（计算机科学与技术专业论文）工作流管理系统自适应机制的研究与实现.pdf

国防科学技术火学研究生院工学硕士学位论文 摘要 当今社会激烈的市场竞争给企业带来巨大的压力，企业为了求得生存与发展， 需要不断加快资源整合的步伐，加快企业运行的自动化程度。工作流技术顺应了 这一潮流，得到了工业界和学术界的广泛关注，发展迅猛。 动态多变的客观世界要求工作流管理系统支持业务流程的动态实时调整，以 便适应环境的变化。如何使工作流管理系统具备动态性和自适应能力是目前工作 流技术研究的重点和热点。本文主要就工作流在过程级的适应性问题进行研究， 研究如何提高工作流的自适应特性，使工作流管理系统能够自动处理各种情况， 确保业务流程的顺利完成。本文的主要研究工作如下： 1 基于e c a 规则和活动组合，提出了一种自适应工作流模型，并分析了模 型的描述能力、建立了模型的正确性约束。该模型采用e c a 规则来表示工作流执 行逻辑，通过事件触发来驱动工作流实例的执行。对于执行时可能发生的动态不 确定的变化，采用e c a 规则来描述变化及其处理动作，使得工作流能够自动地适 应变化。 2 在上述自适应工作流模型的基础上，提出了一种自适应处理策略来处理工 作流实例运行过程中可能发生的失败。主要利用工作流模型中的自适应规则来处 理预期的逻辑失败，详细介绍了修改操作原语，并对修改操作的正确性和一致性 进行了说明；对于活动执行失败的情况，根据活动的影响范围来确定处理动作： 此外适当引入人工干预手段。 3 使用形式化描述方法扩展了a g e n t 之间常用的通信语言k q m l ，并采用一 阶逻辑表达了扩充原语的语义。通过对k q m l 进行原语扩充增强k q m l 的表达能 力，简化了基于a g e n t 的自适应工作流管理系统中a g e n t 之间的通信。 4 采用a g e n t 技术，根据自适应工作流模型和自适应处理策略，提出了一一种 基于a g e n t 的自适应工作流管理系统( a ba d a p w f m s ) 的体系结构。在j a t l i t e 平台的基础上，设计并实现了一个基于a g e n t 的自适应工作流管理系统原型。 当前工作流产品在动态性和自适应方面的缺陷一直是限制其发挥更大效益的 一个重要的障碍，本文在这方面进行了比较深入的研究，提高了工作流管理系统 在自适应方面的能力，并且研究了a g e n t 技术在工作流管理系统实现方面的应用。 关键词：工作流自适应a g e n te c a 工作流管理系统 第i 页 望堕型兰茎查查兰婴茎生堕三兰堡圭兰堡笙苎 a b s t r a c t r e c e n t l ye n t e r p r i s e sf e e le x t r e m e l yl a r g ep r e s s u r eu n d e rt h es i t u a t i o no ff i e r c e m a r k e tc o m p e t i t i o n i no r d e rt os u r v i v ea n de x p a n d ，e n t e r p r i s e sm a k es p e e dt h es t e po f r e s o u r c e sc o n s o l i d a t i o na n da u t o i m m u n i z a t i o n d u et os u i t i n gt h et r e n d ，t h et e c h n o l o g y o fw o r k f l o wg e t sw i d e l ya t t e n t i o nb yt h ei n d u s t r ya n dt h ea c a d e m e ，a n dd e v e l o p s q u i c k l y t h ev a r i e t yo ft h er e a lw o r l dr e q u i r e st h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mt os u p p o r t d y n a m i ca n dr e a l t i m ea 埘u s t a b i l i t y h o wt om a k et h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s u p p o r td y n a m i ca n da d a p t i v e c h a r a c t e r si st h ef o c u so ft h ec u r r e n tr e s e a r c ho f w o r k f l o w t h i sp a p e rs t u d i e st h ea d a p t a t i o no ft h ew o r k f l o wo nt h el e v e lo fp r o c e s s i t s t h ek e yp o i mt om a k et h es y s t e mh a n d l ev a r i o u ss i t u a t i o n sa u t o m a t i c a l l yt og u a r a m e e t h ei n t e g r i t yo f b u s i n e s s t h ew o r ko f t h i sp a p e ri n c l u d e s ： 1 b a s e do ne c ar u l e sa n da c t i v i t i e s ，t h ep a p e rp r e s e n t sa na d a p t i v ew o r k f l o w m o d e l t h i sm o d e la d o p t se c ar u l e st od e s c r i b et h ee x e c u t i o nl o g i co ft h ew o r k f l o w , a n dt r i g g e r st h ee x e c u t i o no ft h ew o r k f l o wi n s t a n c eb ye v e n t s i tu s e sr u l e st od e s c r i b e a n dh a n d l et h eu n c e r t a i nd y n a m i cc h a n g e sh a p p e n e dw h e ne x e c u t i o n ，w h i c hm a k e s i n s t a n c e sa d a p tt oc h a n g e sf l e x i b l y 2 g u i d e db yt h ea d a p t i v ew o r k f l o wm o d e l ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sa na d a p t i v e h a n d l i n gs t r a t e g yt od e a lw i t ht h ep o s s i b l ef a i l u r ed u r i n gt h er u n n i n gp r o c e s so ft h e w o r k f l o wi n s t a n c e i tu s e sa d a p t i v er u l e st oh a n d l ea n t i c i p a t i v el o g i cf a i l u r e s t h ep a p e r d e s c r i b e sm o d i f i c a t i o np e f f o r m a t i v e si nd e m i l ，a n de x p l a i n st h ec o r r e c t n e s sa n d c o n s i s t e n c yo ft h em o d i f i c a t i o no p e r a t i o n s i nt h ec a s eo fe x e c u t i o nf a i l u r e ，d i s p o s a l s a r et a k e na c c o r d i n gt ot h ei n f l u e n c er a n g eo ft h ef a i l u r e ，i fn e e d e dm a n u a lo p e r a t i o n s c o u l db eu s e d 3 t h ep a p e rf o r m a l l ye x p a n d st h eu s u a lc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g ek q m lw h i c hi s u s e db ya g e n t s ，a n de x p r e s s e st h es e m a n t i ce l e m e n to ft h ee x p a n d e dp e r f o r m a t i v eb y f i r s to r d e rl o g i c e x t e n d e dk q m lp e r f o r m a t i v e se n l a r g et h ee x p r e s s i o na b i l i t yo f k q m la n ds l m p l i t yt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e na g e n t si nt h ea g e n t _ b a s e dw o r k f l o w s y s t e m 4 a c c o r d i n gt ot h ea d a p t i v ew o r k f l o wm o d e l ，t h ep a p e rp r e s e n t sn e ww o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r eb yi n t r o d u c i n ga g e n t s o nt h ep l a t f o r mo f j a t l j t e a n 第i i 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 a g e n t _ b a s e da d a p t i v ew o r k f l o wp r o t o t y p es y s t e m i sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h el a c ko fd y n a m i ca n da d a p t i v ec h a r a c t e r si st h em a i no b s t a c l e st h a tl i m i tt h e w o r k f l o wp r o d u c t st op l a yam o r ei m p o r t a n tr o l e t h ep a p e rl u c u b r a t e st h i sp r o b l e ma n d i m p r o v e st h ea d a p t i v ep e r f o r m a n c e o ft h ew o r k f l o w ；a l s ot h i s p a p e rs t u d i e st h e a p p l i c a t i o no f a g e n ti nt h ei m p l e m e n to f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ：w o r k f l o w a d a p t i v ea g e n t e c aw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m 第j i i 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 表2 1 保留的参数关键字以及意义 表目录 表6 1 工作流模型表4 7 表6 2 过程实例表( 活动集) 表6 3 过程实例表( 规则集) 4 7 表6 4 规则表4 8 第页 里堕翌兰垫查奎兰婴茎竺堕| 三兰堡主兰竺丝苎 图目录 图1 1a g e n t 增强的工作流管理系统。4 图1 2 基于a g e n t 的工作流管理系统5 图2 1 工作流管理系统的特性8 图2 2 k q m l 语法的b n f 描述 图3 1 活动状态图1 8 图3 2 过程定义元模型2 2 图3 3 串行结构2 2 图3 4 并行结构2 3 图3 5 分支结构2 3 图3 6 循环结构2 4 图4 1 起草文档 图5 1 体系结构图 图5 2 实例正常执行过程 图5 3 失败处理过程 图6 1 j a r l i t e 层次结构： 。3 5 4 1 4 2 图6 2 基本类类图4 9 图6 3 扩充a g e n t 类51 图6 4 业务流程执行过程5 2 第v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我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 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 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谢意。 学位论文题目： 王丝逾笪堡歪缠自适廑扭剑鲍盟窥生塞理 学位论文作者签名：弱鸶曼墓曰期：加彩年弓月乎日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：三堡逾篁理歪统自垂麈扭剑盐盟塞曼塞理 学位论文作者签名：筮盗墓 作者指导教师签名：他 日期：西。占年3 月8 日 日期：沙p 乙年；月s 日 垦堕型兰垫查查兰翌茎兰堕三堂堡主兰堡笙苎 第一章绪论 1 1 课题研究背景 上世纪9 0 年代以来，企业面临的市场压力越来越大，为了在激烈的竞争环境 中获得成功，企业要不断地提高业务处理能力和效率，缩短业务处理时间。起源 于生产组织、办公自动化的工作流技术顺应了这个潮流，满足了现代企业的亟需。 工作流技术i l 】，就是通过将一项具体的工作分解成多个任务和执行这些任务的过程 参与者，并按一定的规则和约束，组织这些任务的执行，以达到高效、灵活地组 织业务过程的目的。目前，工作流产品每年以两位数字的速度迅猛增长，市场上 比较成熟的工作流产品就有2 0 0 多种 3 6 1 。其中具有代表的产品有：i b m 公司的 m q s e r i e sw o r k f l o w 、a c t i o n 技术公司的m e t r o 、f i l e n e t 公司的v i s u a lw o r k f l o 、 j e t f o r m 公司的i n t e m p o 和p a v o n e 公司的g r o u p f l o w 等。至今工作流管理技术已 成功地运用到图书馆、医院、保险和银行等行业。 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 , 简称w f m c ) 的成 立标志着工作流技术进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的互操 作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及编程接口( w a p i ) 方面制 定了一系列标准。 然而，随着工作流管理系统在各个领域的进一步应用，它的不足开始逐渐表 现出来。传统工作流的执行过程包括两个阶段：建立阶段和执行阶段。建立阶段 用系统的建模语言对业务流程进行定义，通过一种规范的格式详细说明业务流程 中各个活动之间的执行顺序及其执行活动时所需要用到的资源和数据；执行阶段 通过工作流执行服务对定义的流程模型进行解析执行，按照定义好的顺序调度执 行具体的任务。这种执行方式默认业务流程在执行过程中是一成不变的，系统只 能“死板”地执行。 然而，在复杂、多变的实际应用环境中，这种“僵硬”的执行方式却显得力 不从心。活动执行的意外失败导致业务流程执行的失败，给企业造成巨大的损失； 运行环境的变化、难以预料的意外事件的发生往往又会导致预定义的流程模型不 能满足实际需要，若继续按照过程模型执行，业务过程将不能正常执行，甚至可 能得到完全错误的结果，无法获得企业预期的目标。例如在一个癌症治疗的工作 流中，癌症患者b o b 可能在整个治疗过程中对某种药物产生特殊过敏，这个意外 事件要求工作流在进行后续治疗之前，需要额外地处理b o b 的药物过敏问题，才 能成功地完成整个治疗。因此，工作流管理系统需要具有动态适应能力来适应环 第1 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 境的变化。 通常情况下，可以采用人工干预方法，由管理员参与处理各种环境变化、意 外事件，调整业务过程的执行。然而，这种方法要求管理者了解系统运行的全面 情况，熟悉过程的具体业务特征，具有一定的难度，往往很难得到满足；同时， 系统很难得到快速的反应，无法实时地得到处理。因此，需要业务流程本身具有 一定的适应性知识，在出现各种影响过程执行的情况时，工作流管理系统能够根 据这些知识改变执行内容，自动地适应环境的动态变化，成功地完成业务流程的 执行，达到预期效果。 a g e n t 是一种处于特定环境下，能够感知环境变化、实现设计者和使用者的一 系列目标、在变化环境中自主运行的计算实体或程序。由于它具有代理性、自主 性、交互性、反应性、主动性等特性，可以主动地感知环境的变化，自主调整行 为、目标等，利用a g e n t 技术可以较好地实现自适应工作流管理系统。 1 2 课题研究现状 1 2 1 自适应工作流的研究现状 目前，对于动态自适应性工作流问题，许多学者都致力于进行相关的研究， 已经取得了很多研究成果。 为了提高工作流对动态不确定因素的自处理能力，早期一些工作流模型1 4 】【5 i 【6 】 通过引入c h o i c e - - m e r g e 6 】和x o r s p l i t 5 】等结构，将业务过程中所有可能路径定 义到过程模型中。其最大的缺点在于，模型过于庞大而不易理解，降低了模型的 可读性、可维护性以及执行效率；甚至在某些情况下，由于不确定，根本无法通 过分支来进行处理。 为了避免上述方法带来的局限性，一方面，部分研究人员提出了“黑盒”、 “口袋”川【8 】【9 1 等方法。这类方法都是在过程模型中引入新的元素( 如b l a c k b o x ， p o c k e t 等) ，使用这些新元素对工作流中不确定的因素进行了封装，根据执行的具 体情况来确定新元素内容，在一定程度上支持了动态自适应性。但由于引入了新 的元素，加大了过程模型的复杂度；同时，研究人员s 1 【9 】没有考虑在过程实例运 行过程中，展开新元素时要解决的合理性问题，也没有定义一套规则来约束展开 过程。 另一方面，部分研究人员通过定义一个动态修改操作集合来实现流程动态修 改。德国的u l m 大学的工作流规律性系统a d e p t w o r k f l o w l l o l 采用元模型法对动 态工作流进行支持，在形式化的过程定义模型a d e p t 的基础上，它定义了一个 第2 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 动态修改操作的最小完全集a d e p t f l “。a d e p t n 。包括以下的操作集合：插入活 动块、删除活动块、快速略过活动块、跳到当前未激活的部分、并行与串行执行 的互换、动态迭代和动态回滚。然而，它没有考虑到自适应问题，需要在适当的 工具支持下，由人工来决定处理。 其他还包括c h i ud k w 和l iq ，k a r l a p a l e mk 采用异常处理的方法，利用 e c a ( e v e n t - c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则，针对出现异常的不同情况采用不同的处理策略实 现工作流动态特性。这是为处理异常而引入的动态特性支持，其应用范围有限。 k a m m e r l ”1 对动态自适应的工作流管理系统所要完成的功能进行了概括，可分 为：( 1 ) 能够动态地修改和编制工作流过程定义；( 2 ) 工作流的执行模型可以配置： 进行部分执行、指导性执行和强制执行；( 3 ) 能够为活动、资源、a g e n t 和a r t i f a c t s 分门别类地建立模型，保证在运行时有可选择性，并保证整个过程的一致性；( 4 ) 具有自反性：工作流过程在执行时能够访问自己，并对自己的原模型重新修改；( 5 ) 根据过程实例对过程模型进行演变；( 6 ) 能够逻辑分解一个过程模型；( 7 ) 能够利用 过程片段和组件库：( 8 ) 能够访问工作历史，并与专家交互：( 9 ) 为参与者提供互相 通信的集成支持。为了完成这些功能，必须由建立阶段和运行阶段相互配合才能 完成。大多数的资料都从其中几个方面入手研究动态适应性工作流技术。 目前，研究人员提出使用a g e n t 技术【1 3 1 来实现动态自适应工作流。通过利用 a g e n t 的自主性、响应性、主动性、学习自适应能力和可移动性，来提高系统的 灵活性和动态适应性。 r o b e r tm u l l e r 等人 1 4 1 提出了一个基于规则的方法来检测逻辑失败事件，使用 a g e n t 来实现工作流的自适应特性。各种不同类型的a g e n t 负责工作流的动态变化： 控制a g e n t 、自适应a g e n t 、事件监控a g e n t 等，实现自动处理逻辑失败。但是文 中仅仅是针对医疗系统等特定某些领域进行一定的处理。 钱晓明等人【1 5 1 针对当前工作流管理系统中柔性的不足，提出了一种应用a g e n t 技术的柔性工作流模型。该系统模型在标准工作流产品的基础上加入了a g e n t 模 块组，这个模块组包括了实现流程修改、例外处理等的多个a g e n t ，以及系统策略、 工作流模型、例外处理的知识库。当任务执行出现问题时，利用a g e n t 的迁移性， 将任务迁移到其他a g e n t 上继续执行；同时完成异常或例外的处理。但其对于流 程实例的一致性保护、己完成节点的回滚等问题都未进行研究。 综合上述讨论，尽管当前对工作流的动态适应性进行了一定程度的研究，但 如何使工作流管理系统具备自动地适应环境变化的能力，仍然使一个很有价值的 学术研究方向，需要我们进一步的研究。 第3 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 1 2 2 基于a g e n t 的工作流管理系统的研究现状 目前，结合a g e n t 技术的工作流管理系统大致有两种类型1 2 】：a g e n t 增强的工 作流管理系统和基于a g e n t 的工作流管理系统。 a g e n t 增强的工作流管理系统是应用a g e n t 技术到工作流管理系统的一种基本 方法( 图1 1 ) 。工作流引擎直接控制着所有任务，通过调度a g e n t 来完成一个特 定的任务；同时，引擎控制a g e n t 的产生和消亡。这里的a g e n t 类似于普通软件的 一部分，以服务的形式来提供给工作流管理系统，它的目标只是为了提高工作流 管理系统的自动性；此外，a g e n t 之间并不需要相互通信，通过引擎就可实现信息 的交换。 这种类型的优点在于：只需要在原有的工作流管理系统上增加一个a g e n t 控 制层，就可以实现这种形式的工作流管理系统；a g e n t 可以提供人机接口来协助用 户。其缺点在于a g e n t 无法体现出智能性，只能在工作流引擎的控制下被动地执 行没有自主意图的任务。目前商业的结合a g e n t 技术的工作流管理系统大多属于 这种类型。 基于a g e n t 的工作流管理系统( 图1 2 ) 是一个分布式的多a g e n t 系统，a g e n t 之间相互独立。业务流程逻辑被嵌入到a g e n t 内部，整个工作流管理系统由分布 在各个子网中的a g e n t 合作来完成。 图1 1a g e n t 增强的工作流管理系统 相对于a g e n t 增强的工作流管理系统而言，这种类型的优点在于它深入到工 作流管理系统中的全部功能模块，a g e n t 能够分析、控制、检测工作流的运行过程； 此外，可以利用a g e n t 的各种特性来实现灵活的工作流管理系统。但它存在的一 个不足就是将传统的工作流管理系统转换成这种形式，需要进行大量的重建工作， 第4 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 并且需要将原先工作流管理系统中的流程实例在迁移到新工作流管理系统中运 行。 至今，市场上没有基于a g e n t 的商用工作流产品。但学术界认为，a g e n t 增强 的工作流管理系统代表的是短期内一种结合工作流技术和a g e n t 技术的可行方法， 但是最终的目标仍是实现一个完全基于a g e n t 的工作流管理系统。因此，研究者 仍致力于研究基于a g e n t 的工作流管理系统的相关技术，并实现了一系列原型系 统a p m s l 3 j ( a g e n tb a s e db u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 、f i r e f l o w 等。本文将采 用基于a g e n t 的方式来实现自适应工作流管理系统原型。 图1 2 基于a g e n t 的工作流管理系统 1 3 本文的主要工作 如何使工作流管理系统具备动态自适应能力是当前工作流技术研究的重点和 热点。本文就该问题的自适应方面进行了比较深入的研究，论文的主要工作如下： ( 1 ) 基于e c a 规则和活动，提出了一种自适应工作流模型。该模型将流程视 为规则和活动的组合，其中规则具有三种类型：控制规则、数据规则和自适应规 则。前两者描述流程的控制流和数据流；后者用来描述对流程执行中可能出现“偏 离”的处理。对模型的描述能力进行分析，并建立了正确性约束。 ( 2 ) 在自适应工作流模型的基础上，提出了一种自适应处理策略，实现对工作 流执行过程中产生的失败的自适应处理，使得工作流可以正常执行下去。本文主 要处理工作流执行中经常发生的两种失败：逻辑失败和执行失败。采用工作流模 型中的自适应规则调整工作流的执行内容，实现对逻辑失败的自动处理；根据活 动的影响范围对执行失败进行处理；此外，适当地引入人工处理。 ( 3 ) 使用形式化描述方法扩展了a g e n t 的通信语言k q m l ，并采用一阶逻辑表 第5 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 达了扩充原语的语义。通过对k q m l 进行原语扩充增强i ( q m l 的表达能力，简化 了基于a g e n t 的自适应工作流管理系统中a g e n t 之间的通信。 ( 4 ) 结合a g e n t 技术，设计了一个基于a g e n t 的自适应工作流管理系统 a ba d a p w f m s 。该系统由过程定义工具、服务节点、自适应工作流引擎等几个 部分组成，含有若干个a g e n t ，如流程工厂a g e n t 、流程a g e n t 、自适应a g e n t 等。 a g e n t 之间相互协作完成工作流的自适应执行。 ( 5 ) 采用a g e n t 开发平台j a t l i t e ，对其进行适当地扩充，实现了基于a g e n t 的 自适应工作流管理系统原型的自适应机制。 1 4 论文结构 本文共分为7 章，组织结构安排如下： 第1 章介绍了课题的研究背景、研究现状，论文的主要工作及组织结构 第2 章介绍了工作流管理系统基本概念和自适应工作流技术，并对a g e n t 技 术、e c a 规则分别作了概述。 第3 章提出了一种基于e c a 规则和活动组合的工作流模型，从模型的描述能 力、正确性约束方面对模型进行分析说明。 第4 章提出了一种自适应处理策略，对各个处理方法分别进行描述。 第5 章设计了一种基于a g e n t 的自适应工作流管理系统体现结构；针对a g e n t 之间的通信，扩展了k q m l 原语并分析其语义；描述了系统工作流程。 第6 章比较分析常用的a g e n t 开发平台，选择j a t l i t e 对a ba d a p w f m s 原 型系统的自适应机制进行了。 第7 章结束语，对全文工作进行了总结，并讨论了下一步的研究工作。 第6 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 第二章工作流相关技术 本章介绍工作流相关技术，分为四个部分：2 i 节介绍工作流管理系统基本概 念；2 2 节阐述了自适应工作流技术，包括建立阶段的适应性和执行阶段的自适应 性：2 3 节对a g e n t 技术的相关概念进行介绍，包括a g e n t 的定义、分类以及a g e n t 通信语言；2 4 节介绍e c a 规则的相关内容。 2 1 工作流管理系统基本概念 2 1 1 工作流的定义和基本概念 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化，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。它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。 目前不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的不同定 义。其中，几个有代表性的描述分别是工作流管理联盟( w f m c ) 、g i g a g r o u p 、 i b ma l l n a d e nr e s e a r c h 、a m i ts h e t h 和w m p v a nd e r a a l s t 对它的定义u 6 1 。 w t i c 的给出的工作流定义是 17 】：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、信息或任务能够在不同的执行者之 间进行传递与执行。工作流的最根本目的是在正确的顺序下，各项任务由最合适 的人员执行，使得业务过程的执行达到最大效率。 同时，根据w f m c 发布的w f m cg l o s s a r y l l7 】对工作流相关名词的定义，现如 下给出相关的重要概念： p r o c e s s m o d e l 流程模型：业务流程的形式化表示，支持自动操作( 例如建模 或工作流管理系统的执行) 。流程的描述是由活动和活动之间的关系、指明流程 开始和结束的规则、单个活动的信息( 例如参与者) 、相关的i t 应用程序和数据 等组成的网络。在有的文献中也称为过程模型、过程定义、过程模板等。 a c t i v i t y 活动：完成流程中一个逻辑步骤的工作的描述。一个活动可以是手工 活动( 不支持计算机自动化) 或者工作流活动( 自动化) 。工作流活动要求人员 或机器资源来支持流程的执行；当一个活动被分派给工作流参与者时就需要人员 资源。 a u t o m a t e da c t i v i t y 自动活动：能用计算机自动处理的活动，在涉及它的业务 第7 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 流程被执行时直接由工作流管理系统来管理。 m a n u a la c t i v i t y 手工活动：在业务流程中不支持自动执行而依赖工作流管理系 统以外环境的活动。这类活动在流程定义中可被包括进来( 例如流程建模) ，但 不能由工作流管理系统执行。 i n s t a n c e 实例：一个流程、活动及其相关数据的单个执行表示。每个实例表示 流程或活动执行的一个独立线程，实例之间互不相干，有自己的内部状态和外部 可视的标示符，可用作一个句柄。 p r o c e s si n s t a n c e 流程实例：一个流程的单个执行表示。 a c t i v i t yi n s t a n c e 活动实例：在一个流程实例中一个活动的表示。 2 1 。2 工作流管理系统 根据w f m c 给出的关于工作流管理系统( w o r k f l o wm a n g e m e n ts y s t e m ，简称 w f m s ) 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。它提供了以 下三种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：负责根据业务流程产生工作流过程定义。用户通过使用过 程定义工具，把实际中的业务过程转变成形式化的、计算机可以处理的定义。 ( 2 ) 运行阶段的控制功能：工作流执行服务器读取和解释过程定义内容，负责 一个过程实例的创建与删除，安排各个活动的执行时间，调用适当的软件组件和 其他资源，最终完成一个具体的用户业务流程。 ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：处理系统与用户的交互，管理各种需要用户参 与的人工活动的执行。 图2 1 描述了工作流管理系统的特性。 图2 1 工作流管理系统的特性 第8 页 里堕型堂垫查奎兰翌窒竺堕三堂堡主堂垡丝茎 2 2 自适应工作流技术 由图2 1 可以理解工作流的工作过程分为建立阶段( b u i l d - t i m e ) 和运行阶段 ( r u n - t i m e ) 。建立阶段是对流程模型进行定义，运行阶段是工作流执行服务对流 程模型进行解释执行产生过程实例。但在复杂、多变的应用环境中，业务流程在 执行阶段不是一成不变的，运行环境的变化、意外事件的发生都可能导致业务流 程执行发生变化。传统的工作流管理系统满足不了这种需求，受到了人们的一些 批评。为了更好地完成对企业经营运行的支持，需要实现具有自适应性的工作流 管理系统。 自适应性是工作流管理系统对过程中发生的各种情况自动地做出反应和处理 的能力 3 9 1 。它可以从四个不同的级别进行处理【1 9 1 ：业务环境级的适应性( 能够适 应于不同的业务环境需求) 、过程级适应性、资源级适应性、软件级的适应性。 其中，过程级的适应性是本文研究的方向。下面对工作流管理系统在建立阶段和 执行阶段的适应性进行讨论。 2 2 1 建立阶段的适应性 建立阶段的适应性是指在定义流程模型时能够定义一个过程的动态行为。如 文献z 3 8 j 中所述，目前工作流模型普遍存在描述能力不足和缺乏柔性，具体表现在 以下4 个方面： 1 ) 缺乏反馈与协调机制：在目前的工作流模型中，通常采用如下假设：一个 活动在完成之后，其后续活动必须执行。这种关系是建立在前一个活动提 交的命令是后续活动一定能够而且必须完成的指令性任务这样一种假设 的基础上的，前一个活动在完成任务提交后就结束了其执行使命。这种机 制无法描述复杂的具有市场和对等伙伴协调策略的活动逻辑。 2 ) 算盘型活动：在过程实例的一次执行过程中，每个活动的一次触发只能完 成一个活动实例的执行，不允许多个实例同时执行。 3 ) 傻瓜型逻辑：一个活动在其完成后，根据其完成的结果，后续活动的执行 逻辑，包括执行的活动个数必须首先定义好。 4 ) 可重用性差：每个活动的启动条件在建模或者实例化阶段必须给定，在过 程实例的执行过程中不允许动态设定启动与选择条件。因此，即使是非常 类似的过程，如果活动的执行条件略有变化，也必须重新建立过程模型。 造成这些不足的根本原因是工作流模型有严格的结构特征，任务的执行过程 和任务的执行顺序在模型建立阶段都必须明确。一种最简单的解决方式就是通过 第9 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 设置任务之间的路由条件来实现一定的环境适应能力，任务的实际执行顺序是根 据具体的执行上下文自动确定。 然是，如果在过程模型中描述业务流程的所有可能的细节则必然会降低模型 的灵活性和可读性，当业务过程复杂到一定程度时，最终得到的过程模型是很难 理解的，模型的正确性也不能保证。其最大的问题是适应能力存在很大的局限性， 在某些情况下，由于无法确定在哪个活动中发生，导致根本无法通过分支来进行 处理。例如在一个癌症治疗的工作流中，癌症患者b o b 可能在整个治疗过程的任 何一个时刻对其中的一种药物产生过敏，但却不能确定在哪个时刻发生，以及发 生哪种过敏现象，因此不可能在每个活动中都建立分支选择对过敏进行治疗。这 种方法无法解决这类问题。所以在考虑建立阶段的适应性时，需要权衡工作流的 结构特征和业务过程的动态行为两方面的因素。 2 2 2 执行阶段的自适应性 运行阶段的自适应性是指在流程实例运行的过程中，工作流管理系统能够对 实例产生的各种失败事件进行自动地处理，保证流程实例的正常运行。它主要涉 及两个方面，一方面由于工作流执行环境的变化，有些流程活动在执行时产生不 正常的结果，需要动态调整流程的执行内容，才能继续执行；另一方面，由于某 个活动执行的失败，可能会导致流程实例失败结束，需要采取动作消除恢复活动 的执行，使流程实例继续执行下去。 对于流程的动态修改，按照修改涉及到的范围和对象，分为两种类型：过程 实例的动态修改和过程定义的动态修改 2 0 1 ： ( 1 ) 过程实例的动态修改是为了响应某些临时的变化( 如组织人员的变更、角 色变换、应用事件的发生) 而对某个正在运行的过程实例进行修改。这种变化可 以在工作流执行阶段的任何时候以一种临时的方式来调整过程执行，而无需要修 改过程定义。通常这种变化往往是与执行时候的一些特定情况相关。实现这种变 化的一个主要的挑战在于如何保证修改后的实例能够正常地执行，以及实现修改 的自动化程度。 ( 2 ) 过程定义的动态修改则是为了响应某些永久的变化( 业务策略发生变化、 业务过程重组的结果、外部条件的永久性修改) 而对整个过程定义进行修改。当 其发生发生时，系统中可能有多个过程实例已经按照修改前的过程定义启动并运 行了，而且这些过程实例一般会处于各自不同的执行进度，因此，处理好这些已 经运行的过程实例是关键问题。 通常有三种策略对这些过程实例进行处理：重新起动策略( r e s t a r tp o l i c y ) ， 继续进行策略( p r o c e e dp o l i c y ) ，转换策略( t r a n s f e rp o l i c y ) 。重新启动策略将放弃 第l o 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 所有已经运行的过程实例，并按照新的过程定义重新启动。这种策略保证了一个 过程定义的所有过程实例的结构信息在任何时刻都是相同的，但造成过于昂贵的 代价；继续进行策略对已经运行的过程实例不加任何处理措施，以后启动的过程 实例将按照新的过程定义执行。但它对实际变化的响应慢，灵活性较差：转换策 略将已经运行的过程实例转化为新的过程定义结构，并按照新的过程定义继续向 下执行。其对变化的响应较快，因而它是相对较为合适的动态修改策略。 工作流管理系统需要为自适应提供支持，这包含两层含义：一是要能够及时 地感知到流程实例执行时发生的各种问题；二是确保这些自适应处理的正确性。 2 3 1a g e n t 定义 2 3a g e n t 技术概述 a g e n t 概念来自于分布式人工智能( d i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n t ，简称为 d a d 领域，是人工智能中的一个术语。目前，a g e n t 并没有一个统一明确的定义， 学术界和工业界对其有着不同的理解和认识【2 l 】【2 2 l 【2 3 1 。除了认为自主性( a u t o n o m y ) 是a g e n t 的一个基本特征外，人们尚未就a g e n t 概念的其他基本特征及其概念定义 取得共识。f i p a ( f o u n d m i o ni n t e l l i g e n tp h y s i c a la g e n t s ，智能物理a g e n t 基金会) 中a g e n t 定义如下： a g e n t 是存在于某一环境中的实体，它能够感知环境，接收来自环境的消息， 并且做出反应，从而能够反作用于环境。 一般情况下，可以认为a g e n t 具有如下的特性： 社会交互性( s o