（管理科学与工程专业论文）钢铁企业采购决策优化系统建模与实施.pdf

硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 摘要 通过信息化的手段优化钢铁企业的采购流程，规范他们的采购标准是一件必 要且迫切的事。本文旨在通过对采购决策系统内组织架构、功能关系、业务逻辑 等方面的具体描述，建立业务模型，找出关键问题，并解决问题，对业务流程进 行科学的再设计和实现，帮助钢铁企业在最短的时间作出最正确的决策，实行低 成本战略。 首先，本文简略论述了选择钢铁企业采购决策系统建模的意义，指出其特殊 性； 其次，对企业建模理论从方法论、模式和工具等方面进行了文献综述，整理 出研究现状； 接着，本文通过仔细研究列出了目前流行的几种建模方法和工具的优缺点和 适用范围，选择了g r a i 网作为本文的过程建模方法；论述了m d a 建模思想的 优越性，选择了基于这种方法论的建模工具j u s t e px 3 ； 再其次，经过详细的系统需求分析后，用选择的建模模式m d a 和建模工具 对某钢铁集团的采购决策系统进行了流程的优化、模型的设计和建立，并详细地 描述了系统的实施过程；对该建模工具的优缺点进行了适当的评论，总结了系统 实施的经验与教训； 最后，点出了本文的创新之处，并根据本文的实例对此类系统的流程设计和 建模方法等方面进行了展望，指出本文在这些方面的不足，以及今后的研究工作 重点。 关键词：钢铁企业；采购决策；流程优化；建模；m d a ；系统开发 a b s t r a c t o p t i m i z a t i o nt h ep r o c e s so fi r o na n ds t e e le n t e r p r i s eb ym e a n so fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n ds t a n d a r d i z i n gt h e i rp u r c h a s i n gi san e c e s s a r ya n du r g e n tm a t t e r i h i s p a p e ra i m sa te s t a b l i s h i n gt h eb u s i n e s sm o d e l ，i d e n t i f y i n gk e y i s s u e sa n ds o l v i n gt h e m ， a l s or e d e s i g n i n gt h ep r o c e s sf l o w , w i t ht h ed e s c r i b i n go fo r g a n i z a t i o n ，f u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i p sa n db u s i n e s sl o g i c ，i no r d e rt oh e l pt h o s ee n t e r p n s e sm a k et h em o s t c o r r e c td e c i s i o n si nt h es h o r t e s tp o s s i b l et i m ef o rt 1 1 ei m p l e m e n t a t i o no fl o w - c o s t 。s t r a f e g y f i r s t ，t h ep a p e rb r i e f l yd i s c u s s e st h es i g i l i f i c a n c eo f t h es e l e c t i o no fi r o na n ds t e e l p u r c h a s i n gd e c i s i o ns y s t e mm o d e l i n g ，a s w e l la st h ep a r t i c u l a r i t y ； s e c o n d , i tg i v e st h el i t e r a t u r er e v i e wf r o mt h em e t h o d o l o g y f o re n t e r p r i s e m o d e l i n gt h e o r y , m o d ea n dt o o l s ，s o r t i n go u tt h e r e s e a r c hs t a t u s ； 刀，馄t h i sp a p e rc h o o s e st h eg r a i n e ta st h ep r o c e s sm o d e l i n gm e t h o d ，a f t e rt h e s t u d y i n go fs e v e r a lp o p u l a rm o d e l i n gm e t h o d sa n d t o o l sf r o mt h e i ra d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e sa n ds c o p eo fa p p l i c a t i o n ；d i s c u s s e st h ea d v a n t a g e s o fm d am o d e l i n g ， t h e ns e l e e r sj u s t e px 3w h i c hb a s e do nt h i sm e t h o d o l o g yo fm o d e l i n g ； 1 1 1 i r d a f t e rad e t a i l e da n a l y s i so fs y s t e mr e q u i r e m e n t s ，w i t ht h ec h o i c eo ft h e m d am o d et h et o o l sx 3 ，t h i sp a p e rf i n i s h e st h ep r o c e s so p t i m i z a t i o n ，m o d e l i n go i - a i r o na n ds t e e lg r o u p sp u r c h a s i n gd e c i s i o n m a k i n gs y s t e m ，a n d d e s c r i b e st h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f t h es y s t e mi nd e t a i l s ；t h e nc o m m e n to nt h ea d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so f t h i sm o d e l i n gt o o la p p r o p r i a t e l y , s u m su pt h ee x p e n e n c e a n dl e s s o n s l e a r n e df r o mt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s ； f i n a l l ut h ea u t h o rp o i n t so u tt h ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e r , a n dr a i s e st h eo u t l o o k o f 也ed e s i g n i n go ft h i sk i n do f 町，s t e ma n dt h em o d e l i n go fi t ，a sw e l la st h ef u t u r e r e s e a r c hp r i o r i t i e sa c c o r d i n gt ot h ee x a m p l eu s e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：i r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s ；d e c i s i o no fp u r c h a s i n g ；o p t i m i z a t i o n o ft h e f l o w ；m o d e l i n g ；m d a ；s y s t e md e 、7 e l o p m e n t u 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 学位论文使用授权声明 日 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 日 硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 1 绪论 1 1 本文的选题意义 钢铁行业是中国经济的重要支柱产业，在经历了三四年疯狂增长之后，0 8 0 9 年钢铁行业遇到了前所未有的危机，一方面钢铁行业所存在的行业集中度低、生 产布局不合理、产品结构矛盾等问题非但没有得到解决，还一定程度上日趋严重； 另一方面，0 8 年上半年大宗国际原材料价格飞涨，钢铁企业大面积亏损，2 0 0 8 年，我国进口铁矿石平均到岸价每吨1 3 6 2 美元，每吨比上年增加了近4 8 美元。 全行业仅此一项多支付成本高达1 4 6 0 亿元，相当于全国钢铁企业全年利润的总 和。进入下半年，美国金融危机正在通过其与世界各国市场的关系网络和美元体 系向全球传导，这引发了自1 9 2 9 - - 1 9 3 3 年经济危机以来的最大的经济衰退危机。 由于美国是我国制造业最主要的产品出口市场，其经济衰退直接导致我国钢铁行 业出口型企业大量倒闭。资料显示，2 0 0 8 年我国生铁产量比上年减少7 4 4 9 万吨， 下降1 1 6 ，自产原矿增长2 0 7 4 的情况下，进口铁矿石还比上年增加6 0 5 6 4 1 万吨，增长1 5 8 l 。2 0 0 8 年我国铁矿石进口量大大超过实际需求，这不仅抬高 了进口价格，又使企业背上了高价原料高库存的沉重成本负担。上半年，我国焦 煤价格上涨了1 0 0 以上，废钢价格上涨了6 8 以上，铁矿料价格上涨了7 0 以 上；下半年以来，虽然各种原材料价格有所降低，但降幅滞后于钢材价格的大幅 下降。另外0 8 年钢铁工业完成固定资产投资3 2 4 0 亿元，相当于新增钢铁产能 5 0 0 0 万吨。这些新增产能已在0 9 年下半年集中释放【l 】。整个钢铁工业竞争加剧。 所以，钢铁企业的低成本战略逐渐凸显出了其重要性。 在成本方面，由于钢铁企业属于大物流的冶金行业，矿料和燃料成本及其成 份对于生铁成本影响非常大，其中矿料成本占到生铁总成本的6 0 左右。一般的 采购矿料分为国际市场合同采购和市场临时采购，因此在目前整个钢铁原材料市 场供不应求的环境下，大部分钢铁企业的市场临时采购数量不会在短期内减少， 从而使得矿料采购优化，即在矿料采购发生前能够对其进行全成本核算，选择更 适合的供应商和具有更高经济效益的矿料，对于低成本战略具有重要意义。同样 的道理也适用于燃料( 以煤为主) 的采购过程。据调查，目前国内钢铁企业在铁 矿料评估、焦煤评估及铁前配料业务中普遍由采购部门执行，通常采用单一的手 工管理方式，这样的管理方式有以下一些难以避免的劣势： 容易出错。笔误、填写不规范等等问题是经常出现在纸质材料中的错误， 而这些在重大决策活动中是不被允许的； 易被修改。对于手工填写的文件而言，修改是很方便的事，正因如此， 1 绪论硕士论文 在采购审批的流转中，较易发生恶意篡改，这点容易被不法分子利用以谋取个人 利益。 流程冗长。传统的管理方式下，由于没有时间、权限的限制，每一级的 审批、流转都可能因为各种原因而发生延误，甚至有时会造成顺序的混乱，对决 策的执行有一定的影响。 决策行为不够规范。由采购部一个部门“闭门造车 式的决策行为，其 结果必定不够考虑周全，与多个部门的沟通、协调才会使得决策活动更加规范和 有效。 决策方法不够科学。传统的决策过程通常由采购人员根据经验并结合现 实来完成，评价指标不够明确，难以实现，不易达到最优。 因此，通过计算机应用系统来实现决策的优化，可以适当地弥补上述的缺点： 用软件产品实现决策流程，决策过程会缩短时间，消除了手工方式中传递文件的 延误，也减少了传递方向的混乱：另外，经过流程的优化，决策的方法更加科学， 更能实现企业的目标，完成采购过程的各方面评估行为；多部门合作的决策过程， 便于严格控制采购审批活动，规范采购行为，完成利益协调，实现利益最大化。 本文旨在通过钢铁集团的实例，研究如何通过对采购过程及生产工艺数据 的分析建立适用于钢铁企业的采购决策系统，给管理层提供具有较高价值的采购 决策信息，从而有效降低生铁生产成本，支持低成本战略。而建模的过程正是对 该系统的分析、设计和改造过程，可以帮助系统开发人员更好地重用已有知识与 技能、理解业务流程，为再设计与规范化提供支持。因此，针对钢铁企业的采购 决策系统建模是一件很有必要性和创造性的工作。 1 2 文献综述 目前国内外关于采购管理的文献涉及专题非常广泛，如供应商评价选择、采 购成本控制等诸多方面，但关于钢铁企业采购过程中对物料质量的指标评价和计 算则少有接触，有少部分学者和相关领域的工作人员用数学方法建立了一些针对 物料质量的评价或计算模型，如：陆卫平( 2 0 0 5 ) 以通钢为实例，建立了铁精粉原 料供应优化模型，用遗传算法和线性规划来确定铁精粉的原料选择方案 2 1 武汉 烟草集团的陈孝文运用层次分析法在比质和比价的前提下进行多人多指标的综 合评价【3 1 ；桂卫华( 2 0 0 0 ) 将一种改进的遗传算法应用在了大型的冶金企业原料采 购中，以精矿中的品位和杂志含量为变量对采购策略进行了优化，由此证明可以 为企业节约大量的采购成本【4 j 。最近十年间，对于采购决策优化方面的研究比较 少，主要相关文献仅有两篇：姜继娇从提高顾客满意度( c s ) 的视角，研究了生态 供应链( e s c ) 环境下绿色采购决策优化问题，利用了两状态、时间离散的 2 硕士论文 钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 m a r k o v 链来描述c s 的动态转移过程，以赋值形式引入利润变量，建立了e s c 绿 色采购决策的随机优化模型【5 l ；刘铭等人通过对装备采购质量的分析，建立了装 备采购质量的层次结构图，然后使用层次分析法建立了装备采购的决策优化评估 模型【6 1 。 另一方面经济环境的飞速变化对现代企业提出了更高的要求，尤其是制造型 企业，无论是中小型企业还是跨国集团，都开始实施信息化，以求在网络技术和 信息技术的支持下，优化甚至重组企业的经营过程或组织结构，改进生产经营模 式，提高企业自身竞争力【7 l 。由于企业与信息系统建模在企业信息化过程中的重 要作用，国际上不同领域的研究人员，出于各自解决问题的背景和需要，开发了 大量的建模方法与建模技术，形成了大量的建模工具。其中，建模方法是人类对 客观世界和抽象事物本身及其联系的具体描述；企业建模方法是为了描述企业的 所征( 属性、功能、交互等) 而采取的途径、步骤和手段；而建模工具是建模语言 和建模方法的内在集成和具体表现方式，同时又是多种企业视图的集成机制，也 是不同使用者之间的信息共享方法【8 】。张晓明( 2 0 0 4 ) 在图1 1 中形象地展示了建 模方法、建模工具和建模语言这三者之间的关系【9 】： 各种活动结果 图i i 用于企业体系结构的工作模型 此外，随着已有建模方法学的成熟应用，出现了更多针对特定角度问题的建 模研究，如鲍震宇( 2 0 0 2 ) 从多方位分析了企业资源的内在结构，并应用面向对象 的方法完整而清晰地表达了企业资源视图中应包含的各种对象，在此基础上提出 了一种柔性的资源建模方法，它可以为企业建立独立、全面、可集成性良好的资 源模型，并实现了与过程模型灵活适当的耦合关系，从而可以切实支持过程模型 的执行【l o 】。目前，应用这种建模方法已初步开发了相应的软件工具集成化 3 1 绪论硕士论文 资源建模工具。徐宏斌( 2 0 0 8 ) 针对现有企业建模体系不能支持行业知识表达与知 识重用的问题，提出一个面向行业知识重用的多维度企业建模框架【l l 】。吴会波 ( 2 0 0 8 ) 提出了面向产品的动态统一企业建模方法，给出了它的多维实体模型体 系；阐述了以产品为核心、包含回收处理在内的生命周期建模思想和建模过程； 介绍了通过产品视图和信息实体的d 唯一性把企业的各个模型集成在一起的方 法。该建模方法适应以产品为核心、生命周期动态建模的企业经营需要【1 2 】。r u t h s a r aa g u i l a r - s a v e n ( 2 0 0 3 ) 描述并总结了业务过程建模的各种技术，将其按照使用 目的进行了分类【1 3 】。 1 3 本文的组织结构 基于上文阐述，本文的主要内容及框架结构如图1 2 所示： 4 硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 图1 2 学位论文体系结构 第二部分主要从建模工具、方法论等方面综述目前企业建模理论的研究现状 和发展趋势，然后比较现有各种建模方法和建模工具的适用性和优劣势，选择出 适合钢铁企业采购决策支持系统的建模方法( g r a i 格和g r a i 网) ： 为了进行企业模型到企业应用系统的转换，开发出合适的管理软件，本文比 较了几种常用的开发模式后，决定采用b m d ( b u s i n 鼯sm o d e ld r i v e n ) a p 业务模型 驱动模式，这是一种全新的管理软件架构和运行模式：选用相应的建模工具 5 1 绪论硕士论文 j u s t e px 3 来执行建模结果，以实现业务模型和系统实现技术上的分离，保证 管理软件的技术无关性，保证建模过程的“以业务为导向一，同时减少系统开发、 实施和维护的种种困难： 第三部分在进行详细的需求分析后，用g r a i 网来描述整个系统的决策流 程，以指导模型的多视图展示；第四部分进入到系统设计阶段，根据建模工具的 原理和g r a i 的过程分析结果，设计出模型的四个视图：数据视图、功能视图、 流程视图和组织视图；第五部分简述了建模完成之后的系统实施过程； 最后一部分总结本系统建模成果的优缺点，表明本文的研究意义，并展望未 来钢铁企业的建模发展趋势。 6 硕士论文 钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 2 建模理论和方法 2 1 企业建模理论 模型是实际对象或系统的抽象及简化表示，是抽取了服务于研究目标的对象的本 质特征，忽略或精简一些次要的非本质的影响因素后的对象表示法。之所以建立模型， 是因为在特定环境中，基于模型的研究比直接研究实物更有效、更准确，因此，建模 的目的不是单纯为了描述研究对象，不是模型越复杂越精确越好，而是要解决特定的 问题【1 4 1 。 2 1 1 企业建模的目的 企业和信息系统建模，需要在一定的标准体系中，从不同的角度抽象地描述企业 的专业领域、组织架构、功能职能关系、经营过秽业务逻辑、资源配置及其有效利用、 产品特征与产品的市场特性、信息架构等，同时也能够描述支持企业业务的信息系统 的应用领域、使用方法、度量手段、构造模式、程序逻辑等方面的信息，模拟企业运 行状况、凸显运行问题、支持各方面权益人对问题的分析、讨论和决策活动，其实质 就是对企业整体( 或其中某部分) 运作的再设计与改进的科学手段【1 5 】。 2 1 2 企业建模理论的发展现状 企业建模在发展之初是面向单一企业或是单一行业( 以制造业为主) 的活动，由多个 维度共同表现，后来逐渐拓宽了建模对象，丰富了各维度内容【1 6 1 。目前的研究力量主 要来自两方面：一是c i m ( s ) 和工业工程领域，这是传统的企业建模研究的先驱和基地， 二是来自软件工程、信息系统工程领域，由于其研究涉及到企业应用系统，适用范围 更广，对象更复杂，逐渐成为一支主力军。企业建模研究者从不同的视角提出了很多 的理论和方法，如得到比较广泛认同和不少实际应用的建模系列i d e f 家族，还有早就 为世人皆知b a a n 的“动态企业建模 r d e m ) ，s a p 支持的a r i s 体系等。从研究力 量来看，国内外关于企业建模的研究也逐年加强，在i e e e i e ee l e c t r o n i cl i b r a r y ( i e l ) 全文资料库中题名包含“e n t e r p r i s em o d e l i n g 的文献在1 9 9 4 1 9 9 9 年间有1 9 篇， 2 0 0 0 2 0 0 4 年间共有2 2 篇，2 0 0 5 2 0 0 9 年间则为1 3 4 篇【1 7 】。在中国期刊全文数据库中 搜索的结果见表2 1 。 7 2 建模理论和方法硕士论文 表2 1 关于“企业建模”的文献统计 检索词 检索项范围( 年)命中( 篇) 企业建模篇名关键词摘要 1 9 9 4 1 9 9 91 6 9 企业建模篇名关键词摘要 2 0 0 0 - 2 0 0 47 4 9 企业建模篇名关键词摘要2 0 0 5 2 0 0 91 3 4 合计 篇名关键词摘要 1 9 9 4 2 0 0 91 0 5 2 由于当前研究企业模型视角的广义性和表现形式的多样性，我们可以看出企业建 模的研究已经进入了“泛企业模型一研究的时代。所谓泛化，其主要特征及与企业 信息化的关系有如下两点： 企业模型研究的全方位和集成化( 企业集成建模) ：从传统的数据模型、功能模型、 以及流程模型三种核心的企业模型延伸到各种模型的集成，如加入组织模型、信息模 型、经济模型以及资源模型等； 企业模型研究的跨企业化( 虚拟企业建模) ：从单一企业向多企业、虚拟企业、 网 络企业以及供应链模型发展，如动态建模技术、流程建模技术等【l 引。 2 2 方法论 企业建模的目的是为了从不同角度、不同阶段、不同层次来理解、构建进而分析 所研究的系统，是一项系统工程，需要严密的方法论的知道，这就促成了体系结构的 出现。无论是建模工具还是建模方法，都没有绝对的优劣，它们的选用过程应该以体 系结构的描述为依据。体系结构是对系统中各部分的基本配置和连接的描述( 模型) 【1 9 1 。 在一个系统的信息化过程中，核心问题是系统集成，所以必须有“集成系统体系结构一 这样一套对系统全面进行分析和设计的工具，其主要涉及内容是系统的设计，简单地 说，它是“一组用以描述所研究系统的不同方面和不同开发阶段的、结构化的、多层 次的、多视图的模型和方法的集合，体现了对系统的整体描述和认识，为对系统的理 解、设计、开发和构建提供工具和方法论的指导。最早的体系结构由美国机械工程师 协会( s m e ) 于2 0 世纪8 0 年代中期提出，这是一种轮子形状的集成制造系统体系结构 ( c a s aw h e e l ) ，但其单纯从技术角度考虑问题较多，所描述的内容之间多为“互连 关系，严格意义上不算“集成 ；2 0 世纪8 0 年代后期，欧共体e s p r i t 计划的一个课 题组“c i m 开放系统体系结构提出了c i m o s a ，第一次在c i m 体系结构中包含了 组织和人的因素，而不再是单纯的技术集成。接着，法国的g r a i 实验室提出了g i m 方法，用以描述与分析生产管理系统，将整个企业看成是由决策子系统、物理子系统 和信息子系统组成，再加上全局性的功能视图。随后，该项目组参与了e s p r i t 的另一 个项目i m p a c s ，提出了基于g i m 的多视图多层次框架的i m p a c s 体系结构，发展了 三种较成熟的建模方法，即决策、功能和信息模型建模，更强调分系统之间的联系。 2 0 世纪8 0 年代末期，美国普渡大学的实用工业控制实验室在长期针对连续性工业生产 8 硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 实施c i m s 的基础上，提出了一套能同时适用于各种类型工业企业的参考体系结构， 成为普渡企业参考体系结构( p e r a ) 。德国a w s c h e e r 教授提出集成信息系统体系结构 ( a r t s ) ，并在此基础上开发了一套完整的a r i s 建模分析软件工具，将各个视图的信息 进行了有效的关联，并提供了基本的仿真分析手段，在我国的现代集成制造领域和企 业建模分析领域具有比较大的影响力。1 9 9 4 年，我国的陈禹六学者在c i m s 工程实践 的基础上，提出了针对中国企业实施c i m s 所采用的阶梯形体系结构( s l a ) ，由于其中 首次提出经济视图的概念，在国内外同行中产生了较好的反响和认可【2 0 1 。 2 3 建模方法和工具 由于企业与信息系统建模在企业工程和企业信息化过程中的重要作用，国际上不 同领域的研究人员，出于各自解决问题的背景和需要，开发了大量的建模方法与建模 技术，形成了大量的建模工具。建模工具是建模语言和建模方法的内在集成和具体表 现方式，同时又是多种企业视图的集成机制，也是不同使用者之间的信息共享方法。 在建模方法上，按照“结构影响过程 的思路，从自然特性考虑，大致应该分为三类， 即统一方法学( u n i f i e dm e t h o d o l o g y ) 、集成方法学( i n t e g r a t e dm e t h o d o l o g y ) 和系统方法学 ( s y s t e m a t i cm e t h o d o l o g y ) 。统一方法学指的是一系列的方法、工具在形式上的统一，它 们只是简单的组合在一起，但在内部构成上没有紧密的相互关联。如m i c r o s o f t 公司开 发的v i s u a ls t u d i o6 o ( 企业版) ，它是一个很出色的开发包，包含了v i s u a lc + + 、v i s u a l b a s i c 、s u a lf o x p r o 、v i s u a lj + + 以及v i s u a li n t e r d e v 等一系列可视化软件开发工具。 然而，这些工具之间并没有相互转换方式，事实上，也没有这个必要，它们的并存丝 毫不会影响到人们对开发工具的选用；“集成的( i n t e g r a t e d ) 贝j 意味着各个组成体之间 具有相互转化的机制。集成方法学是指所组成的一系列语言、方法、技术和工具之间， 其信息具有相互转化和共享的方式。如典型的办公自动化工具m i c r o s o t 瞪0 伍c e2 0 0 0 ， 它包含了w o r d 、o u t l o o k 、p o w e r p o i n t 、a c c e s s 、e x c e l 和f r o n t p a g e ，它们之间通过剪 贴板这个共享空间，绝大多数信息可以在这些工具之间共享和相互转换。“系统的 ( s y s t e m a t i c ) 意味着内在的、有机的一体。它的内部构成有整体性、自然性，如同分形 几何的原理，其中的个体如果脱离整体便不能发挥应有的作用。因此，系统方法学是 指其内部构成是内在的、自然的，它是作为一个整体而工作，个体不能脱离整体而发 挥作用。从上述定义来看，可把大多数的企业建模方法学归类于前两者，系统方法学 则比较少见，并不完善。g r a i 实验室提出的g i m 方法和i d e f 系列方法和美国d e n e b 公司提出的k e y 方法学都是典型的统一方法学，它们均包含一些相互独立的方法的组 合；而a r i s 方法学( 包括a r i se a s yd e s i g n ，a r i st o o l s e t ，a r i sf o rr 3 ，a r i sa b c 等) 和加拿大i n t e r f a c i n g 公司的开发的f i r s t s t e p 方法学和基于智能体的方法则属于集成方 法学【2 1 1 。目前在领域内最有影响力、使用最广泛的两个建模方法族是i d e f 系列建模方 9 2 建模理论和方法 硕士论文 法和统一建模语言( u m l ) 。从建模对象的角度，可以分为面向功能的( 如i d e f 0 ) 、面向 数据的( 如i d e f l 均、面向过程的( 如i d e f 3 、g r a i 和a r i s 等) 以及面向对象( 如i d e f 4 和u m l 等) 的建模分析【2 2 1 。 2 4 建模发展趋势 2 4 1 新的建模模式基于语义的发展 随着信息技术的不断发展，基于语义的软件开发方式逐渐成为研究热点，并大有 成为主流的趋势，上文提到的j u s t e px 5 便是这种基于语义的开发方式。所谓“基于语 义的软件开发一，简单来讲，就是通过“应用语义 的“术语来开发应用软件，而不 是通过“编码( 程序) 来开发应用软件，只要按照软件特征的应用需求填写“应用 语义术语”，所要求的应用软件就会自动产生了。这种模式继承了众多开发技术的优势， 在信息系统软件的结构、组成、内容、方法等各方面都有全新的面貌，因此目前应用 广泛。它最大的特点是： 1 ) 编码少 语义开发管理系统提供“全动态语义开发 和“无编码语义开发 新模式， 是软件开发技术的一次革命和创新。它的基本原理是用“语义开发管理系统 本身的 复杂性来“换取 用户语义开发的简单和容易。它的语义开发管理系统接收用户描述 的需求语义，并进行解释、管理，同时使其转换成为用户所需要的应用软件系统。语 义开发管理系统为用户提供了非常友好、易学易用、结构化和动态的用户语义接口， 而一切复杂的任务均由语义开发管理系统来承担。这样，用户在无编码动态状态下， 在用户语义接口规范里填写语义术语，语义开发管理系统即可生产出一个你所要求的 应用软件，而用户不必深入了解“应用程序设计和编码实现 的过程，可将精力专注 于自己对业务知识的研究，以提高自己的业务管理水平。用如此方法进行的信息系统 软件开发就进一步地简化为：“仅仅对语义部件进行无编码动态的语义开发，并以此 贯穿于软件“实施、维护、二次开发 等整个生命周期中。这不仅极大地简化和减少 了软件开发和维护的任务和工作量，而且极大地简化和降低了软件开发、维护和管理 的难度，从而使应用开发彻底摆脱了“程序版本繁多、混乱、重复开发、难管理、差 错率高 的困境，同时也可以轻松应对技术人员的流动对系统开发的影响和对企业的 影响。最重要的是，这不仅对开发人员有利，对于企业管理人员来说，只要他们拥有 足够的业务领域知识和业务管理水平，则经过适当的培训，在语义产品线的支持下， 也完全可以自己设计和开发领域内的信息系统管理软件族。而在这种情况下开发出的 软件更能兼具技术的先进性和管理的实用性。 2 1 柔性强 体系结构的柔性可以体现在横向和纵向两个方面，它能支持软件体系结构的高度 l o 硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实旌 适应性，尤其是部件级的复杂多变。在纵向柔性方面，基于语义的开发方法按其信息 系统软件的不同“软件 特征，对其进行“抽取、聚集和分离，从而使信息系统软件 被纵向分解成了若干层软件部件，每层部件软件各自高内聚，之间松耦合，相互独立， 互不干扰，可以单独开发，单独使用，更可独立地扩展。这就满足了软件结构的可伸 缩性、可扩展性和部件级的可替换性，用户可以根据具体需求抽取某些部件，集成第 三方产品或遗产系统，从而极大节省了软件开发和维护费用，同时还能保证用户的原 有投资有效保值；另外，“分而治之的模式，使系统的复杂性大大简化，开发难度大 大减小，并有利于实施并行开发和专业化开发。总的来说，和现有其他开发技术相比， 它具有更高的开发效率和更好的开发质量，大大降低了开发成本，缩短了开发周期和 降低了开发风险：而横向柔性指的则是权限和功能之间的匹配柔性。这种开发方法是 将用户一角色一功能之间分离，形成松耦合的状态，相互独立，以保证它们之间的匹 配灵活多变，这为用户带来极大的方便：可以在不必修改软件的情况下，支持用户企 业的人员流动、职能变迁、业务多元化等方面的变化，因为这些在现代商业活动中， 这样的变化是客观需要的、经常性的。它以业务角色为中心，业务角色和它所使用的 不同功能集，形成软件的横向分离，建立角色功能的独立应用系统，即一个业务角色 一个信息系统，体现了以业务角色为中心的新型的软件开发策略，既保证软件不必修 改或修改很少，还不会使原有软件系统废弃，与纵向柔性一样保护了用户的原有投资。 而传统的以组织机构为中心的软件开发，当组织机构改革和变迁时，往往开发的软件 就不能用了，必须废弃掉，或者有时修改原有软件的工作量太大超过了重新开发的方 式以至于不如推倒重来更合算【2 3 1 。 2 4 2 建模技术的发展 范玉顺教授曾经根据国内外企业建模与分析技术的现状，综合c i m s 和计算机技 术的发展现状，提出过企业建模与分析技术可能的以下几种发展趋势： 支持全企业范围和全生命周期 企业建模工具应支持企业的全部应用范围和企业实施c i m s 的全生命周期( 需求分 析、设计、实施、系统维护) ； 基于c i m 参考体系 企业建模方法与相应软件工具的建立，要有良好的c i m 体系结构支持，以指导建 模框架和建模方法的形成，以及建模软件的设计与组建； 集成化建模方法 从建立多个独立的视图发展到集成化企业建模阶段，视图应组成一个有机的整体， 全面展示企业现状，以最好形成有主有次的结构。 加强分析功能 在加强模型描述功能的同时，也不忘强调分析功能的使用，使得用户可以通过系 1 l 2 建模理论和方法硕士论文 统化的仿真分析，对所描述的企业进行功能、组织和过程的优化； 采用模块化、层次化和可重用的建模软件系统结构； 充分利用已有的研究成果 在研究和开发新的企业建模与分析方法时，充分利用已有的研究成果，这是快速、 高效建立企业模型的有效手段； 实用性和方便性 提高建模分析工具的实用性和方便性，促进其在更大范围内推广应用； 注重产品的设计开发过程 企业的竞争在很大程度上取决于企业产品创新的能力，企业建模过程中，要充分 注重产品设计开发过程的建模； 方便的用户界面 建模工具的用户界面采用w e b 方式，以统一用户界面风格，方便用户使用【2 4 1 。 纵观从2 0 0 0 年到2 0 0 9 年为止的研究成果，上述的发展趋势中某些方面已经基本 达到：赵博( 2 0 0 3 ) 进行了多视图企业建模方法中的视图一致性研究，总结了视图一致性 保证体系，认为保证视图的一致性是通过多方面工作综合作用完成的，首先要在模型 定义上就考虑到这个问题：其次是在建模工具中使用一些规则和机制，用以约束建模 操作，并对模型进行一致性检查；最后还要通过建立比较科学合理的建模方法与前两 项工作配合，用来消除可能出现的一致性隐患【2 5 1 。郑杰( 2 0 0 5 ) 首先提出了一个以业务过 程为核心、紧密结合组织视图和物料视图、以构建面向对象模型为目标的可扩展模型 框架。其次，提出了在该框架下面向对象的底层映射机制。最后，结合该体系结构的 实施步骤，提出了科学的企业信息系统建模方法【2 6 l 。王洪秀( 2 0 0 9 ) 提出了一种基于一个 基本模型的可扩展的企业模型，他将模型分为三个层次，其中核心层与基本层的概念 与通用的企业模型一致，基本层模型可用于与其它方法建立的模型进行互操作，扩展 模型可定义一些个性化的企业模型，这种可扩展的建模方法使得企业模型可以适应不 同类型的企业应用系统对模型的需求【2 7 】；面向对象的建模方法早已成熟，基于语义的 开发方法已经开始崭露头角。 2 5 建模方法选择 2 5 1 过程建模简介 如上文所说，面向过程的建模方法有i d e f 3 、g r a i 和a r i s 等，其中i d e f 3 是i d e f 家族的一员【2 引，用过程流网作为获取、管理、和显示以过程为中心的知识的主要工具， 表现为过程流图。另外存在一些面向特定领域的过程建模方法，如a r i s 方法包括组织、 数据、功能、控制、产品五个视图，而控制视图中运用了一系列过程建模方法，主要 用于经营过程领域；甘特图用水平的长条图来表示所有任务间的相互关系，时间显示 1 2 硕士论文钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 在横轴，任务名称列在纵轴，非常直观，是项目管理技术中的核心技术；项目管理的 另一种建模方法是p e r t 图，即项目评审技术，能够显示项目完成的精确进度和时间； g r a i 是一种决策建模方面较为成熟的方法，针对的是系统运行过程中的管理决策，而 非通常所述的战略性决策，它用g r a i 格来建立决策系统结构的宏观视图，可以清楚 地表示决策系统内部各组织的决策职能和它们在信息方面的关联性；用g r a i 网来表 达系统中各个决策中心的工作过程，包括资源、参数、机制、方式等基本元素和决策 活动、非决策活动以及它们之间的逻辑联系【2 9 1 。 2 5 2 过程建模比较 上文的几种建模方法各有特色，也各有其适用范围，下表将从两个方面来进行比 较归纳： 表2 2 建模方法比较 图和图元特点 i d e f 3 过程流图：u o b 符反复迭代、结论驱动： 号、链接、交汇点；结构化规程准确描述 o s t n 图：对象状态、过程或系统的运行 转换弧 a r i s事件驱动过程链图从项层宏观描述企业 ( e e p c ) ：事件和功能 经营过程，逐层分解； 活动只在控制视图中包括 部分过程建模方法 p e r t p e r t 图一种项目管理方法； 用于掌握项目进度 r a d 角色、状态、状态描描述协同工作 述、活动、外部触发 事件、路径选择、 g r a i g r a i 格和g r a i 网 用于运行过程中的管 理决策过程 p e t r i 网 库所、变迁、有向弧、描述和研究具有并 令牌行、异步、分布式和 随机性等特征的系统 1 3 0 1 经过比较，从适用范围方面看，g r a i 网与p e r t 图都比较窄，适用于特定领域或 特定过程，其他几种则可广泛用于大型复杂系统；从图元数量上看，i d e f 3 的表现形 式最多样，建模过程最复杂，它使用了以过程为中心和以对象为中心两种方法来描述 现实世界，而且两种图可以交叉参考，互为补充：p e r t 和甘特i 要l ( g a n t t ) n 较少图元， 因其主要应用于项目管理中，侧重关注活动的时间顺序和进度，而非活动之间的联系 和相互作用等p 1 1 。 1 3 2 建模理论和方法 硕士论文 2 5 3 本文选用g r a i 的原因 上文分析了几种过程建模方法各自的特性，本节讲结合实际需要阐述选择g r a i 的 具体原因。钢铁企业原燃料供应有其特殊性，这主要取决于生产流程的特点，大致可 以认为钢铁企业的主要生产过程是：原材料采购一原料处理一焦化( 烧结、球团) 一 高炉炼铁一转炉炼钢一连铸一轧制( 产品形成) 一销售。其中高炉炼铁及其以前的 工序是决定钢铁生产成本的主要因素，而高炉炼铁技术经济指标的进步主要是靠各种 不同品位主矿料的合理选择和配比工作的改善，因此钢铁企业要想提高自身产品的质 量必须十分重视铁前原料系统的技改规划【3 2 】。另一方面，钢铁行业的生产流程是连续型 的而非离散型的，所以，无论是炼铁还是炼钢环节，都要保持原料的及时供应【”】。即钢 铁企业的原燃料需求具有以下特点： 1 ) 稳定性和及时性要求高：钢铁行业这种流程型生产为主的行业中，任何一个制 造周期都是不可间断的，而且其生产计划基本上是按月或日进行产量平均，生产控制 的主要任务是监测生产过程，保证整个生产线在处于稳定状态时运行，同时要保证产 品质量的均一，因此可以推出，生产部门对原燃料的供应也要求具有很强的连续性和 稳定性，这就使得对供应商的考察要求较高，生产能力、价格高低和信誉的好坏等都 要考虑周到。 2 ) 需求数量大：钢铁行业属于重工业，各个运作环节涉及的金额和数量都比较庞 大，采购活动也不例外，尤其对于年产量千万吨以上的大型钢铁企业来说，每年的原 燃料采购费用都在百亿元以上。 3 ) 原燃料采购品种相对较少。连续型流程企业生产的产品的品种相对固定，工艺 参数及原燃料的类型要求通常不易变化，钢铁企业的原燃料主要包括铁矿石、煤炭、废 钢及合金等一些辅助性原料，其中铁矿石一项就可占到总采购额的6 0 左右。因此， 钢铁企业的原燃料采购活动必然需要有稳定、高效和科学的管理系统来维持，这就必 然离不开建模方法和工具的支撑【3 4 1 。 对于单纯的原燃料采购活动而言，流程比较清晰，易于用结构化的建模方法一次 实现，不会经常出现流程变更，也没有异步、分布式或是随机性等特点；同时，采购 活动主要涉及到的是运行层面的决策，而非战略性决策，不需要从宏观层面开始建模， 因此，用g r a i 格和g r a i 网来组合描述活动流程就已足够。 2 6 建模工具选择 2 6 1 基于业务基础软件平台的模式 建模工具的选择不仅直接影响到模型的适用性、可扩展性和有效性等各方面质量， 而且还间接影响到系统的实现。在整个系统开发的过程中，除了需求分析以外的另一 个艰巨任务就是软件实现。软件实现有很多传统的方法，但本质上都是以编程作为基 1 4 硕士论文 钢铁企业采购决策优化系统建模与实施 本的实现手段，以用各类编程语言为主要工具。软件开发的周期、成本、难度、质量 控制、人力要求、维护问题依然没有解决p 5 1 。 从上个世纪9 0 年代到现在，短短十多年的时间，软件开发的理念经历了很大的变 革，从面向过程到面向对象，从面向对象到面向组件，更加方便且先进的开发方式在 创建出更加复杂更加庞大系统的同时，仍然不可避免地带来了更难以克服的各种困难： 如开发人员为了实现软件的“柔性需求，不得不频繁变更，耗费了开发人员的大量 精力；文档的补充和系统维护困难重重；软件的质量、稳定性和复用度差强人意；异 构平台之间的整合需求逐渐增加。当前的一些新的软件开发方法如x p ( e