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太蒹理工大学硕士研究生学位论文 分布式工作流管理系统及在电子政务中的应用 摘要 随着我国信息纯前进豹步伐以及互联网技术的迅速发展， 电子政务的建设已经迫在眉睫地提到工作日程上。本文正是根 据我网电子政务建设的现状和发展趋势，提出一种基于w e b s e r v i c e 的分布式工作流管理系统，通过本系统以软件手段来 解决目前存在于政务系统之间各自为政、互不相通、重复建设 等问题，进而协助政府机关搭建政务统一平台实现信息的合理 共享，并以此达到提高政府工作效率、降低政务成本和推动经 济和社会信息化进程等电子政务建设目标。 本文的研究重点是在电子政务建设中弓| 入基于w e b 服务的 分布式工作流管理系统，探讨工作流模型的创建、分布式工作 流框架的选择以及嵌入式工作流执行引擎的技术实现，进而发 挥w e b 服务的优势来克服现有电子政务系统在应用协调方面 的不足。 论文的主要内容包括：在工作流及电子政务工作流模型研 究部分我们介绍了工作流技术相关概念，分析了工作流建模相 关的研究状况，接着提出一个符合电子政务事务处理特点的增 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 强型三维工作流模型，随后详细地论述该工作流模型的组成部 分，继而讨论工作流模型的形式化描述问题，最后对文中所提 出的三维增强工作流模型做一评价。 在基于w e b 服务的分布式工作流执行框架设计与嵌入式工 作流引擎部分我们介绍了种基于w e b 服务技术的分布式工 作流管理系统的框架结构，接着详细介绍实现此工作流执行框 架所使用的各种技术，然后详细介绍了这个框架结构中的核心 部件一嵌入式工作流引擎g e n i u s f l o w 的系统设计模型。 在原型系统及工作流引擎实例部分，详细介绍我们基于 弘v a 技术开发的g e n i u s f l o w 工作流弓l 擎，接着以一个流程处 理的例子对我们的工作流弓l 擎的功能进行简要的介绍。 在信息及网络新技术席卷全球的今天，电于政务的建设更 是尤为重要。在电子政务建设的过程中，电于政务建设和相应 的标准都将得以不断完善和扩展，部门之间工作的工作业务协 调也将翻益密切。基于w e bs e v i c e 技术的工作流系统一定在 电子政务建设今后的道路上扮演越来越重要的角色。 关键词；分布式，工作流管理系统，工作流建模，电子政务， w e b 服务 i l t 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c h0 nd i s t r i b u t e dw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h ea p p l i c a t l 0 n i ne 。g o v e r n a 伍n t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nc o m m u n i o na n d i n t e r n e t t e c h n o l o g y i n c h i n a , e - g o v e r n m e n tc o n s t r u c t i n g i s e x t r e m e l yu r g e n t f o ro u rw o r ks c h e d u l e t h i s a r t i c l e ，j u s t a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts i t u a t i o n s a n dd e v e l o p m e n tt r e n d so f e g o v e r n m e n tc o n s t r u c t i o no fo u rc o u n n y ，p r o p o s e ss e t t i n gu p d i s t r i b u t e dw o r k f l o ws y s t e mb a s e do nw e bs e r v i c e ，a n ds o l v e t h e s eq u e s t i o n si ne - g o v e r n m e n ta f f a i r sa tp r e s e n t ，w h i c hi s d i f f i c u l tt oc o m m u n i c a t e ，s h a r i n go fi n f o r m a t i o na n dp l a t f o r m ， r e p e a tc o n s t r u c t i n ga n ds oo n ，s om a k i n g t h ee g o v e r n m e n ta f f a i r s c a nr e a c ht h eb a s i c g o a li m p r o v i n gg o v e r n m e n t sw o r k i n g e f f i c i e n c y ，l o w e r i n gc o s t sa n dp r o m o t i n ge c o n o m ya n ds o c i a l i i i 蠢k 太原理工大学硕士研究生学位论文 i n f o r m a t i o n - b a s e dp r o c e s s ，e t c r e s e a r c ho f t h i st e x ti sm a i n l yt oi n t r o d u c et ob ed i s t r i b u t e dt o w o r ka d m i n i s t r a t i v es y s t e mo ff l o w i n gb e c a u s eo fw h o mw e b s e r v ei nt h ec o n s t r u c t i o ni ne g o v e r n m e n te s p e c i a l l y , p r o b ei n t o w o r kf l o we s t a b l i s h m e n t d i s t r i b u t e dt of l o wc h o i c ea n de m b e d d e d t oc a r r yo u tt e c h n o l o g yo fe n g i n et of l o wt ow o r ko ff r a m et o w o r ko fm o d e l ，t h e ng i v ep l a yt ot h ea d v a n t a g et h a tw e bs e r v et o o v e r c o m et h ed e f i c i e n c yo fe x i s t i n gi ne g o v e r n m e n ts y s t e m t h ec o n t e n to f t h i sp a p e ri n c l u d e s ： a tf i r s t ，t h ea r t i c l ei st oi n t r o d u c es o m ec o n c e p ta b o u tt h e w o r k i n ga n dt e c h n i c a lf l o w i n g ，a n a l y z er e s e a r c hc o n d i t i o no ft h e m o d e l i n g o fw o r k f l o w , t h e np r o p o s et h em o d e lo ft h r e e d i m e n s i o n a la n de n h a n c e dw o r k f l o w a c c o r d i n g w i t ht h e p r o c e s s i n g c h a r a c t e r i s t i co ft h ee l e c t r o n i c g o v e r n m e n ta f f a i r s ， a f t e r w a r d se l a b o r a t e dt h ec o m p o s i n gp a r t so ft h i sm o d e li nd e t a i l ， s u b s e q u e n t l yd i s c u s s e dt h ed e s c r i p t i o nq u e s t i o no f t h ew o r k f l o w m o d e ，f i n a l l y ，t om a k ea no b j e c t i v ea p p r a i s a lo ft h i s t h r e e d i m e n s i o n a lw o r k f l o wm o d e l w 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h es e c o n d ，t h et e s ti st od e t a i l e di n t r o d u c ef r a m e w o r kb a s e d o nd i s t r i b u t e dw o r k f l o wm a n a g i n gs y s t e mo ft h ew e bs e r v i c e ， a n dt e l la l lk i n d so ft e c h n i q u eo fr e a l i z i n gt h i sw o r k f l o w , a n d t h e np o i n to u tt h ec o r eo ft h i sf r a m e w o r k - - t h ed e s i g nm o d e lo f i n s e r t e dw o r k f l o we n g i n es y s t e mn a m e dg e n i u s f l o w f i n a l l y , t h ea r t i c l ei st oi n t r o d u c et h e g e n i u s f l o w w o r k f l o w e n g i n eb a s e do nt h ej a v at e c h n i q u ea n dg i v ea ne x a m p l eo f f l o w i n gd i s p o s a li no r d e rt oe x p l a i nf u n c t i o no f w o r k f l o we n g i n e n o w a d a y s ，i ti se s p e c i a l l yi m p o r t a n tf o ru st ot h ec o n s t r u c t i o n o fe g o v e r n m e n ta f f a i r s t h e c o n s t r u c t i n ga n ds t a n d a r d a tt h e ； e l e c t r o n i cg o v e r n m e n ta f f a k sw i l lb ec o n t i n u a l l yi m p r o v e da n d d e v e l o p e d i nt h e p r o c e s s a n d i ti sm o r ec o n s a n g u i n e o u st o c o o p e r a t ei nd i f f e r e n td e p a r t m e n t s t h ew o r k f l o ws y s t e mb a s e d o n t h et e c h n i q u eo fw e bs e r v i c ei nt h ec o n s t r u c t i n go fe - g o v e r n m e n t a f f a i r s k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e ds y s t e m ，w f m s ，w o r k f l o wm o d e l ， e g o v e m m e n t ，w e b s e r v i c e 、 i 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章前言 电子政务是近年来伴随着互联网、电子商务等新壹物而出现的新概 念，所谓电子政务是指借助电子信息技术而进行的政务活动，就是政府 机构应用现代信息和通信技术，将管理和服务两项职能通过网络技术进 行集成，在互联网上实现政府组织结构和工作流程的优化重组，超越时 间和空j 日j 及部门之问的分隔限制，向社会提供优质和全方位的、规范而 透明的、符合国际水准的管理和服务。 电子政务作为一个独立的概念出现，是在计算机网络技术相对成熟 和普及之后。计算机网络技术的成熟使得大量政务信息的实时共享和双 向交流在技术上成为可能，从而促使传统的政务开展方式发生了根本性 的改变。 电子政务的内容非常广泛，除了政府内部的电子化和网络化办公这 一基本的内容之外，根据国家政府所规划的项目来看，电子政务主要包 括政府间的电子政务、政府对企业的电子政务、政府对公民的电子政务 三种政务类型。 从我国开始实施“政府上网工程”多年以来，已有8 0 以上的部委和 各级政府机关完成或正在进行政务办公的信息化改造，应用项目的实施 进入了良性循环。政府信息化建设的普及，树立了各级政府的高效办公、 透明管理的新时代形象，同时为广大人民群众提供了极大的便利，也丰 富了网上中文信息资源，拉动i t 行业的需求并带来巨大的商业机会，为 我国信息产业的健康发展形成一个良好的“生态环境”，对于推进社会信 息化进程具有十分重大而深远的意义。 最近两年越来越多的电子政务在线服务平台在互联网上开通，为企 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 业为个人带来了很便捷的服务，树立了政府在互联网上的形象，方便了 人民群众。但是这些在线服务平台存在一些共同的问题。 1 ) 网络分离 与西方国家以”区域性管理为主导”的体系不同，我国采用的是区域 管理和行业管理并存的体系，目前我国的网络建设以纵向建设为主，带 来的结果是，网络分离，条块分割。这种网络结构错综复杂，链路备份 困难，管理复杂，带宽难以共享。 2 ) 信息孤岛 目前的信息建设也是分行业建设的，这样造成的一个问题是信息孤 岛，如何实现纵向信息的一致性? 如何保证横向数据的共享? 从而有利 于行业的管理和横向的决策支撑。 3 ) 信息分散 由于以前的网络受带宽的限制，造成了数据中心放置的位置很低， 许多区县都有本地的数据中心，造成了许多问题。首先，数据中心的互 连复杂，各层面需要互联，上下级数据中心之间需要互联。其次，信息 安全漏洞较多，数据中心越多，被攻击的可能性就越大。再有，信息安 全保证困难，在资金有限的情况下，众多分散的数据中心造成每个点都 难以保证安全。最后，信息管理投入较大，在机房、人员、设备共享等 方面都造成了浪费。 这些就是目前电子政务建设面临的主要问题，此外还有采购成本和 重复建设等相关问题。 从电子政务的发展趋势来看，建立统一的政务门户是电子政务建设 下一阶段工作的重点。在参与山西省人民政府门户网站的建设过程中， 建立一个统一的，能够将现有的各政府部门业务以同一的方式展现给公 众的平台也是下一步工作的重点。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 在综合当前工作流技术的理论研究和实际应用基础上，尤其是现阶 段工作流产品的开发和应用方面，针对工作流技术未来的发展趋势，本 文从建立一套分布式的工作流管理系统入手，来建立一个能够整合各个 “信息孤岛”的应用平台，在工作流建模、执行等方面进行了深入的研 究，提出了相关的理论方案和实现策略。论文的第一章就电子政务发展 和工作流技术做了简要的介绍。第二章介绍了工作流建模及建模技术， 在前人研究的基础上提出了一个三维增强模型。第三章在三维工作流模 型的基础上提出了一种基于w e b 服务技术的分布式工作流管理系统框 架，并对系统的体系结构和技术进行了详细的介绍。第四章详细的介绍 了这一分布式工作流管理系统的核心部件g e n i u s f l o w 引擎的实现方式， 阐述了设计模式、设计思想和具体实现方式。第五章对全文的进行了总 结并做出了对工作流技术相关研究工作的进一步展望。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章工作流及电子政务中的工作流模型 2 1 引言 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ，w f 惦) 是一种在 工作流逻辑形式化表示的驱动下，通过软件的执行从而实现完全地定义、 管理和执行工作流的系统。它主要由两个功能组件所组成：工作流建模 组件和工作流执行组件。工作流建模组件主要为工作流建模人员提供一 个建立时( b u i l dt i m e ) 环境，使得他们可以定义、分析和管理工作流模 型；而工作流执行组件的主要功能是为工作流的创建、执行和管理提供 一个运行时( r u nt i m e ) 环境。在工作流执行过程中，工作流执行组件 可能与用户或者外部应用交互，从而完成工作流的执行。 工作流建模就是将现实世界中的业务过程抽象出来，并用一种形式 化的、计算机可处理的方式来表示，这种形式化结果称为工作流模型。工 作流模型包含了工作流执行所需要的各种信息，如活动、控制流、数据 流、角色和执行者。工作流模型是工作流执行的前提和基础，本章主要 讨论工作流、工作流模型及建模技术的问题。 本章中首先介绍工作流技术相关内容；综述相关的研究状况；然后 定义一些基本概念；接着提出一个三维增强工作流模型：最后对文中所 提出的三维工作流模型做一评价。 2 2 工作流技术 工作流( w o r k f l o w ) 就是工作流程的计算模型，即将工作流程中的 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 工作如何前后组织在一起的逻辑和规则在计算机中以恰当的模型进行表 示并对其实施计算。工作流技术要解决的主要问题是：为实现某个业务 目标，在多个参与者之间，利用计算机，按某种预定规则自动传递文档、 信息或者任务。工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 的主要功能是通过计算机技术的支持去定义、执行和管理工作流，协调 工作流执行过程中工作之间以及群体成员之间的信息交互。工作流需要 依靠工作流管理系统来实现。 2 2 工作流技术发展的历史 工作流技术发端于7 0 年代中期办公自动化领域的研究工作，但工作 流思想的出现还应该更早，1 9 6 8 年f r i t zn o r d s i e c k 就已经清楚地表达 了利用信息技术实现工作流程自动化的想法。7 0 年代与工作流有关的研 究工作包括：宾夕法尼亚大学沃顿学院的m i c h a e ld z i s m a n 开发的原 型系统s c o o p ，施乐帕洛阿尔托研究中心的c l a r e n c ea e l l i s 和g a r yj n u t t 等人开发的o f f i c e t a l k 系列试验系统，还有a n a t o lh o l t 和p a u l c a s h m a n 开发的 r p a n e t 上的“监控软件故障报告”程序。s c o o p ， o f f i c e t a l k 和a n a t o lh o l t 开发的系统都采用p e t r i 网的某种变体进行 流程建模。其中s c o o p 和o f f i c e t a l k 系统，不但标志着工作流技术的开 始，而且也是最早的办公自动化系统。 含有工作流特征的商用系统的开发始于1 9 8 3 年至1 9 8 5 年间，早期 的商用系统主要来自于图像处理领域和电子邮件领域。图像处理许多时 候需要流转和跟踪图像，工作流恰好迎合这种需求；增强的电子邮件系 统也采用了工作流的思想，把原来点对点的邮件流转改进为依照某种流 程来流转。 进入9 0 年代以后，相关的技术条件逐渐成熟，工作流系统的开发与 研究进入了一个新的热潮。工作流技术被应用于电讯业、软件工程、制 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 造业、金融业、银行业、科学试验、卫生保健领域、航运业和办公自动 化领域。 1 9 9 3 年8 月，工作流技术标准化的工业组织一工作流管理联盟( 霄f 矾c ) 成立。1 9 9 4 年，工作流管理联盟发布了用于工作流管理系统之间互操 作的工作流参考模型，并相继制定了一系列工业标准 进入新世纪以后，随着w e b 服务技术的兴起，多个标准化组织制定 了各自和工作流技术相关的w e b 服务标准，如x l a n g ，w s f l 等。2 0 0 2 年8 月，i b m ，m i c r o s o f t 为等企业联合提交并发布了b p e l 规范。 2 2 2 工作流管理系统 工作流管理系统( w f m s ) 是定义、创建、执行工作流的系统。它的 主要功能是通过计算机技术的支持去定义、执行和管理工作流，协调工 作流执行过程中工作之间以及群体成员之间的信息交互。 工作流管理系统将业务流程中工作如何组织协调在一起的规则抽象 出来，从而分离了具体工作的逻辑和流程组织的逻辑。我们在工作流管 理系统的协助下：开发人员遵从一定的编程接口及约定，就可以开发出 更具灵活性的事务处理系统；最终用户无需重新开发事务处理系统，就 可以自己更改工作流程，以适应业务变化的需要。 工作流管理系统可以根据业务过程以及组成活动的复杂程度，采取 多种实施方式。在不同实施方式中，所应用的信息技术、通信技术和支 撑系统结构等则会有很大的差别。其实际运行环境可以在一个工作组内 部，也可以在单位所有的业务部门，甚至可以跨越多个单位。 工作流管理系统的建立一般分为三个阶段：即模型建立阶段、模型 实例化阶段和模型执行阶段。在模型建立阶段，通过利用工作流建模工 具，完成业务过程过程模型的建立，将企业的实际业务过程转化为计算 机可处理的工作流模型。模型实例化阶段，给每个过程设定运行所需的 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 参数，并为每个活动分配所需要的资源。模型执行阶段，完成经营过程 的执行，主要是完成人机交互和应用的执行。 工作流管理的最大优点是将应用逻辑与过程逻辑分离，在不修改具 体功能的情况下，通过修改过程模型改变系统功能，完成对生产经营部 分过程或全过程的集成管理，可有效地把人、信息和应用工具合理地组 织在一起，发挥系统的最大效能。工作流技术可使企业实现对经营管理 和生产组织的过程控制以及决策支持，实现现代企业对“在适当的时间 把适当的信息传给适当的人”的要求。 近年来，工作流技术得到长足的发展。1 9 9 3 年成立的工作流管理联 盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f 舵) 颁布了一系列工作流产品 标准，包括工作流参考模型、工作流术语表、工作流管理系统各部分间 接口规格、工作流产品的互操作性标准等。这些举措加速了工作流技术 的商品化现在，许多公司都基于这些标准推出了自己的工作流产品， 如h c t i o n t e c h n o l o g i e s i n c 的a c t i o n w o r k f l o w 、i b m 的f l o w m a r k 等。 和其他的软件产品一样，用户可以引进成熟的工作流和群件产品， 也可以自行开发适合自己业务的工作流系统，特别是基于i n t r a n e t 的工 作流应用。与i n t r a n e t 技术相结合，工作流系统更具开放性，有更多的 工具可供选用，且b r o w s e r s e r v e r 风格的界面简单易用，这也是当前工 作流产品的发展方向。 2 2 3 工作流管理系统参考模型 在实际应用中，人们需要集成使用各种各样不同的工具来对工作流 进行建模、归档和分析。为了适应对工作流管理系统产品集成的需求， 工作流管理联盟提出了有关工作流管理系统的一些规范，定义了工作流 管理系统的结构及其与应用、管理工具和其它工作流管理系统之间的应 用编程接口，其主要目的是为了实现工作流技术的标准化和开放性，从 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 而支持异构工作流管理系统与产品之间的互操作，实现与其它应用的快 速有效集成。 1 、工作流管理系统体系结构 图1 - 1 工作流参考模型 f i g u r e l lw o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l 图1 - 1 给出了w f m c 提出的工作流参考模型。在该工作流系统参考 模型中，以工作流服务为核心共定义了五类接口，具体说明如下： 接口1 ，工作流服务和工作流建模工具间接口，包括工作流模型的解 释和读写操作； 接口2 。工作流服务和客户应用之间的接口，这是最主要的接口规范， 它约定所有客户方应用与工作流服务之间的功能操作方式； 接口3 ，工作流机和直接调用的应用程序之间的直接接口； 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 接口4 ，工作流管理系统之间的互操作接口； 接口5 ，工作流服务和工作流管理工具之间的接口。 2 、工作流模型 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示。 工作流模型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。理想的工作流模型能够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。 工作流管理联盟定义了一个工作流过程的元模型。元模型中定义了 工作流过程中最高层次的模型实体属性及其间的联系，同时还定义了在 一个工作流模型中定义多个不同过程，以及在不同过程间和不同模型间 共享相同数据定义的规则。 图2 - 2 工作流元模型 。 f i g u r e2 - 2w o r k f l o wm e t a m o d d 元模型中最高层次元素如图2 2 所示，下面是关于图中部分重要元 素内容的说明。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 工作流过程定义( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：工作流过程定 义构成了工作流模型的主体部分，它包含了工作流过程的自身属性，如 i d 、文本描述等以及组成工作流过程的所有活动和转移信息。 工作流活动( w o r k f l o wp r o c e s sa c t i v i t y ) ：某一工作流过程是由 一个或多个工作流活动组成的，其中每个活动是一个合理的，独立的工 作单元。每个工作流活动是由一组资源共同完成的工作与或自动应用的 集合，它可能是最小的独立单元，也可能是由一系列更小独立单元组成 的子过程。 转移信息( t r a n s i t i o ni n f o r m a t i o n ) ：在工作流过程中，活动间的 联系是通过定义控制转移弧线实现的。每一转移弧线包含前驱活动、后 继活动和转移条件三部分基本信息。 工作流参与者定义( w o r k f l o wp a r t i c i p a n ts p e c i f i c a t i o n ) ：工作 流参与者是组织模型中的元素，他们或者执行工作流过程中的某一部分 或者对其负责。 工作流应用定义( w o r k f l o wa p p l i c a t i o ns p e c i f i c a t i o n ) ：t 作流 应用定义是一个i t 应用及工具的列表，它们将在工作流的执行过程当 中被激活或调用。在定义中需要对激活某个应用所需要的参数进行说 明。 工作流相关数据类型( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：工作流相关数据 类型定义了一个包含所有在工作流相关数据中用到的简单或复杂数据名 称的集合。 工作流相关数据：工作流相关数据定义了所有在工作流过程实例执 行时刻需要创建和使用的变量。 3 、工作流执行服务 工作流执行服务是工作流管理系统的核心，实际上它是业务过程的 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 任务调度器，并且还在某种程度上是业务资源分配器。系统的业务过程 在它的管理、监控和调度下运行，因此工作流执行服务系统的性能和可 靠性就直接决定了业务过程的运行效率和安全性。工作流执行服务由一 个或多个工作流机组成( 在分布环境下由多个工作流机组成) ，它提供了 过程实例执行的运行环境，主要完成以下功能： 实例化及执行过程模型：解释业务过程的过程定义，根据过程执行 需要的初始条件和执行参数生成过程实例，运行过程实例并管理其运行 过程。 为过程和活动的执行进行导航：根据过程定义和工作流相关数据， 为过程实例的运行进行导航，如根据过程的进入和退出的条件启动和终 止一个过程实例；根据活动之间的关联和活动的执行条件，决定并行或 串行执行后续活动；给用户提供需要操作的工作流任务项信息；或者根 据所需激活的应用程序信息启动相应的应用程序等等。 与外部资源交互完成各项活动；工作流执行服务通过两种途径完成 与外部资源和用户的交互，客户应用接口和直接调用应用接口方式。对 于客户应用方式，工作流机通过任务项列表管理器对应用的执行进行管 理。任务项列表管理器提供任务项列表供用户进行选择，并记录监督工 作项的完成情况。由用户完成从任务项列表管理器提供的任务项列表中 选择相应的任务项，并在需要的时候调用应用工具完成相应任务的执行， 在任务执行完成后，用户需要修改相关任务项的状态，如置完成标志， 供任务项列表管理器使用。对于直接由工作流机启动的活动，由工作流 机直接调用相应的应用来完成，这些自动执行的应用同样需要将合适的 预先定义好的应用执行完成情况反馈给工作流机。工作流机自动调用的 应用主要是针对基于服务器的无需用户参与的应用，即自动化活动。 维护工作流控制数据和工作流相关数据：工作流在执行过程中要维 1 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 护不同过程和活动实例的内部状态信息，以及用于协调和恢复的各种检 查数据和恢复重起信息，还包括用户传送的必要的相关数据。 2 2 4 工作流技术趋势 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正 在向更深层次进行。工作流技术研究主要分为两方面内容：一是为工作 流技术的发展解决理论上存在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化 表示方法等；二是从工作流实现技术的角度探讨利用先进的技术提高工 作流管理系统的性能和可靠性。 分布式的系统：分布式的系统可以使分布的计算资源得到有效的利 用，平衡系统负荷，减小系统故障带来的损失。分布的子过程或活动可 以在分布的系统组件上独立的运行，并在组件之间传递数据和过程的状 态。分布式设计不仅要考虑系统分布组件之间的通讯问题，更重要的是 给出过程分布的规则，使整个系统的资源利用达到最优。 组件化设计、增强系统可伸缩性：要实现业务过程的快速重组，应 用系统需要按照组件的方式构建或改造。采用组件化的系统设计和面向 对象的工作流模型后，用户界面组件、工作流管理组件，工作流过程都 可以定制和重用，使它们能快速适应在不同领域中的应用。 基于事件：事件为工作流管理系统中( 分布) 组件之间的异步通讯 和互操作提供了一种高效的机制。采用这种机制，组件之间可以松散的 组合。 基于w e b ：未来企业工作流的参与者不仅在地理上是分布的，使用 着不同的平台，并且各自有着自己的工作方式和时问安排。这些参与者 将通过访问共同的工作流组成虚拟工作组，由工作流管理系统相连。w w w 利用i n t r a n e t 和i n t e r n e t 提供了一种跨平台的、一致的、简单的数 1 2 t，21 。 妒 太原理工大学硕士研究生学位论文 据访问方式。 支持动态建模：工作流管理系统需要适应变化的环境，变化的环境 经常会引起异常的发生。在长过程的执行过程中，对工作流过程模型的 优化将造成对过程模型的修改，在过程的执行中重新分配任务，或为活 动的执行者在工作方式上提供更多的选择，以便及时采用最有效的资源 和人员部署方案。 异常处理和错误恢复问题：对于个复杂的应用系统，出现异常和 错误是非常正常的情况，对于工作流管理系统不仅要求它在正常情况能 够发挥作用，更重要的是要求它能够灵活的处理各种异常情况，并且在 某个节点发生错误时能够保证整个系统不会发生崩溃。 融入事务管理概念：在工作流管理中融入事务管理的概念和模型方 ，法可以显著的提高工作流管理系统处理大规模业务应用的能力。 通用性和移动性：未来的计算机环境将允许用户根据需要随时随地 访问信息。随着p d a ，寻呼机等信息终端和笔记本、桌面计算机等通讯 ：设施的普及，越来越多的工作流信息将通过这些渠道和机制发送，一些 工作流系统已开始支持低带宽的移动设备的访问。 2 3 工作流建模方法介绍 在工作流技术的发展过程中产生了很多工作流建模方法，主要有 p e t r i 网、f s 埘和u m l 等建模方法。 2 3 1p e t r i 网 p e t r i 网是由p e t r i 最先提出的一类建模工具。它们具有严密的数学 背景和易于理解的图形特征p e t r i 网的图形特性使它们具有 s e l f - d o c u m e n t 和强力的设计工具，便于参与设计流程的人员之间可视 化的交流。从另一方面来说，它们具有坚实的数学公式，使得它可以建 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 立数学模型来描述系统的行为。而且，通过p e t r i 网的分析技术可以检 验模型的有效性。p e t r i 网特别适用于建模和分析那些具有并行的，同 步的动作的离散事件。 一个p e t r i 网是一个有向网，由p l a c e s 。t r a n s i t i o n s 和a r c s 这三 个结构组成。p l a c e s ，一个圆圈，表示当系统迁移时的状态或条件，一 个用条目或方块表示的，用来描述可能改变系统状态的事件。p l a c e s 和 迁移之间的关系用a r c s 的集合表示。a r c s 是指用于连接p l a c e s 和 t r a n s i t i o n 单向的连线。两种相同结构不同相连。系统的动态的行为可 以表示为t o k e n s 。在图形用一个黑色的点来表示。一般来说，p e t r i 网 的公式定义： p e t r i 网是一个四元组n 一 ，其中p ：f p i ：i = l ，j p i 是 p l a c e s 的有限集，t - f t j ：j = 1 ，f t f 是t r a n s i t i o n s 的有限集。 对于基于p e t r i 网模型的系统，可以研究系统属性的两方面，动作 行为或标志依赖属性，指依赖于系统初始标志的属性，我们可以得出不 同的结论，与建模系统结构相关的结构化属性，它们是独立于初始标志 的属性。 2 3 2f s m 有限状态机是实时系统设计中的一种数学模型，是一种重要的、易 于建立的、应用比较广泛的、以描述控制特性为主的建模方法，它可以 应用于从系统分析到设计的所有阶段。有限状态机的组成如下： ( 1 ) 个有限的状态集合q ( 2 ) 个有限的输入集合i ( 3 ) 个变迁函数6 ：q i q 变迁函数也是一个状态函数，在某一状态下，给定输入后，f s m 转入 该函数产生的新状态。 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 总的来说，有限状态机的优点在于简单易用，状态问的关系能够直 观看到。但应用在实时系统中时，其最大的缺点是：任何时刻系统只能 有一个状态，无法表示并发性，不能描述异步并发的系统。另外，在系 统部件较多时，状态数随之增加，导致复杂性显著增长。为了消除这些 缺点，一些新的方法应运而生。 2 3 3u m l 统一建模语言( l l ) 为描述面向对象系统定义了一系列的标准符号。 使用u m l 增强了领域专家、工作流专家、软件设计者和其他不同背景的 专家之间的交流联系。u m l 可以在普遍的场合使用，对工作流系统的用 户而言很直观。除了这些，u m l 符号具有准确的语义，也就是说可视化 的工作流描述可以作为软件规约。 u 地有着丰富和复杂的符号来描述软件系统。这些符号也许太丰富以 至于不直观、不友好。然而，恰当地用u m l 来描述工作流管理系统有两 大好处。首先， b i l 是软件界公认的符号标准；第二，u l j l 也可用在不需 要实现细节的一般场合。在显示的u m l 图与那些领域专家已经在使用的 图在直观上很相近，另外，它们的语义有精确的定义。如有必要，可出 于软件设计的目的给同样的图增加详细的实现细节。 业务系统的描述由流程和静态结构的描述组成。流程最直观的模型 就是一个活动或任务的序列，按照顺序完成以到达某个目标。因此，u 札 的序列图和活动图很适用于友好、准确、详细地描述业务流程，如组织 图之类的静态结构，没有实现细节，可以用u m l 的静态结构图描述。 2 4 电子政务中的工作流模型 点。 在电子政务建设中，工作流模型的建立应该符合电子政务的自身特 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 4 1 电子政务业务过程分析与特点 首先，我们先看几个电子政务中具体业务案例。 例一：个政府单位的公文起草到完成、存档，构成了一个典型的 工作流。 例二：跨部门的审批。市民、企业到政府机关办理证件、执照，往 往要启动一个跨部门的协同工作流。如太原市的财政局的办事流程有1 0 0 多个，而约有1 3 的办事流程都是要经过物价局、公安局、主管厅等。 而且办事流程会因各种原因作出三种选则：推回上一环节重新审批；通 知流程启动者，该项事务作废：通知流程启动者，补办有关手续，待手 续补办完毕，流程再往下进行。 例- - - 政府网上采购，由政府内部启动的复杂工作流。政府网上采 购有四个特点：公开性，为了杜绝腐败，流程全程公开；协同性，政府 机关、企业、银行、有关专家多家联动；复杂性，流程会在多种类型的 参加者之间反复互动，既有同步，也有异步；长时间，工作流会延迟至 数周到一月以上 一个完整的采购项目大至有如下的阶段： 表2 - 1 政府采购流程表 t a b l e 2 1s t o c k i n gf l o wo fg o v e r n m e n t 编号阶段名称分阶段名称处理内容 1计划提出采购申请填写采购清单 2领导审批多个领导签字 3提交采购中心统一的政府机构汇总 4中心确认采购中心负责人签字 5资源确认决定交易机制竟标、询价或指定 6招标竟标委托招标公司、收集、查询相关档案 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 供应商信息管 理 7交易执行货订单发布给供应商发订单 8订单追踪供应商查询未完订单 9供货合同管理签订合同、合同归档 1 0库存查询供应的商品库存 l l执行情况查询到货、质量等情况 1 2后续处理收货管理 发票管理 付款管理 质量控制 供应商评估 供应商发布修 改 根据上述三个案例的分析，有以下几点是带有共性的： 1 ) 过程构成：一个政务过程是由一个或多个任务组成，这些任务之 间存在着某种约束关系。业务过程处理实际上是其中的任务按照这种约 束关系而先后执行。任务是构成业务过程的基本单位，任务之问由于约 束关系和抽象层次而形成比较复杂的结构特性。 2 ) 过程执行：业务过程的一次执行是为了完成某个具体的业务目标， 需要特定的数据和人力资源。一个业务过程可能是组织内业务过程，也 可能是组织间业务过程的一部分。不同的业务过程是独立地在执行，它 们之间可能没有直接的约束关系，但是可能通过共享资源而相互影响。 3 ) 访问数据：任务在执行过程中需要访问外部应用或数据，它们或 者作为任务的输入流，或者作为任务的输出流。一个任务输出的数据也 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 可能作为另一个任务的输入，任务之间由于所访问的数据而产生约束关 系。数据是业务过程所作用的对象，这些应用数据有各自不同的类型定 义，不同的组织方式。 4 ) 执行者：任务在执行中可能需要执行者( 人或代理) 的参与。这 些执行者构成个组织，他们之间存在着某种关系。对于这些执行者， 有两种划分准则：一种是按照执行者的职能将其划分为不同的角色，如 处长、秘书等；另一种是按照组织结构将其划分为不同的组织单元，如 财务处、办公室。一个执行者属于某个组织单元，充当某个角色。 基于上述对现实世界业务过程的分析，我们应该从三个方面来描述 业务过程，即业务过程构成、数据模型和组织结构。因此，在建立工作 流模型时，应使工作流模型包含这三个方面的信息。为此，我们在何清 法等人提出的三维工作流模型啪1 基础上提出一种更符合电子政务特点的 增强型三维模型，它包括三个子模型：增强型组织模型、增强型数据模 型和增强过程模型。 2 4 2 增强型三维模型 组织模型描述了组织内部各个实体及其相互关系；数据模型描述了 业务过程所访问的数据及其视图；过程模型描述了业务过程结构中的各 种实体及其约束关系( 包括控制流和数据流) 一个业务过程实际上是由 这三个模型中的若干个实体所构成，业务过程作为框架将过程模型、组 织模型和数据模型中的各种实体关联起来。 1 、增强型组织模型 组织模型是对一个组织内各种实体及其相互关系的描述，用实体关 系( e n t i t yr e l a t i o n s h i p ，e - r ) 表示。在电子政务处理过程中由于 要涉及到跨部门跨单位的业务流程处理，所以组织模型采用了基于角色 的增强型组织模型的方式。 1 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 图2 - 4 增强型组织模型e r 图 f i g u r e 2 - 4e - ro fo r g a n i z a t i o nm o d e l 上图中实体说明如下： 组织：是对现实世界中某个组织的抽象描述，属性包括组织名称、 描述、性质、部门列表、负责人和地址等等。 部门：是对