（产业经济学专业论文）基于规则库的柔性工作流模型及应用研究.pdf

摘要 随着电子商务、电子政务应用的不断深入，工作流技术得到越来越广泛地应 用，工作流管理系统己成为整个应用平台的有机组成部分。同时，人们对工作流 管理系统的灵活性和动态处理能力也提出了要求，要求系统具有柔性，以便有效 地支持今天所处的动态的、不确定的协同工作环境，使得企事业单位的流程控制 可以根据市场或应用的变化进行相应地调整。工作流管理联盟w f m c ( w o r kf l o w m a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 给出了基本的工作流模型和过程元模型，为工作 流系统的功能设计提供了标准，但该模型没有涉及到动态变化的情况。 工作流的柔性是指工作流通过工作流模型的定义、工作流机的运行等，使得 工作流不需要重新定义就能够动态适应企业业务流程的变化。为了提高工作流的 柔性，本文对w f m c 提出的工作流模型和过程元模型进行了扩充。在活动的类型、 流程的控制等方面考虑了动态变化的诸多因素，提出了一种基于规则库的柔性工 作流模型。该模型用规则库定义柔性活动流程中的不确定因素，用选取规则和组 合规则来约束柔性活动的具体化过程，从而使该模型具备了文单流转中对工作流 程动态变化的要求。并以此模型为指导，设计了具有动态灵活能力的质量管理系 统。该系统将工作流的功能特性划分为三个层次，即应用层、功能层和实现层， 在不同的层次上实现了工作流的基本服务和动态灵活的控制功能。 关键字：工作流，柔性工作流模型，规则库，e c a a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe - c o m m e r c e ， e - g o v e r n m e n ta p p l i c a t i o n s ， w o r k f l o w t e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e d w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m sh a v eb e c o m ea n i n t e g r a lp a r to ft h ee n t i r ea p p l i c a t i o np l a t f o r m m e a n w h i l e ， i tr e q u i r e st h em o r e f l e x i b i l i t yo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h ea b i l i t yt oh a n d l ed y n a m i cs y s t e m t h es y s t e mr e q u i r e sf l e x i b i l i t yt oe f f e c t i v e l ys u p p o r tt h ew o r ke n v i r o n m e n tw h i c hi s d y n a m i c ，u n c e r t a i na n dc o o p e r a t i v e ，i no r d e rt om a k ee n t e r p r i s e sa n di n s t i t u t i o n st o a d j u s tf l o w sa c c o r d i n gt ot h em a r k e to ra p p l i c a t i o n w f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ) g i v e st h eb a s i cw o r k f l o wm o d e la n dp r o c e s sm e t a lm o d e l ， w h i c h p r o v i d e st h es t a n d a r df o rt h ef u n c t i o nd e s i g no fw o r k f l o ws y s t e m h o w e v e r ，t h e m o d e ld o e sn o ti n v o l v ea n yd y n a m i cc h a n g e s f l e x i b l ew o r k f l o wr e f e r st ot h ed e f i n i t i o no fw o r k f l o wt h r o u g ht h ew o r k f l o w m o d e l ，a n dt h er u n n i n go ft h ew o r k f l o wm a c h i n e ，w h i c hd on o tn e e dt or e m a k et h e d e f i n i t i o na n dc a na d a p tt ot h ed y n a m i cc h a n g e si nb u s i n e s sp r o c e s s e s i no r d e rt o i m p r o v et h ef l e x i b i l i t yo fw o r k f l o w ，t h eh a n d l i n gc a p a c i t yo fd y n a m i cf a c t o r so f u n c e r t a i n t y ，t h i sp a p e rd e v e l o p sam o d e lw h i c hi st h ee x p a n s i o f io ft h ep r o c e s sm e t a l m o d e lt h a tt h ew f m cp r o v i d e s m a n yf a c t o r so ft h ed y n a m i cc h a n g e si nt h ea c t i v i t y k i n d sa n dt h ep r o c e s sc o n t r o la r ec o n s i d e r e d w ed e v e l o po n ef e x i b l ew o r k f l o w m o d e lw h i c hi sb a s e do nt h er u l el i b t h em o d e lu s e sr u l el i bt od e f i n et h eu n c e r t a i n f a c t o r si nt h ep r o c e s s b ys e l e c t i n gr u l e sa n df l e x i b l yc o m b i n i n go fs p e c i f i cr u l e st o c o n s t r a i nt h ep r o c e s s ，t h em o d e lh a st h ea b i l i t yt om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h e d y n a m i cc h a n g e so ft h ep r o c e s si nt h ee f i l e f l o ws y s t e m s a tt h es a m et i m e ， w eu s e t h i sm o d e l i n ga p p r o a c ht oa c h i e v et h eq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m t h es y s t e mw i l l b ed i v i d e di n t ot h r e ef u n c t i o n a lp r o p e r t i e so ft h ew o r k f l o wl e v e l ，w h i c hi n c l u d e st h e a p p l i c a t i o nl a y e r ，t h ef u n c t i o n a ll a y e ra n dl a y e rt oa c h i e v e a n dw ea c h i e v ea f l e x i b l ea n dd y n a m i cf l o wc o n t r o lf u n c t i o na n db a s i cs e r v i c e sa td i f f e r e n tl e v e l s k e y w o r d s ：w o r k f l o w ，f l e x i b l ew o r k f l o wm o d e l ，t h er u l el i b ，e c a 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文所涉及的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本 人承担。 特此声明 学位论文作者签名：匆名楚、 叫年s 其黾e l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解对外经济贸易大学关于收集、保存、使用学位 论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的 印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版， 并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有 权提供目录检索以及提供本学位论文全文或部分的阅览服务；学 校有权按照有关规定向国家有关部门或者机构送交论文：在以不 以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。保密的学位论文在解密后遵守此规定。 学位论文作者签名：张名参 导师签名：鼽 棚7 年r 月多日 叩奶帅 1 1 研究意义 第一章绪论 随着电子商务、电子政务应用的不断深入，工作流技术得到越来越广泛的应 用，工作流管理系统已成为整个应用平台的有机组成部分。今天的企事业单位都 处在的动念的、不确定的和易于出错的协同工作环境中，因此他们希望他们的流 程控制可以根据市场或应用的变化进行相应的调整，这就对工作流管理系统的灵 活性和动态处理能力也提出了要求。 然而传统的工作流管理系统是刚性的，无法满足这样的需求。当企事业单位 的工作流发生变化或重组时，就必须重新建立工作流管理系统，这样无疑将增加 企事业单位的成本和重复劳动，可见传统的工作流管理系统缺乏柔性，难以支持 业务流程的动态变化和再造。 工作流管理联盟w f m c ( w o r kf l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 给出了基 本的工作流模型和过程元模型，为工作流系统的功能设计提供了标准。但该模型 没有涉及到动态变化的情况。因此，有必要在该模型中加入规则库，从而可以用 规则库定义柔性活动流程中的动态变化的因素，用选取规则来约束柔性活动的具 体化过程。这样就很好的解决了传统工作流管理系统的刚性问题。由于基于规则 库的工作流管理系统具有柔性，可以满足企事业单位的业务流程动态变化的需 求，这就增加了工作流管理系统的适应性，减少了企事业单位的成本，从而大大 提高了工作效率。 基于规则库的工作流模型可以提高柔性，但是当流程管理系统的规则库积累 到比较庞大的时候，必然会导致系统响应速度降低，特别是基于w e b 架构的系统， 因此我希望通过聚类算法来优化规则库，从而提高系统性能。 1 2 研究现状与发展 1 2 1 我国的研究现状 在国内，2 0 世纪8 0 年代中期开始工作流技术的研究。9 0 年代随着计算机和 网络技术的发展，该技术得到了快速的发展，特别是在电子商务和电子政务系统 中得到较好的应用。 在工作流的柔性方面国内也做了很多的研究，周建涛等人从三个方面( 对工 作流过程的作用、支持需求是主动的还是被动的、可预知性) 对工作流的变更和 异常进行了比较，邹j 下武等人提出将固化在业务过程中的业务规则从业务逻辑 中分离出来，交由规则引擎进行定义和管理，提高了系统的柔性乜】。尹建伟等人从 实现的机制出发，研究了工作流动态行为的柔性定义方法。将活动的动态行为分 为自身行为、嵌套行为和协作行为。自身行为描述活动本身各种状态的变化，嵌 套行为描述层次树上下两层之间的交互行为，协作行为描述同层活动问的协作， 它又分为控制协作行为和组合协作行为，前者用于描述两个活动间的协作行为， 后者用于描述多个活动间的协作行为。这样，就可以实现活动问细致粒度的定义 和控制，适用于复杂或者特殊坏境下的流程建模口1 。佟辉等人研究了柔性业务管 理系统的设计思想，同时还研究了其具有的能力和优点h 1 。 1 2 2 国外的研究现状 在国外，8 0 年代中期，f i l e n e 和v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市 场，成为最早的一批工作流产品供应商。进人2 0 世纪9 0 年代，随着计算机与网 络技术的迅速发展，特别是在i n t e r n e t 应用同益普及的情况下，工作流管理系 统也由最初的创建无纸办公环境，转而成为同化企业复杂信息坏境，实现业务流 程自动执行的必要工具。这样的一个转变，把工作流技术带入了一个崭新的发展 阶段，使得人们从更深的层次，更广的领域对工作流展开了研究。 但是这些解决方法的流程模型过于庞大而不易理解。此外，这种方法只有在 事先知道不确定因素的所有情况之后才能进行定义，而对动态流程来说，这往往 是不现实的。 为了使工作流管理系统提供柔性支持，最基本的方法是对原有体系进行扩 展。一些方法直接扩展了工作流参考模型。s a d i qs 和o r l o w s k ame 提出的体 系结构与w f r i f t 基本一致，新增加了修改分析器、验证引擎、版本跟踪器和辅助 的柔性模块。其中验证引擎用于保证变化后的过程的正确性，版本跟踪器记录过 程版本的变化情况，修改分析器根据变更需求进行分析，将一些策略信息送入柔 性模块，由柔性模块执行具体的柔性操作。b a s s i ls 等人直接扩展了w f r m 的 应用编程接口，包括接口l ( 过程定义) 、接口2 ( 用户应用) 和接口3 ( 调用应 用) ，支持工作流过程的结构和属性修改等柔性操作旺。还有些方法提出分层的 体系结构或元模型，其核心思想是在相应的一层或多层中增加柔性支持。 n a r e n d r anc 提出工作流层、模型层和计划层组成的3 层结构，由模型层负责 版本管理和完成动态实例调整心引。c a r d o s oj 等人提出的存活性体系结构由实例 层、模型层、工作流层和基础机构层组成，差错处理和实例调整功能在实例层， 过程演进和调整功能在模型层汹1 。还有一些其它的方法尝试了不同于w f r m 的框 架结构。例如，基于交互的柔性工作流框架和k a p p e l g 等人提出的面向对象技 2 术绷。 1 3 工作流技术中面临的主要问题 在计算机网络技术和分布式数据库技术迅速发展，多机协同技术同趋成熟的 基础上，日益成熟的工作流技术为流程性业务提供了先进的技术手段。为了使业 务流程自动化和标准化、管理和控制规范化，提高办公效率，就必然需要工作流 技术的支持，以完成业务流程的管理、控制和执行。由于很多业务流程过多，造 成文单流转和传阅过程中数据流程的路由选择呈现动态变化，并且在实际过程 中，业务流程本身也会发生变化，因此工作流管理系统中的柔性研究成为一个热 点问题，其中有些问题需要进一步研究、改进和发展。 首先，柔性工作流过程的正确性是关乎系统成功运行和维护效率的重要条 件。正确性要求是评价柔性系统优劣的重要标准之一。工作流建模本身是个复 杂且易出错的过程，特别是当工作流过程发生变更、进行再设计或者动态调整是， 会增加更多的复杂性和出错的可能性。目前相应的正确性保证方法还比较欠缺， 因此研究标准统一的验证体系、探讨验证目标的完备稽核以及发展适用的验证方 法等，都有大量的工作要做。 其次，柔性工作流的系统实现和产品化工作需要加强。目前理论研究成果并 没有完全成功地应用到产品实践中，仍然需要实用有效的方法，将柔性工作流技 术的优势发挥出来。 另外，对工作流柔性需求的处理和控制，加之规模性和异质性等因素的影响， 将工作流管理系统变得非常复杂，因此，减轻工作流引擎的控制负载以实现引擎 控制轻量，解决建模中的瓶颈，达到建模工作的轻量，以及以功能够用、灵活和 低成本为原则，使工作流引擎简单、小型化，实现引擎功能轻量等，都有较大的 研究和发展空间。 网格技术对工作流的发展也产生了很大的影响。如何利用传统工作流在定 义、执行、调度等方面发展相对成熟的技术，结合柔性工作流的动态优势，使工 作流发展其在网格新环境下的独特作用，有待进一部细致的研究和实践。 1 4 研究内容 我研究的内容包括以下几个方面： 柔性工作流特性分析。分析柔性工作流产生的原因，并通过分析现行的工 作流管理系统，找出制约工作流柔性的因素。 柔性工作流模型的建立。工作流的柔性是指工作流通过工作流模型的定 义、工作流机的运行等，使得工作流不需要重新定义就能够动态适应企业业务流 3 程的变化。为了提高对动态不确定因素的处理能力，提出了一种基于规则库的柔 性工作流模型。基于规则库的柔性工作流模型的设计思想是在基本工作流体系结 构的基础上引入规则库系统，工作流在执行过程中根据规则库中提供的相应过程 定义规则和数据来控制工作流的流向，从而使业务过程能够自动、准确地完成。 从而使该模型具备了对工作流程动态变化的要求。 规则库设计。为了实现工作流的柔性管理，规则库是关键，在规则库中我 计划采用e c a 规则来定义工作流路由机制，其中e 表示触发规则的一系列用例的集 合，用于定义状态变化的原因，c 表示规则触发的条件列表，a 表示规则的行为部 分。并且应用聚类算法和b p 神经网络算法来提高规则库的效率。 最后设计一个具有很好柔性的基于规则库的质量管理系统。 1 5 论文结构安排 第一章主要介绍了柔性工作流模型的研究背景和研究意义，以及本文的研究 内容。 第二章主要介绍工作流模型和建模方法等。工作流模型主要介绍了工作流元 模型，建模方法介绍了扩展u m l 的柔性工作流建模方法、基于动态结构的柔性工 作流建模方法、基于形式化描述的柔性工作流建模方法、基于e c a 规则的有向图 建模方法，最后介绍了本论文需要用到的e c a 规则。 第三章主要介绍工作流系统的柔性要求，并分析工作流的柔性。即先分析了 柔性工作流产生的原因，然后从工作流柔性的制约因素、工作流柔性结构和柔性 工作流的资源分配三个方面分析工作流的柔性。， 第四章主要介绍基于规则库的柔性工作流模型。先介绍了该模型的定义，然 后介绍了其中的规则库的设计，最后详细描述了规则库的优化和柔性工作流的动 态修改。 第五章结合理论对一个实例进行详细设计。文中所采取的实例是质量管理系 统，具体的设计包括功能架构设计、模型设计、工作流引擎设计等，最后分析了 该实例的修改策略。 第六章对基于规则库的柔性工作流模型进行总结，并指出今后的研究方向。 4 第二章工作流模型及建模方法 2 1 工作流元模型 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是用来抽象表示企业业务流程的， 它包含了描述一个能够由工作流执行服务软件系统执行的过程所需要的所有信 息，这些信息包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及进行活动间导航 的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流引擎的引用关系， 以及所有数据的定义。由于很多企业的业务流程是很复杂的，并且具有多样性， 这就要求工作流模型能完整地清楚地定义任意情况下的工作流，能够适应用户在 建模过程中所提出的各种要求。工作流过程依赖于一个形式化的工作流模型来描 述工作流的任务之间的控制流和数据流。 工作流模型由4 部分组成，它们分别是过程模型、组织模型、资源模型以及 工作流相关的数据。 过程模型用来定义工作流的过程逻辑，它包括组成工作流的所有活动以及活 动之间的依赖关系。它是整个工作流模型的基础与核心，其它模型均为其提供支 持。 组织模型用来定义企业人员的组织结构，它包括几种不同形式的组织元素以 及每种组织元素内部的递阶层次关系。组织模型的主要任务是为企业人员执行工 作流提供柔性的组织定义，为过程模型提供“人 的支持。 一 资源模型用来定义企业资源的组织结构，它包括几种模式的资源容器元素以 及容器内部的递阶层次关系，直至最终的原子级资源个体。资源模型的主要任务 是为企业人员执行工作流提供“物”的支持。 工作流相关数据用来定义工作流执行过程中需要用到的数据，它包括简单的 数据类型与复杂的企业对象。它主要用于各种条件的判断，以实现工作流引擎对 不同活动的选择性路由。工作流相关数据为工作流的执行提供了“信息”的支持。 在工作流建模上，工作流管理联盟开展了两个方面的工作： 1 定义了个元模型：所谓元模型一般是指描述模型的模型。这罩的工作流 模型的元模型是用来描述工作流模型内在联系的模型。它用于描述工作流模型内 部包含的各个对象、对象之间的关系及对象的属性，这个元模型有利于建立可以 在多个工作流产品之间交换信息的模型。 2 定义了一套可以在工作流管理系统之间、管理系统与建模工具之间交互过 程模型定义的a p i ( 应用编程接口) ( 接口1 ) 。 5 图2 1 为工作流管理联盟定义的过程元模型。在该模型中包含了以下几个基 木实体： 图2 1 过程定义元模型 图片来源：本研究整理 1 工作流定义( 过程模型) ：它一般包含诸如工作流模型名称、版木号、过程 启动和终止的条件、系统安全、监控和控制信息等一系列的基本属性。这个 过程模型反映了企业中一个经营过程的目的，即这个过程要实现的目的和最 终达到的目标是什么。 2 活动：主要属性有活动名称、活动类型( 原子级活动、子流程等) 、活动的前、 后条件、调度约束参数( 如最长处理时一间、排队等待时一间等) 等。当工 作流运行在分布的环境下时，在活动的属性中还应该包括执行该活动的工作 流机的位置。活动相应于企业经营过程中的任务，主要反映完成企业经营过 程需要执行哪些功能操作。 3 转换条件：主要负责为过程实例的推进提供导航依据，主要参数包括工作流 过程执行条件( e x e c u t i o nc o n d i t i o n ，执行某个活动的条件) 和通知条件 ( n o t i f i c a t i o nc o n d i t i o n ，通知不同用户的条件) 。转换条件对应于企业经 营过程中的业务规则和操作的顺序。如在订单处理完成后，执行生产计划制 定。 4 工作流相关数据：工作流机是根据工作流相关数据和转换条件进行推进的， 工作流相关数据的属性包括数据名称、数据类型和数据值等。它是工作流机 执行任务推进的依据。如在银行贷款中请表处理后，根据申请贷款的值( 如 6 是否大十1 0 万儿) 决定下一个执行的活动是什么，比如大十1 0 万儿的中请 交业务经理处理，小十1 0 万儿的中请交给业务员处理。 5 角色：角色属性主要包括角色的名称、组织实体( o r g a n i z a t i o n a le n t i t y ) 、 角色的能力等。角色或组织实体决定了参与某个活动的人员或组织单儿。它 主要描述企业经营过程中参与操作的人员和组织单位。 6 需要激活的应用程序：主要属性包括应用程序的类型、名称、路径及运行参 数等。应用主要描述了用于完成企业经营过程所采用的工具或手段。如采用 e r p 软件或决策支持软件完成某个具体的企业业务功能。 图2 1 中给出的过程定义元模型的组成核心是活动。工作流定义与活动、工 作流相关数据之间是一对多的关系，即一个工作流定义由多个活动与多个工作流 相关数据组成。活动、角色、工作流相关数据、需要激活的应用程序、转换条件 之间都是多对多的对应关系。如一个活动可以引用多个角色、使用多个工作流相 关数据，同样一个角色可以被多个活动引用，一个工作流相关数据可以被多个活 动使用。 工作流的执行是一系列活动按照一定的逻辑顺序和迁移条件的执行过程，活 动之间存在着先后序关系，这些关系定义了业务过程的控制流。w f m c 定义了四 种类型的控制结构、即顺序结构、并行结构、选择结构和重复结构陌3 。如图2 2 肋不。臣 一臣 l 帼 a 顺序结构 b 并行结构 c 选择结构 d 重复结构 图2 2 工作流模型的基本执行结构 7 图片来源：根据参考文献 6 整理 1 顺序结构：任务a 执行结束后，依次执行任务b 和任务c 。 2 并行结构：任务b 和c 可以同时执行或以任意的顺序执行。 3 选择结构：在任务b 和任务c 中选择其中。个执行。 4 重复结构：任务b 可以重复执行一次或多次。 对于所有工作流，无论其执行过程如何复杂，都可以表示成这四种基本控制 结构的组合。 为了描述一些复杂的工作流，我们引入子工作流的概念。子工作流是被其它 工作流调用作为其组成部分的工作流，在工作流的执行过程中，一个活动也可以 是对另一个子工作流的调用。子工作流可以使对工作流的执行过程的描述更加简 洁，同时可以用来表示一些可以被多个工作流调用的具有通用性的处理过程，便 于工作流模型的分析和工作流的分布执行。如图2 3 所示，活动a 2 调用一子工 作流，该子工作流由b l 、b 2 、b 3 三个活动组成。相对地，我们称调用子工作 流的工作流为主工作流。 图2 3 主上作流子j ：作流 图片来源：根据参考文献 6 整理 工作流元模型是高度概括性的，涉及到权限分配与管理、工作流定义与执行、 数据操作以及与外部系统的交互。开发基于工作流的应用系统，选用基于j 2 e e 标 准的体系结构，可以为开发具有高度灵活性的可装配、可复用的系统提供很好的 支持。x m l 具有良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、便于网络传输等 特点，是一种完全可移植的数据格式，为同一系统不同部分跨平台的数据交换以 及异构软件系统数据交换提供了相同的x m l 文档格式，可以为不同平台和应用 环境下开发的工作流系统提供交互的统一的数据规范。将工作流技术、x m l 以及 j a v a 技术相结合开发具有良好柔性的基于工作流的应用系统具有良好的前景， 并能进一步为软件开发与复用开辟新的研究领域。 由于现有的工作流模型只描述了工作流定义中的对象和对象关系，侧重于定 义期过程模型的概念，对组织模型、信息模型和运行期相应概念的描述比较薄弱， 因此较难支持基本元素及关系的形式化描述。要建立一个支持柔性工作沉模型， 用其提供的概念可以方便地、形式化描述和研究工作流的动态变化。 为此，采用e r 图来详细描述工作流的元模型，即各元素、元素间的关系和 属性，建立模型的形式化描述。改进的工作流元模型如图2 4 所示【6 】。 。 图2 4 改进的工作流元模型 图片来源：根据参考文献e 6 整理 该模型描述了工作流系统过程模型、组织模型和信息模型中的基本元素、元 素间的关系。需要说明的是：e r 图模型中屏蔽了元素间的行为关系。从识别工 作流系统的主要构成元素及其关系的目的来说，该模型提供了足够的信息。模 型中的“角色关系 和“委托”关系中，角色关系包括隶属关系和对等关系( 同 一过程或活动中的排他关系和约束关系) 。因不同工作流系统的支持能力不同， “组织结构 实体没有细化，最常见的组织结构是树型结构。模型中的“表单” 为用户直接存取工作流相关数据提供了结构化框架，主要用于非自动化活动中的 数据录入。工作流定义期是定义表单模版，运行期产生表单实例。为清晰起见， 模型没有标出表单实例，没有标出运行期元素间的关系，如活动实例与过程实例。 该模型将传统过程定义元模型中的转移条件，分解为活动的状态转换规则和活动 间的转移规则。活动的状态转换规则是活动描述的一部分，可将其封装在一起。 活动问的转移规则是处理活动结构( j 9 i n ，s p l i t 等) 、约束( a n d ，o r ，x o r ) 、转 9 移的规则，可单独封装。这些封装的独立性，使得工作流管理系统对过程定义进 行动态修改变得更加容易和灵活，增强了工作流管理系统对各种变化的适应性。 2 2 柔性工作流建模方法 2 2 1 扩展u m l 的柔性工作流建模方法 u m l 作为- f - j 优秀的建模语言，被广泛地应用于企业建模当中。活动图是一种 动态建模机制，它用来描述完成一个操作或用例所需的活动。活动图描述活动的 能力提供了它在工作流建模中应用的可能性。u m l 活动图虽然在描述系统的动态 行为方面有先天的优势，但它同样存在些不足，主要表现在它难以表达活动的 关键语义，例如活动的输入输出数据、多路选择控制结构、活动的前置后置条件 等。通过对u m l 活动图的扩展，使其满足工作流建模的需要，同时引入一类新的节 点，以提高对建模的柔性支持。其具体实现如下口1 。 定义l 活动的分类属性 活动的分类属性用标识在活动节点上的大写英文字母表示，原子活动、复合 活动分别用字母r ，c 标识，自动活动、半自动活动、手动活动分别用a ，s ，m 表 示。 定义2 活动的前置和后置条件 活动的前置和后置用以表示活动执行需满足的条件和活动结束需满足的条 件，分别用图2 5 中的2 种五边形表示，( a ) 表示前置条件，( b ) 表示后置条件。 图2 5 活动的前置和后置条件 图片米源：根据参考文献 7 整理 定义3 数据流 数据流主要指与活动相关的输入输出数据，通过在圆角矩形活动节点上叠加 1 个矩形表示。矩形的上下空白处依次列出活动相关的输入输出数据，如果输入 ( 输出) 数据不存在，则用“n o n e 标识出。输入输出数据的表示，只对原子活动 l o 有效。 定义4 控制结构 控制结构有顺序、分支、同步、循环、选择等5 种。活动依先后关系执行的， 采用顺序结构；一个活动分解成多个并行执行的活动的，采用分支控制结构；多 个活动汇聚成一个活动的，采用同步控制结构，需要重复执行的活动，采用循环 控制结构；对于判断情况，则采用选择控制结构。控制结构的图形化表示如图2 6 所示。为了表述方便，这里略去活动的分类属性、前置后置条件、数据流等语义 信息。 同步 分支 图2 6 控制结构 图片来源：根据参考文献e 7 整理 2 2 2 基于动态结构的柔性工作流建模方法 动态的工作流模型需要工作流引擎解释并控制执行。动态工作流模型的一个 突出特点是工作流模型的组成部分都是根据不同的指针指向若干的行为和属性， 工作流引擎根据工作流运行的实际状态动态地提取这些行为和属性即1 。数据库技 术在工程领域中的应用越来越广泛，将工作流模型的定义存储在数据库中，工作 流模型、各节点及各节点对应的行为和属性就可在数据库中形成多层的映射关系， 这种映射关系可以在数据库中用工作流模型全局数据字典来定义。原本流程固定 的工作流模型就可以在工作流运行过程中，通过工作流引擎动态提取全局数据字 典中定义的工作流模型参数，组合形成功能不同的程序语句。这样工作流模型不 需要重新定义，就可以在运行过程中适应不同且多变的企业工作流程。 对于工作流的界面表示也可以采用类似的方法，工作流引擎根据工作流模型 定义，从工作流模型全局数据字典提取工作流工作视图、组织视图和资源视图的 相关信息，动态通过语句构建所需的用户界面。 柔性的工作流和普通工作流一样，同样可以由有向图所构成，其区别在于柔 性工作流的模型结构构成灵活，可以动态组成满足不同任务和流程的工作流系 统。在柔性工作流模型中，过程模型的主要元素包括动态活动、实连接弧、虚连 接弧和条件嘲。 ( 1 ) 动态活动。它是工作流模型的基本组成部分，动态活动绑定了一段动态 程序，在活动开始时，程序开始执行，程序执行完毕，产生结果返回集，即成为下一 动态活动的条件。与传统的活动不同，动态活动的程序语句动态生成，根掘动态活 动功能描述接口提供的相关参数，以及工作流的运行环境和状态进行调用，产生 柔性的执行功能。在动态活动参数固定的情况下，动态活动就演变为普通活动。 ( 2 ) 实连接弧。用来定义两个活动之间的执行顺序，在有向图中以节点问的 连接弧表示。实连接弧与其所连接的活动节点构成了整个工作流的固定控制逻 辑。 ( 3 ) 虚连接弧。同样也是定义两个活动之间的执行顺序，与实连接控制弧不 同的是虚连接弧，并不对应一个固定的后续节点，而指向一个工作流模型中的虚 拟节点，即只在工作流运行过程中，才能决定其实际的节点指向，从而实现了工作 流的动态路由。 ( 4 ) 条件。它是定义在工作流数据集上的二值函数，用于决定过程中的活动 在不同情况下所要进行的不同处理方式。条件和活动的分离实现了工作流逻辑和 任务的分离，使得工作流的表征更加灵活。 图2 7 给出了柔性工作流过程模型元素的图示表示方法。 动态活动 功能描述借口 可扩展参数集 _ - _ - - - - _ _ - 卜 实控制弧 - - - - 一- - 一- 一- 卜 虚控制弧条件 动态活动 图2 7 柔性工作流过程模型元素的图示表示方法 图片来源：根据参考文献 8 j 整理 动态活动由功能描述接口和可扩展参数集所组成，实控制弧由带有方向的实 线表示，虚控制弧由带有方向的虚线表示，圆圈表示条件。在柔性工作流模型中， 开始活动和结束活动可由参数固定的动念活动来进行表示，连接弧和活动的连接 方式为连接弧连接到相关的条件，经过条件判断后，所引出的连接弧再指向相应 的动态活动。在柔性工作流模型中，由一个动态活动引出的连接弧可以指向该活 动本身，并调用其他参数来改变执行活动的内容。为描述简洁起见，本文的柔性工 作流模型主要给出了柔性工作流的实现方法，对活动和条件的分支、并行等没有 给出详细描述。 同样，由资源实体和可扩展属性构成的组织和资源模型与柔性工作流模型的 映射关系也可通过动态活动中的可扩展参数集来表现，即组织资源模型实体可成 为动态活动，可扩展参数集中的参数，通过动态活动的扩展参数集实现了柔性工 作流过程模型和资源组织模型的映射。组织和资源实体的表示方法同图2 5 中动 态活动的表示方法。 2 2 3 基于形式化描述的柔性工作流建模方法 工作流模型由活动节点和模型约束两种元素构成【6 】。 ( 1 ) 活动节点。活动节点包括任务项节点和子过程节点，活动节点的图形表 示如图2 8 所示。其中图2 8 , 9 第一个表示任务项节点，图2 8 中第二个表示子过程 节点。 任务项节点用于表示工作流过程中的一个具体活动。在工作流实例的执行过 程中，其有不可选态、可选态、就绪态、运行态、休眠态和完成态6 种状态。不 可选态是指由于选择约束的限制，此节点当前不可以用来构成工作流实例。当此 节点满足了选择约束的限制后就达到了可选态；当一个可选态的结点在满足构建 约束后被加入到过程实例中，就达到了就绪态；在就绪态的节点满足其执行条件 后，就达到运行态；通过挂起和唤醒操作，可以使节点在休眠态与运行态之间切 换；在节点运行结束后，其达到完成态。 图2 8 活动节点的图形表示 图片来源：根据参考文献 6 整理 子过程节点就是一个定义好的工作流模型，在其中还可定义子过程节点，形 成一个层次化的阶梯工作流模型。 ( 2 ) 模型约束。由选择约束、结束约束和构件约束3 种约束来定义实时构建 实例的规则。 选择约束。包括先决条件、伙伴与互斥等3 种形式。先决条件约束所表达的 依赖关系可以用“顺序结构和“与汇集”结构来表示；伙伴约束所表达的依赖 关系可以用“与分支 结构表示；互斥约束所表达的依赖关系可以用“选择分支” 结构和“选择汇集”结构来表示。，所以在建模时直接利用这3 种形式的选择约束 所对应的控制结构来表达选择约束。 结束约束。包括一个或者多个特定的节点达到完成态；整个流程达到某个特 定的时间段；个或多个特定的节点得到某些特定时间段；一个或多个特定的节 点得到某些特定的输入值；在某个特定的时间段，一个或多个特定的节点达到了 完成态。 构件约束。包括特定的节点在某个时间段内有效；过程中同时运行的节点的 最大数目或最小数目，当实例中同时运行的节点多于节点的最大数目时，由用户 选择其中几个节点，小于同时运行节点的最小数目时，所有节点均不能运行；在 一个实例中，一个活动节点只可以与一个控制结构相连接，当多个控制结构可能 与这个节点相连接时，由用户选择其中一个控制结构；最初构建实例的结点并未 附加选择约束的节点，随后将这些节点用与分支结构连接起来，形成初始的实例。 定义l 过程可形式化表示为： w k p = 式中，p i d 是w k p 的惟一标识；p n 是过程名；v e r 是版本号；r u l e s e t s 是转移 1 4 规则集的集合，a c t i v i t i e s 是活动的集合，f 是转移规则集与活动的对应关系。 可以看出工作流的过程定义与p e t r i 网的概念有着较直接的对应关系，如规 则集对应库所，活动对应变迁，f 对应弧的集合。 定义2 活动可形式化表示为： w k a = 式中，a i d 是活动w k a 的惟一标识；p i d 是w k a 所属过程的标识；r i d 是角色标 识；t i d 是要处理的表单标识；a p i d 是应用程序标识；s r u l e 是状态规则集。 定义3 活动基本状态集： s t a t e = s o ，s i ，s 2 ，s 3 ，s ) 式中，s 。表示活动处于就绪状态；s 。表示活动处于运行期；s 。表示活动已完 成；s 。表示活动挂起；s 4 表示活动异常；s 。是初始状态，s 。，s 。是终止状态。 活动实例状态转换如图2 9 所示。 图2 9 活动实例状态转换图 图片来源：根据参考文献 6 整理 活动的状态转换和活动间的转移都是由事件和条件触发的。当活动状态到达 终止态时，触发活动完成事件d o n e 。采用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ) 形式来 统一描述这些规则。 定义4规则的表达形式是： w h e ne v e n t s i fc o n d i t i o n st h e n a c t i o n e n d i f e n d w h e n 定义5 角色形式化表示为： r o l e = 1 5 式中，r i d ，r n 是角色标识和名称；c 是角色能力的集合；a 是该角色对其他 资源的访问权限。 定义6 表单形式化表示为： w k t = 式中，t i d 是表单惟一标识；v e r 是表单版本号；d a t a l i s t 是相关数据列表； f r a m e 是表单框架定义。 2 2 4 基于e c a 规则的有向图建模方法 活动图具有反应性和协作性，可以和e c a 规则结合起来描述描述工作流模型， 其建模元素如图2 1 0 所示9 。 原子活动节点 i 菇二r k f l o w - ； - 一竺j -： 子：l 作流节点 e ：c a 带标识的有向边 o 与分支侈点互斥或分支。肖点与连接。仃点或连接：诲点 图2 1 0 建模元素 图片来源：根据参考文献 9 整理 活动图是由节点通过有向边连接起来的用标识原子活动节点和子工作流节 点的活动名称来表示工作流中的“工作”，每个原子活动节点表示一个服务的具 体执行，过程模型是分层次的，活动可以是子工作流；而控制流分别是用有向边 表示各活动间执行顺序和用有向边上的守卫事件、守卫条件来表示执行活动所需 要满足的条件。其中，原子活动节点和子工作流节点表示：工作流实例执行到该 节点时，某个原子工作流活动或子工作流正处于执行状态( 执行、挂起和超时三 种状态之一) ，它用该活动或子工作流的名称来标识。这时，工作流管理系统实 际上处于等待外部环境执行完该活动时产生消息事件触发的状态，收到该消息事 件后系统再选择路由。有向边表示状态问的变迁，用e c a 规则来描述有向边。这 样就把外部事件和过程模型的表达有机的联系了起来，即活动图可以用来描述通 过事件与外部环境交互的反应型系统。有向边只能代表一条e c a 规则，标识为 1 6 “e ：c a 。e 为守卫事件表达式，每个有向边只能由一个事件来触发，前驱活 动的完成事件默认情况下不用表示，分号“：”代表等事件到来之后再判断条件，c 表示守卫条件，是状态发生变迁所需要的条件，也是活动可以执行的开始条件，a 表示动作，因为有向边己经直观的表达了状态的变迁和下一步要启动的新活动， 所以这两种动作在图形上省略。e 、c 和a 都是可选的，没有守卫事件表达式时 表示e 是空事件，没有c 时表示条件的布尔值始终为真，没有a 时表示仅进行状 态变迁，启动新活动。 与节点和或节点并不是系统实际会执行到的节点，它们只是用来辅助有向边 直观地表达复杂的结构，这些节点都可以通过过程模型定义工具自动转换成符合 e c a 规则的语义，比如复合事件或变化成多条e c a 规则等。与节点和连接它的输入 输出边一起可以表达与分支和与连接两种结构，用来描述并发和同步，与连接节 点相当于将若干前驱活动的完成事件做与运算形成复合事件成为该与节点后继 活动的触发事件，即若干前驱活动中最后的完成事件将触发后继活动，与分支节 点相当于一个前驱活动的完成事件成为该与节点所有后继活动的触发事件。或节 点可以表达或连接和互斥或分支两种情况，用来描述冲突和共享，或连接节点相 当于将若干前驱活动的完成事件做或运算形成复合事件成为该或节点后继活动 的触发事件，即若干前驱活动中最早的完成事件将触发后继活动，互斥或分支节 点和与分支节点一样，也是相当于一个前驱活动的完成事件成为该与节点所有后 继活动的触发事件，如果互斥或分支节点输出的有向边上全部没有条件则表示执 行任意某一个后继活动，其余的都不执行，或者互斥或分支节点输出的有向边上 全部都有互斥的条件以决定到时执行哪一个后继活动，不存在有的输出的有向边 有条件，有的输出的有向边没有条件的情况。 2 3e c a 规则 2 3 1e c a 规则简介 e c a ( 事件一条件一动作) 规则是一种将事件触发规则和面向