（计算机应用技术专业论文）基于时间petri网的工作流时间约束特性研究及应用.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 工作流技术是实现企业业务过程建模、仿真分析、优化、管理与集成，从而最终实 现其自动化的核心技术。它将业务过程逻辑从应用系统中分离出来，达到了对过程建 模、重组和重用的目的。目前工作流建模方法研究主要集中于工作流过程建模，而忽略 或较少考虑对组织、资源和时间的建模，大多数工作流管理系统没有提供对时间管理的 支持或支持不足，时间约束管理成为越来越多的工作流管理系统的瓶颈。 本文首先总结了工作流技术起源、定义、分类、优点、工作流管理系统w n 啦s 及 其发展现状。然后对当前工作流管理系统中的时间约束研究方向进行了总结，详细地介 绍了时间约束的定义，分类，当前的研究现状及热点。 针对目前工作流管理系统中时间管理研究现状，以基于时间p e t r i 网的工作流建模 方法为基础，进行了以下研究： 在传统p e t r i 网基础上，给出了一种基于时间p e t r i 网的工作流建模方法：扩展时间 约束工作流网。该方法能有效的将企业过程建模和时间建模结合，更好地反映企业工作 过程及业务环境的动态变化。在此基础上，对时间约束管理中截止期限约束管理进行了 研究，给出了一种截止期限的静态分配算法：在工作流过程实例化后，由于松弛时间的 存在，在运行中动态的调整各个活动的截止期限，可进一步提高工作流管理系统的运行 效率，给出了一种截止期限动态调整的新算法。 在理论研究基础上，以电力系统的考务办公自动化系统为背景，开发了个基于 b s 、c s 体系结构的考务办公信息系统，该系统特色是：实现了部分简单时问约束特 性管理功能及时间约束违反后的异常自动处理机制。 最后，对基于工作流技术的考务办公系统设计进行了分析和概要设计，给出了考务 办公系统基于t p n 的工作流过程模型。然后基于时间p e t r i 网的线性逻辑推理知识，对 考务办公工作流管理系统的时间约束特性进行了详细的计算。根据计算结果可以分析出 系统时间约束管理的薄弱环节，为下步改善系统性能指出了工作方向。 关键词：工作流；时间约束管理；时间p e t r i 网；截止期限；线性推理 火连理工大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho f t h ew o r k f l o w s t e m p o r a l c h a r a c t e ra n di t s a p p l i c a t i o n b a s e do nt h et i m e dp e t r in e t a b s t r a c t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi st h ek e yt e c h n o l o g yt h a ta s s i s t s e n t e r p r i s e b u s i n e s s p r o c e s s r e a l i z i n gt h em o d e l i n g ，s i m u l a t i o n ，a n a l y s i s ，o p t i m i z a t i o n ，m a n a g e m e n ta n di n t e g r a t i o n ，a n d f i n a l l ya u t o m a t i o n 曩1 ew o r k f l o wm a n a g e m e n tt e c h n i q u es e p a r a t e s t h e p r o c e s sl o g i cf r o mt h e a p p l i c a t i o n s ，a c h i e v e st h ep u r p o s eo fp r o c e s sm o d e l l i n g ，r e c o m p o s ea n dr e u s e n o wt h e r e s e a r c ho f t h e m o d e l i n g o f w o r k f l o wi sm a i n l ya b o u tt h e p r o c e s sm o d e l i n ga n d i ss c a r i n ga b o u t t h eo r g a n i z a t i o n m o d e l i n g 、t h e r e s o u r c em o d e l i n ga n dt h et i m e m o d e l i n g a tn o w t h em a j o r i t y o f w f m sh a v en ot h ef u n c t i o no f m a n a g i n gt h e t e m p o r a lr e s o u r c eo ro n l ya b i to f t h i s ，s ot h e m a n a g e m e n t o f t i m eb e c o m et h eb o t t l e n e c ko f w f m s n s p a p e r f i r s ti n t r o d u c e st h eo r i g i n ，d e f i m t i o n ，t y p e s ，m e r i to f w o r k f l o w t e c h n o l o g y 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 ) a n di t sd e v e l o p i n gs t a t u sa tn o w t h e ni tc o m e st ot h e d e f i n i t i o n , t y p e s ，m a n a g e m e n t o f t h ew o r k f l o w s t e m p o r a lc o n s t r a i n e dc h a r a c t e r a i m e da tt h ea c t u a l i t yo f t h er e s e a r c ha b o u tt h et e m p o r a lm a n a g e m e n t o f w f m s ，t h i sp a p e r h a sc a r r i e do u tt h er e s e a r c ha sf o l l o w i n gb a s e dt h ew o r k f l o w m o d e l i n gu s i n g t h et i m ep e t r i n e t ： b a s e do nt h et r a d i t i o n a lp e t r in e t ，t h ee x t e n s i o n a lt e m p o r a lc o n s t r a i n e dw o r k f l o wn e ti s p u tf o r w a r da saw o r k f l o wm o d e l i n gm e t h o db a s e do nt h et i m ep e t r in e t 1 1 1 em e t h o dc a l l i n t e g r a t et h ep r o c e s sm o d e l i n ga n dt h et i m em o d e l i n ge f f e c t i v e l ys ot h a tt h es y s t e mc a n j n c a m a t et h ed y n a n t i cm o v e m e n to ft h ew o r kp r o c e s sa n dt h ee n v i r o n m e n tw e l l 。t h e nt h e d e a d l i n eo f t h et i m ec o n s t r a i n e dm a n a g e m e n ti sr e s e a r c h e d ，a n das t a t i cd i s t r i b u t e dm e t h o do f t h ed e a d l i n ei s p r e s e n t e d s e c o n d l y , i ft h ed c a d l 蛔ea d j u s t e dd y n a m i cw h e nt h ew o r k f l o w i n s t a n c ei sb e i n g e x e c u t e d , t h eo u t p u to f t h es y s t e mc a nb ei m p r o v e df o rt h ee x i s t i n go f t h es l a c k t i m e ，s oan e w m e t h o do f a d j u s t i n gt h ed e a d l i n ed y n a m i ci sp r e s e n t e d 。 o nt h ef o u n d a t i o n so ft h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，w eh a v ed e v e l o p e da no f f i c ea u t o m a t i o n s y s t e mf o rt h ea f f a i ro fe x a m 1 h ss y s t e mi sd e v e l o p e du n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h e “t h e o f f i c ea u t o m a t i o ns y s t e mo ft h eo r g a n i z a t i o no ft h ev o c a i o n a ls k i l la u d i t i n ge x a m i n a t i o no f t h em i n i s t r yo fe l e c t r i c p o w e t ”a n d b a s e do nt h eb s 、c s s t r u c t u r e 1 s y s t e m s c h a r a c t e r i s t i c i s t h a t i t h a ss o m e b r i e f f u n c t i o n sa b o u t t h e t e m p o r a lc o n s t r a i n e d m a n a g e m e n t a n d c a r lh a n d l et h es y s t e m s e x c e p t i o na u t o m a t i c a l l y i f t h ef a i l u r ec o m e s 基丁耐间p e 研网的工作流时间约束特性研究及应用 f i n a l l y , b a s e do nt h et h e o r yo ft h el i n e a rt e m p o r a ll o g i ci n f e r e n c e ，t h ep a p e rg i v e st h e c o m p u t a t i o na b o u tt h et i m ec o n s t r a i n e dc h a r a c t e ro f t h eo 伍c ea u t o m a t i o nw o r k f l o w s y s t e m f o r t h ea f f a i ro fe x a ma td e t a i l a n dt h i sp r o v i d e st h e r e l i a b l yf o u n d a t i o nf o rt h ea n a l y s i sa n dt h e e v a l u a t i o nt ot h e s y s t e m o f t h et i m ec o n s t r a i n e dc l m r a e t e r k e yw o r d s ：w o r k f l o w ；t e m p o r a lc o n s t r a i n e dm a n a g e m e n t ；t i m e d p e t r in e t ；d e a d l i n e ； l i n e a r t e m p o r a li n f e r e n c e 独创性说明 作者郑重声明：本硕士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，论文中不包含其它人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获 得大连理工大学或其它单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 作者签名：幺! ! 刍叁日期： v ；f i - 大连理工大学硕士学位论文 1 工作流管理系统技术概述 随着商业竞争的日趋激烈和信息网络技术的发展。独立、零散的办公自动化和应用 已适应不了现代企业需求。为了支持商业过程的执行、相互间协作和便于管理，工作流 管理系统( w o r k t l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 由于其本身的特点，作为一种新的 计算体系结构，便应运而生了。“工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控 其执行过程的计算机软件系统。”( 1 1 1 工作流问题的起源与发展 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有固定程 序的活动而提出的一个概念。提出的目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色， 按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生 产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标 1 】。 2 0 世纪8 0 年代初，在p c 机尚未作为信息处理工具而出现的时候，纸张是各行各 业中进行日常业务活动所不可替代的载体，包括表单、文件、信函、技术资料等在内的 各类文档都是以纸张的形式在各个部门之问进行传递。这种古老的载体在信息的处理、 组织、存储和查询检索方面都是低效的。因此，人们希望出现种无纸化的、计算机使 能的工作环境，用于实现日常表单处理的电子化与自动化。于是一些公司企业建立了自 己专用的或者可商品化韵表单传递应用系统，通常运行在大型机或小型机上，用于实现 日常表单处理的电子化与自动化。这种系统可以看成是现代工作流管理系统的一个雏 形。如8 0 年代中期，f i l e n e t 推出的w o r k f l o 商用系统和v i e w s t a r 公司推出的 v i e w s t a r ，他们把图像扫描、复合文档、结构化路由( s t r u c t u r e d r o u t i n g ) 、实例跟踪、 关键字索引以及光盘存储等功能结台在一起，形成了一种全过程支持某些业务流程的集 成化的软件( 包) ，这便是早期的工作流管理系统。这些软件系统为企业简化与重组自 己的关键业务流程提供了一种过程管理的方案。这种增值性质的集成化软件系统为企业 简化与重组自己的关键业务流程提供了一种非常合适的方案。由此可见，工作流从最初 的诞生之e t 起就是作为一种面向过程的系统集成技术而出现的，限于当时计算机的发展 水平，它所集成的功能较为简单。 2 0 世纪9 0 年代，工作流技术进入了一个崭新的发展阶段。随着计算机的普及、网 络的飞速发展，现代企业信息越来越表现出一种地理和信息的分散性、异构、松散耦合 的特点；同时，c l i e n t s e r v e r 体系结构、分布式处理等技术( c o r b a 、w w w 、 基于时间p e t r i 网的工作流时间约束特性研究及应用 o l e 、j a v a ) 的日益成熟，为把过去集中式的信息处理方式转化在大规模的异构分布 式环境下执行变的可能。在这种技术背景下，工作流管理系统也由最初的创建无纸办公 环境转而成为同化企业复杂信息环境、实现业务流程自动执行的必要工具。这样的一个 转变，把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段，使得人们从更深的层次、更广的领域 上对工作流展开了研究。 1 9 9 3 年，工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ，w f m c ) 成立，标准着工作流技术开始进入相对成熟的发展阶段。其成立的 主要目标就是提出和指定一系列关于工作流技术的规范。如概念、术语、体系结果和互 操作a p i 标准的制定。在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发进入了 更为繁荣的阶段，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计算、i n t e m e t 服务等都 已被容纳到工作流管理系统之中。根据权威机构o v u m 的早期预测，2 0 0 0 通用w f m s 产品市场将达到1 0 亿美元，而支持工作流的应用软件市场则将达到7 0 亿美元。目前， 通用w f m s 及声称具有工作流功能的系统已经有几百种之多 2 。 从8 0 年代开始萌芽到9 0 年代的繁荣，工作流软件产品可以为3 个阶段： 第1 阶段，主要为应用于某些特定领域的、相对独立的应用系统，比如图像、文档 管理系统； 第2 阶段，主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实现任务协作的应用系统， 比如具有消息传递功能的工作流系统； 第3 阶段，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的工 作流系统。其体系结构基本上符合工作流管理联盟所提出的标准结构。 1 2 工作流定义及相关概念 1 2 1 工作流定义 到目前为止，不同的组织和研究人员对工作流的定义各有不同，很难给出一个统一 的定义。一些有代表性的定义有如： 定义一( 管理联盟的) ：工作流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进行传递与执行【3 】。 定义二( i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的) ：工作流是经营过程中的一种计算机化的 表示模型，定义了完成整个过程所需用的各种参数。这些参数包括对过程中每一个单独 步骤的定义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负责以及每个 活动所需要的应用程序 4 】。 - 2 大连理工大学硕士学位论文 定义三( 清华大学范玉顺的) ：工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，是为 了在先进计算机环境下实现经营过程的集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理 系统执行的业务模型【1 】。 以上这些定义虽然各有不同，但都说明了这样一个问题：工作流是经营过程的一个 计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的软件环境。这些工作流的定义分别反映 了经营过程如下几个方面的问题：即是什么w h 砒( 由哪些活动、任务组成，也就是结构 上的定义) 、怎么做h o w ( 活动间的执行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与 信息流的定义) 、什么时间做w h e n ( 工作流的启动时间、时问约束) 、谁来做w h o ( 人或 者计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 。 相对于一般的流程，工作流具有以下的特点： ( 1 ) 计算机管理：工作流管理是由计算机管理( w 盘1 1 s ) 的企业业务流程而非手工管 理； ( 2 ) 自动流转：任务和信息按一定的规则和约束在参与者间自动流转，无需手工指 派和传统的纸质介质： ( 3 ) 业务过程的计算机定义：显式的在计算机系统中定义业务过程及执行过程所需 要的一切信息。 1 2 2 工作流相关概念 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：为了实现特定业务目标和策略的一组相互连接的过程 和活动集台。例如：学生入学注册过程、医院就诊过程等。 工作流模型( w o r k f l o wm o d e l ) ：对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽 象表示【5 】。工作流模型由4 部分组成：( 1 ) 过程模型：用来定义工作流的过程逻辑。包 括组成工作流的所有活动及活动间的依赖关系。它是整个工作流模型的基础与核心：( 2 1 组织模型；用来定义企业人员的组织结构，为过程模型提供“人”的支持；( 3 ) 资源模型 用来定义企业资源的组织结构，为企业人员执行工作流提供“物”的支持。( 时间模 型：主要是用来对业务过程的时间约束建模，以对工作流执行中时间约束进行监控和调 整，以在规定的时间内完成工作流实例或提高工作流的执行效率。 活动( a c t i v i t y ) ：工作流中的一个逻辑执行步骤。包含的信息有：开始和结束条件、 可参与的用户、完成此活动所需的应用程序或数据以及一些限制条件如时间上的限制 等。 3 - 基于时间p e l r i 网的工作流时间约束特性研究及应用 过程定义( p r o c e s sd e f m i f 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。涉及到的参数有：业务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互 之间的控制流动与数据流动关系等。 过程，活动实例( p r o e e s s a c f i v i t yi n s t a n c e s ) ：工作流过捌活动的一次执行。 业务流程 工具 图1 1 工作流基本概念之问的关系 f i g 1 1t h e r e l a t i o nb e t w e e nb a s i c c o n c e p t so f w o r k f l o w 工作流管理系统：执行工作流实现的计算机软件系统，是实现工作流定义、启动、 调度、监控、分析等管理功能的工具集。 代理( a g e n t ) ：一个独立的处理实体，由所包含的个体、团队成员、工具及他们 相应的职责所构成。在组织模型中代理包括以下两种实体：( 1 ) a c t o r ：个体处理单元， 它可以是员工或自动工具；( 2 ) g r o u p ：是a c t o r 的一个集合，具有所有a c t o r 的公共特 征。 图1 1 显示了与工作流相关的基本概念及其联系 6 】。 4 大连理：r 大学硕士学位论文 1 3 工作流管理系统 1 3 1 工作流管理系统定义及功能 根据w f i v l c 的定义：工作流管理系统是一个软件系统，它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。它和工作流执 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。 一般而言，所有的w f f d s 都将包含三大功能模块：建立时功能、运行时控制功 能、刷用户及应用程序的交互功能( 如图1 2 所示) 。 b u i l t l1 t m e i l - o c t 琳8d e s i g n d e i h i t i o a i t n 。r i m e p m s sh i s l a t l n i i o n c o l l i 埔1 b u s i t a e s j ；m t 潜s sa n a i y m s m o d e l l i n g d e f i n i t i o l t o n l s 卤一一一一一 j ，m 出 w 。a 自。we - m e l m e n ts r n c 。j 赢interactionwil|tapplict。|ionitool。w三一 _ r u | 。1 t 卜_ w o r l t f l o wc o n f r o ld a t 8 一v o r k f l o wr a l e v a n td a t a ( 一a p p l i c a t i o nd a t a 图1 2 工作流管理系统主要功能 f i g 1 2 w o r k f l o w s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c s 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。 运行阶段的控制功能：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。 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与r r 应用工具之问的交 互。 1 1 3 2 工作流管理系统参考模型 1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，w f m c 发布了工作流系统参考模型 7 ( w o r k f i o wr e f e r e n c e m o d e l ) 。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w f m s 的各主要 组成部分、各部分的功能及相互之间的接口，如图1 3 示。 5 菡 基丁时间p e t r i 网的：作流时间约束特性研究及应月j 过程定义工具：为计算机能够处理的形式进行过程定义，输出能够被工作流程服务 器( 工作流机) 解释并执行的工作流程定义。过程定义工具与工作流执行服务之间的交互 是通过接口一( 工作流过程定义读写接口) 8 】完成的，它为工作流过程定义信息的交换提 供了标准的互换格式及a p i 调用。 工作流执行服务：工作流管理系统的核心，为工作流程的进行提供一个运行时环 境。实现对工作流程模型的实例化并执行流程实例，为过程和活动的执行进行导航( 创 建、激活、暂停、终止等) ，与外部资源进行交互，维护工作流控制数据和工作流相关 数据。 瞄p 哺l o 曲。s s 。j h 。，毒 一 图1 3 w f m c 工作流管理系统参考模型 f i g 1 3 w o r k f i o wr e f e r e n c e m o d e l - c o m p o n e n t s & i n t e r f a c e s 客户应用程序：给用户提供一利呵以处理在运行过程中需要人工干预的过程实例任 务的手段。一个任务称为一个工作项。每一个用户都拥有一个工作项列表，显示了该用 户当前需要处理的所有任务。 客户与工作流执行服务之间的接口为接口二( 客户应用程序a p i ) 。文献 9 】给出了此 a p i 中各操作的命名规范。 被调应用程序：工作流执行服务在过程实例的运行过程中，需要调用的、用以对应 用数掘进行处理的应用程序。 6 。 大连理工大学硕士学位论文 管理及监控工具：对正在执行的过程实例状态进行实时监控与管理。如参与者管 理、活动实例状态、资源控制、时间约束松弛时间调整等。它与工作流执行服务之间的 交互是通过接口五( 管理及监控接口) 完成的。 上述五个接口被统称为w o r k _ f l o wa p i ( w a p d 。这些标准的制定对于实现不同厂家 的产品之间的互操作( 如用一个厂家的管理与监控工具去管理另外一个厂家的工作流执 行服务) 及基于工作流执行服务开发新的应用具有重要意义。 1 4 工作流管理系统的分类 根据工作流过程本身的特点、系统建模的方式、所使用的底层支撑技术以及工作流 过程的执行方式的不同，可以将现有的具有工作流管理功能的商品化软件产品及原型系 统进行相应的分类【1 0 】： 1 嵌入式工作流管理系统和自治式工作流管理系统 嵌入式工作流管理系统只有在外围系统( 如企业资源计划系统，e r p ) 的配合下才 能发挥它的作用；它在功能上是不完善的，仅仅是信息管理系统的一个组件，它的作用 通过外围系统来表现出来，此时w f m s 用来控制外围系统的工作顺序、进行异常处 理。 应该区分那些基于规则的、通常由数据库触发器激活的组件和基于工作流引擎的组 件，前者通常是由应用软件的开发者编写的专用系统，支持一些简单业务处理过程，而 后者通常是具有通用性的组件，可以支持多个应用，而且可以支持更复杂的业务过程。 自治式工作流管理系统是一个在功能上完善的，除了数据库管理系统和消息队列中 问件之外不需要其它辅助应用软件的一个自治系统。自治式系统是一个独立的软件，具 有自己的用户界面，可以访问其它应用程序的数据，通常可以支持多个应用f 1 1 】。 2 面向文档的w t m s 与面向过程的w t m s 前者的侧重点在于将电子形式的文档、图像等在有关人员之间进行分发，以便能够 得到不同人的处理与审阅。现有的文档管理系统均属此类。在面向过程的w f m s 中， 工作流被描述成一系列执行环节，各环节都有相应的待处理数据对象。各环节的数据对 象可以按不同的方式分发到其它环节中去，如可以将数据对象的值作为控制条件、或者 将此数据对象组装成其它的数据对象等。大型的w f m s 一般都属此类系统。 3 基于邮件的w f m s 和基于数据库的w f m s 前者使用电子邮件来完成过程实例执行过程中消息的传递、数据的分发与事件的通 知。低端系统所使用的经常就是此种方法，它可以充分发挥电子邮件系统在广域环境下 的数据分发功能，整个系统将运行于一种松散耦合的模式下。在基于数据库的w t m s 7 基于时间p e l r i 网的工作流时间约束特性研究及应用 中，所有的数据都保存在某种类型的d b m s 中，过程的执行实际上就是对这些数据的 查询与处理。高端的大规模系统所使用的一般都是此种方法。 4 任务推动w f m s 与目标拉动w f m s 前者指的是过程一个环节、一个环节逐步地执行，当某个活动实例被处理完之后， 后续的有关活动将被创建并被激活，由此直至整个工作流程的完成。这是目前大多数面 向过程的w f m s 所使用的执行方式。而在目标拉动的w f m s 中，一个业务流程被看成 是一个目标。过程实例执行时，该目标将被分解得到多个相互之间按一定约束条件关联 起来的可执行的多个环节，其中各环节还可以当成是予目标而进一步进行分解。在各环 节均执行完毕之后，整个过程也就完成了。 1 5 采用工作流管理系统的好处 工作流管理系统的应用会给企业带来巨大的效益。采用工作流管理系统将使企业改 变传统的按照功能来配置人员的组织结构，变成按照企业要实现的主要业务流程来配置 组织结构，来缩短主要业务过程的处理时间，提高对市场的响应能力。 企业应用工作流管理系统主要可以取得如下好处： - 提高企业管理的规范化程度： 更好地与上下游企业形成快速的供应链网络； 降低业务过程的整个处理时间，如在办公自动化环境中，通过更好地规划工作流 程、并行执行相互独立的活动、减少文档传递过程中不必要的中间状态等方法来显著降 低文档的传递和临时存储的时间； 降低管理成本，如避免不必要的和重复的工作，提高工作人员的工作效率； 改进工作质量，如自动提供为完成某个任务所需要的相关信息。在客户服务中， 能够快速方便的访问所有相关数据和工作流程，从而可以大大提高客户服务质量： 在工作人员之间更好地均衡负荷，如在工作人员缺勤的情况下，自动地柔性分配 替代人员： 通过在工作流模型中加入对可预计的故障的处理策略来提高系统的柔性； 在工作流的基础上改进控制策略，降低相应的控制成本；如通过监控工作流执行 状态，利用分析和控制工具来进行优化控制； 通过对已完成的工作流实例的分析，找出存在的不足，进而不断改进工作流程。 8 大连理工大学硕士学位论文 1 6 工作流管理系统的现状 下面，将介绍几种典型的工作流系统，它们分别出自于不同的研究项目，在一定程 度上代表了几个不同的研究发展方向。由于实现方案与工作流模型之间并非是紧密耦合 的，设计人员可以参考这些方案，把它们应用于自己的工作流模型运转当中。 o r b w o r k ：基于c o r b a 的分布式工作流系统它是基于c o r b a 的完全分布 的工作流执行系统，以c o r b a 产品0 r b _ 作为底层的通信支持，并使用c o r b a 来实 现系统的互操作和数据源的封装。在o r b w o r k 中，系统的所有组成部分，包括任务管 理器、任务( 或经过封装的已经存在的应用程序) 、监控单元和恢复机制都是c o r b a 对 象，它们之间通过c o r b a 的d l 调用进行协作。同时，o r l 3 w o r k 还为用户提供了 w e b 界面以及w e b 与c o p r a 之间的接口。以c o r b a 作为工作流系统实现的底层基 础有许多优点，比如对象请求代理( o r b ) 机制、标准的接口定义语言( i d l ) 、面向对象 等等。这些优点都将使c o 砌3 a 成为用户实现企业级工作流解决方案的一种可能的选 择。 w e bw o r k ：基于w e b 的工作流系统w e bw o r k 是完全基于w e b 技术实现的 工作流系统。考虑到企业可能由于价格等原因而不愿意去购买c o r b a 产品，但是大多 数企业都有自己的w 曲服务器，或者可以连接到某个w e b 服务器上，因此m e t e o r 的研究人员开发出了一套基于w e b 的工作流管理系统。w e b 浏览器为用户提供了一个 通用、友好的界面，而且它可以很容易地、不附加任何多余代价的布置在多个计算平台 上。 e x o f i c a f m q m 基于持久消息队列的分布式工作流系统i b ma l m a d e n 研究中心 所进行的研究项目e x o f i c a 在工作流分布执行方面提出了一种能够完全分布的执行模 型，它通过永久消息( p e r s i s t e n tm e s s a g e s ) 的方式来保存工作流相关执行信息，使得每一 个执行节点都是相互独立的，工作流过程的执行不以某一个节点为中心，完全实现了分 饰。这种方式大大提高了系统的可靠性、可扩展性以及柔性。e x o t i c a 的这种设计方案 是建立在底层的消息传递系统之上的，这些消息系统为上层的应用隐藏了复杂的通信实 现代码，并且屏蔽了操作平台、网络协议的异构性，通过提供a _ p i 函数来提供各项消 息服务。这些产品的特点很适合用来连接分布式应用，实现工作流管理的功能。 d a r t f l o w 基于可移动代理的工作流管理系统一种基于可移动代理的工作流系 统。所谓“可移动代理”，是指一段可以在自身的控制下由异构网络系统中的台机器 转移到另外一台机器上运行的程序。也就是说，可移动代理能够在执行到某一点时挂起 自身程序，将代码传递到另外的网络节点上去继续运行。可移动代理具有许多优点，比 。9 基于时间p e t r i 网的工作流时问约束特性研究及应用 如在一定条件下能够减少网络流量、适合于移动用户、有利于数据集成、具有并行机制 等，因此很适合于工作流管理系统的构建：企业的每一个经营过程的实例可以由一个移 动代理来处理，代理在预先定义好的步骤下在分布的网络节点上执行，当代理移动时， 它携带着过程所需的执行代码与数据，无需每一步都通过中央的数据库服务器来交换数 据。在d a r tf l o w 中，它的系统组件结构与工作流管理联盟所提出的参考模型基本一 致，能够相互对应，其中比较有特色的几个部分是过程代理、多种类型的代理服务器、 用户界面与工作表服务器。 尽管经过工作流产品供应商与工作流研究人员十几年的不懈努力，使得工作流技术 由最初的萌芽逐步发展起来，并取得了相当的成果，但是从工作流系统的实际应用状况 来看，还远未达到人们所期待的普及状态。w i m c 在文献【l2 】中提到，“在9 0 年代工 作流侧重于技术，例如应用程序和系统，而很少考虑到( 2 1 2 作流) 过程中人的交互 问题”。现在工作流技术落后的一个方面就是管理报表。尽管工作流技术能够在历史 侦察数据中提供过程的跟踪和监控，但是对于管理而言还需要更丰富的信息。正如 c a r o l y nm c g r e g o r 博士所说，工作流( 和业务过程) 管理方案( 应该) 提供侦察信息， 并用这些信息来支持过程活动监控和报表。因此，工作流管理系统( 过程定义和工作流 监控数据) 应该在工作流管理和决策支持之间建立一条连结纽带。w t m c 意识到另外一 个需要关注的的方向是业务执行监控。业务活动监控( b u s i n e s sa c t i v i t ym o n i t o r i n g ， b a m ) 即是从不同机构的不同数据源获得相关的及时的信息，把它们分析和表示出 来，并通过对现时和历史数据的分析，预测瞬息万变的市场变化的趋势，以此来帮助企 业进行决策，提高企业的响应能力。因此，w i m c 得出结论，“工作流技术不仅帮助企 业进行今天的业务管理，还帮助企业进行明天的过程管理。” 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正在向更深层次进 行。工作流技术研究的主要目的有两个：一是为工作流技术的发展解决理论上存在的问 题，探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等：二是从工作流实现技术的角度探讨利 用先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。本章简要介绍了工作流管理系统的 概念、参考模型、分类和应用现状。下一章将详细介绍工作流系统的时间约束管理。 1 0 大连理工大学硕士学位论文 2 工作流时间约束管理 现有的工作流的研究还不够成熟，尤其是对于具有时间特性的工作流更是缺乏必要 的研究，使工作流产品不能广泛被应用。因为实际的业务流程大多都具有时间限制，时 间违反将增加业务成本，同时，只有在工作流技术中加入时间因素，才能更好的反映整 个业务流程的执行过程，有效的实现工作流执行过程中的动态调度，并能够在此基础上 进行相应的量化的分析，通过分析的结果实现对工作流过程模型的评价及优化。 研究具有时间特性的工作流可以在工作流的建模、仿真与验证，工作流的执行管理 等几个方面丰富工作流技术以及工作流管理系统的相关理论，提高工作流技术对于环境 的动态变化的柔性支持，进而扩大工作流技术的应用的范围，因而在理论上具有重要意 义。 工作流管理系统应该提供的必要的时问约束管理功能有： ( 1 ) 对时间约束的建模：定义工作流控制逻辑与业务过程的时间信息，并检查有效 性 ( 2 ) 实例执行阶段：通过对时间监控和仿真，识别预测可能存在的问题，提前预告 可能存在的时间约束违反，并支持对工作流时间约束计划的动态调整 ( 3 ) 时间约束违反处理：一旦出现时间约束违反，工作流系统应触发系统的异常处 理机制以获得实例执行的一致状态 ( 4 ) 提供给工作流参与者必要的时间信息：以便每个参与者能根据任务的时问约 束，判断任务的紧急程度，从而灵活的安排或调整个人的工作计划 2 1 工作流时间问题 考虑到现在企业可能的地理和事务处理的分布性，如可能属于不同的地理时区，以 及活动执行延迟、时差、信息流传递的延迟，工作流管理系统中时间因素主要有r 1 3 1 ： ( 1 ) 相对与绝对时间：相对时间基于某一参考点而得出的时间值；绝对时间用实际 的日历日期表示。工作流执行时常用绝对时间值表示活动的开始结束时间。当业务分 布在地球不同时区，要考虑工作流程问的时区差别【14 】。 ( 2 ) 时序约束( t e m p o r a lc o n s t r a i n t s ) 。表示活动执行的时间约束( 如时间顺序) ，常根据 法律法规、业务策略来定义。时间约束强调活动过程本身的时间限制( 如执行延迟) ，时序 约束更注重活动之间的时间依赖( 如活动b 应在活动a 开始1 天后启动) ，它们从不同的 角度描述工作流系统的时间约束 基于时间p e 州网的工作流时间约束特性研究及应用 工作流时间约束分为：隐式时间约束和显式时间约束 7 】。隐式时间约束是由工 作流控制结构与活动延迟而导出，如一个活动必须在其所有的前序活动执行完毕才可启 动，包括活动延迟与截止期限约束。在过程建模时不明确定义隐式时间约束，而在实例 运行时总是不自觉地满足它。显式时间约束是由组织法规、法律而衍生，常由过程设 计者指定，如事件之间的时序关系、事件与某个日期集绑定。 ( 3 ) 时序一致性( t e m p o r a lc o n s i s t e n c y ) 1 5 】 定义1 一个时序约束与某一给定的工作流模型是一致的，当且仅当基于工作流模型 语义与工作流任务的最大最小执行延迟，该时序约束是满足的。一个工作流模型，即使 具有正确的控制流逻辑，它也可能含有不一致的时序约束如果在工作流模型中。 定义2 一个时序约束集与某一给定的工作流模型是一致的，当且仅当基于工作流模 型语义和工作流活动的最大傣小执行延迟，该集合所包含的所有时序约束是满足的。 2 2 工作流时间约束分类及表示 根据时间约束产生的形式，可以分为显式时间约束和隐式时间约束。显式时间约束 是指活动或时间约束显式可见，常由模型定义者定义，而隐式则指隐含的时间约束，需 要经过推导和计算来发现。一般来说，可以分为【1 6 ： ( 1 ) 绝对时间点约束( a b s o l u t et e m p o r a lp o i n t ) 定义绝对时间点a t p ：= y m d h m s 其中：y ：表示年，由4 位数字表示，如2 0 0 5 ； m ：表示月，由2 位数字表示，取值范围为 0 1 ，1 2 】，如0 3 ； d ：表示日，由2 位数字表示，取值范围为 0 1 ，3 1 ，如1 5 ； h ：表示小时，由2 位数字表示，取值范围为 0 0 ，2 3 】，如0 8 ； m ：表示分，由2 位数字表示，取值范围为 o o ，5 9 1 ，如3 0 ： s ：表示秒，由2 位数字表示，取值范围为 o o ，5 9 1 ，如o o ； 绝对时间点约束常见在流程启动时间、活动启动时间等的定义中， ( 2 ) 时间段约束( t e m p o r a ld u r a t i o n ) 时间段是时间维中任意两点间的距离，是时间的长度，他表示时间坐标轴上某一起 点不固定的区间 定义 时间段：t d