（信号与信息处理专业论文）适应性工作流的关键技术研究.pdf

摘要 随着工作流技术在实际应用方面的不断深入，人们发现很多工 作流产品无法支持业务需求的动态变更，这些工作流系统缺乏灵活 性和适应性。所以，如何实现工作流的适应性已经成为工作流研究 领域的热点问题，同时也是该领域的一个难点。本文正是在这种背 景下，对如何实现适应性的工作流所涉及的一些关键技术进行了研 究。 适应性工作流强调系统对变化的适应能力和系统的高效运行 性。工作流管理联盟定义的工作流元模型描述了构成模型的基本元 素及其相互关系，但并没有给出如何构造一个适应性的工作流框架 的方法，仅仅依靠工作流参考模型来构造一个具有适应能力的动态 工作流系统是不够的，必须对该模型进行一定的扩充。本文在工作 流元模型中引入策略，实现系统的实体与实体的行为分离，从而有 利于工作流适应环境和需求的变化。 在工作流的运行阶段，本文讨论了基于策略的工作流系统涉及 的另外一个关键技术反射机制。使用反射技术，把系统分为基 层和元层，基层用于对具体问题领域的抽象，元层用于对基层及系 统内部的表示。工作流模型描述业务过程，包括过程、状态、资源 等作为反射系统的基层，基层对象具体化到元层对象，相对应的设 计了结构元对象、状态元对象、功能实现元对象等策略元对象。在 元层中还设计了截取元对象、监视元对象、调度元对象等，协助整 个系统的运作，并通过实例演示了此系统的运作以及此实例体现的 优越性。 利用策略管理机制的优点是实现工作流实体与实体行为的分 离，在运行时可以重新配置系统的行为；利用反射机制的优点是， 能够把这些配置实时的反映到工作流运行实例当中，实现策略元对 象与工作流模型对象的通信。策略管理机制和反射机制是实现系统 对环境和需求变化的适应的关键技术，同时，也是在工作流管理系 统中的尝试。 关键词工作流，策略管理，适应性工作流，反射机制，元对象 协议 a b s t r a c t a sw o r k f l o wt e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，i t i sf o u n dt h a tm a n yw o r k f l o wp r o d u c t sc o u l dn o ts u p p o r t 由，n a m i c a l t e r a t i o n so fb u s i n e s sr e q u i r e m e n t s w - o r k f l o ws y s t e mi si n f l e x i b l ea n d i n - a d a p t i v e t h e r e f o r e , h o wt oi m p l e m e n tw o r k f l o wa d a p t i v ea b i l i t yi s b e c o m i n gac o n c e r n e dp r o b l e mi nw o r k f l o wr e s e a r c h ，a n di t i sa l s o d i f f i c u l t y u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，t h ek e yi s s u e so nh o wt oi m p l e m e n t w o r k n o wa d a p t i v ea b i l i t vi sd i s c i l s s e d a d a p t i v ew o r k f l o we m p h a s i z e ss y s t e ma d a p t i v ea b i l i t yt oe v o l u t i o n a n di t sh i g he 伍c i e n c y w o 讧cw o r k f l o we l e m e n tm o d e ld e s c r i b e st h e b a s i ce l e m e n t so ft h em o d e la n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ee l e m e n t s ， b u td o e sn o ts p e c i f yt h em e t h o dt oc o n s t r u c ta na d a p t i v ew o r k f l o w f r a m e w o r k s oi ti sn o ta d e q u a t et oe s t a b l i s ha na d a p t i v ed y n a m i c w o r k f l o ws y s t e mn 韧m e w o r k 。a n di tm u s tb ee x t e n d e d i n 也i st h e s i s 。w e a d dp o l i c yt ot h ew o r k f l o wm o d e l ，i m p l e m e n ts y s t e me n t i t i e sa n d e n t i t i e sb e h a v i o r ss e p a r a t i o n , a n di m p r o v et h e a d a p t i v ea b i l i t ) r o f w o r k f l o ws y s t e mt ot h ec h a n g e so fc i r c u m s t a n c ea n dr e q u i r e m e n t s m e n t i o n e dt h ee x e c u t i o np h a s e ，a n o t h e rc r i t i c a lt e c h n o l o g yi n a d a p t i v ew o r k f l o w r e f l e c t i o ni sd i s c u s s e di nt h et h e s i s w i t hr e f l e c t i o n 。 w o r k f l o ws y s t e mi sd i v i d e di n t ob a s el e v e la n dm e t al e v e l ，a n db a s e l e v e li st h ea b s t r a c t i o nt oc e r t a i na p p l i c a t i o nd o m a i n ，m e t al e v e li st h e e x p r e s s i o no fb a s el e v e la n ds y s t e m w b f l m o wm o d e l a sb a s el e v e lo f r e f l e c t i o ns y s t e m , d e s c r i b eb u s i n e s sp r o c e s s ，w h i l ep o l i c y , a sa nm e t a o b j e c ti nm e t al e v e lo fr e f l e c t i o ns y s t e m ，d e s c r i b ew o r k f l o wm o d e l e n t i t i e sb e h a v i o r i nm e t al e v e l ，t oc o o p e r a t et h ew h o l es y s t e mo p e r a t i o n , a n dd e s i g ni n t e r c e p t o r , m o n i t o ra n da t t e m p t e rm e t ao b j e c t s 1 1 1 ea d v a n t a g e so fp o l i c ym a n a g e m e n ta r et h ea b i l i t yt oi m p l e m e n t t h ew o r k f l o we n t i t i e sa n de n t i t i e sb e h a v i o r ss e p a r a t i o n ，a n dt h ea b i l i t yt o r e c o n f i g u r et h es y s t e mb e h a v i o rd u r i n ge x e c u t i o np h a s e 1 1 1 ea d v a n t a g e o fr e f l e c t i o ni st h ea b i l i t yt or e f l e c tt h ec o n f i g u r a t i o nd u r i n gw o r k f l o w i n s t a n c ed u r i n ge x e c u t i o np h a s e p o l i c ym a n a g e m e n ta n dr e f l e c t i o na r e k e yt e c h n o l o g i e st oi m p l e m e n tt h ea d a p t i v ew o r k f l o ws y s t e mf o rt h e c i r c u m s t a n c ea n dr e q u i r e m e n tc h a n g e s a tt h es a m et i m e ，t h e ya r et h e f i r s te x p e r i m e n ti nw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m k e yw o r d s w o r k f l o w , p o l i c ym a n a g e m e n t ，a d a p t i v ew o r l d l o w , r e f l e c t i o n ，m e t a - o b j e c tp r o t o c o l i n 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：赳选药导师签名继日期：皇卑年鱼月。细 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 回顾企业级应用系统的发展历史，数据库管理系统( d b m s ) 的诞生使得企业 应用与数据管理实现了分离，图形界面技术和浏览器技术的发展使得企业应用 与用户接口实现了分离，而工作流管理系统( w r m s ) 的出现则实现了企业应用与 业务逻辑规则的分离，这将大大提升应用程序的柔性，并促使企业应用从面向 功能的事务处理向面向过程的业务处理变化。近年来，工作流技术越来越受到 人们的关注，工作流管理系统在自动化、银行、医疗保健、电信、制造与生产 等大量的领域得以广泛应用，工作流技术已逐渐成为信息化进程中的关键技术。 在国外，工作流技术的不断深入的研究致使工作流产品市场已成为r r 应用市 场中最活跃的部分之一。在国内，工作流产品市场还处于起步阶段。但可以预 见，随着我国信息产业的飞速发展与国内企业的技术进步，我国的工作流产品 的市场前景必将是巨大的然而，由于企业应用环境的复杂性和多样性，工作 流产品的应用和推广受到了严重的限制。例如，企业经营过程的执行逻辑在多 数情况下并不是完全可以事先确定，它经常需要根据流程的执行情况动态地发 生变化，其中包括业务过程的业务规则的变化、工作任务的变化、控制逻辑的 变化和工作流资源的变化等；根据市场的需要以及企业的不断发展，企业的工 作流程也要发生变化，以提高企业的运作效率，这就要求流程在运行过程中具 有动态变换的能力；工作流的客户应用、执行者、调用资源也会随着企业经营 环境的不同发生一些变化；传统的工作流的路由在工作流建立阶段确定，但是 在工作流的实际运行中需要根据具体情况动态地确定执行路由。所以如何使得 工作流系统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，实现 工作流管理系统的灵活性、柔性和安全访问控制越来越成为一个研究的难点和 热点问题。基于以上分析，针对传统工作流的不足，具备适应性的工作流系统 应具有如下的特点；系统应具有较为开放的结构，使得外界能获悉系统内部相 关成分，从而能根据外部环境变化对系统相应部分的结构行为作一定的调整与 改变；系统应具有配置和动态重配置的能力，即能在运行过程中进行动态调整、 定制和改变自身相关的结构行为，且不影响系统整体的运行。 硕士学位论文第一章绪论 1 2 工作流相关技术的介绍 1 2 1 工作流和工作流参考模型 工作流( w o r k f l o w ) ( 1 】是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，根据一 系列过程规则、文档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递、执行。工作流 就是工作流程的计算模型，其表示的是：对流程中的任务，以什么样的逻辑或者 规则串接起来，并以什么样的模型进行表示和计算。工作流解决的主要问题：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。工作流的核心思想：任何工作流系统的最终目的是为了满 足业务自动化和管理的信息化的需求。 1 9 9 3 年，工作流管理联盟( w f m c ) 在欧洲成立，以推进工作流管理的标准化。 w f l v l c 提出了一个工作流参考模型【2 1 。工作流管理联盟给出的工作流参考模型是 在对一般工作流应用程序结构进行抽象的基础上得到的。工作流参考模型定义了 工作流引擎与各个应用程序之间的接口，这些接口允许应用程序在不同层次上进 行交互操作。而且，工作流管理联盟还明确提出了工作流相关数据( w o r k f l o w r e l e v a n td a t a ) 、工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) 、工作流应用数据 ( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) 、工作流参与者( w o r k f l o wp a r t i c i p a n t ) 和角色( r o l e ) 等 相关概念。根据该工作流参考模型，开发人员如果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。 过程定义工具( p r o c e s sd e f m i t i o nt o o l s ) 是工作流过程的建模工具，其主要功 能是生成可以被计算机处理的过程的形式化描述，该描述将被工作流执行服务 ( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e s ) 解释执行。过程定义与工作流引擎通过第一接口交 互，第一接口定义了w t m c 的工作流过程定义元模型和工作流过程定义语言。 工作流客户端应用( w o r k f l o wc l i e n ta p p l i c a t i o n s ) 处与工作流执行服务间 的交互，如工作流引擎所需要的设施、服务及其他请求，第二接口提供从客户端 应用到工作流引擎和任务列表的访问。 被调用的应用( i n v o k e da p p l i c a t i o n s ) 指被工作流管理系统调用的用于对应用 数据进行处理的应用程序。第三接口提供了一系列的a p i s 供工作流执行服务和应 用程序使用，它可以激活必要的应用程序来执行活动。 工作流执行服务器( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e s ) 利用一个或者多个工作流 引擎来解释工作流过程定义，并同外部的应用程序进行交互来完成工作流实例的 建立、执行和管理。执行时第四接口负责传递异种工作流执行服务间的活动或者 子流程。 2 硕士学位论文第一章绪论 管理和监视工具( a d m i n i s t r a t i o n m o n i t o r i n gt o o l s ) 负责对工作流实例进行 管理和监控。第五接口负责操纵管理和监控功能，包括用户管理、角色管理、审 计管理、资源控制过程管理和过程状态等。 1 2 2 工作流建模方法综述 业务过程是指为完成企业业务的某一目标( 或任务) 而进行的一系列逻辑相 关的活动的有序集合。因此，业务过程的组成元素就是基本活动，活动与活动之 间的相互作用和相互联系就构成了企业业务过程系统。业务过程建模方法学研究 的主要内容是提供一套完整有效的描述业务过程的建模语言，并对为过程提供逻 辑顺序结构，如顺序、分支、汇合、条件、循环、并行的描述。应用于业务过程 的建模方法有很多。工作流建模不仅侧重于对业务过程的描述分析，而且把重点 放在业务过程的计算机自动执行上，这就是工作流建模具有的优势。目前已有的 工作流过程模型涉及的理论主要包括计算机支持的语言行为( s p e e c ha c t ) 理论、 协同工作( c s c w ) 、协调理论、数据挖掘、智能体a g e n t 、p e t r i 网和面向对象技术 等。在工作流建模方面，主要研究的建模方法有一下几种： ( 1 ) 基于活动网络的建模方法口】。这是指以活动和活动之间的关系为基础建 立的工作流模型。这是大多数工作流管理系统采用的工作流建模方法，其特点 是用户界面友好，易于理解，并且在需要进行模型验证时可以将其转化为扩展 p e 菌网模型来进行验证。 ( 2 ) 基于形式化表示的建模方法【4 】。如基于p c t r i 网的建模方法，p e t r i 网是一 种图形语言，可直观地反映并行、同步和共享等现象，适合描述具有并行行为 或操作的系统。p e t r i 网的另一特点是具有精确的语义和严格的数学基础，其理 论结果十分丰富。在扩展p e t r i 网的基础上，a a l s t 提出了工作流网的概念，并 对应用中的许多问题，如结构特性以及如何将工作流映射到p e t r i 网等进行了研 究。a a l s t 还研究了使用p c t f i 网支持企业经营过程重组的问题，提出了“w h a t ， h o w ，a n db yw h o m ”的三阶段方法。“w h a t ”阶段研究分析公司和业务单元 的主要功能，“h o w ”阶段研究这些功能如何实现，如确定所需要的活动和活 动的顺序，“b yw h o m ”阶段分配这些活动需要的资源。 ( 3 ) 基于对话模型的建模方法【5 】。w i n o g r a d 与f l o r e s 在语言行为理论的基础 上提出了一种基于对话的工作流模型。基于语言行为理论的工作流过程模型突 出客户与执行者两个角色之问的语言行为交互和承诺( c o m m i t m e n t ) ，一定程度 上克服了传统工作流过程模型把注意力集中于活动及其逻辑关系，忽视了参与 者之间的交互。这种工作流过程模型由一系列封闭的工作流子环相互连接而成 的。每个工作流环包含四个阶段：需求阶段、协商阶段、执行阶段和满意阶段。 3 硕士学位论文第一章绪论 本质上讲，这种过程模型仍属于以活动为中心的建模方法，而且因兼顾活动和 角色交互可能使过程的描述复杂化，不便于大型，尤其是跨组织工作流的描述。 a c t i o nt e c h n o l o g i e s 的工作流产品a c t i o n f l o w 就采用了这种工作流模型。 ( 4 ) 基于事务模型的建模方法1 6 】。事务的概念来自于数据库研究领域，用于 解决数据的并发访问和出错恢复问题。事务性问题在工作流管理系统中更为重 要，因为工作流管理系统比数据库管理系统的操作复杂得多，其活动的持续时 间有时候还很长，工作流执行过程中出错的可能性更大，而且这些错误造成的 影响也更大。因此从提高工作流管理系统的可靠性出发，建立基于事务的的工 作流模型具有十分重要的意义。 ( 5 ) 活动与状态图【刀。使用u m l 图描述工作流过程定义，这种方法以不同 的u m l 视图描述工作流模型的不同侧面，其界面十分友好，易于理解。 1 2 3 耵眦过程定义元模型 元模型( m e t , a - m o d e l ) 是用来定义语义模型的构造( c o n s t n l c t ) 和规则( n | 1 e ) 的，通 常称为定义表达模型的语言的模型。工作流的元模型是用于描述工作流内部的各 个元素，元素之间关系及元素属性的模型。 工作流元模型通常涉及相互关联的3 个子元模型，即： ( 1 ) 过程定义元模型：模型元素用于定义业务过程，控制工作流的执行。 佗) 组织机构元模型：描述单位部门人员的组织关系以及所担当的角色。 6 ) 相关数据元模型：工作流“生产”和“消费”的数据以及它们的流动关系。 工作流元模型的核心是过程定义元模型。工作流管理联盟为过程定义开发了 一个基本的元模型【1 1 如图1 1 。工作流元模型规约出元素类型的一个基本集合，这 些元素类型适合于相对简单的过程定义，工作流开发人员根据需要可以对该元模 型进行适当的扩展。工作流管理联盟定义的工作流元模型具有如下两个优点：( 1 ) 由某种工作流建模工具定义的工作流可以在多种工作流运行系统中执行；( 2 ) 通 过一种通用的工作流定义语言，可以在不同的工作流系统之间实现交互。 活动( a c t i v i t y ) 是完成工作流的一个逻辑步骤，其重要属性包括活动名称、活 动类型、前后活动条件、其他调度约束等。 转移条件( t r a n s i t i o nc o n d i t i o n ) 是从当前活动到下一活动流转或状态转移的 规则，主要参数包括过程条件、执行条件、通知条件等。 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) 是被工作流管理系统用作决定一 个工作流实例状态转移的数据，主要属性包括数据名称或路径、数据类型等。 角色( r o l e ) 是把参与者与一系列活动相联系的机制，重要属性包括名称，组 织实体等。 4 硕士学位论文第一章绪论 图1 1w t m c 定义的工作流元模型【l 】 被调应用( i n v o k e da p p l i c a t i o n ) 是应用的主要描述用于完成业务过程所采用 的工具和手段，重要属性包括类型或名称、执行参数、位置或存取路径等。 模型包括一些离散的活动模型、相关的资源、信息和角色描述以及反映上述 元素关系的管理规则。对活动及其路由的描述是其主要内容，因为过程最终都可 分解为原子活动、路由等节点。模型能否方便全面描述过程，并便于过程的分析 优化，依赖于节点的类型和语义。 1 8 论文研究工作 本文主要研究适应性工作流的关键技术，建立一个适应性工作流管理系统， 分析其构架及运作，在工作流建立阶段引入策略机制，设计适应性工作流的元模 型：在工作流运行阶段引入公共开放策略服务和反射机制，增强运行期间的灵活 性和适应性。所作的工作包括一下几个方面。 ( 1 ) 分析传统工作流管理系统的不足。工作流模型的核心是对过程的定义， 包括组成过程的基本活动以及活动之间的逻辑关系。传统的工作流管理系统基本 上是基于过程管理模式。对于工作流定义中的活动的描述，各个活动与活动之间 的控制等都非常精确，通过配置参数文件控制活动的转移，有很多成熟的数学工 具可以使用，有大量优秀的研究成果可以借鉴。在一些系统中，通过扩充节点类 型例如，增加活动之间协调机制等方法达到了很高的动态性控制，但是这个机 制定义的结点类型以及能够协调的活动模式的类型是有限的，并且，对于同时在 资源管理，安全管理等方面有复杂需求的系统，由于可能的需求的含义丰富，难 以使用处理控制流同样的方法来处理。本文分析传统工作流管理系统的不足，而 5 硕士学位论文第一章绪论 需要改进建模方法，满足市场的需求。 ( 2 ) 分析适应性工作流系统的实质。工作流的适应性包括两个方面：时间方 面和工作流过程组成方面。从时间上讲，一个工作流系统包括建立阶段和运行阶 段，两个阶段总是相互影响。从过程组成方面上讲，工作流的动态性表现为：过 程定义时能够定义一个过程的动态行为，在运行期间，可以动态修改预先定义的 流程或由于出现一些不可预测的情况，从丽做出掘应的修改，也就是说，对于工 作流演变，能够实行动态过程控制。而动态过程控制包括两个方面，一是对某些 过程的动态需求做出修改，二是能够对一个具体活动的属性进行修改。 ( 3 ) 分析建立阶段提高工作流适应性的关键技术。与适应性工作流系统的实 质相对应，实现适应性工作流的关键技术也分为两个阶段：建立阶段和运行阶 段。首先提出适应性工作流过程定义元模型以及适应性工作流系统架构。适应 性工作流元模型是在w t m c 定义的工作流过程定义元模型的基础上的扩展，这 样，这种适应性实现技术可以比较容易地在大部分遵循w n 订c 定义的工作流过 程定义元模型的基础上实现，有利于技术的推广。同时，采用x p d l 语言描述 适应性工作流的元模型，大部分的工作流模型都可以很轻松的移植到具备适应 性的工作流系统上，用户在享受适应性便利的同时延续了以往的投资。 “) 分析运行阶段提高工作流适应性的关键技术。在工作流的运行阶段，第 一，使用反射机制实现工作流模型对象与策略元对象的交互；第二，分析工作 流的变更类型及其具体表现，使用策略机制和反射机制的结合处理工作流的运 行以及变更处理。 ( 5 ) 最后，对本文所做的工作进行了总结，并介绍了将来的工作。本文的工 作既是对工作流管理系统的改进，也是策略管理的新应用的探索，同时又是反 射机制的一个新应用。 1 4 文章结构安排 本文结构安排如下： ( 1 ) 本文第二章介绍传统工作流管理系统的不足，综述工作流建模技术和实 现技术，并且分析了适应性工作流的实质特性。分析了基于过程管理和基于策 略的区别：接着在w f m c 定义的工作流过程元模型的基础上进行了扩展，使工 作流过程支持策略的管理；然后给出了支持策略的工作流元模型的表述方法； 最后阐述此元模型在建立阶段是如何体现工作流适应性的。 ( 2 ) 本文第三章首先介绍反射机制的特性和优点，然后使用反射机制构造适 应性工作流的体系结构。本章详细分析基于策略的工作流中的各个部件在此反 射系统中扮演的角色以及分工，并且定义了此体系结构中的元对象协议。 6 硕士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 本文第四章详细描述了使用反射技术的支持策略管理的工作流系统中， 包含工作流模型对象的基层与包含策略元对象的元层之间的协作，然后分析工 作流的变更类型及其具体表现，详细的描述了此工作流系统如何处理这些变更 来满足工作流管理系统的适应性的要求。 ( 4 ) 本文第五章以处理个人贷款业务过程为例，分别从工作流的建立阶段和 运行阶段来说明基于策略的工作流管理系统是如何提高适应性的。建立阶段， 在工作量过程定义中，采用策略描述个人贷款业务过程中的各活动在银行业务 过程中的业务规则。这些策略作为活动的控制信息，存储在l d a p 目录服务其 中运行阶段，描述此业务过程在工作流管理系统中的运作情况以及遇到外界 环境或者系统异常时，此系统是如何解决的。最后，分析了此案例在处理过程 中的合理性以及优越性。 ( 5 ) 本文第六章对论文所做的工作进行了总结，并对将来的工作进行了展 望。 7 硕士学位论文 第二章基于策略的建模方法 第二章基于策略的建模方法 在一个企业经营过程中存在着各种各样的规则，如管理制度、业务手册、 工艺流程、操作规范、收费标准、促销策略等规则，甚至一些没有形成文字的 惯例，也是业务规则的一部分。这些业务规则控制着企业经营过程的运作，控 制着工作流程中的活动与活动之间的逻辑关系，工作流中的组织结构关系，工 作流的相关资源等。如果能够使用一种灵活的方法来描述这些业务规则，使得 使用这个方法构建的工作流系统能够响应这些规则以及这些规则根据需求的变 更，就提高了工作流的适应性。本章在这个指导思想下，在传统工作流的模型 中引入i e t f 定义的策略这种声明性的机制，解决困扰企业的工作流管理系统缺 乏灵活性的问题。 2 1 适应性工作流的实质 2 1 1 制约工作流适应性的原因 适应性工作流管理系统主要强调系统的快速重构能力和对变化的适应能 力，因而在保持工作流参考模型基本结构的基础上需要添加一些新的适应性特 征。因此，工作流管理系统的适应性需求来自响应变化的需求。在工作流系统 执行过程中，变化的需求是由于各种不确定的因素、信息的不完全、合作冲突 以及系统异常等所带来的，具体表现为以下几个方面： ( 1 ) 执行过程中的模型修改。模型工作流系统在静态建模阶段建立的模型由 于不适应新的变化和需求，需要对建立之初构建的执行逻辑进行调整。这些调 整一般包括：添加新的活动、删除已有的活动、修改现有活动的执行依赖关系 以及数据资源依赖关系等。 ( 2 ) 工作流模型的动态演化。一旦工作流系统在执行过程中，由于动态变化 的需求创建了新模型或对现有模型进行了修改，则此时正在执行的工作流模型 实例要能够动态演化成新的工作流模型实例。 f 3 ) 资源使用冲突。在一个工作流实例中，不可避免地会遇到对同一资源的 竞争使用而造成某种冲突，这个虽然不是由于模型本身的不合理造成的，但是 会使工作流系统无法正常运行。 ( 4 ) 组织模型的动态调整。在工作流系统实际应用过程中，系统参与人员的 变动和组织结构的调整也是经常发生的，因此系统必须具有支持动态分配任务 8 硕士学位论文第二章基于策略的建模方法 的能力，同时必须能够对已经分配好的任务有动态调整的能力 ( 5 ) 异常处理能力。由于系统本身及运行环境等都存在诸多不可预见的因 素，所以系统难免会遇到一些难以预测的异常发生，此时系统必须能够检测到 异常的发生，并能够对已经造成的错误进行自动恢复或者通过人机交互的方式 来进行异常的处理。另外，对工作流程的动态操作也会造成诸多异常的发生， 即动态的修改在使流程变得更加灵活的同时，也会带来很多问题。比如，可能 在流程执行过程中，流程定义突然发生变化而导致流程无法继续运转；也可能 因某个流程执行点的参与者发生改变，而使原本的流程无法继续等。此时，如 果工作流程能够在实行的过程中动态感知这些突如其来的变化，或者由于某些 变化使流程产生异常的同时，能够采取某种适应性措施，而不会使流程发生中 断，则这样的工作流便是具有了适应性特征的动态工作流。 经过总结，制约工作流的适应性的原因主要包括： ( 1 ) 传统工作流系统中工作流模型的集中定义，使得建立的工作流模型不能 够很好的支持工作流的动态变化，一旦采用某个工作流管理系统，则应用系统 的构筑、应用集成和信息交换等一切都要以相应的工作流管理系统为中心； ( 2 ) 工作流模型的工作流路由固定，不能够根据实际情况的变化动态变换路 由在工作流的建立阶段，确定了活动与活动之间的逻辑关系，一旦过程定义 被实例化成过程实例，就不能更改过程实例的路由，包括增加新的活动结点， 删除已有的活动结点以及修改活动结点之间的逻辑依赖关系； ( 3 ) 企业经营过程中，任务的内部结构可能发生改变，而工作流执行的任务 在模型定义时就已经固定。例如，需要为某一个任务添加一些额外的判断条件， 或者判断条件本身的改变。而在工作流的建立阶段，为活动绑定了执行条件， 这些条件无法根据实际的需求进行修改； ( 4 ) 工作流的相关数据在工作流模型的建立阶段进行绑定，而工作流的资 源、角色、执行者可能会发生变化。 2 1 2 适应性工作流的实质 工作流系统的适应性，体现在如下层次上：对工作流系统的业务运行环境 或领域( d o m m n ) 的变化的适应；对工作流模型和活动( 或任务) 的结构变化及演化 的适应；对资源部件、组织模型以及数据模型的变化的适应；系统本身的可重 构性。下面从不同的角度对工作流的适应性加以说明： 适应性工作流是能够支持概念、技术和工具变更的一个研究领域，工作流管 理系统的变更，包括过程方面、资源方面、控制方面、任务方面、系统方面，其 中过程方面起决定性作用。根据变更的范围，分为个体变更和结构变更。与个体 硕士学位论文 第二章基于策略的建模方法 变更相关的是工作流过程的特殊适应性，只有单独的案例( 或者有限个案例) 受影 响。个体变更产生的原因有：错误的产生、罕见事务、顾客特殊的要求。个体变 更类包括进入前变更，即变化发生时，案例还没有进入系统，和运行时变更，即 案例在系统中运行时，更改其过程定义。与结构变更相关的是工作流过程的演进， 所有新案例将受到影响，根据不同的要求，案例也可能收到影响。结构变更产生 的原因有：一个新的业务策略、再设计、外部条件的变更。如何在工作流模型中 表现这些变更以便在工作流执行过程中能反映这些变更是适应性工作流模型必 须考虑的问题。 适应性工作流的动态性包括两个方面：时间方面和工作流过程组成方面。 从时间上讲，一个工作流系统包括建立阶段和运行阶段，建立阶段主要考虑工 作流过程和相关活动的定义和建模功能，运行阶段是在一定的运行环境下，执 行工作流过程，并完成每个过程中活动的排序和调度功能，两个阶段总是相互 影响。从过程组成方面上讲，工作流的动态性表现为：过程定义时能够定义一 个过程的动态行为，在运行期问，可以动态修改预先定义的流程或由于出现一 些不可预测的情况，从而做出相应的修改，也就是说，对于工作流演变，能够 实行动态过程控制，这包括两个方面，一是对某些过程的动态需求作出修改， 二是能够对一个具体活动的属性进行修改。 综上所述，适应性的工作流系统应当具有如下的九种功制8 】： ( 1 ) 动态地编制和修改工作流的过程定义； ( 2 ) 能够为活动、资源、代理分别建立相应模型，使得工作流系统在运行 时具有可选择性，并保证整个系统的一致性； ( 3 ) 可以对工作流的执行模型实施配置，可以进行部分执行，或是指导性 执行，甚至是强制执行； ( 4 ) 具有自反性，工作流模型实例在执行时能够访问自己，并能够对自己 的原模型重新修改； ( 5 ) 能够根据工作流实例对过程模型进行演变； ( 6 ) 能够逻辑分解一个过程模型； 能够利用过程片断和组件库； ( 8 ) 能够访问工作历史，并与专家交互； ( 9 ) 为参与者提供相互通信的集成支持。 本文认为，适应性工作流系统对( 1 ) 、c 2 ) 、( 3 ) 的支持是至关重要的，而且还 应该考虑到如何保持工作流系统的正确性和数据一致性问题，这些是适应性工 作流系统需要解决的关键性问题。 那么，适应性工作流要从以下方面着手：如何描述变化发生后的模型；如 1 0 硕士学位论文第二章基于策略的建模方法 何将原模型中执行的实例移交到新模型中继续执行，并保证系统的正确性和一 致性。 2 2 适应性工作流的建模方法综述 往往在实际工作流系统运行当中，由于一些原因而导致系统产生异常。异 常根据其影响工作流模型的程度分为三类【9 1 ：( 1 ) n o i s e ，此时过程可以容忍异常， 依然产生期望的结果；( 2 ) i d i o s y n c r a t i ce x c e p t i o n s ，工作流的特殊实例变更，但 是工作流的类型不变；( 3 ) e v o l u t i o n a r ye x c e p t i o n s ，工作流模型演变，将影响新 的工作过程实例。那么系统要能够在问题发生时能够被检测到，并且设计模型 时，能够避免异常产生的因素。也就是说，从异常的角度，对于一个适应性工 作流系统，其目标就是，检测异常、避免异常、处理异常。已有的关于处理异 常的研究有：文献 1 0 1 分析了异常和适应性工作流的事项和处理办法。文献【1 0 】 使用规则方法( p r i n c i p l e da p p r o a c h 嘲修改过程模型，来处理异常。具体做法是： 它基于变更形式分类和一种描述过程变更的准确语言，将他们应用于描述过程 模型变更比较含糊的这一问题。文献 1 l 】描述了一个m i l a n o 系统，作者使用 简化的p e t r in e t 模型来表达工作流过程，使得变更动态过程变得容易。文献 1 2 】 设计了一种过程符号，使得描述暂时性和永久性修改工作流模型变得容易。文 献【1 3 】描述了一种基于知识的方法，帮助工作流设计者和参与者明白如何预见、 检测、诊断、解决异常。把工作流定义为一系列用知识表示的业务规则。这样， 对于特定的工作流和组织结构的知识，比如工作流中角色与执行者之间的映射 以及复杂的结构规则等，都能够很清晰地用k w m 模型来描述。文献 1 4 】里， 作者扩展执行策略设计了一个带有多个支持策略的过程模型，这些策略可以在 运行期间确定。文献 1 5 1 提供了一个案例：高新技术公司的员工在使用互操作 工作流技术的时候是如何处理异常的。文献 1 6 1 【1 7 】，提出了通过提供用户原语 或命令操作形式来支持流程的变化，其中文献 1 6 】提出了一个支持动态变化的 工作流原型系统，这个原型系统，支持工作流运行时任务的插入、删除、跳跃、 前向转移( j u m pf o r w a r d ) 、串行化和后退操作。文献【1 8 】提出了反演方法，工作 流在执行过程中可以通过人机不断交互方式来完成一个可以动态变化的工作 流。文献 1 9 】提出了一个工作流的三维模型，并分析了流程变化的方式。文献【2 0 】 在w t m c 模型的基础上对活动和变迁的类型进行了重新分类，通过运行时活动 与服务( s e r v i c e s ) 的动态绑定( b i n d i n g ) 来支持工作流的动态变化。文献 2 1 1 弓1 进 扩展的活动图来支持柔性、异常、适应性。文献【2 2 】应用时序逻辑来为适应性 工作流建模。文献 2 3 1 人工智能( a i ) 所经常使用的是启发式或扩张性的方法。这 种方法使得系统中的信息能够随人机交互过程的进行而动态增长，而不是在一 硕士学位论文第二章基于策路的建模方法 开始就将系统中所有的信息都定义好。业务过程的建模由于许多因素需要到过 程开始被执行时才能确定，或者需要根据实际情况的变化而动态地变化，同时， 由于建模者一般不可能考虑到所有的情况，因此静态建模得到的过程模型也必 然是不完善的。这要求w 0 订s 系统本身具有学习的功能，能够从各用户的实际 工作中( 如开始对某些数据的处理，并指定将处理结果传递给另外的用户继续处 理，如此直至最后一个用户指示此过程的完成) 提取出各种参数丽得到相应的过 程定义。提出基于a g e n t 的工作流建模方法，构造了工作流管理系统的基本结 构体系，把智能体和知识管理成功引用进来，使工作流清晰明了，同时适应环 境变化，提高了敏捷工作流的灵活性。文献 2 4 】从体系结构的角度构建适应性 工作流。 尽管有很多的提高工作流的适应性的建模方法，但是这些有一个共同点： 只是针对某一个模型进行建模，没有一个统一的方法整合资源管理以及安全管 理等。特别地，这些方法为工作流的过程建模时，没有一种机制来描述企业的 业务规则，本文引入策略机制来解决这些问题。 2 3 过程管理和策略管理 基于过程的管理和基于策略的管理是两个广泛应用在现代信息系统的管理 模式。基于过程的管理被广泛应用在企业的日常业务管理中。管理系统把一个商 务过程的各个步骤详尽的定义，通过命令形式表达的指令，驱动与各个步骤相关 的人员或者r r 资源。 策略的定义没有统一的形式。一种定义是：“行动的明确目标，过程或方法 的指导，以及现在和未来的决定。”【2 6 】策略的本质属性是灵活性和动态性。网络 管理系统起初比较简单。随着网络基础结构的发展和管理功能趋于复杂，基于策 略的管理技术被推崇 2 7 1 。国际标准机构英特网工程工作小组( m t f ) 提出了基于 策略的网络管理系统的基本构架【2 扪，包括四个基本模块：策略管理工具策略知 识库，策略决定点口d p ) 和策略执行点( p e p ) 。国内在这方面的研究和国际相比有 较大的差距，还没有在生产系统实现。基于策略的管理模式近来也被应用在智能 计算领域，如自治计算【2 9 】，网格【3 0 】等。 基于过程管理的特点是：任务的每个步骤的执行是基于指令和详尽的参数： 指令的表达是命令格式，直接驱动执行的部件；一个指令执行完后，根据预先定 义的规则继续执行预先定义的指令。 基于策略管理的特点是：每个步骤的执行是基于目标或者行为的约束；指令 的表达是声明格式的，一般不能直接驱动执行的部件；每一步执行完成后，根据 系统的整体状态和当前处于活动状态的目标策略，做出后续的决策( 包括修改执 1 2 硕士学位论文 第二章基于策略的建模方法 行步骤，策略等) 。所有的管理行为都通过策略的执行来完成。 传统的工作流管理系统基本上是基于过程管理模式。对于步骤的描述，各个 步骤之间的控制等都非常精确，有很多成熟的数学工具可以使用，有大量优秀的 研究成果可以借鉴。在一些系统中，通过扩充节点类型，增加活动之间协调机制 等方法达到了很高的动态性控制。但是对于周时在资源管理，安全管理等方面有 复杂需求的系统，由于可能的需求的含义丰富，难以使用处理控制流同样的方法 来处理。 基于策略的管理是一种方法学，它可以被用于任何的目的。它可以简化系统 管理的复杂度，支持根据抽象的目标定义管理操作；支持动态地解释各种类型的 策略表达的丰富需求：支持动作的动态后绑定o a t eb i n d i n g ) 以达到高适配性；可 以用统一的方式处理各个视图( 控制流，资源，安全) 的需求