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      基于關(guān)鍵任務(wù)的軍事供應(yīng)鏈工作流建模與驗(yàn)證方法研究

      2020-06-21 15:05:36王洪達(dá)蔣麗華楊曼
      供應(yīng)鏈管理 2020年4期
      關(guān)鍵詞:軍事關(guān)鍵供應(yīng)鏈

      王洪達(dá) 蔣麗華 楊曼

      摘 要:為保證軍事供應(yīng)鏈能夠持續(xù)穩(wěn)健地運(yùn)行,其關(guān)鍵任務(wù)的正常運(yùn)行是非常重要的內(nèi)容。軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)是指軍事供應(yīng)鏈保障系統(tǒng)中的這樣一類任務(wù),在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不能發(fā)生中斷或失效,否則將對(duì)整體作戰(zhàn)保障產(chǎn)生重大影響,造成嚴(yán)重后果。其基本特征之一就是在有限執(zhí)行時(shí)間內(nèi),在保證所有最重要任務(wù)完成的前提下,盡可能多地完成其他關(guān)鍵任務(wù),最大限度地確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此,需要對(duì)軍事供應(yīng)鏈中的工作流(任務(wù)流)進(jìn)行有效的建模和驗(yàn)證。然而,目前的建模與驗(yàn)證方法大多只解決了確定性的工作流建模與驗(yàn)證,忽略了不確定因素(供應(yīng)商的不穩(wěn)定、緊急任務(wù)執(zhí)行的突發(fā)性等)對(duì)軍事供應(yīng)鏈的影響。因此,文章針對(duì)軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模與驗(yàn)證問(wèn)題展開(kāi)研究,以期提高軍事供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程的可信性和可靠性,實(shí)現(xiàn)在任務(wù)執(zhí)行周期內(nèi)提供持續(xù)可用的功能服務(wù)以及軍事供應(yīng)鏈的管理與優(yōu)化調(diào)度。

      關(guān) 鍵 詞:軍事供應(yīng)鏈;關(guān)鍵任務(wù);工作流;建模;驗(yàn)證

      一、 引言

      軍事供應(yīng)鏈?zhǔn)怯傻胤浇?jīng)營(yíng)實(shí)體經(jīng)由軍隊(duì)后勤單位、最終到部隊(duì)終端用戶的一個(gè)供應(yīng)鏈條。加強(qiáng)軍事供應(yīng)鏈的管理,是提升軍隊(duì)后勤保障和作戰(zhàn)能力的重要方面。在軍事供應(yīng)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中(尤其是戰(zhàn)時(shí))不能發(fā)生中斷或失效,否則將會(huì)導(dǎo)致作戰(zhàn)保障任務(wù)執(zhí)行失敗,造成嚴(yán)重的后果。為了保證軍事供應(yīng)鏈持續(xù)穩(wěn)健地運(yùn)行,其關(guān)鍵任務(wù)的正常運(yùn)行是非常重要的內(nèi)容。軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)是指軍事供應(yīng)鏈保障系統(tǒng)中的這樣一類任務(wù),在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不能發(fā)生中斷或失效,否則將對(duì)整體作戰(zhàn)保障產(chǎn)生重大影響,造成嚴(yán)重后果,其基本特征之一就是在有限執(zhí)行時(shí)間內(nèi),在保證所有最重要任務(wù)完成的前提下,盡可能多地完成其他關(guān)鍵任務(wù),最大限度地確保整個(gè)體系的正常運(yùn)行。軍事供應(yīng)鏈體系中有很多關(guān)鍵任務(wù),比如某軍港岸基食品保障流程中的領(lǐng)導(dǎo)審批、配備食品、食品運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。根據(jù)任務(wù)不同的重要程度可將系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)分為若干等級(jí),即第一關(guān)鍵任務(wù)、第二關(guān)鍵任務(wù)等。其中,第一關(guān)鍵任務(wù)是為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行必須執(zhí)行的最重要任務(wù),且系統(tǒng)中至少有一個(gè)第一關(guān)鍵任務(wù)。之所以需要對(duì)關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行等級(jí)劃分,是因?yàn)檐娛鹿?yīng)鏈體系存在時(shí)間緊迫、保障需求量突增的緊急情況。面對(duì)這樣一種情況,軍事供應(yīng)鏈體系對(duì)工作流運(yùn)行的時(shí)間約束提出了更嚴(yán)格的要求。

      本文主要針對(duì)以下兩個(gè)方面的要求進(jìn)行研究:一方面,要求整個(gè)工作流是在一定時(shí)間約束下進(jìn)行的,并且在截止時(shí)間之前確保軍事供應(yīng)鏈體系的第一關(guān)鍵任務(wù)準(zhǔn)確完成;另一方面,要求每一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)都要滿足自身的時(shí)間約束。面對(duì)不同等級(jí)的關(guān)鍵任務(wù),需對(duì)軍事供應(yīng)鏈體系的工作流進(jìn)行合理的建模與驗(yàn)證。工作流建模是對(duì)軍事供應(yīng)鏈體系的一種抽象表達(dá),也是其理論研究和實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。在軍事供應(yīng)鏈體系遭受破壞時(shí)如何保證現(xiàn)有關(guān)鍵任務(wù)持續(xù)、及時(shí)地完成是當(dāng)今軍事供應(yīng)鏈體系工作流需要研究的重要問(wèn)題。因此,為了確保軍事供應(yīng)鏈體系持續(xù)可靠地運(yùn)行,對(duì)工作流進(jìn)行建模和驗(yàn)證是兩個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。本文采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法進(jìn)行研究,基于軍事供應(yīng)鏈發(fā)展的現(xiàn)狀與需求,結(jié)合工作流的技術(shù)與方法,進(jìn)行相關(guān)建模與驗(yàn)證。

      二、軍事供應(yīng)鏈工作流建模與驗(yàn)證的研究現(xiàn)狀

      從業(yè)務(wù)流程的角度來(lái)看,軍事供應(yīng)鏈本質(zhì)上屬于工作流。因此,關(guān)于軍事供應(yīng)鏈的建模與驗(yàn)證實(shí)際上就是工作流的建模與驗(yàn)證。工作流技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代中期辦公和生產(chǎn)組織自動(dòng)化領(lǐng)域的研究。它是根據(jù)固定業(yè)務(wù)流程而提出的。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,工作流是通過(guò)將任務(wù)細(xì)化分解為更小的子任務(wù),并根據(jù)所給出的規(guī)則及過(guò)程來(lái)運(yùn)行,同時(shí)也可以對(duì)其任務(wù)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控[1]。隨著信息化水平的迅速發(fā)展,系統(tǒng)對(duì)其工作流建模技術(shù)的要求也在不斷地提高,自20世紀(jì)末以來(lái),國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)于工作流模型方法的研究一直非常關(guān)注。

      1998年,Geppert提出了將活動(dòng)實(shí)例和過(guò)程實(shí)例兩個(gè)元素運(yùn)用到工作流中[2],建立了具有動(dòng)態(tài)性的模型,并對(duì)工作流模型的動(dòng)態(tài)性展開(kāi)了全面的分析和研究。2000年,孫志瑞和史美林[3]試圖運(yùn)用XOR-Split和Choice-Merge等組織結(jié)構(gòu)將工作流程中的每一種可能路徑都描述出來(lái),并對(duì)其進(jìn)行定義。這一方法的缺點(diǎn)非常明顯,就是會(huì)導(dǎo)致整個(gè)模型變得非常龐大以至于讓人難以理解。除此之外,這一方法的前提是要知道模型中所有不確定因素后才可對(duì)流程進(jìn)行定義,而這一要求是不現(xiàn)實(shí)的。為了避免這一方法的局限性,陳曙等(2009)[4]提出了Black Box、Packet等概念,該方法將模型中無(wú)法確定的因素進(jìn)行封裝,減小了模型的規(guī)模,但新元素(如Packet)的引入也使得工作流模型更加復(fù)雜?;贏alst et al.[5]研究中的不足,Sadiq et al.[6]提出利用ER圖(entity relationship diagram)對(duì)工作流元模型進(jìn)行改進(jìn),并用形式化語(yǔ)言對(duì)模型進(jìn)行描述和動(dòng)態(tài)分析。近些年,研究人員對(duì)工作流建模方法有了新的見(jiàn)解。從2000年至今,越來(lái)越多的建模元素被應(yīng)用于工作流建模中,如進(jìn)程代數(shù)、Petri網(wǎng)、自動(dòng)機(jī),這些元素大大增加了工作流的建模效率,加強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外,為了提高工作流建模的可靠性,國(guó)內(nèi)外研究專家不斷地完善建模方法。當(dāng)前,較多有效可靠的工作流建模方法被提出,如簡(jiǎn)海青(2012)[7]對(duì)工作流元模型進(jìn)行深入分析并設(shè)計(jì)了工作流動(dòng)態(tài)修改的步驟。部分文獻(xiàn)提出了一種基于進(jìn)程代數(shù)的工作流建模方法[4,8]。柳楊(2017)、石少玲(2016)和陳莉萍(2016)提出了一種基于自動(dòng)機(jī)的工作流建模方法,并運(yùn)用實(shí)際案例對(duì)所提方法進(jìn)行驗(yàn)證[9-11]。單繼城等[12]提出了基于著色Petri網(wǎng)的混合工作流建模方法,并采用模塊聚合方式給出了混合工作流的層次CPN模型。除此之外,部分文獻(xiàn)分別針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景,提出了基于Petri網(wǎng)的工作流建模方法[13-17]。

      面對(duì)不確定環(huán)境下的工作流模型,對(duì)其進(jìn)行可靠性驗(yàn)證是將模型投入現(xiàn)實(shí)運(yùn)營(yíng)之前必不可少的一步。當(dāng)前,對(duì)信息化保障系統(tǒng)工作流模型進(jìn)行驗(yàn)證的研究還比較少,尤其是對(duì)所有可能模型的可靠性驗(yàn)證方法更是不存在。針對(duì)一些包含特殊結(jié)構(gòu)的工作流,2000年Sadiq et al.[18]提出將復(fù)雜龐大的工作流模型先化簡(jiǎn)后驗(yàn)證的方法,該方法利用總結(jié)歸納的五種化簡(jiǎn)規(guī)則對(duì)工作流的死鎖進(jìn)行了驗(yàn)證。在此研究基礎(chǔ)上,他們還提出了一種判定工作流模型結(jié)構(gòu)可靠性的方法。另外,針對(duì)Geppert[2]無(wú)法檢測(cè)出工作流模型中的沖突結(jié)構(gòu),Lin et al.[19]和宋寶燕等[20]分別提出了一種圖形規(guī)約的過(guò)程模型驗(yàn)證方法并對(duì)模型中的沖突結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。除了以上對(duì)圖形化簡(jiǎn)的驗(yàn)證方法外,Aalst 提出運(yùn)用Petri網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)工作流進(jìn)行建模并對(duì)模型的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。在文獻(xiàn)Verification of Workflow Nets中,他首次提出利用Petri網(wǎng)對(duì)模型進(jìn)行化簡(jiǎn),然后再對(duì)模型的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證,但文中只給出了簡(jiǎn)要步驟,并未能完全解決工作流的驗(yàn)證問(wèn)題[21]。在近些年的研究中,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)基于Petri網(wǎng)的工作流建模與驗(yàn)證方法進(jìn)行了深入的研究,比如周建濤等[22]提出用Petri網(wǎng)將工作流的過(guò)程語(yǔ)義進(jìn)行化簡(jiǎn)并驗(yàn)證;劉惠義等[23]將時(shí)間著色Petri網(wǎng)與圖規(guī)約法則相結(jié)合,提出了一種工作流驗(yàn)證方法;Wang et al. and Chang et al.運(yùn)用Petri網(wǎng)對(duì)模型的完整性進(jìn)行了系統(tǒng)的驗(yàn)證等[24-25]。

      三、軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模與驗(yàn)證方法研究框架

      本文主要對(duì)軍事供應(yīng)鏈體系業(yè)務(wù)保障流程關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模與驗(yàn)證方法進(jìn)行研究。建模與驗(yàn)證看似互相獨(dú)立,但實(shí)則兩者相輔相成。建模是驗(yàn)證的基礎(chǔ),而驗(yàn)證又是建模的保障,因此兩者有著密切的聯(lián)系。軍事供應(yīng)鏈體系的工作流建模是在高可信、高生存以及高可用的環(huán)境下運(yùn)行的,在有限的時(shí)間約束內(nèi),利用著色Petri網(wǎng),并將系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行等級(jí)分類,從而對(duì)軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的工作流進(jìn)行建模。在建模過(guò)程中為了避免模型有誤而產(chǎn)生巨大損失,需要對(duì)模型的特性進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。因此,本文對(duì)工作流模型的狀態(tài)空間、可調(diào)度性和時(shí)間約束的驗(yàn)證方法進(jìn)行了研究。

      本文的總體研究思路,如圖1所示。研究背景是在軍事供應(yīng)鏈體系下進(jìn)行的,主要研究?jī)?nèi)容為關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模與驗(yàn)證兩個(gè)方面。其中,工作流建模是基于著色Petri網(wǎng)和死路徑消除語(yǔ)義進(jìn)行的。另外,工作流驗(yàn)證是從以下方面進(jìn)行:首先,對(duì)模型的狀態(tài)空間和可調(diào)度性進(jìn)行驗(yàn)證;其次,對(duì)模型進(jìn)行時(shí)間約束驗(yàn)證,并且對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行了分析;最后,通過(guò)某軍事供應(yīng)鏈體系應(yīng)用案例,驗(yàn)證本文所提出方法的實(shí)用性和可靠性。

      (一)軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)工作流建模

      工作流技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其中,工作流建模是基于著色Petri網(wǎng)和死路徑消除語(yǔ)義進(jìn)行的。軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模技術(shù)也在不斷走向成熟,然而在工作流的建模過(guò)程存在著一些難點(diǎn)。軍事供應(yīng)鏈工作流復(fù)雜多變,如何利用工作流技術(shù)定義任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)、如何定義死路徑消除語(yǔ)義對(duì)于建模工作來(lái)講都是挑戰(zhàn)。

      結(jié)合以上所提出的問(wèn)題和要求,本文在前期已有工作的基礎(chǔ)上,提出一種死路徑消除語(yǔ)義下的軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)的工作流建模方法,運(yùn)用著色Petri網(wǎng)對(duì)所建立的死路徑消除語(yǔ)義轉(zhuǎn)化為普通“if-then-else”的規(guī)則進(jìn)行描述。其中,顏色集代表關(guān)鍵任務(wù)的重要性,并采用CPN-Tools工具將其形式化地展示出來(lái)。

      (二)軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)工作流狀態(tài)空間及可調(diào)度性驗(yàn)證方法研究

      軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)是一個(gè)具備高可信、高生存以及高可用等特性的系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)執(zhí)行時(shí)間都是有限且準(zhǔn)確的。如何在時(shí)間有限的情況下確保系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)持續(xù)、高效地完成,已成為亟待研究和解決的問(wèn)題。時(shí)間約束下軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)的可行性分析,也就是確保有限時(shí)間約束內(nèi)能夠完成任務(wù)的觸發(fā)問(wèn)題。換句話說(shuō),模型投入運(yùn)行前必須驗(yàn)證所有關(guān)鍵任務(wù)的狀態(tài)空間性質(zhì)和可調(diào)度性。

      工作流模型具有可調(diào)度性,是指模型中任意兩個(gè)變遷之間不存在潛在資源的沖突。對(duì)于定義的任意等級(jí)的關(guān)鍵任務(wù)而言,可以通過(guò)修正沖突活動(dòng)的時(shí)間約束以使得該工作流的不可調(diào)度活動(dòng)變成可調(diào)度活動(dòng),從而使該工作流可調(diào)度性良好。經(jīng)過(guò)調(diào)研分析,本文推薦使用時(shí)間約束Petri網(wǎng)來(lái)進(jìn)行建模。時(shí)間約束Petri網(wǎng)可以定義任意時(shí)間的活動(dòng),并進(jìn)行可調(diào)度性分析。因此,在框架中擬研究一種基于時(shí)間約束著色Petri網(wǎng)的軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的工作流可調(diào)度性驗(yàn)證及其修正策略。

      (三)軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)工作流時(shí)間約束驗(yàn)證方法研究

      隨著軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)對(duì)時(shí)間約束要求的不斷提高,時(shí)間約束下系統(tǒng)的建模問(wèn)題也日益成為研究焦點(diǎn),而系統(tǒng)的建模本質(zhì)上也是一個(gè)工作流過(guò)程的建模。為了使得工作流建模更加簡(jiǎn)潔明了,并解決時(shí)間驗(yàn)證這一問(wèn)題,本文運(yùn)用時(shí)間約束著色Petri網(wǎng)對(duì)軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)的工作流進(jìn)行時(shí)間約束下的建模與驗(yàn)證。

      目前,工作流所面臨的最重要的挑戰(zhàn)就是工作流的時(shí)間管理問(wèn)題,工作流管理系統(tǒng)(workflow management system,WFMS)針對(duì)這一問(wèn)題并未給出準(zhǔn)確的定義。但在實(shí)際案例應(yīng)用中,尤其是對(duì)運(yùn)行時(shí)間要求極其嚴(yán)格的軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)來(lái)說(shuō),其工作流的時(shí)間約束驗(yàn)證問(wèn)題顯得尤為重要。當(dāng)前,一些關(guān)于工作流的時(shí)間驗(yàn)證研究都集中在對(duì)于基本工作流的驗(yàn)證,很少考慮任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)工作流的時(shí)間驗(yàn)證問(wèn)題。雖然有些學(xué)者對(duì)于時(shí)間約束下的工作流過(guò)程進(jìn)行了幾種基本結(jié)構(gòu)下的時(shí)間驗(yàn)證分析,但這些并不能很好運(yùn)用在計(jì)算機(jī)運(yùn)行中。在近些年的研究中,很多學(xué)者將工作流程進(jìn)行建模和時(shí)間驗(yàn)證,但并未將兩者與最優(yōu)路徑的分析相結(jié)合。因此,本文的研究框架的第三點(diǎn)是在已有工作的基礎(chǔ)上利用著色時(shí)間Petri網(wǎng)的建模優(yōu)勢(shì),將其與任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)工作流相結(jié)合,運(yùn)用時(shí)間約束著色Petri網(wǎng)建模軍事供應(yīng)鏈任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng),對(duì)其工作流的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。基于此,建立適合基本結(jié)構(gòu)的時(shí)間驗(yàn)證規(guī)則,并在有限時(shí)間約束條件下研究最優(yōu)時(shí)間的分析策略。

      四、 結(jié)論

      軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)需要考慮各種不確定因素的影響,以滿足復(fù)雜多變環(huán)境下必須及時(shí)完成任務(wù)的需求。其中,系統(tǒng)中任務(wù)的可調(diào)度性是其運(yùn)行的前提因素。除此之外,軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的任務(wù)進(jìn)行時(shí)間約束,從而提高運(yùn)行效率。因此,在對(duì)任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)的工作流進(jìn)行建模后,為了保證軍事供應(yīng)鏈系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行,需要對(duì)工作流的基本性質(zhì)進(jìn)行充分的驗(yàn)證。本文系統(tǒng)地分析了現(xiàn)有軍事供應(yīng)鏈關(guān)鍵任務(wù)的研究現(xiàn)狀,并在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)完整的研究框架。

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