（控制理论与控制工程专业论文）基于xpdl的可视化建模.pdf

摘要 论文着重探讨了工作流管理系统中的建模问题的设计和实现，提出了一个基于x p d l 的可视 化建模工具的解决方案，并在此基础上增加了模型验证机制和实时通信手段，达到了分离工作流 建立和实施阶段的目的并提供了良好的性能。 论文首先介绍了项目的背景、课题的研究意义和相关的工作流技术。构建工作流管理系统的 目的就是为了对企业的业务逻辑和管理逻辑进行解耦，参考模型的提出为建模过程的独立和复用 创造了可能。综合比较各种流行的建模方法和模型描述语言，选择x p d l 规范作为遵循的标准。 依据功能领域对x p d l 元模型做改进划分，提取核心的过程模块。本文的重点内容就在于依托过 程模块完成可视化工作流建模工具的开发。分析归纳出程序设计实现的关键环节，逐步完成过程 模块实体到活动图节点及有向边的映射，多种视图的协调绑定和对象生成器的自动调用规则。 x p d l 规范采用x m l 作为公共交换格式封装具体模型的底层内容，工具通过引入x m l 文档解析 器解决了模型的存储和解析问题。最后系统对辅助模块进行整合与集成，得到个具有图形表达 能力的包含完整信息的i 作流建模工具。 为减少运行时工作流管理系统因模型错误引发的故障，保证模型的质量，我们还替建模【具 设立了一整套的验证措施。分别从文件的结构、语法和简单语义等方面对建立好的模型进行检查。 通过建模阶段的自检大大增强了系统的安全性和健壮性，避免了不必要的麻烦。 现代企业的业务变更速度越来越快，对工作流系统的适应性要求也越来越高。为应对不断增 长的柔性需求，尝试使用在建模工具和工作流引擎之间建立实时通信的方法弥补x p d l 静态建模 固有的不足。模型修改的及时反馈有助于整个工作流平台动态特性的改善。 关键词：工作流管理系统、x p d l 、元模型、可视化建模、模型验证、动态性 a b s t r a c t t h em a i ns u b j e c to f t h i st h e s i si st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f m o d e l i n gp r o b l e mi nw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m as o l u t i o no fv i s u a l i z e dm o d e l i n gt o o lb u s e do nx p d l i sb r o u g h to u t ，s u p p o r t e d b ya d d i t i o n a lm o d e lv a l i d a t i o nm e c h a n i s ma n dr e a l t i m ec o m m u n i c a t i o nm e u s u r e i tp r o v i d e sg o o d p e r f o r m a n c ea n dr e a c h e st h eg o a lo f s e p a r a t i n gt h em o d e l i n ga n de x e c u t i o np e r i o do f w o r k f l o ws y s t e m w ef i r s ti n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do f t h i sp r o j e c t ，t h em e a n i n go fr e s e a r c hs u b j e c ta n dt h er e l e v a n t w o r k f l o wt e c h n o l o g y t h ep u r p o s eo fb u i l d i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi st od e c o u p l et h ec o n t r o l l o g i ca n dt h eb u s i n e s sl o g i co fe n t e r p r i s e s ，a n dt h ep r o p o s a lo fw o r k f l o wr e f e r e n c em o d e lm a d ei t p o s s i b l ef o rm o d e l i n gp r o c e s st ob ei n d e p e n d e n ta n dr e u s a b l e a f t e rf u l l yc o m p a r e dv a r i o u sk i n d so f p o p u l a rm o d e l i n gm e t h o d sa n dm o d e ld e s c r i b i n gl a n g u a g e s ，x p d lw a sc h o s e na ss t a n d a r d a c c o r d i n g t ot h ef u n c t i o nd o m a i n ，w em a k ef u r t h e rd i v i s i o no fx p d lm e t a - m o d e la n de x t r a c tt h ec o r em o d u l eo f p r o c e s st h i st h e s i sw i l lf o c u so nt h ec o n t e n to fd e v e l o p i n gv i s u a l i z e dw o r k f l o wm o d e ld e s i g n i n gt o o l r e l a y i n go nt h ep r o c e s sm o d u l e a n a l y z i n ga n dg e n e r a l i z i n gt h ek e yp o i n t so fp r o g r a m m i n g r e a l i z i n g m a p p i n gb e t w e e np r o c e s se n t i t i e sa n dn o d e sa n de d g e so fa c t i v i t yd i a g r a m ，m u l t i - v i e wb i n d i n g ，a n d a u t o m a t i ci n v o k i n go fo b j e c tg e n e r a t o rs t e pb ys t e p x p d lu s e sx m la st h ec o m m o ne x c h a n g ef o r m a t t oe n c a p s u l a t et h eu n d e r l y i n gc o n t e n to fc o n c r e t em o d e l f i l ep a r s e ri se m p l o y e dt or e s o l v et h es a v i n g a n dp a r s i n go fm o d e l a tl u s t , a s s i s t a n tm o d u l e sa r ei n t e g r a t e di n t ot h es y s t e ms oa st oa c h i e v ea w o r k f l o wm o d e l i n gt o o lw i t hg r a p h i ce x p r e s s i n ga n da l lt h en e c e s s a r yi n f o r m a t i o n s t or e d u c et h er u n - t i m em a l f u n c t i o no fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mb e c a u s eo fm o d e le l t o r ，as e t o fv a l i d a t i o nm e a s u r e sa r es e t - u p t h et o o lc h e c k sm o d e jf r o mf i l es t r u c t u r e g r a m m a ra n ds i m p l e s e m a n t i cr e s p e c t i v e l y t h i ss e l f - v a l i d a t i o no fm o d e l i n gp e r i o d g r e a t l yi m p r o v e st h es e c u r i t ya n d r o b u s t n e s so f t h es y s t e m ，a n da v o i d su f l f l e c c e s a l t yt r o u b l e s t h ec h a n g i n gs p e e do f m o d e me n t e r p r i s e s b u s i n e s si sb e c o m i n gf a s t e ra n df a s t e r , a n dt h ed e m a n d o f a d a p t b i l i t y i s m o r e i n t e n s e i no r d e r t o m e e t t h e g r o w i n gn e e do f f l e x i b i l i t yr e q u e s t ，w e t r y t h e i d e ao f b u i l d i n gr e a l - t i m ec o n t a c tb e t w e e nm o d e l i n gt o o la n dw o r k f l o we n g i n et oc o u n t e r b a l a n c et h ei n - - b o m w e a k n e s so fs t a t i cm o d e l i n go fx p d l t h ei m m e d i a t ef e e db a c ko fm o d i f i c a t i o no fm o d e lh e l p st o i m p r o v et h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h ew h o l ew o r k f l o wp l a t f o r m k e y w o r d s ： w o r k f i o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，x p d l ，m e t a - m o d e l ，v i s u a l i z e dm o d e l i n g ，m o d e l v a l i d a t i o n ，d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 1 1项目背景和课题介绍 1 1 1 项目背景 第一章绪论 随着计算机、网络及相关技术的迅速发展，越来越多的企业陆续采用计算机辅助生产、经营 和管理来合理调配资源，提高自身效率。然而传统的管理系统主要依赖计算机设备强大的信息处 理能力，着重于对信息的采集、加工、储存以及传播，以数据共享的方式集成各种功能，从而达 到支持各部门和部门之间业务处理的目的。这种开发技术主要是基于部门职能以及操作流程来设 计的，由此产生的系统虽然具有良好的功能，可以满足基本的需要，但对企业的业务流稃控制逻 辑关系缺乏完善的支持，没有良好的结构：传统的管理系统各功能问的联系通常是直接编写到程 序代码中，与功能代码相互混杂。这样一来，系统的控制逻辑变得模糊，维护变更的实现也更为 复杂。企业信息化形成一座座“孤岛”系统运行在不同的软硬件平台上，彼此之间无法通信， 甚至不能向下兼容，业务流程稍有变化，将导致程序代码的重新编写。系统的可靠性、重用性和 兼容性已成为当今软件工程突出的问题。 为解决上述难题，使企业快速适应不断变化的周边环境，应对激烈的市场竞争，软件行业发 展了一系列改进措施，如面向对象、面向领域、模块化设计，工作流技术也应运而生。工作流是 一种企业流程认知论它是企业中数据流、信息流、过程流、协作流、资源流等各种要素流的集 成综合。不同于以往的管理系统，工作流技术并不是独立实施针对某一个行业或某一个企业而定 制的，它作为种中间件平台，配合模块化的构件思想，支持二次开发。不仅可以使企业根据自 身需要灵活的调整业务处理模式，还大大提高了软件供应商的开发能力。工作流管理系统以信息 集成为基础，以过程控制为中心，支持业务模块的复用通过对流程的定义和解释驱动其上功能 单元的执行，将业务领域的控制逻辑和具体功能的实现分离开来。 图1 1 、构建于工作流平台的系统体系结构 鉴于工作流技术的先进性以及未来企业级应用系统可能的发展趋势，我们科研小组确定就此 进行分析研究，希望能够提供具有实际应用价值的工作流管理系统平台的一整套方案。本文正是 东南大学硕士学位论文 针对其中的建模环节展开的，细致描述了设计实现一个基于x p d l 规范标准的图形化建模工具所 需要的总体思路、关键技术和实施细节。由图1 - 1 显示的体系架构可以看出，建模工具能够独立 于整个系统而存在，它将向工作流引擎提供运行时所必需的各种资源定义和流程转移信息。系统 设计管理人员使用直观的建模工具可以轻松的完成用已有的功能模块搭建符合企业需求的系统或 改变原有业务流程的工作。另外，工具还配备了模型检验和动态部署机制，在通用、异构的基础 上增强了系统运作时的安全性和灵活度。 1 1 2 t 作流管理系统中建模技术的发展 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化，是针对工作中具有固定程式的活动而提出的。 工作流技术就是基于上述概念，用以实现业务建模、过程仿真及优化，监控管理与集成。从而展 终达到业务过程自动化的核心技术。工作流的提出，不仅为业务流程的自动化提供了基础，也为 网络环境f 的应用系统的进一步分离提供了可能。软件构件不仅需要连接，更需要管理，引入工 作流的目的之一就是从应用系统中将管理功能分离出来。 工作流技术自从2 0 世纪8 0 年代出现以来，主要历经了以下三个发展阶段： 1 1 应用于某些特定领域相对独立的应用系统； 2 ) 具有底层的通讯基础结构、能够实现任务协作的应用系统； 3 ) 具有图形用户界面的过程定义工具，用户定义与任务执行完全分离，体系结构基本符合工 作流管理联盟标准的工作流管理系统。 随着工作流集成框架下所容纳的技术不断拓展与成熟，工作流系统将逐渐成为企业信息环境 中不可缺少的软件平台。虽然当前的工作流管理技术、产品与理想中的尚存在有较大的差距，但 它已经成为许多学者研究的热点和被软件供应商共同看好的对象。t h o m a sk o u l o p o u l o s 甚至在文 献中预言工作流系统将最终成为覆盖于计算机与网络之上的业务操作系统，给操作系统和信息管 理软件带来一次全新的革命。 实现工作流管理系统一般包含三个阶段：设计建模阶段、测试运行阶段、监控管理阶段。 其中，设计建模阶段的主要任务是将工作流过程模型化，也就是把实际中的业务流程转变为可供 工作流管理系统( 确切的说是工作流引擎) 解释的计算机化表示。工作流模型设计的优劣将直接 关系剑整个： 作流管理系统的正确性与否还有执行效率的高低等关键问题。 目前，有关工作流建模的方法繁多，已被广泛应用的主要有：基于活动网络的方法，主要以 企业运行中活动和活动间的关系、联系为基础；基于形式化表示的方法，虽典型的例子莫过于p c t r i 网。p e t r i 网的理论被很好的应用到了工作流建模中去。以至于在此基础上又衍生出了一系列新的 理论：基于对话模型的方法，w i n o g r a d 和f l o r e s 在语言行为的理论基础上提出了以对话为主的工 作流模型，该模型依据活动中客户方与服务方两个角色间语言行为的交互定义了工作流过程，这 种方法也铍称为基于消息的建模方法；基于状态与活动图的方法，介于p e t r i 网模型和图形化模型 之间，兼有两者的优点以及缺点；基于事务模型的方法，事务的概念来源于数据库研究领域，主 要用于解决数据的并发访问和出错恢复的问题，建立基于事务的工作流模型对提高工作流管理系 统的可靠性具有重要的意义。 为了提供一个公共的方法来访问和描述工作流定义，工作流管理联盟( w f m c ) 制定了x p d l 规范。x p d l 是一个通用的框架，这也是x p d l 的一个重要特性，这个框架可以支持开发者的特 殊使用目的，而对外表现形式却保持相同。 2 第一章绪论 1 2课题研究的内容和意义 1 2 1 工作流建模的重要作用 作为实现工作流管理系统的首个环节工作流建模有着举足轻重的作用： 1 、决定了整个工作流平台的运行机制。采用何种方式迸行建模直接影响到工作流引擎的选取 或设计方案。工作流机的任务就是解释创建好的规则，调_ e j 相应的资源。只有明确了这些信息是 以什么方式进行定义描述的，应该遵循哪些数学公式和逻辑判断，整个系统才能按照预定的设想 正常的执行。 2 、定义了所有运行时必要的信息。工作流建模的核心思想是制定业务执行的过程，也就是“做 什么”。但是仅有流程步骤是远远不够的，要想完成一个有实际意义的工作流模型还必须包含相 关的资源及数据信息“谁来做”和“怎么做”。如何把这些内容充分的融合在一起，而又不 至于使工作流管理系统的流程控制功能被弱化是建模应该着重考虑的问题 3 、使繁琐的细节抽象化，减轻了管理者的负担。无论哪种建模方式，其基本思想都是使具体 的事件一般化，实际的事物虚拟化，以便于计算机的执行操作。好的建模方法不光要满足可供计 算机解释运行的要求，还应该支持直观的表现形式，友好的人机交互界面，降低流程设计管理人 员工作的复杂性。 4 、辅助优化建立好的系统模型。创建出来的业务模型在实际运行的时候大多难免会遇到这样 那样的问题。这些问题有的是由于规划设计者不经意遗留下来的错误，有的是因为预想与现实间 的咧有的差异造成的，还有的则是逻辑规则的缺陷，致使实例掉入了“陷阱”。建立一套良好的 检查机制，在建模的同时尽量减少运行阶段可能出现的错误，从源头消灭问题。另外，我们不应 该孤立的看待工作流实施的三个阶段，而应该将它们串联起来形成一个完整的闭环：由设计建模 阶段发起，触发测试运行阶段，再通过工作流机把数据传递给监控模块，最后管理监控阶段所得 的结论还应反馈给设计人员，启动下一轮的实现进程，逐步优化系统的性能。 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。由于工作流需要在计算 机环境下运行，因此建立相应的工作流模型是必不可少的。工作流模型应该完整地提出支持工作 流定义的概念，为建模用户提供工作流定义所需要的组件或元素。理想的工作流模型能够清楚的 定义任意情况下的工作流，适应用户在建模过程中所提出的各种要求。 1 2 2 论文的主要工作内容 本文研究的主要内容都是围绕- 作流管理系统中建模工具的设计实现来展开的。 1 深入研究工作流管理系统中模型描述的问题。对比分析了目前业界常剧的几种主流建模方法 的特点及优劣，最终选定x p d l 规范作为模型建立的基础。x p d l 的优势在于通过约定的接口将 模型的定义从紧耦合的系统之中分离出来，进而达到模型的通用与复用。由满足规范要求的建模 工具生成的模型可以在所有支持x p d l 标准昀工作流引擎上运于亍，通信。 2 在理解消化x p d l 元模型的基础上对其进行了进一步的划分。按功能和作用域把上述模型 细分为三个模块两个层次过程模块、数据模块和资源模块，其中，过程模块描述了业务逻辑 信息属于核心的内部管理层；数据模块和资源模块同属于外部辅助层对过程模块提供支持。依据 以上的划分，可以使各部分的职权更加明确，提高了软件的灵活度与重用性。 3 全文的重点在于设计实现了一个图形化的工作流建模工具。按照x p d l 纯文本的方式来完成 定义工作，需要模型设计人员掌握额外的专业知识，并具有很强的逻辑思维能力，这无疑增加了 设计的难度。基于之前对x p d l 元模型的分解，结合其他形式化建模的经验和方法，提取出针对 3 东南大学硕士学位论文 工作流过程图形化建模的三块核心内容，包括图形与过程实体间的映射、x m l 文档解析、内部管 理层和外部辅助层的系统整合。整个系统构建在j a v a 平台之上，采用m v c 模式屏蔽了具体的实 现方式，为流程设计人员提供了清晰直观的表现形式。 4 工具还提供了模型正确性的验证，从语法、结构和简单语义三方面对建立好的模型进行检查。 综合运用多种检验机制的实现细节，尤其是参考了w f n e t 的化简和验证规则。通过分析设计阶 段的自检，保证了系统运行时的安全性和合法性要求，有效的降低了由于循环死锁或嵌套不匹配 等带来的问题。 5 试验使用w f x m l 进行动态部署。随着网络技术的发展，当今企业越来越强调灵活性和实 时性。x p d l 作为一种静态的建模语言，无法及时对模型的修改做出调整。针对这个问题，引入 动态部署机制，通过上传下载的形式实现建模工具与工作流引擎的实时通信以满足企业在运行 中修改业务流程的需要。 1 2 3 设计基于x p d l 工作流建模工具的意义 设计实现一个基于x p d l 规范的可视化工作流建模工具并引入模型检验和动态部署机制，我 们将得到一个独立于平台的、通用简易的模型定义器，为整个工作流平台的建立和应用带来重要 的意义： 】、模型建立与工作流引擎的分离 依据工作流参考模型，为工作流管理系统内部抽象出一系列接口w a p i 其中x p d l 作为一 种交换格式隔离了模型定义与工作流执行服务。这种松耦合的连接方式使各部门的职权更加明确， 分工合作更加清晰可行。业务流程的设计人员无需了解工作流机是如何运作的，工作流引擎的开 发管理者也不必关心具体的过程模型、资源模型、数据模型是怎样被建立和描述的，各自专注自 己的任务，通过简单的交流即可实现良好的协作。 2 、模型实现方法的无关性 x p d l 规范制定了标准的模型定义交换格式，然而对如何具体实现并没有做出限定。这意味 着不同的组织机构都可以给出自己的表现形式，只要符合规范的基本要求就可以进行互通、互访。 这种隐藏实现细节的方式为： 作流管理系统的异构分布式创造了可能也为流程资源库的设立提 供了便利。正如数据访问层带给应用系统的对底层数据库屏蔽的特性，我们也可以在不改变上层 实体的基础上，更替模型的创建方式。 3 、降低模型在运行期间的错误 在工作流管理系统中，模型的验证是相当关键的一个主题。没有正确的模型表达势必造成整 个系统出现难以预料的错误，给企业带来不必要的损失。如何尽可能的降低错误出现的儿率，如 何及早的发现模型存在的漏洞已经成为业界关注的焦点之一。在建模的过程中利用严格数学公式 和逻辑判断由工具自动对常见的语法、结构还有语义问题进行检查应该是很好的处理方案从 源头杜绝了不良结果的发生。若再加上仿真实验的测试，则不但能够最大限度的保证系统的正确 性、安全性，还能够为系统性能的优化提供参考。 4 、增加模型的动态特性 目前，企业流程变更的频率较以往快了许多，具备一定柔性特质的工作流系统逐渐演变成一 种趋势。x p d l 作为拆分建模工具与工作流引擎的重要组成的同时也限制了自身的发展：单纯的 x p d l 建模工具只适合静态模型。为弥补这方面的不足，根据其基于x m l 文档结构的特点，引 入w f - x m l 。w f - x m l 是一种依靠消息传递的交互标准，它透过h 1 1 p 协议支持级联、嵌套、平 行并发的交互模式，且支持同步或异步传输。在建模工具中集成通信模块对提升系统的应变能力 起到了关键性的作用，也为设计人员及时地掌控系统运行的状态创造了便利。 4 第一章绪论 1 2 4 论文的章节组织结构 论文按以下结构展开论述： 第一章绪论。综述论文，介绍课题的背景及意义，提出问题并引出研究的内容 第二章工作流管理系统的建模技术。概述工作流管理系统的构成及内涵，讨论了目前主流 的几种工作流建模解决方案。经过分析比较，根据适用案例和系统要求，选取x p d l 作为标准， 提出了构建独立的、通用的工作流建模的方案。 第三章基于x p d l 的图形化建模的设计与开发。在深入了解x p d l 工作流元模型的基础上， 提出将其继续细分为两个层次三个模块。继而详细论述了建立一个符合规范的图形化建模工具的 相关技术细节。其中重点介绍有关图形与过程实体间的映射、x m l 文档解析、模块整合的部分。 第四章模型验证。参考x m l 结构检验及p e t r i 网、w f n e t 有效性检查规则，对完成的模型 进行语法、结构还有简单语义方面的验证。论述了具体的实现机制，利用约束条件对建立好的业 务模型进行自检有效降低了系统运行时发生错误的可能，提高了系统的整体性能。 第五章w f - x m l 动态部署。工作流建模工具与工作流引擎间的实时通信。论述了建立动态 部署的实施细节通过w f - x m l 规范实现建模工具与引擎的互访，达到实时调整业务流程的目的， 增强了系统的应变能力及可控性。 第六章总结和展望。总结全文并在此基础上对今后的研究方向进行展望。 东南大学硕士学位论文 第二章工作流管理系统的建模技术 2 1 工作流平台概述 工作流技术是计算机的协同工作( c a c w ) 的一部分，它通过将业务流程分解成良好定义的 活动、角色和过程规则，并结合计算机和网络技术来实施流程管理、流程分析和流程再造。工作 流平台是为提高工作效率而产生的，采用先进的电子通信，使得企业中的任务执行过程线性化。 从用户的使用角度来看，工作流就相当于将特定的任务分发给对应的人员，执行者使用相关的工 具进行表单处理和数据存储完成任务后再由系统将结果和任务传递给下一个用户，如此反复直 至结束形成完整自动的工作流程。 2 1 i 工作流管理系统 不同的研究者和工作流产品供应商分别从不同角度对工作流提出了不同的定义。目前，工作 流的概念尚无统一、明确的定义。下面给出几个具有代表性的定义以供参考： i b ma l m a d e n 研究中心将工作流描述为经营过程的一种计算机化的表示模型该模型定义了 整个过程的各种参数，这些参数包括过程中每一个步骤的定义、步骤之间的关系、条件以及数据 交互、每一步骤的执行者和所需要的应用程序。 g e o r g a h o p o u l o s 给出的定义为，工作流是将一组任务组织起来完成某个业务过程。在工作流 中定义了任务的触发顺序和触发条件。每个任务可以由一个或多个软件系统完成，也可以由一个 或一组人完成，还可以由一个或多个软件系统协作完成。任务的触发顺序和触发条件用来定义并 实现任务的触发、任务的同步和信息流( 数据流) 的传递。 工作流管理联盟( w f m c ) 将其定义为业务流稗的全部或部分自动化，在此过程中，文档、 信息或者任务按照一定的过程规则流转实现组织成员间的协调工作，以期达到业务的整体目标。 以上这些采用非形式化语言描述的工作流概念虽然在表述方式上略有不同，但是基本达成了 这样一个共识，即工作流是业务过程的计算机实现，以自动化或半自动化执行为目标。而工作流 管理系统是用来实现这一目标的软件环境。 通常，工作流管理系统”1 指运行在一个或多个称为工作流机的软件上的，用于定义、实现和 管理工作流运行的软件系统。它和工作流执行者( 人、应用程序) 交互，推动工作流实例的执行， 并监控其运行时的状态。需要指出，工作流管理系统并不是普通的企业管理系统，它为企业的业 务系统运行提供了一个软件支撑环境，非常类似于单个计算机上的操作系统。不过，工作流管理 系统支撑的范围更大、环境更复杂，事物处理协调的难度也更高。因此，有人把工作流管理系统 称为业务操作系统。工作流管理系统在一个企业或部门的业务流程中的应用，是一个业务模块、 应用软件和操作界面的系统集成与实施的过程。 工作流管理联盟( w f m c ) 给出的关于工作流管理系统( w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s l e m ，w f m s ) 的定义是“通过使用软件来定义、创建工作流，并且管理其执行。它运行在一个或多个工作流引 擎上，这些引擎解释对过程的定义，与工作流的参与者相互作用，并根据需要调用其他的i t 工具 或应用”。 实施工作流管理系统一般包含三个阶段：设计建模阶段、测试运行阶段、监控管理阶段。尽 管不同的一：作流管理系统在具体的应用范围和实现方式等细节方面存在差异，但它们还是有很多 共同的特征。从较高的层次抽象地考察工作流管理系统，可以发现所有的工作流管理系统都应提 供以下四种基础功能： 6 第二章工作流管理系统的建模技术 建立阶段功能：使用工作流模型对业务流程进行建模，即对业务流程进行抽象和提炼。运用 术语和形式化表达方式，达到精确描述业务流程的目的，完成企业实际运行过程向计算机可处理 的信息转换。 运行阶段的控制功能：在特定的运行环境下，执行工作流过程，完成每个过程中活动的协调 和调度功能。运行阶段相当于模型与现实间沟通的桥梁它解释己经创建好的工作流模型，把 它们实例化，并根据预先的设定来启动过程中的任务，通知或激活相应的人或应用程序。过程控 制大多由被称为工作流引擎的模块负责完成。 运行阶段的交互功能：实现各种活动执行过程中用户与应用程序之间的交互。在过程实例的 执行过程中，经常需要用户通过某种应用程序来完成过程定义所要求完成的处理或操作。另外， 不同任务间传送的控制信息和数据，或自动调用有关的应用模块，也需要系统内部和程序间的通 讯。 前面三项基本功能已经得到行业内的统一认可，下面的业务流程重组功能虽然尚未写入统一 的规范，但也慢慢成为工作流发展的必然趋势。越来越多的企业意识到它的重要性，对此也有了 更高的要求。目前，已有一些学者和研究人员意识到了这一点并做出了贡献，提出了诸如系统柔 性、动态建模等概念，相信不久的将来流程重组与再造一定会成为像上述三条一样工作流管理系 统不可或缺的功能。本文在设计建模工具的时候对此也进行了充分的考虑并提供了自己的解决方 案，第五章就详细论述了参考的原理规范以及实施的具体细节。 业务流程的重组：为加快流程运转和数据处理的速度，降低运营成本，提高企业效益，引入 了工作流。然而经过不断的尝试和经验的积累，人们逐渐意识到理想与现实之间的距离收凭 一次建模活动很难达到企业运作的最佳状态。但是割裂的看待工作流实施的各个阶段，试图通过 多次彼此独立的实验来找到其中晟优的解决方案既费时费力。且效果有限。引入自动控制理论中 经典的闭环反馈取代过去的开环系统，依赖对工作流历史数据的统计分析和归纳推理发现现行流 程里的不足和薄弱环节，并把调整的意见方案回馈给建模环节实现业务流程的重组再造。 2 1 2 工作流参考模型及其体系结构 1 9 9 3 年国际工作流管理联盟( w f m c ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。 工作流管理联盟( w f m c ) 制定的相关术语、体系结构以及工作流应用编程接口等方面一系列的 配套标准对业界做出了指导性的作用，为工作流技术和产品的规范化，持久性发展提供了帮助。 工作流技术的应用，无论是从用户的角度来看，还是从开发者的角度，都需要一个通用的标 准，由标准来决定一个工作流管理系统应该包含哪些组成部分，各部分应提供哪些标准的服务。 工作流管理联盟( w i m c ) 于1 9 9 4 年发布的工作流参考模型”就满足了这些条件，它详细描述了 工作流系统的有关概念，并在此基础上给出了工作流管理系统的各主要组成部分、各部分的功能 及相互之间的接口。它的出现为认知的统一做出了巨大的贡献。获得了广泛的承认。 在这个参考模型中，定义了五个接口( 见图2 1 ) ：流程定义交换接口、与客户端应用程序 和工作列表处理程序之间的交互接口、软件工具和应用程序的调用接口、不同工作流管理系统之 间的协同接口和管理监视接口。下面对这五个接口做一个简要介绍。 7 东南大学硕士学位论文 图2 - 1 、工作流参考模型 工作流定义及交换接口( i n t e r f a c e1 ) 该接口位于流程建模工具与工作流运行控制服务之间，主要提供工作流定义导入与导出的功 能。它既可以交换一个完整的过程定义，也可以交换其中的子集。由建模工具生成的过程定义通 过公共接口交给工作流执行服务中的工作流引擎在运行时刻进行解释。 工作流客户应用程序接口( i n t e r f a c e2 ) 人机交互是工作流管理系统必须提供的基础功能之一。在实际系统中，用户应用程序与工作 流引擎交互的呈现形式通常为任务列表。任务列表是工作流引擎指派给每个特定用户的工作队列。 接口实现包括以下几个部分：会话建立、工作流定义操作、过程控制、状态控制、任务项处理、 监控及数据采集处理。工作列表一般作为工作流产品的一部分集成到系统环境里，共享平台的通 用组件、数据类型、数据结构、异常修复等。用户也可以自行编写符合自身需求的独立程序。 激活应用接口( i n t e r f a c e3 ) 工作流管理软件需要具备激活应用的能力。调用激活时可能会穿越不同的平台和网络环境， 因此要求能以相同的格式和编码传递指令及相关数据或可实现格式的自由转换。基于工作流运 行控制服务标准接口的激活方法很多，但多数可以归结为应用代理的实现。通过一个标准的a p i 集与工作流运行控制服务通信，接受包括应用数据、触发信号和事件响应等在内的信息。应用程 序或作为应用前端的代理工具能够直接使用这些a p i ，与传统应用模块以及其他非工作流应用进 行交互。 工作流互操作接口( i n t e r f a c e4 ) 此接口对异构式工作流系统之间的信息传递和控制流协调给与支持，包含两方面的互操作能 力指标： 1 、在设定范围内对过程定义的一致性解释： 2 、运行时刻在不同工作流执行服务间保持各类控制信息、相关数据的实时、无误传送。 第二章工作流管理系统的建模技术 工作流管理联盟已提出了多个互访实行方案，良好的解决了可用于复杂的异构分布式系统的 同步和异步传输方式还有并发执行问题。 管理和监视接口( i n t e r f a c e5 ) 该接口提供了标准化的系统管理和监视功能，用于高层管理者掌握系统的运行状态并及时做 出反应和调整。可包括如下几种类型的操作：状态察看、用户管理、资源调配、过程干预等。另 外，若能在这一层次提供针对数据采集汇总的支持，配合数据挖掘，数据仓库的理念- 将会给今 后企业的流程改造带来有价值的参考。 2 1 3 工作流模型的引入 模型是指用文字、图表、符号、关系式以及实体模样等描述可感知的客观对象的一种简化表 示形式。它是人们为了研究和解决客观世界中存在的各种问题而对现实事物经过思维抽象后得到 的。简单的说，模型就是对客观对象的抽象表示。一般来说，模型均包含一个完整的概念集合、 一套相应的表示方法以及必要的约束条件，它们共同为人们抽象的表达客观对象提供了一个参考 性的框架环境。 ， 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对业务流程的抽象表示。工作流管理系统建立阶 段的功能主要是完成经营过程的计算机化的定义即完成过程建模的任务。在这个阶段利用一个 或者多个建模方法及相应的建模工具，完成从实际运营过程到可供机器处理的描述。简单的任务 活动通过语言或文字即可表达完全，无需明确的模型；但当描述企业整体的流程时，尤其是那些 含有复杂的并发执行的业务过程，如果没有一套细致而严密的模型约定，要想清楚的表达计划的 蓝图并能使计算机理解的概率是微乎其微的。工作流模型既是整个工作流系统设计的基础。也关 系到系统的二次开发。建模功能的表达力是现代工作流管理系统十分看重的，模型描述能力的强 弱决定了系统所支持的应用范围和系统的灵活性。 理想的工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定义，为建模用户提供定义工作流所需的 组件和元素等主要特性外，还应该具有很强的表达能力，可以准确的描述任意的业务流程类型， 适应用户在建模阶段提出的各种要求。目前，主流的工作流模型基本都做到了对下面信息的说明： 过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及活动导航的规则、各用户需要完成的任务、可能被 调用的应用、工作流机的引用关系还有工作流相关数据。虽然从模型能力上来看，距理想情况还 很遥远，但建模技术的总体趋势仍是朝着不断完善的方向前进。 文献“7 里给出了对概念模型进行评估的四条参考标准： ( 1 ) 表达能力丰富模型需提供丰富的建模概念，使得由大量约束集合而成的元素 能够在模型中被表达出来 ( 2 )容易理解不论是领域专家或是普通的用户，都够能比较容易的理解模型的含 义 ( 3 )最小化模型中的概念没有重叠，每个基本实体都有它特定的意义 ( 4 )形式化模型定义能够作为现实对象的形式化描述 带着上述标准，在接下来的章节里，我们将重点考察当前发展相对成熟的一些建模技术，比 较它们的优缺点，分析它们的核心内容，并在此基础上汲取精华，设计完成一个属于自己的建模 工具。 2 2工作流建模技术 有很多方法可以用来进行工作流模型的定义和描述。进入9 0 年代以后，由学术界和商业领域 9 东南大学硕士学位论文 共同兴起的各种模型不下几十种，到今天仍被广泛应用，且极具代表性大概有：活动网络模型、 事件驱动模型、语言行为模型、p e t r i 阿j 、事务模型。这五种方式各有特点，本节将对它们分别进 行阐述利比较，并为最终工作流建模工具方案的选择做出解释。 2 2 1 活动网络模型 活动网络模型是最贴近常规流程的，也是发展的比较充分的一种建模方法。一个完整的工作 流过程由一个无自环的有向图构成。有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务，节点间的连 接弧代表了过程中的控制流与数据流。组成模型的元素包括过程( p r o c e s s ) 、活动( a c t i v i t y ) 、 模块( b l o c k ) 、控制连接弧( c o n t r o lc o n n e c t o r ) 、数据连接弧( d a t a c o n n e c t o r ) 和条件( c o n d i t i o n ) 。 过程：由一系列具体的步骤组成。为完成某一预定目标而定义。这里，一个过程就是用一个 有向图来表示一个工作流。 活动：过程中的每个步骤都是一个活动，在图中用一个节点元素表示。它可以是程序活动， 也可以是过程活动。前者指绑定了应用或代码的任务，后者则是在活动中嵌入过程，对模型进行 层次化分解。 模块：类似于过程，二者的区别在于，过程有唯一的固定标识可在不同工作流模型内通用； 模块则没有它必须依托某个过程而存在。 控制连接弧：用来定义活动间的执行次序在有向图中以节点间的连接弧表示。工作流引擎 根据控制连接弧的定义进行导航完成业务过程。控制连接弧与它们连接的活动节点共同构成整个 工作流过程的控制逻辑。 数据连接弧：说明活动间的信息关系和流向，也是有向图节点间的连接弧，可以附加在控制 连接弧上，还可以单独形成一体。 条件：相当于定义过程执行中的约束，分为三种基本类型。其中，转移条件属于活动外部约 束：开始条件和结束条件属于活动内部约束。条件的建立提醒了执行过程时对使能与实施概念的 严格区分。 活动圈搭配状态建模也是一种不错的选择。活动图反映系统功能的分解，每个活动实现一个 功能，括动间通过有向弧连接，有向弧附带数据的流向和内容。状态图位于活动中，状态的转换 靠e c a ( e v e n t - c o n d i t i o n a c t i o n ) 规则驱动。状态图允许嵌套，也支持处于相同层次的状态图相互 独立的并行流转。 市场上现有的很多成熟的工作流产品都是基于活动网络模型的。这些产品在模型的宏观含义 上均保持一致，只是在细微的实现细节有所差异。总的说来，基于活动网络模型共有的特点是简 单、直观，便于理解，适合流程较为固定、异常情况较少的过程工作流的建立，但这类模型常常 显得死板，对紧急情况的应变能力不足，缺乏柔性。 2 2 2 事件驱动模型 事件驱动的过程链模型( e v e n t - d r i v e np r o c e s s c h a i n ) ，简称e p c 模型也是一种应用的比较广 泛可以用来描述企业事件与经营过程的传统方法。现在它涉及的领域己包括工作流的定义与控 制、软件的配置与开发、基于活动的成本( a b c ) 分析，甚至是企业的经营过程重组( b p r ) 。 事件驱动模型的主要元素是功能和事件：功能被事件触发，功能也能产生相应的事件。业务 过程的控制流就是这样由交替出现的功能和事件彼此连接而构成。控制流的分支选择、汇合连接 以及并发进行通过逻辑操作符或更复杂的表达式来完成。模型的核心是业务事件，当过程的状态 发生改变时即产生业务事件。业务功能是业务事件响应的执行，通常指一个活动或者一项任务， 由组织单元中负责该功能的