等工作的可行性，能充分满足供应链式虚拟企业的过程集成的需要。

国内的有关研究主要有：高济等（1999）对虚拟企业的集成化信息基础进行了研究，将虚拟企业的建立过程抽象为代理（Agent）的能力组合，建立了基于Agent的虚拟企业集成框架及其开发环境，其中过程集成表现为Agent间的协作。姚健等（1999）对分布式虚拟制造系统的框架体系进行了研究，分析了分布式虚拟制造的两个核心功能——并发活动控制和分布式信息系统管理，这也是过程集成的核心问题。陈庆新等（1999）对虚拟车间的异地协同调度进行了研究，说明了基于互联网并具有多智能体系结构的网络信息系统是实现虚拟车间调度的基础，并针对项目驱动的虚拟车间进行了项目异地规划、异地作业计划协同编制、项目进程异地协同监控研究，为虚拟企业车间级过程集成奠定了基础。李伯虎等（1999）提出一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化智造模式——云制造。云制造融合现有信息化制造、云计算、物联网、语义Web、高性能计算等技术，能够为制造全生命周期过程提供可随时获取、按需使用、安全可靠、优质廉价的服务。2015年7月，李伯虎做了《智慧云制造（云制造2.0）——“互联网+制造业”的一种智造模式和手段》的报告，他指出：“标准化是经济社会发展的重要技术基础，在经济社会发展中发挥着服务创新和规范市场的重要作用。”

1.3.2 研究中的不足

虚拟企业过程集成因其复杂性、多企业参与性、组织动态性、联盟临时性等特点，研究涉及的内容和领域相当广泛。国内外对虚拟企业过程集成的研究尚处于初步阶段，在理论体系和实践应用上都不够成熟。总的来说，目前研究工作中存在着以下不足：

（1）虚拟企业过程建模的研究仅停留在理论上，不能将模型直接应用于虚拟企业信息系统的开发；对虚拟企业过程建模工具和方法的现实可行性估计不足，未充分利用现有企业建模领域的优秀成果和成熟的企业建模工具；没有典型的虚拟企业模型可供借鉴，缺乏对虚拟企业建模方法具体、深入的研究。

（2）虚拟企业过程集成缺乏系统的理论指导；缺乏虚拟企业过程集成和持续优化的方法，而这是虚拟企业保持不断增值的关键；对虚拟企业过程中的不增值活动缺乏有效的识别方法和全面的剖析，对虚拟企业过程集成的有关策略缺乏系统研究。

（3）虚拟企业过程集成中的项目管理研究比较少，而项目管理关系到过程实施的成败；缺乏对项目定义、分解、规划、执行、调度全过程的研究；没有将项目管理与工作流管理结合起来研究，而这二者的结合是提高过程实施可靠性、健壮性的关键。

（4）对虚拟企业过程集成中的智能化缺乏细致深入的研究，只注重信息的集成和流畅，不注重信息的采集、分析、处理和重用；缺乏对虚拟企业智能决策支持系统的研究，缺乏对虚拟企业智能平台的研究。

（5）虚拟企业集成框架的思想、方法、技术及应用等在深度和广度方面都存在不足，有必要根据各行业的特点建立虚拟企业领域框架来支持虚拟企业过程集成。国内对虚拟企业过程集成的信息基础缺乏全面深入的研究，没有形成产品化的虚拟企业平台。