2.4 虚拟企业建模研究

虚拟企业模型应面向虚拟企业的全生命周期，以企业级的集成为基础，综合全面地反映虚拟企业过程、功能、信息、资源和组织多方面的内容，并应具备较好的动态性能。

2.4.1 虚拟企业建模体系结构

在参考CIM-OSA、ARIS等建模体系结构的基础上，建立VEM体系结构。它从不同角度对虚拟企业进行了描述，规定了虚拟企业建模的阶段、内容、任务和模型构件的基本框架，为虚拟企业的开发和实施提供理论指导和规范化的标准。

VEM体系结构是由生命周期维、视图模型维、通用程度维组成的一个三维的立方体结构（见图2.3），体系结构的每个侧面描述了企业建模关心的不同阶段、不同视图和不同建模构件的通用性程度。视图模型维包括组织视图、资源视图、信息视图、过程视图和功能视图，并以过程视图为中心双向扩展来逐步建立其他视图（各视图表达了模型的一部分，也称为视图模型。比如，过程视图可理解为过程模型）。生命周期维面向虚拟企业模型的生命周期，定义了需求定义、设计说明和实施描述三个层次。通用程度维根据VEM构件的通用性，分为通用层、部分通用层和专用层。

2.4.2 虚拟企业集成化多视图模型

基于VEM体系，结合虚拟企业的特点建立虚拟企业集成化多视图模型（见图2.4），它描述了各视图之间的联系，体现了企业外部的宏观集成与企业内部的中观与微观集成。三层集成模型由VEM体系的五个视图和两个辅助视图（约束视图和价值链视图）来进行描述。模型的上部为动态联盟的模型，下部为合作企业参与虚拟企业部分的模型，它是合作企业模型的提取与优化。

宏观集成是指参与动态联盟的外部项目组之间的集成。中观集成是指合作企业内部项目组之间的集成。微观集成是指合作企业内部基本组织元之间的集成。为了表达各视图之间的约束关系，我们引入了约束视图；为了表达各视图中元素对整个虚拟企业目标的贡献，我们引入了价值链视图。约束视图和价值链视图并不是独立的视图，它们是从其他视图中抽取有关信息形成面向特定目标的逻辑视图，物理上它们存在于其他视图之中。其中组织视图与资源视图的微观集成表示各基本组织元如何利用资源来执行过程，它反映了虚拟企业的体系结构（见图2.1）中各组成要素的相互关系。

2.4.3 虚拟企业建模方法

由于动态联盟是在不断变化的全球市场环境中形成的跨企业的动态组织，其相关影响因素很多，如市场机遇变化与竞争需求、产品实现过程与核心资源、企业伙伴与关系协调、企业动态组织方式、利益与风险的分配格局等。但虚拟企业的建立往往需要在很短的时间内快速完成，因此需要有一套专门的虚拟企业建模方法体系为动态联盟企业的组织与运营提供全过程的指导与参照。

2.4.3.1 虚拟企业建模方法体系

我们提出一种面向对象的集成化多视图虚拟企业建模方法VEMM（Virtual Enterprise Modeling Methodology, VEMM）。VEMM体系以模型管理体系为核心，辅以多视图模型、参考模型库及集成化计算机支撑环境，共同支持虚拟企业生命周期中的所有描述与建模工作，并通过外部接口实现与外部系统的无缝连接，其基本框架结构如图2.5所示。

1）多视图模型

VEM应从多个侧面描述动态联盟，避免单视图建模的信息缺乏问题。完整的虚拟企业模型应该包含动态联盟的过程、功能、信息、资源、组织等五个视图。各视图之间不是孤立的，它们应以过程视图为中心来控制其他视图，面向过程来定义所需的功能、资源、组织和信息。过程视图将引用组织视图和资源视图中定义的某些属性。

模型采用面向对象的分析和设计方法以及UML表达方法，尽量使模型具有统一、可重用性、可扩充性和易维护性等特点。

2）参考模型库

虚拟企业参考模型库是提高VEM效率的有效方法。应研究不同建模阶段、不同模型视图的基本构件形式，建立基本构件模型库，并以不同的行业为背景分别建立虚拟企业参考模型库。

3）模型管理体系

模型管理体系包括质量管理、可视化工具、模型分析、模型输出/导入、模型查询工具、语法语义定义、代码生成工具和逆向工程工具等。其中，质量管理对模型的语法正确性、一致性、完备性、RRS（Reconfigurable, Reusable, Scalable；可重构、可重用、可扩充）性能和文档完备性进行检测和评价，可视化工具将评价结果以图形或图表的形式输出，模型分析用以对模型进行可行性分析、敏捷性分析、风险利益分析和价值分析等，模型输出/导入功能可使模型间转换方便，模型查询工具可为参考模型的查询提供方便，语法语义定义通过扩展UML以支持VEM的特殊需求，代码生成工具和逆向工程工具则实现了模型到信息系统开发阶段代码框架的无损转换，并维护开发的信息系统与模型的一致性。

4）外部接口

通过定义和开发专用接口实现模型与外部系统的无缝连接。鉴于过程模型与WfMS工作流模型的相似性，可以将过程模型作为WfMS的工作流参考模型，甚至直接作为工作流模型。鉴于虚拟企业模型与ERP模型在很大程度上具有一致性，虚拟企业模型可直接作为ERP系统实施的指导或开发的基础。另外，虚拟企业模型中与产品有关的资源、组织和信息模型所生成的代码框架可以直接为PDM（Product Data Management，产品数据管理）所用。

5）集成化计算机支撑环境

为了进一步支持建模工作，需要采用集成化的计算机环境来予以支持。集成化的计算机支撑环境包括计算机建模与仿真工具、群体决策支持体系、计算机集成软件平台、Intranet/Internet网络、人机协同接口等。

2.4.3.2 虚拟企业建模过程

使用VEMM方法进行建模包括建模准备、需求定义、设计说明、实施描述和运行维护共五个阶段，其中需求定义、设计说明、实施描述阶段针对VEM体系中的需求定义、设计说明、实施描述三个层次进行建模。各阶段要完成的工作内容如下：

1）建模准备阶段

（1）对机遇产品的核心过程进行业务调查、现状分析，获取市场和用户需求信息。

（2）建立VEMM的集成化计算机支撑环境，满足虚拟企业异构环境下分布式建模的需求。选择合适的建模工具，针对VEM的特殊需求扩展UML语法、语义。

（2）为了提高建模的效率，根据虚拟企业的实际情况，利用模型查询工具寻找参考模型库内相应行业的参考模型。如有合适的参考模型，对其进行适应性修改；否则，创建全新的模型。

2）需求定义阶段

在需求定义阶段主要完成建立定义层模型，它描述过程、组织、功能、资源和信息的需求。所有这些视图表述的内容都将完全地反映在设计说明层的细化描述中。

（1）在获取需求并进行过程分析后，根据分析的结果抽取过程，用活动图（或顺序图、合作图）建立起过程模型。

根据设计者对过程的理解、对UML的运用技巧及喜好可采用不同的表达方式来描述过程。一般来讲，需求定义层过程模型采用活动图表达较为合适。

（2）根据过程完成的功能，采用用例图来建立功能模型。用例图中包含角色（可映射为组织视图要素）、用例和各用例间的关系，每个用例表达一个功能实体。

（3）针对每个用例，编写用例说明来描述功能内部活动的业务流程，主要用领域语言描述需求。

（4）如果用例内部存在并发行为或者流程比较复杂，则建立该用例的活动图。这里的活动图用来辅助说明用例，但也可以用来作为进一步过程分解的参考。

（5）根据功能模型中的角色确定组织模型。该阶段主要描述组织的需求。

（6）根据过程、功能和组织模型中涉及的信息和资源建立起资源模型和信息模型，主要表达机遇产品的资源需求和信息需求等。

3）设计说明阶段

在设计说明阶段主要完成设计说明层模型，它是整个建模环节的关键，以需求定义层模型为基础进行更为深入的建模。该层涉及过程内部细节的设计，需要伙伴企业更深入地参与，各模型分解的层次和细化的粒度以及建模的先后次序视具体情况而定。

（1）将需求定义层模型按企业功能分解为相对独立的子模型，采用模型输出（Export）功能将子模型分发给各合作企业。盟主企业负责本企业内部的建模和维护各伙伴企业子模型相互联系的部分。

（2）各企业根据子模型进行建模，并定期或不定期地更新盟主企业保留的模型关联部分，保持同盟主企业相关部分版本的一致性。

①过程模型：设计说明层的过程模型是对需求定义层的过程模型进行分解和设计。随着过程的细化，其所涉及的资源、组织和信息也越来越具体。过程分解的粒度要满足职责可述性，即在虚拟企业过程中，大量活动的结果是完成了某种功能，起了某种作用，造成了某种影响等。为建立适合虚拟企业的过程模型，可能会引起伙伴企业过程重组，这一阶段是动态联盟与伙伴企业互相设计、互相满足的过程，伙伴企业提供过程重组方案给动态联盟，以实现优化过程设计。根据分解的粒度，过程模型用活动图、顺序图和合作图表示。

②功能模型：设计说明层的功能模型是在需求定义层功能模型的基础上对其进行分解和设计，并对分解的各功能实体进行描述。每个功能实体需要一个或多个过程来实现。根据集成的需要，可用包图对功能实体进行划分而形成功能子系统。

③信息模型：信息模型是从信息集成的角度，对机遇产品实现所需求的信息及其传递与交换关系进行详细的设计与描述。在设计说明层阶段，信息实体的粒度视其他视图分解的粒度而定。信息模型可采用多种模型图表达，但一般以类图为主。

④资源模型：资源模型对需求定义层资源模型进行分解和设计。根据资源的类型建立资源分类树，根据资源的地理分布建立资源池。

⑤组织模型：设计说明层的组织视图是对需求定义层组织视图的分解和设计，用来描述组成动态联盟的ET—IT—BOU—人员组织结构及其相互联系。组织模型的设计可能会引起伙伴企业的组织重组，有效的组织重组可降低过程集成的难度。

⑥约束模型：根据需要抽取各视图之间的约束关系创建约束视图。

（3）各伙伴企业完成子模型设计后，盟主企业采用模型导入（Import）功能将子模型引入。

（4）对子模型进行联接优化，建立总的模型一览图，检查模型的正确性、完备性和一致性。

4）实施描述阶段

在实施描述阶段完成实施描述层模型，它是在设计说明层的基础上面向过程实施建立企业模型，其描述的粒度以能满足过程实施为宜。

（1）过程模型应描述到基本操作，建立其详细的顺序图或合作图。功能模型、资源模型、信息模型应描述到原子级实体对象，并将对象类分配到相应的构件图中以支持动态链接库和执行代码的生成。信息模型直接转化为可映射为各种数据库的中性文件。

（2）根据虚拟企业分布性和动态性特点，对其软、硬件和运行环境进行部署，建立配置图。

（3）模型仿真及实例化。将虚拟企业模型实例化，对其信息流、物流、价值流进行仿真优化，根据需要进行可行性分析、风险利益分析、敏捷性分析和价值分析，建立价值链视图。

5）运行维护阶段

（1）文档管理和版本控制，可借助相应的文档管理和版本控制软件来进行。

（2）从模型构件、对象和数据层对模型RRS性能进行评价，抽取通用部分丰富参考模型库。

（3）选择需要生成的面向对象语言，利用代码生成工具生成支持信息系统开发的代码框架。选择需要生成的数据库类型，利用代码生成工具生成支持信息系统开发的数据库。根据开发中的变动利用逆向工程工具更新原模型。

（4）定义并开发模型与外部系统的接口，完成模型与WfMS、PDM、ERP系统的无缝连接。

根据以上虚拟企业建模过程，可以给出VEM不同视图在主要阶段的描述内容和表达方法。VEM的三层次五视图描述的内容如表2.1所示。

VEM各视图的表达方法如表2.2所示，根据模型图的表达功能将其分为不同的功能域（邵维忠，1999）。