（电力系统及其自动化专业论文）基于工作流技术的电力生产管理系统的设计与实现.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t ：b a s e do nt h er e s e a r c ho fw o r k f l o wt e c h n o l o g y sb a s i ct h e o r y ，a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i co fp o w e rs y s t e mp r o d u c t i v em a n a g e m e n t ，s u c ha st h ec o m p l e x i t yo f o p e r a t i o nf l o w s ，t h eu n c e r t a i n t yo ft h er e l a t i o n s h i p a n dr e s p o n s i b i l i t yb e t w e e nt h e e m p l o v e e s t h es y s t e m ，sw o r k f l o wm o d e li sp r o p o s e di nt h i sp a p e r a n db yu s i n g j s p t e c h n o l o g y ，t h i sp a p e ra n a l y z e s ，d e s i g n sa n dd e v e l o p st h ee l e c t r i c a lp o w e rp r o d u c t i v e m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e d o nb sa r c h i t e c t u r e a 1 0 n gw i t ht h es c a l eo fp o w e rs y s t e me x t e n d i n ga n dt h el e v e lo fa u t o m a t i z a t i o n i m p r o v i n g ，p o w e rs y s t e mn e e dr e l i a b l ea n d m a t u r et e c h n o l o g yt oa s s u r ei t sd e v e l o p m e n t m o s tw o r ko fp o w e rs y s t e mp r o d u c t i v em a n a g e m e n tn e e dm a n yp e o p l ec o o p e r a t ea n d h a v eo b v i o u sw o r k i n gf l o wr u l e sa n dc h a r a c t e r s w o r k f l o wt e c h n o l o g y , a sa na d v a n c e d t e c h n o l o g yt or e a l i z ee n t e r p r i s eo p e r a t i o nm a n a g e m e n ta u t o m a t i z a t i o n ，i st h e v e r y a p p r o a c ht os o l v es u c hp r o b l e m s w o r k f l o wt e c h n o l o g y c a na c c o m p l i s he n t e r p r i s e o p e r a t i o np r o c e s s e sm o d e l i n ga n do p t i m i z a t i o n ，p r o c e s s e sm a n a g e m e n ta n d i n t e g r a t i o n r o d a vi th a sb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o ta n di m p o r t a n tp r o b l e mi nt h ef i e l do fe n t e r p r i s e m a n a g e m e n ta u t o m a t i z a t i o ni nt h ew o r l d n o w i te n h a n c e so p e r a t i o nm a n a g e m e n tl e v e l a n dw o r ke f f i c i e n c yi np o w e rs y s t e ma n db r i n g sf a v o r a b l ee c o n o m i ca n d s o c i a lb e n e f i t i nt h i s p a p e r , t h ed e s i g n a n dd e v e l o p m e n tw o r ko f t h e p o w e rp r o d u c t i v e m a n a g e m e n ts y s t e m i s a c c o m p l i s h e d t h es y s t e m c o n s i d e r st h er u l e so fp o w e r e n t e r p r i s ef u l l y , a n dg i v e sas i m p l ea n df r i e n d l yi n t e r f a c e i t i sas y s t e mt h a ti ss a f e ，e a s y t ou s ea n de x t e n s i b l e t o t a l l y , t h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mh a sa l r e a d yw o r k e d w e l li np r a c t i c a la p p l i c a t i o n i ti sad i r e c t i o no fs o f t w a r ei n d u s t r yd e v e l o p m e n ta n dh a s e x p a n s i v ef o r e g r o u n d k e y w o r d s ：e l e c t r i cp o w e ri n f o r m a t i o n ，w o r k f l o ws y s t e m ，j s p , b sa r c h i t e c t u r e ， p r o d u c t i v em a n a g e m e n ts y s t e m c i 。s s n ：_aot m 7 6 9 ；t p 3 1 71 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字同期：年月日签字日期：年月日 独创性声明 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他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。 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师王玮教授的悉心指导下完成的，王玮教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来王玮 老师对我的关心和指导。 在实验室工作及撰写论文期间，吴振升、倪平浩老师以及韦鹏、戚岳、马锋 福、王伟等同学对我的论文及研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感 激之情。 另外特别感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 、l k 。 1 引言 1 1 电力系统信息化的发展现状 电力系统是我国能源行业的重要组成部分。随着体制改革的发展，企业重组 的完成，以及国际企业的进入，所面临的竞争格局发生了巨大的变化。由相对竞 争到绝对竞争，由国内竞争到国际竞争，无一不使中国电力行业企业面临着更加 紧迫的生存与发展的压力。面临新的竞争形势，企业的产品要创新、服务要创新、 运营模式要创新，寻找适合目前运营模式并兼顾未来发展趋势的企业信息化建设 思路，是信息化真正为中国电力行业企业的发展带来价值的根本叫。 2 0 0 4 年8 月，赛迪顾问公司推出了( ( 2 0 0 4 年中国电力企业信息化发展研究年 度报告，该报告显示：经历了行业的结构性改革与资源重组，中国电力行业的竞 争新态势逐渐形成，电力企业的经营思路f 从计划性生产向市场化运营转变。面 对新的发展环境，电力企业机遇与挑战并存，电力企业必须降低运营成本、提高 经营效益、提升管理水平、增强市场竞争力，内外动力的作用将促使电力企业加 快推进信息化建设，通过信息化来积聚未来的竞争优势。 中国电力行业信息化建设经历了三个主要阶段： 1 ) 第一阶段在电力信息化建设的初始时期。主要应用在电力实验数字计算、 工程设计科技计算、发电厂自动监测、变电站所自动监测等方面。这一时期的电 力行业信息化建设是计算机应用初期发展时期，计算机主体是国产d j s 系n d , 型 机，主要应用在科学计算和工程运算上。 2 ) 第二阶段为专项业务应用阶段。计算机系统在电力的广大业务领域得到应 用，电力行业广泛使用计算机系统，如电网调度自动化、发电厂生产自动化控制 系统、电力负荷控制预测、计算机辅助设计、计算机电力仿真系统等。同时，企 业丌始注意1 ：发建设管理信息的单项应用系统。 3 ) 第三阶段为电力系统信息化建设高速发展时期。随着信息技术和网络技术 的n 新月异，网络技术的发展特别是国际互联网的出现和发展，使电力行业信息 化实现了跨越式发展。信息技术应用的深度和广度，都达到了前所未有的地步。 总的来说，目前电力系统的信息化处于个较高水平，由于电力，t 产安全性 与稳定性的要求，电力企业对生产、调度过程控制的自动化应用一向比较重视， 而对业务管理信息化的重视- 去l j ) c h 对不足。我国电力行业信息化目前的状况如下： 1 ) 网络系统初步形成 按照“统一领导、统一规划、统一标准、联合建设、分级管理、分步实施” 的建网原则，公司的通信网、数据传输网和信息网络系统初步形成。电力专用通 信网己初具规模，形成了微波、载波、卫星、光纤、无线移动通信等多种类、功 能齐全的通信手段，通信范围已基本覆盖了全国3 6 个省公司。国家电力公司调度 系统数据网络，国家电力公司信息网、电话会议网已基本建成。 2 ) 信息技术基础条件提升，信息化应用水平有了显著提高。 ( a ) 信息化推动电网管理水平提高； ( b ) 发电生产管理信息化水平逐步提高； ( c ) 电力规划设计实现数字化，达到国际先进水平； ( d ) 基础性设施r 益完善； ( e ) 电力营销管理的信息化，提高了电力行业服务水平。 目前的信息化建设仅仪是丌了个好头，以后的任务还很重，信息化的发展还 存在诸多的问题： 1 ) 信息系统管理的相对落后 电力信息化包括电力控制自动化和管理信息化两部分。厂站自动化历来是电 力信息化的重点，大部分水电厂、火力发电厂以及变电站配备了计算机监控系统， 相当一部分水电厂在进行改造后还实现了无人值班、少人值守，发电生产自动化 监控系统的广泛应用大大提高了生产过程自动化水平，电力调度的自动化水平更 是国际领先。但随着电力体制改革的深入，电力企业对管理信息系统的需求j 下变 得越来越强烈，主要表现在发电集团需要加强对下属发电企业的管理、省地县供 电公司需要提高企业效益等。发电集团迫切需要知道各下属企业当天的运行情况， 依靠人为上报数据又经常不可靠，比如停机是计划停机还是非计划停机，这都会 迫使发电集团加快管理信息系统建设的步伐。 发电企业不仅需要加强管理信息系统的建设，而且需要把管理信息系统和自 控系统整合在一起。但如何把管理系统和自动化控制系统整合在一起，目前还存 在争论。一种观点认为，电厂的m i s 可以直接从自控系统内提取数据；还有一种 观点认为在m i s 系统和白控系统之间还应建一赶c i s 系统，c i s 系统先从各个零散 的自控系统内提取数据，然后对数据整理，再提取部分数据进入m i s 系统。 2 ) 标准制定的相对落后 电力信息化标准的空白也是管理信息系统滞后的重要原因。信息化建设如果 没有统一的行业标准，既无法实现不同单位i 、日j 的信息共享，也培养不出一流的软 件公司；反过来，如果没有一一流的软件公司，全行业信息化建设的水平就得不到 大幅度提升。 目前，电力行业信息化尚未制定统一的信息化标准体系，电力企业内部信息 系统的信息编码、技术标准、规范也不统一；各应用系统根据自身的需要制定了 很多编码体系，有的在省网范围内使用，有的在地市级电力企业使用，但都无法 在全国推广。电力行业很多单位都在搞标准，但谁都说了不算的根源在于用户需 求不足。首先，电力企业不像制造类企业供应链上下游企业之间联系那么紧密； 其次是缺乏统一领导。 3 ) 市场竞争混乱 标准的缺失不仅导致电力企业之间难以信息共享，还在一定程度上造成了电 力信息化市场竞争的无序。 电力企业的改革到现在还没有尘埃落定，虽然发电企业和发电集团之间的资 产划拨已经完成，但还没有实现从行政隶属关系向投资和被投资关系的转变。发 电企业从省供电公司划拨到发电集团后，管理模式、组织机构等各不相同，各发 电集团还没有明确的管理思想和组织模式。不管哪个企业，业务流程可以随着市 场变化而不断调整，但管理思想必须相对稳定，否则管理信息化根本无从谈起。 电力调度信息化市场也在缓慢启动之中，国电公司分为国家电网公司和南方电网 公司后，区域网公司和省网公司之间的关系还不明朗。 4 ) 组织机构困境 虽然电力信息化市场仍在蠕动，随着电力体制改革的深入，电力信息化建设 的必要性和紧迫性已同益显现，不少企业已认识到信息化的重要性，但目前电力 信息化的组织体系却难以承担如此繁蕈的任务。 目前，多数电力企业的电力生产、调度自动化和管理信息化分别由自动化处 和信息中心承担，只有极个别电力企业把自动化处和信息中心合并在一起统一推 进信息化建设。把信息中心和自动化处合并在一起，不仅可以共享技术资源，而 且有利于把生产控制系统和管理系统的信息集成在一起，实现管控一体化。随着 信息化的发展及企业信息化建设需求的扩展，电力企业的信息化涉及到业务与管 理的各个方面，信息化需求从个别业务部门的需要扩展到整个企业的需要，大多 数企业现行的信息化部门设置显然不能满足这种需求。 5 ) 信息中心面临重重困难 电力公司这几年的信息化经验表明， 如果这些困难得不到重视和及时的解决， 损害。 当前信息部门自身也面临着重重困难。 那么对信息化的整体发展将会有极大的 ( a ) i t 技术发展太快。i t 技术人员和业务人员都无法对r 新月异的l t 技术中 有关主机、操作系统、数据库、网络、存储、安全等方面作全面的了解和掌握， 信息化呈无序性发展。 ( b ) 规划不能满足发展的要求。业务部门有强烈的需求，但是在企业的信息化 发展过程中某些应用( 模块) 无论在规划、设计、建设，还是在运行、控制过程 中，信息部门的权威作用无法得到体现，造成了平台的多样性和复杂性。 ( c ) 信息部门自身的问题。一方面，信息部门目前普遍存在机构、人力资源配 备不到位，信息系统架构的分散导致人力资源不集中，信息战线拉得太长；另一 方面，信息部门现有人员自身的基本技能、责任心等方面都存在一定的不足，导 致运维能力低下，系统监控不到位。 ( d ) 领导的支持。l t 近几年在电力部门是一个大发展期，l t 规模、资产等急剧 膨胀。然而i t 的直接经济效益并不明显，使得领导对i t 的投入产生怀疑。因此， 在后续系统运行维护人力和平台的升级、质保等财力方面不能得到保障。规模扩 大了，人没有增加；资产增加了，后续的资金保证没有落实。信息部门作为电力 企业的一个非主要专业，面对当前电力行业信息化现状，应该认清形势、抓住机 遇、迎难而上，把电力行业的信息化推向一个新的高度。 1 2 电力系统信息化建设的内容和系统功能 电力系统目前的业务模式按照内容的不同，可以分为如下四部分： 1 ) 生产业务：包括电厂生产管理、安全管理、质量管理及供电调度等； 2 ) 销售业务：包括抄表、收费、与银行间代收电费数据处理、电表管理及管 网维护等； 3 ) 营运业务：包括财务管理、人力资源管理、物料供应管理、工程管理、档 案管理、设备管理、经营计划等； 4 ) 客户服务业务：包括业务咨询、信息查询、业务申报受理、业务投诉受理、 用户服务热线等。 电力系统信息化建设的内容包括面向具体应用的业务管理系统、提取各种信 息的辅助决策系统以及支撑上述业务管理系统和辅助决策系统的公共信息平台。 电力信息系统建设内容之间的逻辑层次关系如图1 1 。在这个关系图中业务应用系 统和辅助支持与决策系统统一运行在公共信息平台上；业务应用系统与辅助支持 与决策系统数据实现双向互通；业务应用系统中只有客户服务系统和销售管理系 统直接面对用户，主管部门和外部相关机构只与营运管理系统联系。 4 图1 1 供电企业信息化建设逻辑层次关系 f i g 1 1l o g i ca n dh i e r a r c h i c a lr e l a t i o n s h i po fp o w e re n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o n 电力信息系统包括如下的功能： 1 ) 客户服务 客户服务是电力信息系统建设的一个重要组成部分，是公司业务部门与客户 之间的接口，同时又是公司对外提供信息的窗口。这部分工作的好坏直接影响公 司形象及社会稳定。由于供电行业的特殊地位，供电企业实施客户关系管理有其 独特的解决方案。客户服务系统也是一个高度集成的综合解决方案，它允许顾客 使用一个电话号码、一个网络域名享受客户服务系统提供的多种服务，从而为客 户提供”一站式”服务，可以把目前分散在前、后台的服务功能集中起来，向客户 提供咨询、业务受理、查询、服务投诉、建议和准确的信息及多种优质的增值服 务，方便客户，将客户服务系统与公司业务系统有机地形成一个整体，相互配合 和促进，全面提高供电企业的服务水平。 2 ) 生产管理 生产管理由电厂生产管理、质量管理及供电调度等构成。这是以实时动态管 理系统为主，包括供电企业的主营产品电的整个生产处理过程和把产品通过 管网系统送到千家万户的整个传输过程。这一部分以基本生产信息数据库为基础 对电生产过程进行控制。基本生产信息的数据一方面用于生产运行，另一方面和 基本用户数据一起作为管网建模系统的主要基础数据来源。通过管网模型的分析 处理，得出的结果可以科学地指导整个生产过程的控制和合理的管网运行。 3 ) 营运管理 营运管理包括供电企业财务管理、人力资源管理、物料供应管理、工程管理、 档案管理、设备管理、经营计划、企业办公自动化等。这些系统的良好运行，为 供电企业规范化管理提供良好的条件，并为领导层提供及时、准确的经营信息和 辅助决策信息。 4 ) 销售管理 销售管理覆盖了直接面对用户的所有业务，包括抄表、收费、与银行间电费 代收数据处理、电表管理及管网维护等。销售管理是供电企业整个信息化系统建 设的一个重要部分，是自来电用户基本数据库的主要数据来源，是城市的基础性 公益性大型数据库的一个组成部分。系统不光完成营业收费的管理工作，系统的 数掘将直接共享应用于城市自来电规划、城市输配电管网数学模型、以及供电企 业各有关管理部门和各有关上级领导决策部门。 5 ) 辅助决策 辅助决策以公共信息平台为基础，结合业务应用系统的当前和历史数据资料， 分析企业生产、销售等各个环节的状况，为企业决策人员提供及时、科学的决策 信息，从而进行合理的调整，为企业提供最大的经济效益。 1 3 目前电力系统信息系统存在的问题 目前，很多电力系统企业虽然已经实施了各种信息管理系统，但这些系统通 常构筑在不同的平台之上，导致了系统之间缺乏良好的信息沟通。此外，电力行 业内部组织的分散性，决定了各个组织之间的同一个系统要真正实现互通，也非 易事。许多复杂的综合、统计与分析工作还要由人工完成。因此电力系统的信息 化建设并没有取得预期的效果弦1 。 目前国内电力系统中应用的信息系统有管理信息系统( m i s ) ，办公自动化( o a ) 以及各种生产管理系统等。但是研制丌发这些系统的投入和产出不成比例，不仅 系统之间缺乏良好的交互性，即使足单独的系统本身都没有很好的利用起来。目 前存在的问题有以下几个方面： 1 ) 规划缺失导致信息化缺乏系统性。 我国的电力系统在不同时期不同部门为了满足业务需要而进行了一系列信息 系统建设，到目前为止，这些大大小小的信息系统数量众多然而利用率不高。由 于这些系统都足在未经合理的整体规划下建成的，各系统之i 、日j 缺乏联系，信息不 同共享，业务不能协同j f ：展。而且很多系统功能重复堆叠，令使用者不知所从。 这些系统对企业管理决策的作用十分有限。 2 ) 信息系统的建设重硬轻软。 电力系统虽然加大了信息化的投入，但是将资金主要用在了硬件设备的购置， 6 相应软件系统的投入却明显不够。习惯上认为硬件设施是有形的固定资产，而软 件却是无形的，价值不容易度量，表现出一定程度“重硬轻软”。这种做法的结果 是硬件设施脱离了软件系统，从而硬件也发挥不出应有的作用。 3 ) 电力系统的管理方式陈旧，不利于信息化建设的进行。 近年来，各电力企业也进行了不少体制改革工作，但是电力行业长期的垄断 性经营导致了其特有的经营管理模式：重安全生产、轻企业管理，条块分割、信 息分散。电力信息化建设依赖于企业管理模式的革新，电力企业管理革新由于受 到多方面因素的影响而推进难度较大，包括：思想意识的转变；体制的创新和管 理的变革；竞争、服务和成本意识的觉醒等，还有企业的服务、品牌、人力资源 等更高层次的文化范畴。在落后的管理模式下实施信息化，只能是原有业务在信 息系统的计算机化而己，而不能通过信息系统实现管理水平的质的提升。 4 ) 电力信息化建设缺乏统一的标准体系。 目前，电力行业信息化尚未制定统一的信息化标准体系，电力企业内部信息 系统的信息编码、技术标准、执行规范也不统一。这就造成企业内部“信息孤岛 无处不在、系统无法集成、资源不能共享的局面，严重制约了企业信息化建设。 标准体系的缺乏影响了企业内部、上下级企业之问信息的共享与交互。 1 4 将工作流技术引入电力系统信息系统 工作流技术产生于2 0 世纪8 0 年代，最早就是基于对办公自动化领域的研究 而提出的，是业务流程的计算机化或自动化，经过多年的发展已成长为计算机应 用中的一个独立领域。它是建立在计算机网络上的“信息流水线”，通过对硬件、 软件和人力资源的配置，将企业的工作流程自动化进行。采用工作流软件，用户 只需在计算机上填写相关表单，文件就会按照定义好的流程自动向下进行，下一 级审批者将会收到相关资料，并可以根据需要进行修改、跟踪、管理、查询、统 计及打印等，可大大提高工作效率，实现知识管理，提升企业的核心竞争力。工 作流技术是解决上述电力系统信息系统中存在问题的一种较好的解决方案。 将工作流管理系统引入到电力企业的日常办公以及生产管理等业务当中，不 仅可以提高流程进行的效率，还可以与其他信息系统整合起来，发挥整体的作用。 综上所述，工作流管理技术是解决电力企业业务过程集成的重要手段，它与 其他管理信息系统的组合，将实现业务流程的管理、控制和过程的自动化，使企 业领导与业务系统真正集成，实现企业业务流程的重构。所以工作流管理技术受 到人们的高度重视并得到快速的发展。 1 5 本文完成的主要工作 电力生产管理系统足一种基于工作流应用的协同工作系统，而不是基于事物 的，可以在不同时i 日j 、多个地点、以多种方式存取信息和跟踪多个人的活动。因 此，开发这种系统的工具必须支持面向文档的数据库，而且要支持协同工作。根 据这些要求，本文试图实现一套基于j s p 技术春i j m y s q l 数据库i 拘b s 结构的电力生 产管理系统，主要完成以下几个方面的工作： 1 ) 对工作流理论进行了深入研究。工作流是一门新兴的信息学科，研究的方 向有很多，本论文的研究方向是工作流技术在电力信息系统中的应用。 2 ) 着重研究了工作流建模问题。工作流模型包括过程模型、组织模型、资源 模型和工作流相关数据，在选定工作流模型后，选用合适的工作流建模工具进行 建模，并相应设计出工作流模型在关系数据库中的存储结构，最后在工作流管理 系统中实现此模型。 3 ) 着重进行了电力系统生产管理系统的需求分析工作。依据软件工程的观 点，需求分析是十分重要的一个环节。工作流系统的研制和开发要以实际的业务 流程为基础，这一点没有做好的话，系统的开发就会和实际的业务流程相背离。 为此，在实验室现在资料的基础上，不断与导师和电力部门工作人员沟通，对电 力公司的各个部门的业务流程和工作规范都有了深刻的认识和了解。 4 ) 运用j s p 技术完成了对电力系统生产管理系统的开发、测试等相关工作。 j s p 全名j a v as e r v e rp a g e s ，是将j a v a 代码嵌入h t m l 中实现动态网页的一种技术，为 创建显示动态生成内容的w e b 页面提供了一个简捷而快速的方法。 在进行了程序代码的编写和系统测试之后，到目前为止，系统运行正常。系 统充分考虑了供电企业的工作规范，界面简单友好，使用方便，安全性强，且具 有可扩充性。系统为电力检修生产管理提供了有效的技术支持，发挥了较大的作 用，达到了既定的目标。该系统紧密联系实际，解决电力系统生产管理中的现实 问题，具有十分重要的应用意义和推广应用前景，将产生良好的经济效益和社会 效益。 2 工作流理论综述 近年来，i t 技术能力得到大幅度提高，越来越多的企业利用信息技术去支持 他们的业务过程处理，以适应快速变化的市场环境并提高企业的工作效率和管理 水平。随着网络的延伸以及c s 、b s 体系结构的日益普及，目前新型的管理信息 系统大多建立在基于i n t e r n e t i n t r a n e t 结构及技术的分布式计算机环境中，各种软 件新技术不断被应用于信息系统的丌发之中，其中工作流( w o r k f l o w ) 技术以其良 好的适应性和灵活性而受到广泛关注，并且在保险、银行、法律、行政管理以及 工业和制造业等领域得到了广泛应用，并得以蓬勃发展，越来越显示出其强大的 生命力。 2 1 工作流的基本概念和定义 工作流的概念瞄刚产生于2 0 世纪8 0 年代。那个时候，m i s ( 管理信息系统) 、 e r p ( 企业资源计划) 的发展正处于上升期，在企事业单位、政府部门等都得到了 广泛的应用。m i s 和e r p 的使用提高了企业的效率，节约了大量资源。m i s 盯1 系统 关注于企业功能，目的是在计算机的帮助下执行某个功能模块；而e r p 解决的是 配置企业资源的问题，它使企业的人力资源、财力资源和物资资源能够根据业务 的需求实现最大化配置。但是在实际的企业经营过程中，一个业务流程常常会跨 越多个职能部门，而这些部门的软件和网络的常常是异构的，所以便形成了所谓 的“信息孤岛”。 应用工作流技术，则可以解决上述问题m 1 。工作流技术将平台搭建在整个企业 系统之上，包括各个层次、各种职能，甚至可以涵盖到处于不同地理环境的企业 范畴。工作流整合了企业所有的应用信息系统，利用自身强大的逻辑功能控制、 监督着各种业务流程的运行。和传统的信息系统相比，工作流有着许多优势，可 以在不同程度上规范和优化业务流程。最初，工作流技术应用于o a ( 办公自动化) 领域，后来在工业、制造业也得到了广泛的认可。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( 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 ) 的成立标 志着工作流技术丌始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之问的互相 操作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口( w a p i ) 等 方面指定了一系列标准。 根据工作流管理联盟( 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 ) 的定义，工作流是一 类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、文档、信息 9 或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行旧3 。这个定义说明：1 、工作流是 业务过程的一个计算机实现，工作流管理系统就是这一实现的软件环境；2 、使用 工作流作为业务过程的实现技术首先要求工作流系统能够反映业务过程的几个问 题，即业务过程是什么、怎么做、由谁来做、做得怎样。简单地讲，一个工作流 就是一个连贯的工作过程或几个紧密相关的工作过程，包括其信息传递。从概念 上讲，工作流代表了某个组织的工作过程。包括若干定义完善的活动( 或任务) 和它们之间的连接关系，即工作流的开始和终止条件，活动的详细描述，活动的 调度规则，参与用户的执行权限和要求，相关应用和数据。在应用上，它通过工 作流的触发机制来创建工作流实例，给相关用户分配工作任务，申请相关资源， 按照调度规则对活动进行调度控制，对工作流实例的执行以及与其它工作流的通 信进行管理。 在实际情况中可以更广泛地把凡是由计算机软件系统( 工作流管理系统) 控 制其执行的过程都称为工作流。工作流通常用于过程的自动化，通过文档、信息 和任务按照预先定义好的规则和流程在参与者之间进行传递，从而帮助用户实现 整个经营目标。 2 2 工作流管理系统 2 2 1 工作流管理系统的基本概念 工作流运行的环境是工作流管理系统，通常，工作流管理系统指运行在一个 或多个工作流引擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它与工 作流执行者( 人、应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状 态。 w f m c 给出的关于工作流管理系统的定义是们：工作流管理系统是一个软件 系统，完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推 进工作流实例的执行。w f m c 定义了一个工作流管理系统组织结构的参考模型， 并于1 9 9 4 年1 1 月发表了其1 1 版本( w f m c t c 一1 0 0 s ) 。如图2 1 所示，这个参考 模型有5 个相关应用程序接口，分别是接口1 ：过程定义模型；接口2 ：客户端 a p i s ：接口3 ：应用程序调用接口；接口4 ：不同的工作流管理系统之问相互作用； 接口5 - 工作流管理工具( 管理和监控工具) 接口1 。 l o 图2 1 l ：作流参考模型 f i g 2 - 1w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l 下面简要介绍与工作流相关的基本概念及其相互间的联系。 1 ) 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：在功能确定的组织结构中，能实现业务目 标和策略的相互连接的过程和活动集。例如投保过程、项目丌发过程、支票处理 过程等。 2 ) 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务流程的形式化描述，用来支持系统 建模和运行过程的自动化。过程可分解为一系列子过程和活动，其定义主要包括 描述过程起始、终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信息，如组织成员、 与i t 相关的应用和数据等。 3 ) 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程逻辑的工作任务的描述，一般分为手工操作 和自动处理两类。其中，手工操作的活动不属于工作流管理系统管理的范围。活 动是过程执行中可被工作流引擎调度的最小工作单位，要求有人或机器的参与。 4 ) 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 ) ：一种能定义、 创建和管理工作流执行的系统。它可通过单个或多个工作流引擎运行，并能存储 和解释过程定义。 5 ) 过程活动实例( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e s ) ：实际运行中的一个过程或活 动，每个实例代表一个能独立控制运行、具有内部状态的线程，可被外界通过标 识进行存取。 图2 2 表明了工作流基本概念问的联系。 业务漉程 竺旷! 理 工作硬 调用的应用程序 ( 分配绘工作漉参与耆) ( 用于支持某项活动的计 算机工其反应用授廖) 图2 2j l ：作流基本概念问的联系 f i g 2 - 2a r c h i t e c t u r eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 2 2 2 工作流管理系统的体系结构 工作流管理系统的体系结构如图2 3 所示。从图中可以清晰地看出，工作流 管理系统主要由如下几个部分组成： 1 ) 工作流定义工具2 1 定义工具用来将实际的业务流程定义成工作流模型，使之能够在工作流引擎 上得到运行。在定义时可能会参考组织或角色数据，还会引用外部应用程序的编 程接口。 2 ) 工作流执行服务 工作流执行服务用来执行工作流，可能包含多个相瓦独立、并行运转的工作 流引擎。它可能会参考组织或角色数据，还会调用外部应用程序，维护工作流控 制数据，使用工作流相关数据，生成工作列表。 3 ) 工作流引擎 工作流引擎也被称作工作流机，它是工作流系统的核心功能所在，有如下几 个主要功能： ( a ) 实例化以及执行工作流模型：根据工作流模型执行所需要的仞始条件和执 行参数生成： 作流实例，运行工作流实例并管理其运行的过程。 ( b ) 为过程和活动的执行进行导航：根据工作流模型定义a n - l ：作流相关数据， 为每个工作流实例进行导航。 ( c ) 与外部资源交互完成各项活动：交互方式一般有两种，即客户应用接口方 1 2 式和应用接口方式。 ( d ) 维护工作流控制数据和工作流相关数据。 4 ) 用户界面 用户界面是用户操纵工作流列表的界面，其中可能会调用到外部的应用程序。 图2 3l ：作流管理系统的体系结构 f i g 2 3a r c h i t e c t u r eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 2 2 3 工作流管理系统的基本特征 所有的工作流管理系统一般都以提供以下三个主要功能为特征引： 1 ) 构建阶段的功能：包括工作流过程和组成它的活动的定义和建模。 2 ) 运行阶段的控制功能：包括对工作流运行的管理，以及对每个工作流过程 中的活动进行安排。 3 ) 运行阶段与用户和i t 应用工具之间的交互作用。 图2 4 描述了工作流管理系统的基本特征，以及这些主要功能之间的关系。 图2 - 4 1 ：作流管理系统的特征 f i g 2 - 4a r c h i t e c t u r eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 2 2 4 工作流管理系统的分类 1 ) 按用途和实现技术分类 根据用途和实现技术的不同，工作流管理系统可分为四类3 。 ( a ) 管理型工作流( a d m i n i s t r a t i v ew o r k f l o w ) ：用于执行简单协同规则的，可重 复和可预测的流程。它的执行步骤和规划是事先定义好的，不要求控制复杂流程 和访问多个信息系统。例如，大学里的课程选修，登记车辆等。 ( b ) 生产型工作流( p r o d u c t i o nw o r k f l o w ) ：工作流的高级形式，是关键业务流 程的一种实现，直接关系到组织的功能，一般指大规模复杂异构的执行环境，包 含各类任务、人和组织。与管理型工作流相比，生产型工作流一般应用在大规模、 复杂的和异构的环境下，整个过程会涉及许多人和不同的组织。信贷业务和保险 业务都属于此类典型的例子。 ( c ) 协作型工作流( c o l l a b o r a t i v ew o r k f l o w ) ：参与者和协作的次数较多。在一个 步骤上可能反复发生几次直到得到某种结果，甚至可能返回到前一阶段口主要由 参与者的交互来刻画，不像其他类型的工作流总是向前流转，因而很难使用现有 工具对该类动态工作流进行建模。 ( d ) 设定型工作流( a dh o cw o r k f l o w ) - 与管理型工作流相似，但一般用来处理 异常或发生机会比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的用户 有关。 2 ) 按底层实现技术分类 根据底层实现技术，可将二 作流产品分为三类： 1 4 ( f 1 ) 以通讯为中心：以电子邮件为底层的通讯机制。这种类型的工作流管理系 统适合于协作型工作流和不确定型工作流，而不适于生产型工作流。 ( b ) 以文档为中心：基于文档路由，它同外界应用的交互能力有限。许多基于 表单的管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。 ( c ) 以过程为中心：这种工作流系统对应生产型工作流。它们一般建立在数据 库之上，有自己专用的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。 2 2 5 工作流管理系统的发展现状 随着工作流管理系统的发展，系统集成的技术越来越多，业务流程的复杂性 也不断增加。工作流作为一个新兴领域，存在着广阔的发展空间n 瓢1 6 1 。 下面介绍几个典型的工作流管理软件产品。 1 ) e x o t i c a i b m 公司的e x o t i c a 是面向分布式环境用户的一种工作流管理系统，其过程实 例的运行分布在整个运行环境内，由各个节点根据模型的定义和具体实例的运行 情况来推进实例的运行。支持o l e 以及特殊工作流。 2 ) m e t e o r 佐治亚大学的m e t e o r 是一种具有自适应能力的工作流管理系统，m e t e o r 的研 究目的是丌发一个支持大规模工作流应用的系统，并保证这些应用在企业间异构 的环境中能够j f 常的运行。该系统采用完全分布的体系结构，并实现了对工作流 任务的分布调度。 3 ) w i d e w i d e 是来自西班牙、意大利和荷兰等五个合作伙伴联合开发的工作流系统。 其主要目的是利用分布式数据库和主动数据库技术来实现工作流管理，并提供先 进的、面向应用的产品。它支持组织模型建模、复杂的活动约束分配、动态流程 控制、复杂过程结构以及工作流事务处理。 4 ) m e n t o r m e n t o r 是一种基于状态和活动图的工作流管理系统，它的研究目的是为工作 流模型的定义、执行和控制提供一个中间平台，它采用状态和活动图作为建模规 范，并提供了一个可视化的建模工具。 2 3 工作流发展的方向和研究的领域 工作流是一个年轻却又具有良好的发展前景的研究方向。它源于计算机软件 的商业应用，是一个多学科交叉，涉及计算机科学和管理科学的多种原则、方法 与技术，包括企业业务重组、形式化描述语言、仿真技术、人力资源管理、软件 工程等等。工作流没有强调业务过程的全面自动化和完全不需要人的参与，而是 把重点放在对工作流中任务状态的自动跟踪与监控，并对任务执行的条件和任务 问的信息流进行明确的定义，从而实现业务过程的高效运转，并能够在最大程度 上实现业务过程的重用卜1 9 3 。 工作流已经受到了越来越多的学者和公司的重视，许多大学和研究机构也投 入了大量的人力和资会对工作流进行研究，取得了众多的研究成果。对工作流的 研究也逐步的向更深层次进行刖。 目前，工作流技术研究的主要方向有两个：一是工作流技术的理论研究；二 是工作流系统的实现方法。 工作流技术理论研究的主要方向有心0 | ： 1 ) 建模理论与方法：研究如何更好地用计算机模型描述现实世界中的业务流 程。 2 ) 模型验证与仿真方法：研究如何判断建立的工作流模型是否与实际的业务 相符合，以及如何评价模型性能优劣的问题。这对于企业经营过程重组( b p r ， b u s i n e s sp r o c e s s i n gr e e n g i n e e r i n g ) 问题的研究具有重要的意义。 3 ) 过程模型和其他模型的集成方法：在描述一个企业和一个应用领域的问题 时，仅有过程模型是不够的，还需要有功能模型、信息模型、资源模型以及组织 模型的配合。这些不同的模型描述了一个应用领域的不同侧面，它们的集成可以 完成对一个企业或一个应用领域的全面描述。但是如何集成这些模型还没有良好 的解决方法。一些工作流建模工具包括了对资源和组织的描述能力，但还没有一 个方法来实现模型的和功能、信息、资金流的集成。这方面的研究工作对于促进 集成化的企业建模和信息系统的实施有着重要的意义。 工作流系统实现方法研究的主要方向有： 1 ) 分布式工作流的实现：分布式工作流是相对于早期的集中式工作流而言 的。进入2 0 世纪9 0 年代以来，随着计算机与网络技术的迅速发展，现代企业的 信息系统分布性、异构性和自治性的特点越来越显著，相应的企业信息资源也分 布在异构的计算机环境中。所以要求工作流系统能够在异构的环境中分布式实现。 2 ) 工作流系统与其他应用信息系统的集成问题：工作流管理系统是一个完成 过程建模和过程管理的软件系统。为了使之在企业业务中得到有效的应用，它必 须与企业中存在的其他信息系统( m i s ，e r p 等) 实现集成，通过集成来提高整个企 q k 的应用水平。 3 ) 工作流安全问题：工作流系统以计算机网络为基础，由于网络行为具有丌 1 6 放性和自由性，所以安全问题无法回避。保障工作流系统的信息安全关系到企业 的生存发展甚至国家安危问题。因此，如何使工作流系统不受到外界入侵或