基于着色时间工作流网的产品数据管理系统的研究

摘要

产品数据管理（PDM）系统的功能是管理与产品设计相关的数据和过程。论文完成了基于J2EE平台的PDM系统的总体设计，给出PDM系统的三层体系结构、功能模型和数据库的总体方案设计，并对PDM中的工作流管理理论进行了深入研究。由于工作流管理不仅要管理活动与活动之间的关系和数据流向，还要对活动所需的资源、活动的访问权限以及对随工作流产生的设计对象的版本进行管理。论文还对基于工作流的文档管理、产品结构和文档的版本管理、权限控制管理的理论与应用进行了论述。
　　将着色时间 Petri网引入到工作流系统建模中，采用不固定时延定义着色时间 Petri网，通过工作引擎实现了工作流模型到着色时间工作流网模型的转换。通过可达图分析着色时间工作流网静态和动态性能，提出用可达图检验工作流中是否存在死锁和陷阱的判断定理。根据着色时间工作流网的触发规则，探讨工作流系统行为的仿真策略。以避免工作流产生溢出和各任务间的时间间隔最小为任务调度的最优目标，实现了工作流管理系统在时间层面上的任务调度，导出基本着色时间工作流网多任务调度的数学模型和整体运行时间的计算公式。论文以审批流程的着色时间工作流网模型中循环组件的或分支跳出并行流程为例，对提出的判断定理和任务调度方法进行验证。
　　在工作流建模和实现的基础上，对基于工作流的文档管理理论进行了研究。论述文档在工作流中从生成到归档的全过程，构建文档管理的状态图和文档操作的功能模型，探讨文档过程历史管理的实现方法。由于工作流的执行过程记录了文档的流转历史，利用数据库中存储的大量图文档的历史流程信息，采用基于回归分析的加权分配法对一项新设计任务在流程中各任务节点的工作时间进行预测和分配。根据任务规划遵循先紧后松的原则，导出工作进度正态分布参数μ、σ的取值规律，给出工作流及工作流各节点工作进度的计算方法。
　　基于版本管理在PDM流程管理系统中的关键作用，论述 PDM系统版本管理的功能和实现，以及六种版本状态随工作流程的变化历程。建立基于有向无环图的版本管理模型，阐述有向无环图版本模型信息在数据库、缓冲器和PDM系统工作存储器中的存储方式和转化原理。对版本管理过程中的版本遍历、版本一致性检验、版本删除、版本扩展、版本合并以及版本追踪等操作算法进行分析。由于建立版本模型的关键是构建基于版本的动态产品结构配置模型，建立了基于有向无环图的单个产品对象的版本管理模型，进而建立了产品结构配置中的版本管理模型。
　　针对企业对PDM权限管理的需求，通过PDM管理类，按照PDM系统的功能模块组织权限管理，实现了适合静态和动态两种人员组织方式的访问权限控制。论述了PDM管理类的继承方法和类操作的分配方式。通过分析权限操作之间的约束类型，探讨了类操作和角色之间的约束关系，给出权限授予规则和权限验证规则。通过面向类的访问控制集和面向对象的访问控制集，完成对一类数据对象和单个数据对象的多重权限设置。
　　最后，以哈尔滨电机厂有限责任公司的水轮发电机设计为应用背景，说明全文论述的理论和方法的实际应用。利用实际案例详细论证了工作流的建模过程，工作流各节点的时间预测与分配，以及多任务在工作流中的调度过程。给出随工作流产生的零部件和文档的有向无环图版本模型在数据库中的存储方式。建立了哈电机的权限管理模型，并论述了面向类和面向对象的数据权限授予和权限控制的实现方法。将文档管理系统应用于北京飞机维修工程有限公司（Ameco）的飞机发动机工作单管理中，实现了对Ameco发动机工作单、参考手册及其版本的管理。

目录

基于着色时间工作流网的产品数据管理系统的研究

RESEARCH ON THE SYSTEM OF PRODUCT DATA MANAGEMENT BASED ON COLORED TIMED WORKFLOW NET

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源与应用背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 PDM系统国内外研究现状和发展趋势

1.4 工作流管理及其国内外研究发展状况

1.4.1 工作流和工作流管理系统分析

1.4.2 工作流管理模型分析

1.4.3 基于Petri网的工作流管理模型分析

1.5 相关领域国内外研究现状和发展趋势

1.5.1 文档管理发展现状与分析

1.5.2 版本管理发展现状与分析

1.5.3 权限管理发展现状与分析

1.6 学位论文研究的主要内容

第2章 产品数据管理系统总体设计

2.1 PDM的体系结构与功能模型

2.1.1 PDM系统的体系结构与J2EE组件层次

2.1.2 PDM系统的功能树

2.2 PDM系统数据管理方式

2.2.1 类的划分和类模型设计

2.2.2 数据库系统设计与实现

2.3 PDM系统中的工作流技术

2.3.1 PDM系统的运行原理

2.3.2 基于着色时间工作流网的工作流管理

2.3.3 工作流技术和文档管理建模

2.4 权限管理与版本管理建模

2.4.1 系统安全和用户操作权限的管理

2.4.2 基于流程的版本管理

2.5 本章小结

第3章 着色时间工作流网的建立

3.1 着色时间工作流网

3.1.1 着色时间工作流网的定义

3.1.2 着色时间工作流网的相关概念定义

3.2 着色时间工作流网的建立

3.2.1 着色时间工作流网的约束条件

3.2.2 工作流模型向着色时间工作流网模型的转化

3.3 着色时间工作流网模型的性能分析

3.3.1 基于工作流引擎的冲突解决

3.3.2 死锁和陷阱问题的解决

3.3.3 工作流系统行为的仿真算法

3.4 着色时间工作流网的任务调度

3.4.1 任务调度的规则

3.4.2 多任务调度的时间约束分析

3.5 PDM系统中工作流管理的实现

3.5.1 工作流与过程管理体系结构

3.5.2 工作流管理模型的类结构

3.6 本章小结

第4章 文档的生命周期管理

4.1 系统空间分配与文档管理

系统空间分配与电子仓库

文档管理与电子仓库的关系

4.2 全局产品数据模型

产品结构化信息树

产品结构化信息树和文档的关联

4.3 文档的过程管理

文档过程管理模型的组成

文档在工作流中的传递过程

文档过程的历史管理

文档的操作管理

4.4 文档设计时间的预测与分配

4.4.1 文档设计时间预测与分配的基本思想

4.4.2 基于回归分析的设计节点时间估算

4.4.3 基于加权分配法的工作流各任务节点时间分配

4.4.4 时间预测与分配应用例子

4.5 本章小结

第5章 有向无环图版本模型

5.1 版本管理的基本原理

5.1.1 版本管理的基本功能

5.1.2 设计对象的版本版次模型

5.1.3 版本演变过程管理

5.2 有向无环图的版本模型

5.2.1 三种版本模型

5.2.2 有向无环图版本模型的其他定义

5.3 有向无环图版本模型的实现

5.3.1 有向无环图版本模型的数据库存储结构

5.3.2 数据库模型与有向无环图模型之间的转换

5.4 有向无环图版本模型的基本操作

5.4.1 有向无环图版本模型的遍历

5.4.2 有向无环图版本模型的一致性检验

5.4.3 合并弧的判别方法

5.4.4 版本演变过程求解

5.4.5 版本删除过程原理

5.5 版本模型在产品结构配置中的应用

5.5.1 单个产品对象的版本模型

5.5.2 产品结构配置中的版本模型

5.6 本章小结

第6章 PDM系统的权限控制管理

6.1 人员管理模型

6.1.1 权限管理对象

6.1.2 人员组织方式

6.2 访问权限控制模型

6.2.1 访问权限控制模型的定义

6.2.2 权限控制函数

6.2.3 权限约束类型

6.3 访问权限控制规则

6.3.1 权限授予规则

6.3.2 权限验证规则

6.4 权限控制的关键算法

6.5 权限管理的实现

6.6 本章小结

第7章 系统实现与应用

7.1 系统应用环境

7.1.1 水轮发电机设计案例分析

7.1.2 哈电机的文档分类

7.2 操作权限及其控制

7.2.1 哈电机角色划分

7.2.2 权限的授予和验证过程

7.3 工作流管理的实现

7.3.1 定义任务过程和编辑流程

7.3.2 工作流的执行

7.3.3 查询流程历史

7.4 基于工作流的版本管理实现

7.4.1 水轮发电机的产品结构树

7.4.2 产品结构配置版本模型在数据库存储方式

7.5 文档管理系统在Ameco的应用

7.5.1 飞机发动机部件的维修记录性文件

7.5.2 发动机工作单数据库表结构

7.5.3 维修记录文件的改版控制

7.5.4 发动机工作单管理系统的实现

7.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历