（机械制造及其自动化专业论文）基于本体的异构工作流集成关键问题研究.pdf

上海大学工学硕士学位论文 摘要 随着信息技术的发展，现代高等学校迫切需要搭建知识管理系统来提高自身 的核心竞争力。工作流管理系统则是知识管理系统的核心组件之一，用于支持业 务流程的重组和实现过程的自动化。然而高校特殊的知识产权保护需求和急迫的 知识资源共享需求导致了分布式的跨组织的异构工作流系统集成环境的产生。知 识库的动态变化以及知识资源需求的不确定性都将使我们不能使用常规的静态 的方式来解决上述异构集成问题。 本文介绍了一种基于本体技术的工作流系统集成框架，该框架通过w e b 服务 封装的方式屏蔽了各工作流系统的异构特征，使用基于o w l s 的服务注册中心统 一管理工作流互操作w e b 服务并介绍了一种实现动态w e b 服务调用的原理方法以 满足高校知识管理的需求。 本文首先在分析高校知识管理业务需求和技术需求的基础上提出了一种基 于多种开发的标准的工作流集成框架用于实现工作流间的透明互操作。其次本文 认为在使用w e b 服务对工作流进行封装时应当从语法和语义两方面对服务进行 描述。网络本体语言o w l 可以用于描述语义部分。在获得工作流互操作w e b 服务 后，需要在服务注册中心集中注册和管理它们。服务注册中心使用本体模型 o w l s 来同时注册单个w e b 服务和组合w e b 服务。w e b 服务动态绑定代理则动态 地调用各工作流互操作w e b 服务，代理程序可以根据语义需求自动地更换后台绑 定的w e b 服务。 最后，本文分析并设计了一个跨越异构工作流系统的知识资源审批流程来满 足高等学校知识管理的具体业务需求，并验证了异构工作流集成框架的可行性。 关键词： 工作流，本体，o w l ，o r l - s ，动态绑定 v 上海大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h eu n i v e r s i t i e sn e e dt o e s t a b l i s ht h e i ro w n k n o w l e d g em a n a g e m e n ts y s t e mt op r o m o t et h e i rc o r ec o m p e t e n c e u r g e n t l y w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi s t h em a j o rc o m p o n e n tw h i c hh e l p st o s u p p o r tb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n ga n dp r o c e s sa u t o m a t i o n h o w e v e r , t h eu r g e n t n e e d st op r o t e c ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t ya n dt os h a r ek n o w l e d g er e s o u r c e si nu n i v e r s i t i e s l e a dt oa nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n tw i t h c r o s s o r g a n i z a t i o ni n t e g r a t i o n o f h e t e r o g e n e o u sw o r k f l o ws y s t e m s t h ec h a n g eo fk n o w l e d g er e p o s i t o r ya n dt h e u n p r e d i c t a b l en e e do fk n o w l e d g er e s o u r c e sd o n ta l l o wu st ou s et r a d i t i o n a ls t a t i c m e t h o dt os o l v et h i sp r o b l e m t h i sp a p e ri n t r o d u c e saw o r k f l o ws y s t e mi n t e g r a t i o nf r a m e w o r kb a s e do n o n t o l o g yt e c h n i q u e s t h ef r a m e w o r k s h i e l d st h ed i f f e r e n c eo fh e t e r o g e n e o u s w o r k f l o ws y s t e m sb ym e a n so fe n c a p s u l a t i n gw e bs e r v i c e a n da l s oi tp r o v i d e sa n o w l - sb a s e ds e r v i c er e g i s t r yc e n t e rt om a n a g et h ei n t c r o p c r a t a b l ew e bs e r v i c eo f w o r k f l o w sa n dap r i n c i p l et or e a l i z ec a l l i n gw e bs e r v i c ed y n a m i c a l l yi no r d e rt om e e t t h en e e d so fk n o w l e d g em a n a g e m e n ti nt h eu n i v e r s i t i e s f i r s t l y , a f t e ra n a l y z i n gb u s i n e s se n v i r o n m e n ta n dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n to ft h e k n o w l e d g em a n a g e m e n ti na nu n i v e r s i t y , a ni n t e g r a t i o nf r a m e w o r ki si n t r o d u c e d b a s e do ns e v e r a lo p e ns t a n d a r d st or e a l i z et r a n s p a r e n ti n t e r o p e r a t i b i l i t y s e c o n d l y t h i s p a p e rp r o p o s e st oe n c a p s u l a t i n gaw e b s e r v i c eb o t hi ns e m a n t i ca n ds y n t a xw a y s t h e w e bo n t o l o g yl a n g u a g eo w li sp r e f e r r e dt od e s c r i b et h es e m a n t i cp a r t a f t e rg e t t i n g t h ei n t e r o p e r a t i b i l i t yw e bs e r v i c e so fw o r k f l o w , as e r v i c er e g i s t r yc e n t e ri s p u t f o r w a r dt om a n a g et h e m t h i sr e g i s t r yc e n t e ru s e st h eo n t o l o g ym o d e lo fo w l - st o r e g i s t r yb o t hs i n g l es e r v i c ea n dc o m p o s i t es e r v i c e ap r o x yi su s e dt ob er e s p o n s i b l e f o rc a l l i n gw e bs e r v i c ed y n a m i c a l l y p r o g r a m sc o u l dc h a n g et h eb i n d i n gs e r v i c e a u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt ot h es e m a n t i cn e e d s f i n a l l y , ac r o s s w o r k f l o wa p p r o v a lp r o c e s so fk n o w l e d g er e s o u r c e si sd e s i g n e d v i 上海大学工学硕士学位论文 t om e e tt h er e q u i r e m e n ti nu n i v e r s i t i e sw h i c hv a l i d a t et h ei n t e g r a t i o nf r a m e w o r k p a p e rd e s c r i b e d k e yw o r d s ：w o r k f l o w , o n t o l o g y , o w l ，o w l - s ，d y n a m i c a l l yb i n d i n g v i i 上海大学工学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在指导教师的指导下，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，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明，并表示了 谢意。 签名： 本论文使用授权说明 日期： 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名 1 1 上海大学工学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 高校知识管理概述 崭新的2 l 世纪是一个知识经济时代，知识在社会各个领域发挥着越来越重 要的作用，知识的价值不断提升，成为个人以及整个经济的最核心的资源之一。 知识管理起源于企业【l 】，是对执行企业业务流程以及营造企业文化所需知识资源 的统筹与管理。目前知识管理的理论科学与实践方法已在广大企业中得到应用， 其中不乏成功案例【2 】，成为企业发展的强大推动力，提高了企业的核心竞争力 3 1 1 4 1 o 随着我国改革开放的深入，高等教育行业与其他行业一样，不仅面临着激烈 的国内竞争，而且面临着日益激烈的国际竞争。中国的高等教育需求正在高速增 长，且对教育质量的要求日益提升。如何提高高等学校的核心竞争力，使其能为 新世纪国家建设源源不断地输送可用之才正成为新的研究热点 5 1 。 高等学校是典型的知识密集型组织，是社会知识资源的主要产地，也是社会 实现知识传播与共享的主要场所，知识管理理应成为其众多管理活动的焦点。知 识是高校运作的核心资源，是高校创造价值的核心资产，高校核心竞争力的根基 在于知识，而知识管理的实施正是为了增强组织绩效而创造、获取和使用知识的 过程，建立优秀的知识管理体系是提升高校核心竞争力的有效战叫6 】【7 1 。 1 1 2 高校知识管理的现状与特征 当前国内高等学校知识管理的研究仍然处于起步阶段，各大高校虽拥有丰富 的知识资源但并未建立起成熟的知识管理体系，原因在于高校知识管理具有一些 鲜明的特征，阻碍了其在实际环境中进一步地实施。 ( 1 ) 分布式的知识管理模式 企业中通常采用集中式的知识管理模式，所有的知识资源统一存储于一个知 上海人学工学硕士学位论文 识库中，并且由统一的知识管理系统进行维护和管理。企业各部门之所以能够达 成上述默契是因为企业实行的是一种自上而下的层级管理方式，企业高层的行政 命令可以统一所有的偏见与矛盾。然而高等学校实行的是一种紧凑与松散相结合 的组织形式。一方面学校拥有与企事业单位类似的业务管理部门如财务部门、安 保部门、人事部门等，这些部门严格执行学校的行政命令，能够快速有效地统一 知识资源管理方式，建立统一的知识资源集散地，使用统一的知识管理系统。另 一方面学校还拥有一大批各种学科领域的研究型团队或者分支组织，这些分支组 织虽分属学院管辖但仍然拥有相当大的自由操作空间以便尽可能地不受约束，致 力于学术研究。为了方便分支组织内部成员的知识共享与交流，分支组织往往建 立起专属的知识管理体系和知识管理系统，并且不希望这些存储有研究成果的系 统处于分支组织以外人员的管辖之下。这就造成了知识管理系统分散于高等学校 的各处，形成一种分布式格局。分布式的知识管理模式使知识在学校乃至更大范 围内的传播与共享非常困难。 ( 2 ) 严格的知识产权保护要求 高等学校是人才高地，也是知识创新的场所。知识创新能力是衡量一个学校 综合实力和核心竞争力的标准之一。知识的传播和共享是知识创新的加速器。爱 因斯坦曾经说过：“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上”， 同样新知识需要在整理和总结已有知识的基础上被创造，获得与掌握的知识越多 就越容易知识创新。 然而各知识资源库中所存储的知识是学术研究团队或个人的劳动成果，是其 学术整理和研究精华。作者对这些知识资源拥有唯一的知识产权，任何团体或个 人都没有单独处置的权力。缺乏有效的管理机制将使分散在各处的知识管理系统 形成知识壁垒，阻碍知识的共享与传播。 ( 3 ) 异构的知识管理系统 计算机技术的引入大大提高了知识管理的自动化水平和管理效率，也同样引 发了新的问题。由于高等学校的知识资源采用分布式管理模式，各分支组织可以 自由选择搭建知识管理系统的计算机技术和软件，造成大量异构知识管理系统的 共存的局面。而作为知识管理系统主要构件的工作流系统同样普遍存在着异构的 现象。异构工作流系统的信息沟通障碍使系统间形成了“孤岛效应，妨碍了知 2 上海大学工学硕上学位论文 识的正常传播和共享过程。 1 1 3 工作流在知识管理中的应用 知识管理的目标是对知识从采集、固化、共享、直至利用和创新的全过程进 行管理，而工作流技术与这些知识管理环节都存在着切入点【8 】【9 】。例如知识的采 集是指向知识库内提交知识的多步骤的过程，需要包括界面知识录入、知识的传 递与交流、知识价值的评判等子活动，工作流可以自动化地执行这些知识活动提 高效率。又如，知识的固化是指知识以可保存的形式存入载体，并最终被知识库 归档整理的过程，包括知识的显性化保存、知识的分类整理等，同样需要工作流 来提高这些维护活动的工作效率。如图1 。1 所示是知识共享环节中的知识文档借 阅的工作流程，知识文档通过初级与高级两级审批，最终确定是否开放固定时间 段的权限供知识共享和知识文档的阅览。 图1 1 知识文档借阅审批工作流程 由此可见，工作流系统是知识管理系统的核心组件之一，渗透于知识管理的 方方面面。工作流系统能够定制严格的审批流程，以帮助保护知识产权，保护产 3 j 海丈学1 学硕十学位论文 权所有者的利益。高等学校异构的分布式的知识管理环境中将存在大量异构的工 作流系统，并且彼此通讯困难，造成知识的流动不畅。 1 1 4 高校知识管理的异构工作流系统集成需求 * 1 2 * 自* t t s * i # t t m 以上海某大学的知识文档审批流程为例，如图l 一2 所示，学校希望建立集中 式管理的知识库供校园内师生统一使用，然而知识资源却存储于校园内各分支组 织的专有知识库内，并且通过异构的工作流系统完成权限校验、资格审批，文档 传输等工作流程。为了从异地异构知识管理系统中获取所需知识资源，存储入校 园集中管理知识库并且保护知识产权，不破坏原有的审批机制，这就要求校园知 识管理系统的工作流系统与分支组织知识管理系统的工作流系统能够顺畅地交 换信息，实现异构工作流系统的集成。 另外，在高校知识管理环境中动态特征是普遍现象，其具体表现在以下几个 方面： ( 1 ) 分支组织知识库的数量及地理位置并不固定，经常会有知识库要求接入或 上海大学工学硕士学位论文 者断开集中式知识管理系统的需求，知识库的分布状态是动态的。 ( 2 ) 用户所需的知识资源是不可事先预测的，每个用户在不同时间访问知识管 理系统都会有不同的知识需求，所以知识资源需求也是动态的。 ( 3 ) 知识资源所对应的审批流程也是变化的，集中式知识管理系统需要根据知 识资源的变化使用不同的审批流程，所以流程也在动态变化中进行。 由于这些动态特征的存在，所以不可能用静态的方式解决问题，而要求能够 根据知识资源的变化动态地接入和接出各分支组织的审批工作流并完成知识文 档的传输工作。 图1 3 知识文档审批、传输工作流程 如图1 3 所示，集中知识库知识文档共享工作流在获取权限信息和所需知识 文档信息后需要动态接入分支组织的审批工作流程。可将审批工作流程分为两类 一类无需人工审批，工作流将根据现有的权限情况决定是否传输知识文档，由于 该工作流程完全自动完成故延时较少；另一类可由分支组织知识管理人员审批之 后开放权限完成知识文档的传输，图中显示的分支组织知识文档审批工作流需要 5 上海人学工学硕士学位论文 支持动态替换的功能，以找到所需知识文档所对应的知识库的审批工作流。 1 2 工作流的相关概念 1 2 1 工作流概念 工作流管理联盟w f m c ( 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 ) 是国际上研究工 作流领域相关技术的权威机构。该组织成立于1 9 9 3 年8 月，其主要职责是负责 工作流管理系统及其相关接口的标准化。目前该组织的成员已经超过了3 0 0 个， 其中包括软件厂商、科研机构与咨询机构。 工作流管理联盟将工作流定义为：业务过程的全部或部分自动化，在此过程 中，文档、信息或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 达到业务的整体目标【旧】。工作流相关概念及其关系如图1 - 4 所示： ( 1 ) 业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：业务过程是指一组相互联系的过程和活动， 它们用于共同实现一个业务目标或者策略，通常包含着组织结构用于定义 角色和角色间的关系。 ( 2 ) 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 ) ：工作流管理系统是一 个用来定义、创建和管理工作流执行情况的软件系统，它运行在一个或多 个用于解释过程定义的工作流引擎上，实现与工作流的参与者间的交互， 并在需要的情况下与i t 工具以及应用系统集成。 ( 3 ) 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：过程定义是业务过程的形式化描述，用于 支持诸如过程建模、工作流管理系统的配置设定等自动化操作。过程定义 由一组活动以及它们间的关系组成，主要描述过程的起始与终结和每个活 动的信息例如参与者信息、相关的i t 应用系统以及数据等。 ( 4 ) 活动( a c t i v i t y ) ：活动是对一个过程中形成一个逻辑步骤的一部分工作的 描述。一个活动可以是手工操作的，不支持计算机自动化，要么就是工作 流活动( 自动处理的) 。一个活动要求由人员或机械资源参与支持过程的 执行。如果有人员参与，那么活动就会分配给工作流参与者。 ( 5 ) 实例或者过程实例、活动实例( i n s t a n c e 嬲i np r o c e s so ra c t i v i t yi n s t a n c e ) ： 实例代表一个过程或者一个过程中的活动的设定以及其相关数据。每个实 6 上海大学工学硕士学位论文 ( 6 ) ( 7 ) 例代表过程或活动的一个独立的线程的执行。该线程可以单独控制，拥有 自己的内部状态及外部可见的识别，可以作为句柄使用，例如记录或者获 取单次设定的审计数据等。 工作项( w o r ki t e m ) ：工作项代表在一个过程实例的活动中所执行的工作。 工作项表单( w o r k l i s t ) ：工作项表单是指与所给的参与者相关的工作项的 列表。在一些情况下，一组工作流参与者可以共享一个通用的工作项表单。 工作项表单形成了工作流引擎与工作项表单处理器的部分接口。 图1 - 4 工作流系统相关概念及关系 w f m c 给出的工作流相关定义是对工作流的高层次抽象，体现了大部分工 作流系统的“共性”，对于研究工作流系统相关技术具有很好的借鉴和参考价值。 1 2 2 工作流参考模型 工作流管理联盟于1 9 9 5 年发布了工作流参考模型归纳总结了工作流系统的 组成及接口，成为工作流领域理论研究的基础【1 1 】。如图1 5 所示，参考模型认为 工作流系统分为五大组件即过程定义工具、管理监控工具、客户端、被调用的应 7 上海人学工学硕士学位论文 用、包含工作流机的工作流执行服务，并且认为存在五类接口，其中接口4 负责 与其它工作流系统的工作流机进行交互与通讯，实现工作流机间的互操作，是解 决工作流集成问题的重点关注对象。 1 2 3 工作流互操作 图i 5v c f m c - r 作流参考模型 按照w f m c 的定义，工作流互操作是指“是两个或者多个工作流机进行通信 和交互的能力，从而使过程实例可以跨越这些工作流机执行和进行协调。”在实 际的应用中，工作流互操作发生的情形可能会有多种，w f m c 根据不同的标准， 对工作流互操作情形进行了划分。根据参与者的不同，工作流互操作可以发生在 【1 2 】： 两个和多个工作流机之间； 同一工作流执行服务中的两个或者多个工作流机之间； 不同工作流执行服务当中的两个或者多个工作流机之间。 根据程度的不同，工作流系统互操作等级可以分为8 级，由低到高依次为： 无互操作。 共存：工作流系统的运行环境同构，但没有共同的互操作a p i 。 上海太学i 学卿士学位论文 网关：工作流系统之间通过网关进行协议转换，实现互操作。 公共子集a p i ：各工作流系统有部分a p i 是相同的，系统通过有限的公 共a p i 进行互操作。共同a p i 可以是原生的，也可以是通过封装实现的 公共子集。 同构a p i ：多个工作流系统的a p i 完全相同，实现功能完整的互操作。 共享定义格式：工作流系统有共同的流程定义格式，包括活动关系网络、 用户权限和系统资源管理等。 协议兼容：全部工作流系统协议兼容，包括客户端访问协议、事务协议、 异常和恢复协议等。 相同用户界面；在上一级的基础上，互操作的工作流系统向用户提供统 一的访问界面，有共同的外观和操作感觉。 1 3 研究现状 1 3 1 国际标准整理 瞳圃匝至卿匝巫回 雯囵【 亘回 匪固团r 墅型堕坠丛到 百雨雨f 囤亘圜 上海大学工学硕士学位论文 近1 0 年来，由于工作流管理联盟( w f m c ) 和结构化信息标准促进组织 o a s i s ( o r g a n i z a t i o nf o r t h ea d v a n c e m e n to fs t r u c t u r e di n f o r m a t i o ns t a n d a r d s ) 的 不懈努力，工作流领域诞生了一系列的国际标准运作在不同的层次结构上，完成 着对应的功能。主要分为两类：一个是针对内部流程的，也就单个工作流系统的 标准，另一个是对b 2 b 业务的，用于解决不同工作流系统间的通讯与交互问题。 标准之间也存在着互相重叠的部分，导致彼此间不能顺利兼容运行。图1 - 6 描述 了这些国际标准的功能及所处的层次，表l 是对其的简单介绍。 标准名称标准简介 b p m n由b p m i ( t h eb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ti n i t i a t i v e ) 开发的一 套标准叫业务流程建模符号( b p m n ) 。b p m n 的主要目标是提供一些被 所有业务用户容易理解的符号，从创建流程轮廓的业务分析到这些流 程的实现，直到最终用户的管理监控。b p m n 也支持提供一个内部的 模型可以生成可执行的b p e l 4 w s ( w s b p e l 的前生) 。因此b p m n 的出 现，弥补了从业务流程设计到流程开发的间隙。 b p m l b p m l ( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gl a n g u a g e ) 业务流程建模语言： 是业务流程建模的元语言，就像x m l 是业务数据建模的元语言一样。 现在，曾提出b p m l 语言的b p m i 已经放弃对其的支持，转而推广 b p e l 4 w s 。 b p s s b p s s 以e b x m l 建议的u m m ( u n c e f a c tm o d e li n gm e t h o d o l o g y ，模 型化方法论) 为基础，以便支持在企业间以各种交易行为 ( b u s i n e s st r a n s a c t i o n ) 组合成所谓的企业协同( b u s i n e s s c o ll a b o r a ti o n ) 。 w s - b p e l w s b p e l 主要设计用于支持基于w e b 服务的自动业务流程，规范重点讨 ( b p e l 4 w s )论的是业务流程，其中的活动被假定为与w e b 服务的交互，不要求进行 其他必需的行为。但通用业务流程包含的活动范围要大得多。业务流程的 执行经常要涉及人员的参与，从而引入了一些新的方面，如人工交互模式 等。为了支持广泛的涉及人员参与的业务流程场景，需要使用b p e l 扩展。 x p d lx p d l ( x m lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 是由w o r k f l o wm a n a g e m e n t 1 0 上海大学工学硕上学位论文 c o a l i t i o n 所提出的一个标准化规格，使用x m l 文件让不同的工作流 程软件能够交换商业流程定义。由于它对流程的描述既是基于文档，能 够直接在流程引擎上执行，又一记录了模型中的图元信息，所以很适合作 为一种模型设计图的中间交换格式而独立存在。 w s c i w s c i 标准着重在w e bs e r v i c e 的c h o r e o g r a p h y ，像是服务接口的行为。 w f - x m l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 m c ) 中的w f 一) ( m l 和工作流参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) ：w f x m l 是一种基于x m l 的工作流互操作性信息的编码。工作流参考模型是一种底层工作流系统体 系结构的描述。 r o s e t t a n e t r o s e t t a n e t 的伙伴接口流程( p a r t n e ri n t e r f a c ep r o c e s s ) ：定义了贸 p i p s 易伙伴与指定的系统到系统( s y s t e m t o s y s t e m ) 的基于x m l 的对话之间 的业务流程。许多p i p 被用来定义各种伙伴情况。 c p p c p ac p p ( c o l l a b o r a t i o np r o t o c o lp r o f i l e ) ，一种电子文件格式，记录该交易 伙伴的商业处理能力，与该交易伙伴做商业文件交换时所需的服务界面。 c p a ( c o l l a b o r a t i o np r o t o c a la g r e e m e n t ) ，一种电子文件，记载交易伙伴 双方c p p 的交集，意即双方议定的商业程序，及信息交换技术细节等。 b p q l 业务流程查询语言b p q l ( b u si n e s sp r o c e s sq u e r yl a n g u a g e ) ，一种类似 于s q l 的过程查询语言。 表1 工作流领域国际标准简介 1 3 2 国内外研究现状 近年来，以工作流技术为中心的业务过程管理和集成一直是学术界的研究热 点之一： 基于w e bs e r v i c e 的异构工作流管理系统的集成和互操作研究一文认为要 使企业之间进行有效协作，需要开放的、标准化的、简单易用的分布式计算实现 方案。w e bs e r v i c e 提供了一个位于应用层和传输层之间的抽象层，隐藏了分布 式计算的许多实现细节，为分布式、异构的工作流管理系统之间的集成和互操作 提供了一个基础平刽1 3 1 。 文献一个基于w e b 的工作流系统互操作的模型建议基于w f - x m l 、m i m e 上海大学工学硕士学位论文 等标准规范能够提高工作流互操作模型的兼容性，便于不同工作流系统移植共 享，同时提出了基于网关的互操作模型设计思路以解决企业间的工作流系统互操 作问题【1 4 】。 基于w f - x m l 和w 曲服务的工作流集成框架的设计提出了一种基于 w f - x m l 和w 曲服务的工作流集成框架模型，并考虑了该模型的分层结构，使用 全局工作流统一管理工作流集成，另外设计了安全w 曲服务封装以实现消息的安 全、可靠地传输1 5 1 。 上述三篇都表达了相同的观点：通过w 曲服务的封装可以屏蔽异构工作流系 统的差异，从系统外部来看工作流系统与普通应用系统并无大的差别，都公布了 使用w 曲服务技术的a p i 。 基于x p d l 的工作流引擎研究与实现认为在b p m l 和b p e i a w s ( w s b p e l 的前身) 在描述基于w e b s e r v i c e s 的业务流程时更方便有力、更加适 合，而x p d l 在描述分布式工作流的相关领域时则更方便、实用。利用来定义工 作流程，对于商务分析人员更容易做到界面友好、使用方便【l 6 1 。 一种基于b p e l 的网格工作流引擎一文使用了w s b p e l 标准对工作流进 行定义和建模，设计并实现了一个网格服务工作流引擎，该引擎采用分级处理机 制，可以同时调用w e b 服务、网格服务以及网格调度器 1 7 】。 x p d l 与w s b p e l 都是国际标准化组织极力推广的基于x m l 的工作流定义 语言，然而w s b p e l 确有另一层功能，其模型实质上是一种使用工作流技术进 行w 曲服务组合的方法。w e b 服务组合的目的是控制各成员服务的执行，管理成 员服务之间的数据流以及成员服务的输入和输出等。当成员服务的下层结构是工 作流系统时，w 曲服务的组合就能起到协调各工作流系统运行实现过程集成的功 能。 基于语义w 曲服务的业务过程集成研究与应用认为使用w 曲服务串联起 来的业务过程仍有缺陷，加入语义描述后使得w 曲服务能够理解相互之间互操作 的信息，能够自动发现、执行和集成w 曲服务从而更好地实现业务过程集成【1 8 】。 文献基于移动a g e n t 和w e b s e r v i c e 的动态工作流互操作模型认为动态工 作流互操作是企业为了适应动态电子商务环境而提出的一种互操作方案。与静态 互操作不同的是，动态工作流互操作无需事先进行相关约定，合作双方无需事先 1 2 上海大学工学硕士学位论文 知道对方能够提供什么样的服务。这大大提高了工作流互操作的灵活性，以及可 适应【1 9 1 。 以上两篇文献则认为基于语义描述的具备动态调用功能的w 曲服务组合平 台或者工作流集成平台是未来的发展趋势。 在商业应用方面，商品化的e a i 工具提供了业务流程集成的能力，如微软的 b i z t a l k 、s a p 的x i 等。这些工具规模庞大、功能极强，如s a px i 基于w e b 服务技 术，支持大量业务标准女h b p e l 、w f - x m l 、r o s e t t a n e t 、b 2 m m l 等，同时对s a p 工作 流产品提供了广泛的支持。然而这些商品软件都采用手动配置完成w e b 服务的组 合及调用，缺乏动态的w e b 服务访问方法，也就无法动态调用经过w e b h & 务封装的 工作流了。 1 4 本文的工作 经上述分析，我们可以得知工作流集成的研究仍然处于理论研究阶段，使用 w e b 服务封装技术能够部分解决工作流系统的异构问题，然而以w e b 服务组合 为基础的工作流集成平台技术仍然存在较多的学术突破点，基于语义的w e b 服 务组合与动态的w e b 服务调用机制是异构工作流集成技术的研究前沿。本文致 力于搭建一个基于本体语义w e b 服务注册的异构工作流集成平台，解决其中的 部分关键问题，实现经w e b 服务封装的工作流的动态调用机制，以解决高校知 识管理环境中的知识文档审批及传输共享问题。 本文各章节安排如下： 第一章，绪论。本章首先描述了本文的课题背景，高校知识管理环境中存在 异地异构工作流系统的集成需求，动态特征非常普遍，并以知识文档审批传输业 务流程作了分析。然后分解了当前国内外关于工作流集成的研究现状，最后基于 对各文献的总结，提出问题并给出本文的结构。 第二章，异构工作流系统集成框架。本章叙述了工作流系统的现状及发展趋 势，并由“共性”到“个性 分析各类工作流系统的异构本质特征。基于上述结 论，本文提出基于本体的数据交换策略，设计三层架构模型用于解决异构工作流 系统的集成。 第三章，工作流互操作w e b 服务的封装原理。本章首先描述了w e b 服务的 上海人学工学硕_ f ：学位论文 基本技术，并认为应当从语义与语法两方面着手描述w e b 服务的元数据模型。 接着本文引用了前几届同学的研究成果，改进并设计了异构工作流系统w e b 服 务封装器。 第四章，基于o w l - s 的语义w e b 服务注册中心设计。本章使用o w l s 标 准对工作流集成w e b 服务进行注册，并详细给出了注册中心的设计理念及其原 理和结构，提出w e b 服务动态绑定代理技术实现w e b 服务动态调用，并最终实 现异构工作流的动态调用。 第五章，异构工作流集成框架的实现。本章以知识文档审批传输业务流程为 例，详细叙述了整个异构工作流集成框架的实现过程，验证了方案的可行性。 第六章，总结与展望。本章总结了论文的创新与不足，并提出了进一步研究 的方向。 1 4 上海大学工学硕士学位论文 第2 章异构工作流系统集成框架 2 1 异构的工作流系统 在第1 章中我们给出了工作流管理联盟组织发布的工作流参考模型以及工 作流领域相关概念的定义，反映了大多数工作流系统所共有的特征。然而，共性 与个性都是事物的本质，工作流系统总是存在着种种差异，异构问题是工作流系 统集成环境下面对的关键问题之一。 2 1 1 工作流系统的设计理念 工作流是人类追求业务自动化的产物之一。工作流系统帮助人实现了流程自 动化，工作流的核心思想是指导合适的人去完成最重要最迫切的业务工作。这种 指导作用使人从反复的业务流转规则中解脱出来，而更专注于所分配的业务工作 本身，即提高了工作效率，也增加了工作质量。工作流技术将过程逻辑从复杂的 业务逻辑中单独剥离出来，使人们只需通过简单的图形化配置就能完成过程逻辑 的设计，提高了软件建模柔性。 然而，现今的人工智能理论告诉我们，计算机技术还远未达到能够替代人的 思维的地步，计算机只是起到辅助作用，而不应支配人的一切活动。当人受到工 作流系统存储的预编流程的影响的同时，人也应对过程的流转做出决策。那些灵 活性极强，流转规则非常复杂的流转条件应有人来做出决定。 所以工作流系统是强调“人机互补”的软件系统，然而设计理念的差异也带 来两种工作流系统的演变趋势，一种着重增强人的因素即前台功能，期望增加人 与人间的交流，实现团队协作，由此也衍生出一系列技术，如流程门户、a d h o c 等；另一种则注重实现流程的自动化，使用集成代理技术扩展后台流程作业能力， 运用业务流程管理思想，实现流程的重组和优化，这种技术最终与w e b 服务技 术融合成为w e b 服务组合的一种方式，用于实现w e b 服务间的数据交换与控制。 1 5 上海大学工学硕七学位论文 2 1 2 工作流系统的技术分类 ( 1 ) 嵌入型和自治型工作流 嵌入型工作流是指无法离开其环境系统而独立运行的工作流。工作流组件负 责控制环境系统各功能的顺序执行，管理队列并处理异常。该类工作流一般与其 环境系统采取紧耦合开发策略，彼此密不可分。与之相对的是自治型工作流。为 了使更多类型的后台应用程序能够在工作流的控制下运行，而将工作流与环境系 统彻底分离，并设计有消息队列中间件，工作流与后台应用程序采用基于消息的 松耦合通讯方式。随着w e b 服务技术的成熟，更多的自治型工作流开始支持w e b 服务的调用，从而进一步扩大了其支持的应用范围，简化了消息接口的开发过程 【2 l 】【2 2 】 o ( 2 ) 结构化和非结构化工作流 结构化工作流和非结构化工作流的区别在于工作流建模的方式上有所不同。 结构化工作流模型由顺序结构、分支结构、循环结构、并发结构复合而成【2 0 1 。 工作流过程有合理和不合理之分。一个工作流中可能有些活动实例在同一时 刻被多次激活( 出现在并发节点a n d s p l i t 后跟连接节点o r - j o i n ) ，也可能工作流 因出现死锁而无法中止( 出现在分支节点o r - s p l i t 后跟同步连接节点a n d - j o i n ) ， 如果一个工作流既不含有死锁也不出现相同活动的多个实例情况，则称该工作流 具有良好结构或是良构的，是合理的工作流。结构化工作流被验证是良构的。但 同时限制了工作流的表示范围，即不是所有良构的工作流都能有相应的结构化表 示。在一定数学条件下，某些非结构化工作流可以转化为结构化工作流，所以非 结构化工作流机会有一个验证与转化的机制，以保证工作流能安全可靠的运行。 从应用表现来看，非结构化工作流系统明显要比结构化工作流系统应用范围 更广，过程建模灵活性更强。然而非结构化工作流仍是新兴事物，其相关技术远 没有结构化工作流来得成熟。 ( 3 ) 动态和固定工作流 动态工作流也称a d h o c 工作流，特别工作流，是指在工作流运行时能够简单 地创建并修改过程定义来迎合特定业务需求的工作i j f c 【2 3 】【2 4 】。普通的工作流也就 是固定工作流严格划分为两个时段，设计时用于设计过程定义，运行时运行过程 定义，生成过程实例。这种机制无法适应一些多变的，灵活的业务需求。动态工 1 6 上海人学工学硕七学位论文 作流的过程定义可以做到随着过程实例的不同而几乎各不相同，它赋予工作流最 终用户( e n d u s e r ) 创建过程的权利，而不仅仅是工作流创建者( c r e a t o r ) 。同 时，动态工作流弱化了组织角色的职责。固定工作流的组织角色对于工作流过程 的流转负有不可推卸的责任，流程中上一步活动必须被指定的组织角色完成才能 触发下一步的活动任务的分发，而在动态工作流中，完成活动的组织角色可以在 工作流运行时动态指定，一旦出现组织角色无法完成活动任务的情况可以退回上 一步活动并更改。所以动态工作流具备更强的灵活性和适应能力，固定工作流则 适合完成业务过程相对固定的任务。 ( 4 ) 支持与不支持w e b 服务技术的工作流 工作流技术正朝着越来越开放的方向发展，不少工作流系统已经引入了w e b 服务技术以提高其对外部系统或程序的支持。如表2 所示，判断一个工作流是否 支持w e b 服务技术主要从两方面判定，第一，是否支持调用w e b 服务，第二， 是否支持将工作流封装为w e b 服务被其它系统调用。 是否支持调用w e b 服务是否支持封装w e b 服务软件举例 是是微软b i z t a l k 2 0 0 6 是不是 s a pg p ，微软w w f 不是 是 | 不是不是 p t cw i n d c h i l l 工作流 表2 工作流按w e b 服务技术支持程度的分类 2 1 3 异构的层次 工作流系统设计理念的差异，技术环境的差异，实现功能目标的差异都将导 致工作流系统出现异构的状况。工作流系统集成环境主要存在以下异构特征，如 图2 1 所示： ( 1 ) 硬件平台异构 安装工作流系统的服务器硬件技术以及硬件拓扑的不同引起的异构，如支持 x 8 6 ，i a 6 4 ，x 6 4 的硬件工业标准架构，使用x 8 6 ，e p i c 的c p u 指令集等。 ( 2 ) 操作系统异构 在不同的硬件平台之上安装有不同厂商开发的操作系统，当前主流操作系统 1 7 上海大学工学硕上学位论文 包括w i n d o w s 系列，u n i x 系列等。 ( 3 ) 开发语言平台异构 为了屏蔽不同操作系统带来的差异，一些高级语言开发商开发了对应的运行 时环境，如j a v a 语言的j r e 技术，微软的n e tf r a m e w o r k 技术。 ( 4 ) 通讯协议的异构 工作流系统间进行互操作所使用的通讯协议各不相同，互联网环境下常见的 为h t t p ，局域网环境下则为t c p i p 等。 ( 5 ) 工作流系统a p i 异构 工作流系统