（通信与信息系统专业论文）动态联盟环境下基于多agent的工作流管理系统运行机制研究.pdf

摘要 全球化和信息化正在使企业环境发生质的变化，而动态联盟的出现，对传 统的管理系统、控制方式、组织结构和决策准则提出了新的要求。 a g e n t 本身具有自治性、社会性、反应性、移动性和主动性，可为动态联 盟工作流系统提供一个智能、移动、灵活的环境。将多a g e n t 技术引入工作流 系统中正是要通过a g e n t 的这些优良特性来提高工作流系统的性能，以适应动 态联盟的需求。本文主要研究在动态联盟环境下的基于多a g e n t 的工作流运行 机制。 本文通过对动态联盟环境下的工作流模型的分析，给出支持动态联盟的基 于多a g e n t 工作流系统框架，并在该框架的指导下研究了其底层的通信实现机 制，包括a g e n t 通信语言k q m l 、黑板、点对点以及混合式的通信连接方式等。 同时研究了多a g e n t 的内部协调机制，如联盟任务的分解与分配，基于合 同网的协作等，提出了一种改进的合同网协议，通过招标、投标、发标、执行 来支持多a g e n t 系统协同求解，并详细介绍了合同网的逻辑结构及实现技术。 然后给出了在上述通信与协作方式下的事务及异常处理模型。包括事务的 状态、a c i d 特性的介绍，高级事务模型的引入，工作流事务及其约束关系的 分析以及异常的定义、描述、以及处理模型等。 论文最后对全文作了简单总结并对基于多a g e n t 面向动态联盟的工作流技 术作了展望。 关键词工作流管理系统，动态联盟，多a g e n t 系统 a b s t r a c t g l o b a l i z a t i o na n di n f o m a t i o n i z a t i o na r et h em a i nr e a s o n st ot h ef u n d a m e n t a l c h a n g e si ne n t e r p r i s ee n v i r o n m e n t s w h e r e i n ，t h ee m e r g e n c eo fd y n a m i c v i r t u a l e n t e r p r i s eh a si m p o s e df u r t h e rr e q u i r e m e n t so nt h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m ， c o n t r o lm e t h o d ，o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r ea n dd e c i s i o nm a k i n gc r i t e r i a a g e n t ，i t s e l f , i ss e l f - g o v e r n i n g ，s o c i a l i s m ，r e s p o n s i v e ，m o b i l ea n da c t i v e i ti s b a s e do ns a i dc h a r a c t e r i s t i ct h a th a sm a d ea g e n tak e yt o as m a r t ，m o b i l ea n d d y n a m i cc o m p u t e re n v i r o n m e n t ，a sw e l la sc a p a b l eo fe n h a n c i n gt h ef u n c t i o n a l i t y o fa n yw o r k f l o ws y s t e m st os a r i s f yt h ed y n a m i c - v i r t u a le n t e r p r i s er e q u i r e m e n t so n c e a d o p t e d m u l t i a g e n tt e c h n o l o g yp l a y sac r u c i a lr o l ea n di sc o n s i d e r e da st h em a i n t e c h n i c a lb a s i si nt h er e s e a r c ho fd y n a m i c - v i r t u a le n t e r p r i s ew o r k f l o ws y s t e m t h i s t h e s i sf o c u s e so nt h er u n n i n gm e c h a n i s mo ft h em u l t i - a g e n tw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mt h a ts u p p o r t sd y n a m i c - v i r t u a le n t e r p r i s e t h ep a p e rs t a r t sb ya n a l y z i n gt h em o d e lo fm u l t i a g e n tw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mt h a tp a r t i c i p a t e st h ed y n a m i c - v i r t u a le n t e r p r i s e ，a n dt h e ng i v e s i tp r e l i m i n a r y i n s i g h ti n t om o d e lt h a ta r ed e v e l o p e db a s e do nm u l t i - a g e n t g u i d i n gb yt h i sm o d e l ， w er e s e a r c hi tc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s ms u c ha st h ek q m ll a n g u a g e ，b l a c k b o a r d ， p o i n tt op o i n tc o n n e c t i o na n ds oo n m e a n w h i l e ，w es t u d yi th a r m o n i o u sm e c h a n i s mi n c l u d i n gt h ed e c o m p o u n d i n g o fa l l i e dt a s ka n dc o o p e r a t i n gb a s e do nc o n t r a c tn e t , a n dl a s tw eo f f e ra ni m p r o v e d c o n t r a c tn e tp r o t o c o lt h a ts u p p o r t sc o o p e r a t i v es o l v i n ga m o n gm a n ya g e n t sb y i n v i t i n gb i d i n g ，b i d i n gf o r , s e n d i n go u tb i da n de x e c u t i o n b e s i d e s ，t h i sp a p e rd i s c u s s e s t h el o g i c a ls t r u c t u r em a dr e a l i z a t i o no fc o n t r a c t n e ti n d e t a i l e d t h e n ，w eo f f e rt h em o d e lo fi tt r a n 。s a e t i o np r o c e s s i n ga n da b n o r m i t yi n c l u d i n g t h es t a t e so ft r a n s a c t i o n ，a c i df e a t u r e s ，i n t r o d u c t i o no fa d v a n c e dt r a n s a c t i o n m o d e l ，w o r k f i o wt r a n s a c t i o n ，t r a n s a c t i o nr e s t r i c t i o na n dt h ea n a l y s i sf o rd e f i n i t i o n ， d e s c r i p t i o n ，d i s p o s a lo fa b n n r m i t y a tl a s t ，w es u m m a r i z et h i sp a p e ra n dp r o s p e c tt h ef u t u r ew o r kb a s e do nt h i s t e c h n o l o g y , 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 ，d y n a m i c - v i r t u a le n t e r p r i s e ，m u l t i - a g e n t s y s t e m u 此页若属实，请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所里交的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。据我所知，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， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构静学位或证书而使 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：毒鲴当至日期丝l 氅丛 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使甩学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件允许论文被套阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：至蜩盛 导师签名 注：请将此声明装订在论文的目录前。 日期竺：堡! 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 论文背景 第1 章绪论 自本世纪6 0 年代以来，企业所处的环境发生了根本性变化，市场需求日趋 多变，技术进步突飞猛进。在高科技蓬勃发展的今天，市场竞争更加激烈，顾 客的需求趋于多样化和个性化。随着计算机网络技术的发展，企业的运作模式 正在发生深刻的变化。企业与企业之间的关系变成为供应链上的伙伴关系，一 个以供应链为纽带的企业动态联盟正在形成。面对动态、快速、多变的市场环 境，一种全新的企业模式一虚拟企业便应运而生了。虚拟企业的运作模式与传 统企业的运作模式存在显著的不同，传统的企业模式很可能不再适合虚拟企业 的运作要求。为了促进我国企业尽快适应这种新型的企业运作模式，增加企业 制造过程的敏捷性，增强企业的抗风险能力，使我国企业在全球性的竞争中占 据有利地位，必须对虚拟企业的运作模式作深入的研究。 在这种情形下，企业为了能够更好的从全局范围内管理企业的经营过程， 一些企业已经把关注的焦点集中到了工作流技术上。工作流是这样一种信息技 术，它为企业中的经营过程建立了计算机化的模型，并管理监控着模型实例的 执行过程。它通过提供相应的方法和软件系统，可以支持一个组织不断改进经 营过程以适应快速多变的市场需求。这主要体现在以下三个方面“。： ( 1 ) 支持对组织经营过程的建模，并可以将经营过程表达为相应的工作流需 求说明。 ( 2 ) 支持经营过程重组以优化经营过程。 ( 3 ) 支持经营过程自动化，可以将相应的工作流需求说明用软件系统实现。 将传统的由人控制的经营过程转变为由计算机来控制，这不仅提高了企业管理 模型规范化的程度，减少了业务过程的处理时间，降低了管理成本，改进了工 作质量，而且利用实现工作流系统的某些底层通信技术还可以将分布在异构的 计算机环境中业务管理系统集成为一个有机的整体，充分利用了现有的信息资 源。 对工作流技术的研究主要集中在两个方面：一是研究工作流模型的建模： 二是研究工作流系统的实现方案，即系统运行机制，本文将着重于后者。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 目前，工作流技术的研究正目益受到人们的重视，许多大学和研究机构都 开展了工作流的研究工作，并取得了众多的研究成果。但是大多数的工作流管 理系统还是存在很多不足“。： ( 1 ) 缺乏互操作性在工作流管理系统开发的早期，由于缺少统一的标准，大 多数工作流产品之间互不兼容。后来工作流管理联盟虽然提出了一套工作流管 理系统的标准，但要实现工作流之间无缝的互操作，还需要开展相当多的工作。 ( 2 ) 并发访问和出现错误时缺乏正确和可靠的支持工作流实例在运行过程 中可能出现多个活动同时访问共享资源的情况，各个活动在数据操作上会相互 重叠。为了保证系统难常运行，必须进行并发控制，防止出现“脏数据”等现 象。另外，当工作流非正常中断时，如何恢复数据的一致性也是需要解决的问 题。 ( 3 ) 性能问题大多数工作流产品无法满足企业每天处理上万个甚至每小时 处理几千个业务的需求。 ( 4 ) 缺乏对工作流进行分析、仿真和纠错的工具。 工作流系统必须是一个开放的系统，具有很强的互操作能力。异步并发的 工作流需要与实时系统相结合以使工作流系统不但提供异步的协作功能，而且 支持同步的交互功能。 同时，在工作流的底层实现技术上，有如消息系统、基于t c p i p 的w e b 技 术、公共对象请求代理体系c o r b a ( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 等技术，但是使用这些技术实现的工作流系统还存在着一些缺点，例如工作流 引擎配置不灵活；在大规模的情况下，运行工作流引擎的主机负载过重等等”。 起源于分布式人工智能d a i ( d i s t r i b u t ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 的a g e n t 技术 一经出现就因为它强大的功能得到了广泛的关注，现在对a g e n t 的研究和应用 早己超出了d a i 的范围，a g e n t 技术己经应用到了信息检索，网络管理，电子 商务等许多领域。将a g e n t 技术应用在工作流系统中可以提高整个工作流系统 的性能。例如利用a g e n t 的移动性可以将工作流过程的运行实例移动到网络中 执行，这样就解决了前面提到的在大规模的情况下，运行工作流引擎的主机负 载过重的问题一利用a g e n t 的社会性可以增强为工作流过程中的活动分配资源 的柔性等等。 2 武汉理上火学硕士学位论文 1 3 本文研究的目的和意义 本文通过对动态联盟环境下的工作流系统运行机制研究，采用多a g e n t 实 现对企业合作环境下的流程管理和提供企业合作平台的目的。 当今社会高速发展，市场日益细化、竞争越来越激烈、需求多样化，大规 模生产的加工业已不能适合社会需求。在这种新形势下，利用先进的信息化技 术和管理方法，提高企业专业竞争能力、实现企业间的合作是唯一的出路。利 用工作流技术作为企业实麓先进管理方法的支撑平台，进一步提高计算机技术 在企业中的应用水平。 动态联盟是一种新的企业运行模式，利用工作流技术作为动态联盟的管理 平台，提高其组成速度、运行效率，支持联盟中任务分配和业务流程规定。同 时在企业内部实施工作流技术可以提高企业的开发能力、竞争能力，为各种先 进技术( 并行工程、敏捷制造、虚拟企业) 提供一个软件平台。工作流管理系统 是企业的业务操作系统，它可以管理企业中日常业务的运行、优化业务过程、 提高管理效率，可以提高企业在新的市场形势的竞争力和应变力。 1 4 论文主要研究内容及结构 本文的研究内容包括： ( 1 ) 研究动态联盟环境下工作流模型，包括组织，资源和过程模型等，而过 程模型则着重于活动模型实体，基本的过程控制结构及建模方法的分析。这将 在论文的第二章涉及到。 ( 2 ) 研究动念联盟环境下基于多a g e n t 的工作流管理管理系统的框架结构， 工作流管理软件是负责所有流程的初始化、运行、终结，工作流实例执行中产 生的数据。它必须采用c s 或b s 模式。提供系统与用户和应用系统的程序接 口、界面接口，论文的第三章将提出该模型。 ( 3 ) 研究基于该模型的系统通信机制。基于多a g e n t 的工作系统间通信最终 归结于各任务a g e n t 间的通信机制。这一部分内容我们将主要研究其a g e n t 通 信语言k q m l 以及通信连接方式如黑板，点对点，以及混合式通信等。论文的 第四章将对此进行研究。 ( 4 ) 研究系统的协调和执行机制。和系统的通信机制一样，动态联盟环境下 盟主与各盟员以及各盟员之间的协调以及最终执行机制以取决于a g e n t 平台的 协调与执行机制，这些机制中包括联盟任务的分解与分配，协调算法以及执行 武汉理工大学硕士学位论文 机制等，这将在论文的第五章详细讨论。 ( 5 ) 事务和异常处理机制将在论文的第六章讨论，这主要包括基于工作流系 统任务视图，以及基于多a g e n t 工作流事务模型等。 ( 6 ) 论文的最后一章也就是第七章，将对本论文进行归纳和总结，提出尚需 近一步研究和完善的地方，对进一步的发展作了展望。 1 5 课题支撑 本文的支持课题有：国家自然科学基金项目一“网络环境下的数字制造 理论与关键技术”( n o ：e 0 55 0 3 3 5 0 2 0 ) 武汉市科技攻关项目“支持企业 应用集成的协同软件关键技术及应用”( n o ：2 0 0 6 1 0 0 2 0 8 2 ) 武汉市科技攻关 项目汽车行业制造资源a s p 服务关键技术研究( n o ：2 0 0 5 5 1 0 2 0 2 1 ) 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章动态联盟环境下工作流模型 2 1 面向动态联盟的工作流模型 动态联盟环境下，虚拟业务流程初期的建模中期的解释执行以及后期的监 控管理一般由盟主企业工作流管理系统完成。为了完整地表达一个多企业协作 的业务过程，我们将该虚拟业务流程模型分层处理。盟主企业处在流程的主流 程层，盟员企业则处在子流程层，盟员企业可能还有子流程层，但主流程并不 关注这些细节，它关注的是子流程层对象进与出( i n o u t ) ，而不去关注中间的 处理过程。盟主企业建立的工作流模型不仅需要明确地表达本企业业务过程中 的活动以及活动之间的关系，对活动间所传递的信息、活动的执行实体、活动 所需要的资源等进行定义。还需将盟员企业参与虚拟业务的工作流程作为子流 程集成到主流程来。经扩充后的企业工作流模型由组织模型、数据模型、过程 模型和资源模型构成4 1 ，每一种模型从不同的侧面描述业务过程的信息，业务 过程作为框架将模型中的各种实体关联起来。 个完整的工作流模型，不仅包括处理业务的过程模型还应包括对活动间 所传递的信息，活动的执行实体，活动所需要的资源等进行描述的组织模型和 资源模型等。每一种模型从不同的侧厦描述业务过程信息，其中业务过程模型 作为工作流模型的核心，将各模型关联起来，从而完成相应的业务逻辑。 2 1 1 组织模型 组织模型用来定义业务过程运转中涉及到的执行或操作实体，主要指基于 不同组织形式的参与者。参与者可以是人，也可以是群体。它的主要任务是为 执行工作流提供必要的“人力”支持。 动态联盟的生产组织方式可以分为三种类型：资源外配型、主从协作型和 战略联盟型。其中，资源外配是指拥有核心能力的企业以短期合同方式购买充 分的非核心能力资源；主从协作则是指拥有核心能力的企业与有限的非核心能 力资源结成中长期的合作关系；战略联盟主要是核心能力互补的企业为响应市 场需求而联合、结盟的。在这些组织方式中，伙伴的选择是一个关键问题。盟 主企业在选择合作伙伴时，要考虑多方面因素，需要对企业的产品质量、生产 的敏捷性、企业信誉等方面进行综合评价。在伙伴选择过程中，由于存在大量 难以量化的信息，所以很大程度上是根据已有的经验通过协商而决定的，部分 武汉理工大学硕士学位论文 可量化的信息可采用成组技术、群聚技术等对潜在的伙伴进行分类、筛选。每 个企业都可以作为盟主企业，也可以是一个或多个动态联盟的成员企业。 盟主企业的伙伴选择不仅发生在企业之间，同时合作的企业内部也存在选 择合作伙伴的问题。当盟主企业确定了整个产品开发制造过程，并建立了整个 过程模型后，盟主企业就要进行合作伙伴的选择，被选择的合作伙伴将承担相 应的任务并形成项目组。项目组是根据联盟的要求而临时组建的，并随着联盟 的解散而解散。 组织模型应该提供灵活的结构以适应不同的企业或联盟企业。在w f m c 定义 的规范中，并未提供一个足够强大的组织模型，它只是对“工作流参与者”在 “角色( r o l e ) ”上加以区分，并由此建立了一个具有层次化结构的“角色模型 ( r o l em o d e l ) ”。显然，这种模型过于简单，很难适应动态联盟的复杂组织结构。 对于企业个体来说，我们将内部组织结构确定为由五种实体，实体分别是 人员、部门和项目组，角色和职务。动态联盟环境下，我们将组织结构中又增 添了一种“单位”实体。 ( 1 ) 人员。对应于企业中每一个雇员，是一个独立的、具有一定行为能力和 一定技术能力的人的实体。 ( 2 ) 角色。以技能为前提，能够完成某项功能的人员的总称，如系统管理员、 建筑师、设计师。 ( 3 ) 职务。以行政责任为前提，代表了管理上的等级关系，如经理、组长。 ( 4 ) 部门成员。对应于企业的静态结构划分，由企业的实际部门设置情况 来决定，可以是传统的面向职能的，也可以是现在流行的面向过程和客户的。 ( 5 ) 项目组。以执行某一任务为目标而动态组建的、跨部门、跨企业的一种 组织结构。 ( 6 ) 单位。动态联盟成员的企业个体。 “人员”直接对应于企业中实际存在的每一名员工，是组成其它五类组织形 式的最基本要素。每个员工根据其掌握的技能可能具有一个或多个“角色”，而 每个“角色”下面也会对应一名或多名企业人员。“部门”一般是由地理位鼍相 同而且在企业内部具有相同任务目标的人员组成的，它体现了传统的面向职能 的企业组织形式。在部门中根据责任的不同设置并划分了多个“职务”，而职务 间形成上下级的关系，下级应对上级负责。为了适应市场变化或者其他临时需 要，不同部门、不同职务、不同角色的人员可以动态地组织起来，在一段时间 内临时形成一种组织形式，这就是“项目组”。项目组往往在完成了它的任务后 就被解散，其组成人员也分别归于原来各自部门。“部门”和“职务”是面向职 能而设置的，“角色”和“项目组”是面向过程而设立的。 6 武汉理_ f _ = 火学硕士学位论文 在动态联盟中业务流程的参与者不会具体到某个人员，而主要是以部门的 形式来参与，以角色来定位其职责。为了与企业内部的部门区别我们把参与企 业间业务过程的部门称为成员。相对企业内部的部门来说成员在业务过程中可 以根据需要动态地增加和删除的，一个典型的联盟组织结构如下图2 一l 所示： 2 1 2 过程模型 2 1 2 1 过程模型主要实体 图2 - 1 动态联盟组织模型 过程模型的结构用来定义工作流的过程信息，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中的核心部分，其它模型均为 其提供支持。过程模型中最基本的元素是节点以及节点之间的连接弧。节点又 分原子活动节点，子过程节点和控制节点。原子活动节点是实际业务过程中不 可再分活动的抽象表示，对活动内部结构的描述可以表示为活动的属性。活动 的属性主要包括参与者和资源。参与者是活动的执行者，资源是指要处理的对 象数据及其运行工具。它们隶属于组织模型和资源模型中。子过程节点则是实 际业务的粗粒度表示，它可以包含复杂的业务逻辑。 对于动态联盟的业务流程分为两个部分：一部分为动态联盟独有的过程， 这部分过程不存在于任何伙伴企业( 成员企业) 之中；另一部分是伙伴企业提供 的过程，这部分过程是伙伴企业在动态联盟中所独立承担的过程”。从这个角 7 武汉理工大学硕士学位论文 度，活动节点又可分为内部节点和外部节点。对于企业内部的一系列的连续的 活动，首先用子过程的形式统一描述，然后再加入到企业之间的活动中。 控制节点用来描述活动执行完毕后如何发生流转，也就是定义了与活动相 连的流转结构，综合以上对组成过程模型的各种实体的叙述，可以总结如图2 2 所示结构： 图2 2 过程模型实体 2 1 2 2 过程模型控制结构 下面介绍几种在构建过程模型时常见的基本控制结构跚： 顺序( s e q u e n c e ) 如图2 - 3 所示。在同一流程中，一个任务在另一任务完成 后才能被激活。 图2 3 顺序执行 并行分叉( ( p a r a l l e ls p l i t ) 如图2 4 所示。在流程中，需将单进程的某控制 点分成可并行执行的多进程控制，于是允许任务同时执行或以任何顺序执行。 图2 4 并行分支 8 武汉理工大学硕士学位论文 同步( s y n c h r o n i z a t i o n ) 如图2 - 5 所示。流程中多个并行任务在菜点汇聚成 一个单进程，从而同步多个进程。 图2 - 5 同步 排它选择( e x c l u s i v ec h o i c e ) 如图2 - 6 所示。在流程的某一点，依据一个结 果或流程控制数据，从多个分支路径中选定一个路径。 图2 6 排它选择 多路选择( m u l t i p l ec h o i c e ) 如图2 7 所示。在工作流过程的某点依据判定 或工作流控制数据，选择一个或多个分支。 图2 - 7 多路选择 简单合并( s i m p l em e 唱e ) 如图2 8 所示。在流程中某点，需将两个或更多 可选分支聚合而不同步；换言之，“合并”在任一入口连接触发时被触发。 图2 8 简单合并 动态联盟环境下，过程模型中还有可能包含子过程，该予过程对应于另外 一个过程模型，它是其他伙伴企业业务逻辑的一部分。在工作流的实际执行过 程中，如果遇到子过程，将进入子过程内部执行，如果子过程中没有终止节点， 子过程执行完成后将接着执行主过程中的下一活动。 9 武汉理工大学硕士学位论文 子过程的引入是工作流过程建模的需要，通过子过程可以优化过程模型的 结构。使用子过程可以隐藏某些非重要因素，使建模人员能够在更高的层面上 更加清楚地表达业务过程的结构。同时一个过程模型作为子过程可以被其它过 程模型所使用，提高了过程模型的重用性。在分析工作流模型时，通常将某部 分作为子过程以降低分析的复杂度，然后再对子过程模型进行分析。当在一个 过程模型中加入子过程节点时，子过程相关的过程实例将被创建出来并独立地 被工作流引擎调度执行，其结果传给与其相连的活动或子过程。过程模型在工 作流模型中处于主要位最，显式地描述一个业务过程。 2 1 2 3 过程建模方法 工作流模型是对业务过程的抽象表示工作流建模是工作流技术理论研究和 实际应用的基础目前，相对于工作流产品的实现技术和发展速度而言，工作流 建模理论的研究相对滞后，在建模方法上，还没有形成比较系统化的理论体系。 目前已有的建模方法主要有p e t r i 网，基于活动网络，语言行为理论，扩展事物 模型等。以下简要介绍几种具有代表性的工作流模型和建模方法。 p e t r i 网建模：p e t r i 网是一种图形化的建模工具，它能较好地描述离散事 件的动态过程，并能精确描述事件的顺序、并发和冲突关系。p e t r i 网以图形方 式描述系统，使系统形象化，有利于理解，同时可分层建立p e t r i 网，以适合于 递阶结构的系统；它既可描述系统内部数据流，又可描述系统外部数据流：采 用变迁方式，可描述系统内部的并发性、冲突现象。基本p e t r i 网是一种有向二 部图，包含四个基本元素，分别是：两种类型的节点：库所( p l a c e ) 和变迁 ( t r a n s i t i o n ) ，以及有向弧( a r c ) 和表示资源流动的标记( t o k e n ) 。通常在图形上， 库所用圈或椭圆表示，标记用小黑点表示，变迁则用矩形表示。需要注意的是， 由于p e t r i 网是二维图，所以一条弧不会连接两个同一类型的节点，即库所与变 迁一定是交替出现的。 u m l 活动图建模”。：u m l 活动图是由节点和有向边连接而成。圆角矩形表示 某个工作流活动处于活动状态，它用该活动的名称来标识；平角矩形表示等待 状态；菱形表示判定：长条棒表示与分支( a n d s p l i t ) 和与连接( a n d j o i n ) ： 实心圆点表示过程开始，带圆圈的实心圆点表示过程结束。有向边连接各节点， 箭头表示状态的变迁。有向边用一个表达式e g 描述，e 为事件表达式， g 为布尔型数据，表示守卫条件，e 和 g 都是可选的，没有表达式时表示e 是空 事件，g 的布尔值为真。其他建模方法还有基于活动网络图等，在此不再一一 说明。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 3 资源模型 资源模型用来定义业务过程运行中涉及到的资源，其中包括多种不同形式 的资源类型。它的主要任务是为执行工作流提供必要的“物力”支持1 。在工 作流的执行过程中，必须得到企业资源的支持，相应的参与者才能够按照要求 完成活动。从广义上讲，企业资源所覆盖的内容相当广泛，甚至可以说，企业 中除了人以外的所有物质实体都可以称为资源。但是，在工作流概念模型中， 不需要具体地考虑许多细枝末节的资源，而应该更注意在业务流程中起重要作 用的那一部分。 尽管资源的种类繁多但就其组织形式而言没有那么复杂。要全面描述虚 拟企业生产系统，必须对虚拟企业生产资源的物理存在和虚拟聚类进行建模。 因此，利用面向对象、基于代理以及知识表达的混合建模方法构建了虚拟企业 生产资源的三层次模型，如图2 9 所示。该模型包括物理层、代理层、联盟层， 不同层次采用不同的信息表达方式反映了虚拟企业生产资源不同侧面的信息。 物理层利用面向对象的建模方法，采用框架表达方式对生产资源客观存在的属 性和方法进行描述；代理层以i l l 治的、智能的代理体，从企业、车间、生产单 元、设备等不同的物理层次对生产资源进行抽象。 联盟层 代理层 一一- 一一一一一一一- 一- 一一一- 一一一- s 一一一一一- 一上一一- 一一一一一一一一一一一一一一一一 ， 物理屡 图2 - 9 资源模型 其中，n - ，n 2 ，n 。为联盟业务流程节点，s ，s 。s 。为盟员资源代理 节点。在动态联盟层，将联盟业务流程表达为一系歹l j 联盟内参与该流程的企业 工作流节点。每个企业节点又是由功能上不可分的多个企业生产资源代理组成， 武汉理工大学硕士学位论文 这些代理按照企业内部和联盟的过程定义来完成相应的资源调度。换言之，企 业生产资源代理是企业生产资源面向企业行为的抽象。资源代理可以基于企业、 车间、生产单元、设备等不同的资源物理层次，通过代理再工作流系统的控制 下将多个生产资源按照一定功能的、物理的拓扑结构抽象成能够满足任务要求 的、具备决策能力的智能实体。使得生产资源和企业任务紧密联系，将生产资 源代理按照事务处理过程与过程、事件、资源实体、关系和组织统一在同一框 架之下。利用面向对象技术对物理层的生产资源建模，采用框架表达方式对生 产资源的属性和方法进行封装，以统一的信息表达方式管理和集成动态联盟环 境中数量庞大的企业资源元素。 2 1 4 数据模型 数据模型是对工作流执行过程中所访问数据对象的描述，这些数据来源于 组织模型、资源模型、过程模型中的数据结构和数据关系。它一般指工作流相 关数据模型。在工作流管理联盟的规范文档中对工作流相关数据进行了定义： 它是工作流管理系统在进行工作流实例的状态转换时所需要访问的数据“。，这 些数据可以是被工作流引擎、人和应用程序访问，并能够对其进行修改。它涉 及到三种类型的数据，即工作流控制数据，工作流引擎通过内部的工作流控制 数据来辨别每个过程或活动实例的状态。这些数据由工作流引擎进行控制，用 户、应用程序或其它的工作流引擎不能对其直接进行读写操作，但是可以通过 向该引擎发送请求来获得工作流控制数据的内容，例如通过实例监测工具可阻 获得工作流实例的状态；工作流相关数据用来确定过程实例状态转化的条件， 并据此选择下一个将执行的活动。工作流相关数据需要在活动实例之间进行传 递，并可以被工作流应用程序访问并修改。工作流应用数据由应用程序操作的 数据，这些数据对象由特定的外部应用所定义。有时为了在不同的外部应用之 间交换数据，需要对其进行格式转换。 一个完整工作流模型必须提供用户定义工作流相关数据的能力。目前，在 面向动态联盟的工作流模型中的相关数据主要指两类：简单变量和对象“。简 单变量是对应一种特定的数据类型的变量，包括整型、布尔型、浮点型、字符 串型、日期型。可以通过简单变量的定义来实现有条件的流程的流转，例如在 过程模型中提到的带参数的连接弧。对象是一种封装了属性与方法的复杂信息 实体。通常可以将企业中的特定含义的实体作为对象，比如w o r d 文档、报表、 图纸等等。通常用这些对象来描述资源模型中的资源个体。 。_ _ 卜1 - 驱动与承诺关系 委托与责任关系 依赖关系 一一一 一一一 一一一一 一一一一 一一一一 铫私黼擀州躲；璧骈 用建陕舱蝴桃燃 用起茧朗髓髓 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章基于多a g e n t 的工作流管理系统 3 1 多a g e n t 技术 3 1 1a g e n t 基本概念 对代理一词的概念因所研究和关心的问题不同而很不一致，目前尚无被普 遍接受的一般定义。广义的代理包括人类、物理世界的机器人和信息世界的软 件机器人。狭义的代理则是专指信息世界中的软件机器人或称软件代理。它代 表用户和其他程序，主动服务的方式完成一组操作的机动计算实体。所谓“主 动服务”是指”3 。：主动适应，即在完成操作的过程中，它可以获得、表示并 在以后的操作中利用关于操作对象的知识以及关于用户意图和偏好的知识。 主动代理，即对一些任务无须用户发出具体指令，只要当前状态符合某种条件， 就可以代表用户或其它程序完成相应的操作。所谓“机动”是指在所处的计算 环境中灵活的访问机制，以及同其它代理通信和协作的机制。一般情况下，我 们所指的代理是软件代理，代理有两种定义“： 定义l ( 弱定义) ：代理用以最一般地说明一个软硬件系统，它具有这样的 特性：自治性( a u t o n o m y ) ，代理可以在没有人或其它代理直接干预的情况下运 作，而且对自己的行为和内部状态有某种控制能力。社会性( s o c i a l i t y ) ：代理 和其它代理( 也可能是人) 通过某种代理语言进行信息交流。反应性 ( r e a c t i v i t y ) ：代理能够理解周围的环境，并对环境的变化做出实时的响应。能 动性( p r e - a c t i v e n e s s ) ：代理不仅简单地对其环境做出反应，也能够通过接受某 些启动信息，表现出有目标的行为。 定义2 ( 强定义) ：代理除了具备定义l 中的所有特性外，还应具备一些人 类才具有的特性，如知识、信念、义务、意图等。以上定义给出了代理的一些 性质，实际上对代理还可以给出更多的性质，但是目前还难以给出般性准则。 3 1 2 多a g e n t 系统 简单来说，多a g e n t s 系统( g a s ) 可以被这样定义“：g a s 是由多个问题解 决者( a g e n t ) 组成的网络系统，其中的a g e n t 相互作用、相互合作从而解决单个 a g e n t 由于能力、知识或资源上的不足而无法解决的问题或即使能解决而效率 很低的问题。g a s 的协作能力超过单个a g e n t ，是g a s 产生的最直接的原因。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 m a s 是a g e n t 技术中一个重要的研究领域。它和分布问题求解的研究都属 于分布式人工智能( d a i ) 的内容，是两个不同的研究阵营。d a i 研究的主要内容 是，多个问题求解器如何彼此合作，达到一个共同的目标，解决一个问题，交 互策略是系统的一部分，预先集中在系统中，各问题求解器共享关于问题的知 识和求解方案。而m a s 研究多个软件实体自主的合作解决多个问题，这些软件 实体关于问题的知识及求解方法都不完全，从而希望通过合作来产生比完全由 单个实体来解决问题更好的结果。m a 一般被定义为松散耦合的问题求解器，也 可以定义为由多个具有自主或半自主的软件构件构成的系统。 m a s 有如下特点：每个a g e n t 对环境和问题具有不完全的知识及问题解决 能力系统没有全局控制；数据是分布的各a g e n t 之问的计算是自主的、异步的。 3 1 3 多a g e n t 系统要素 通信、交互、一致和协调是一个多a g e n t 系统必须要具备的基本要素“。 ( i ) 通信：通信使多a g e n t 系统中的a g e n t 在协调其行动的基础上交换信息。 ( 2 ) 交互：交互是多a g e n t 系统实现的一个重要要素。一个交互的过程允许 几个a g e n t 联合，因此，设计一个语义独立的a g e n t 通信语言至关重要。这种 语言允许a g e n t 通过直观的语言进行通信，而不是在a g e n t 之间调用方法。在 多a g e n t 系统中最常用的构建a g e n t 之间通信的语言是言语一行为语言( 基于 k q m l ) 。言语一行为( s p e e c h a c t ) 理论有助于理解a g e n t 之间的内部状态关系。 ( 3 ) 一致和协调：在多a g e n t 系统中没有任何一个a g e n t 有足够的能力和资 源去解决整个系统的问题。因此，协调多a g e n t 系统中的a g e n t 的行为非常重 要。没有协调，多a g e n t 系统分布解决问题的优点就不能实现。越多的a g e n t 间的协调会使多a g e n t 系统得到一个更加一致的整体行动。 3 1 4 多a g e n t 组织结构 多a g e n t 系统的组织结构为a g e n t 成员提供一个相互之间交互的框架，为 每个a g e n t 成员提供一个多a g e n t 群体求解问题的高层观点和相关信息，以便 合理地分配任务并使这些a g e n t 成员能够更好地协同工作。在开放、动态的环 境中，组织结构的适应性十分重要。 多a g e n t 系统的组成单元是a g e n t 组，a g e n t 组是由多个较为简单的a g e n t 组成的关系较为密切的一个多a g e n t 集团。这些a g e n t 成员通常联合起来，相 互服务、互相协同，共同实现某些较为复杂的目标。一个a g e n t 组至少必须拥 有一个a g e n t 成员。一个a g e n t 组也可以认为是一个简单的多a g e n t 系统或子 子系统。多a g e n t 系统是由多个a g e n t 组采用集中式或分布式组成的一个相互 武汉理工大学硕士学位论文 协作、互相作用、完成某些复杂的任务或目标的系统。根据系统中a g e n t 组的 组成方式可以将之分为完全集中式、完全分布式和群组式三类“。 完全集中式中的所有a g e n t 成员组构成一个集中式结构，且所有a g e n t 成 员组本身均为集中式结构。多个集中式多a g e n t 系统再通过集中方式组合可以 构成更大规模的集中式系统。集中式a g e n t 组中至少拥有一个管理服务机构， 以某种方式负责对组内的所有a g e n t 成员的行为、协作、任务分配以及共享资 源等提供统一的协调和管理服务。管理服务机构( 协调a g e n t ) 与各a g e n t 成员 之间有一定程度的管理与被管理的关系。管理服务机构负责对所有或部分 a g e n t 成员的行为、协作、任务分配以及共享资源等进行统一的调配和管理， 建立学习系统和a g e n t 成员的模型，实现成员行为和系统安全性监测及控制等。 它与成员a g e n t 之间存在着一定的管理与被管理关系，但这种管理活动并不采 用简单的命令方式，而是以协商的方式进行，保证了成员a g e n t 自治性的实现。 一个可行的管理服务机构除具有系统整体目标、当前环境等知识外，至少还应 知道如下几个信息： 管辖范围内所有的a g e n t 的位置。 这些a g e n t 提供何种服务，有什么样的能力。 这些a g e n t 的状态。 管辖范围内的共享资源信息，包括种类、数量以及使用情况等等。 设管理服务机构为m ，所有处理应用逻辑a g e n t 组成集a g e n t ： a g e n t l ， a g e n t 2 ，a g e n t s ，a g e n t 。) 在协同过程中，a g e n t i ( i = l ，2 ，n ) 如果 能独立完成一项任务，就不再向m 提出协商请求，否则就向m 提出合作请求；m 接到请求后如果发现该任务可由另一个或几个a g e n t 完成，则可以向这些a g e n t 提出合作要求，或者也可以将这些a g e n t 的信息告知a g e n t i ，由它们自行协商。 收到合作要求信息的a g e n t 有权决定是否接受该合作请求，并给m 以反馈，如 此数次反复直至达成协议；对于复杂任务，则由m 分解该任务，再计算出有能 力完成各子任务的a g e n t 集合，经过协商直至达成协议。 中介服务机构用以发布、保存和维护各a g e n t 成员的能力、位置和状态等 信息，并进行合作对象和服务请求的匹配工作，它与系统内a g e n t 成员的关系 是服务与被服务关系。中介服务机构与管理服务机