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基于独立队列的业务过程调度优化关键技术研究

作　者: 谢毅
导　师: 唐任仲
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 业务过程工作流独立队列调度优化执行优化建模仿真最优化生产技术排队论任务分配优化资源配置优化执行时间最大生产能力
分类号: TH186
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着以过程为中心(Process Centered)的各种先进制造/管理模式及过程意识信息系统(Process Aware Information System)的广泛应用,业务过程建模和优化已成为业界所关注的热点问题。本文结合国家自然科学基金(No.50675210)和省科技计划项目(No.2009C31036),对业务过程调度优化中的一些关键技术进行了研究。论文的主要工作如下：第一章是绪论。阐述了论文的研究背景,介绍了业务过程调度优化相关概念,阐述了论文研究的问题、对象和假设,对业务过程调度优化的相关研究现状进行了回顾,分析总结了其存在的主要问题,并在此基础上,提出了本文研究目标、意义、主要内容及论文的体系结构。第二章研究了面向调度执行的业务过程建模方法。基于WfMC定义的过程参考模型,分析了业务过程的调度执行模式,形式化业务过程模型,增加一些业务过程调度执行性能分析和优化所需的信息。基于结构化程序设计思想构建了确保业务过程模型具有正确良好逻辑结构的3个基本规则,并提出了相应的判断检验算法；定义了期望执行率以及给出了其计算方法。建立的面向调度执行的具有正确良好结构的结构化扩展业务过程模型为后续的业务过程调度优化研究奠定了基础。第三章研究了业务过程任务分配优化方法。根据第二章建立的结构化扩展业务过程模型,采用独立队列模式,基于最优化生产技术和M/Hr/1排队系统理论建立了业务过程最大生产能力和执行时间的计算方法,构建了任务分配优化的数学模型,设计了相应的求解算法,获得了面向生产能力最大化和执行时间最小化的过程任务随机分配优化方案,实现了基于全局的任务分配优化,然后设计了任务的动态再分配策略以改善基于独立队列的任务分配方法所固有的延迟调度缺点,最后进行了仿真实验,验证了提出的两种方法的有效性。同时在仿真实验中,针对建立业务过程仿真模型需要较高的技巧、仿真模型质量容易受建模者主观因素影响等问题,提出了一种基于GPSS的业务过程仿真模型的自动生成方法,减少了业务过程仿真建模的工作量、提高了业务过程仿真模型的质量。第四章进行了支撑软件系统开发和实例应用研究。首先进行了支撑软件系统的需求分析,分析设计了相应的数据库概念模型,提出了业务过程模型的相似性算法,建立了支撑软件系统的功能体系结构,设计了各功能模块实现的关键核心算法,实现了系统原型。然后,对锅炉制造企业的某型号燃煤式蒸汽锅炉的炉胆制造过程进行了实例应用研究,进一步验证本文提出的业务过程调度优化理论方法及其支撑软件系统的可操作性、可行性和有效性。第五章对论文进行了总结,指出了论文的创新点,并对未来研究工作进行了展望。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目次  10-12
1 绪论  12-27
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 业务过程调度优化概述  14-17
    1.2.1 基本概念和术语  14-16
    1.2.2 业务过程的分类  16-17
  1.3 研究的问题、对象与假设  17-19
  1.4 研究现状、发展趋势及存在的主要问题  19-24
    1.4.1 过程建模的国内外相关研究现状及发展趋势  19-21
    1.4.2 过程优化的国内外相关研究现状及发展趋势  21-23
    1.4.3 存在的主要问题  23-24
  1.5 研究目标、意义、内容及论文体系结构  24-26
    1.5.1 研究目标及意义  24
    1.5.2 研究内容  24-26
    1.5.3 论文体系结构  26
  1.6 本章小结  26-27
2 面向调度执行的结构化扩展业务过程模型  27-46
  2.1 引言  27
  2.2 业务过程调度执行的两种模式  27-30
    2.2.1 独立队列模式和共享队列模式  27-29
    2.2.2 两种模式的分析与比较  29-30
  2.3 基于独立队列的结构化扩展业务过程模型  30-45
    2.3.1 业务过程模型的扩展及其形式化  30-32
    2.3.2 业务过程模型中描述活动之间逻辑控制关系的四种基本模型结构  32-34
    2.3.3 结构化业务过程模型的构建规则及其检验算法  34-41
    2.3.4 期望执行率的定义及计算  41-45
  2.4 本章小结  45-46
3 基于独立队列的业务过程任务动态随机分配优化方法  46-79
  3.1 引言  46-47
  3.2 基于OPT思想的面向处理能力最大化的业务过程任务随机分配优化  47-51
    3.2.1 最优化生产技术(OPT)概述  47
    3.2.2 业务过程最大处理能力计算  47-49
    3.2.3 面向处理能力最大化的业务过程任务随机分配优化数学模型及其求解  49-51
  3.3 基于排队论的面向执行时间最小化的业务过程任务随机分配优化  51-60
    3.3.1 M/Hr/1排队系统  51-52
    3.3.2 基于M/Hr/1的业务过程执行时间计算  52-58
    3.3.3 面向执行时间最小化的业务过程任务随机分配优化数学模型及其求解  58-60
  3.4 业务过程任务动态再分配策略  60
  3.5 仿真实验  60-77
    3.5.1 仿真实验方案设计  61-64
    3.5.2 仿真实验中各种调度策略的任务分配方案求解  64-69
    3.5.3 仿真模型的自动生成  69-73
    3.5.4 仿真结果与分析  73-77
  3.6 本章小结  77-79
4 集成建模仿真的业务过程调度优化支撑软件系统开发和实例应用  79-108
  4.1 引言  79-80
  4.2 集成建模仿真的业务过程调度优化支撑软件系统开发  80-93
    4.2.1 需求分析  80-81
    4.2.2 数据分析设计  81-87
    4.2.3 功能分析设计  87-93
  4.3 实例应用  93-106
    4.3.1 实例应用背景  93-94
    4.3.2 炉胆制造过程建模  94-98
    4.3.3 基于独立队列的任务随机分配优化  98-105
    4.3.4 实例应用效果  105-106
  4.4 本章小结  106-108
5 总结与展望  108-111
  5.1 总结  108-109
  5.2 展望  109-111
参考文献  111-118
附录  118-126
攻读学位期间取得的科研成果  126-127

基于独立队列的业务过程调度优化关键技术研究

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