（计算机应用技术专业论文）工作流系统建模与应用的研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 纺织行业作为我国传统的优势行业，对我国的国民经济有着重 要影响。因此通过实现纺织企业的信息化管理，来增强我国纺织企 业的竞争力，有着现实和重大意义。工作流技术是近年在计算机领 域发展最快的技术之一，其应用领域从起初的办公环境，已经发展 到工业领域。但是工作流技术在我国纺织企业的应用才刚刚起步， 还没有成功的范例。本文选择工作流技术在纺织企业的应用为研究 内容。 本文主要分为四大部分：第一部分综合分析工作流系统的组成、 功能、应用领域以及工作流系统的发展现状。 本文第二部分通过分析纺织企业的质量管理的业务流程，利用 p e t r i 网为其建立相应的p e t r i 网模型并且对该模型的结构进行分析， 判断该模型是否是完整、可靠，同时对于该模型性能进行分析和计 算来确定该模型是否满足纺织企业的质量管理。 本文第三部分通过分析u m l 和p e t r i 网的优缺点和互补关系， 利用u m l 对p e t r i 网模型进行表示，并结合u m l 用例，建立相应系 统模型。为后期利用面向对象开发技术进行工作流系统开发做坚实 的准备。 本文第四部分在以上工作流模型基础上，设计并实现纺织企业 的基于工作流的质量管理系统，并对该系统进行性能测试，测试该 系统是否满足纺织企业的管理需要。 关键词：工作流；质量管理系统；p e t r i 网；u m l 哈尔滨工程人学硕士学位论文 a b s tr a c t t h et e x t i l ep r o f e s s i o nd o e sf o ro u rc o u n t r yt r a d i t i o ns u p e r i o r i t y p r o f e s s i o n ，h a st h ei m p o r t a n ti n f l u e n c e t oo u rc o u n t r y sn a t i o n a l e c o n o m yn a t i o n a le c o n o m y t h e r e f o r et h r o u g ht h er e a l i z a t i o nt e x t i l e e n t e r p r i s e sb e c o m i n g a ni n f o r m a t i o nb a s e do n m a n a g e m e n t ， s t r e n g t h e n so u rc o u n t r yt e x t i l ee n t e r p r i s et h ec o m p e t i t i v ep o w e r ，h a s r e a l i s t i ca n dt h eg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ew o r k f l o wr e c e n ty e a r sd e v e l o p s o n eo fq u i c k e s tt e c h n i c a li nt h e c o m p u t e rd o m a i n ，i t sa p p l i c a t i o n d o m a i nf r o mt h ei n i t i a lo f f i c ea u t o m a t i o n ，a l r e a d yd e v e l o p e dt ot h e i n d u s t r yd o m a i n b u tt h ew o r k f l o wo n l yt h e nj u s tt os t a r ti no u rc o u n t r y t e x t i l ee n t e r p r i s e sa p p l i c a t i o n ，b u t m o d e l t h i st h e s i sc h o o s e st h e a p p l i c a t i o nf o rt h er e s e a r c hc o n t e n t a l s od o e sn o th a v et h es u c c e s st h e w o r k f l o wi nt e x t i l e e n t e r p r i s e s t h i st h e s i sm a i n l yd i v i d e si n t of o u rm a j o rp a r t s ：t h ef i r s tp a r to f g e n e r a l i z e da n a l y s i sw o r k f l o ws y s t e mo fc o m p o s i t i o n ，t h ef u n c t i o n ，t h e a p p l i c a t i o nd o m a i na sw e l l a st h ew o r k f l o ws y s t e mo fd e v e l o p m e n t p r e s e n ts i t u a t i o n t h i st h e s i ss e c o n dp a r tt h r o u g ha n a l y s i st e x t i l ee n t e r p r i s e sq u a l i t y c o n t r o ls e r v i c e sf l o w , a n dc a r r i e so nt h ea n a l y s i su s i n gt h ep e t r in e tf o r i t se s t a b l i s h m e n tc o r r e s p o n d i n gp e t r in e tm o d e lt ot h i sm o d e ls t r u c t u r e t oj u d g et h i sm o d e lw h e t h e ri s c o m p l e t e ，i sr e l i a b l e ，a tt h es a m et i m e c a r r i e so nr e g a r d i n gt h i sm o d e lp e r f o r m a n c ea n a l y z e sa n dc a l c u l a t e s d e t e r m i n e dw h e t h e rt h i sm o d e ld o e ss a t i s f yt h et e x t i l ee n t e r p r i s et h e q u a l i t yc o n t r 0 1 t h i st h e s i st h i r dp a r tt h r o u g ha n a l y z e su m la n dt h ep e t r in e tt h e g o o da n db a dp o i n t sa n dt h es u p p l e m e n t a r yr e l a t i o n s ，c a r r i e so nt h e e x p r e s s i o nu s i n gu m lt ot h ep e t r in e tm o d e l a n du n i f i e su s ec a s e ，t o 哈尔滨工程大学硕十学位论文 e s t a b l i s ht h ec o r r e s p o n d i n gw o r k f l o wt h es y s t e mm o d e l u s e st h e o b je c t o r i e n t e dd e v e l o i , m e n tt e c h n o l o g yf o rt h el a t e rp e r i o dt oc a r r yo n t h ew o r k f l o wt h es y s t e md e v e l o p m e n tt om a k et h es o l i dp r e p a r a t i o n t h i st h e s i sf o u r t hp a r tf l o w si nt h em o d e l i n gf o u n d a t i o ni nt h e a b o v ew o r k ，t h ed e s i g na n dt h er e a l i z a t i o nt e x t i l ee n t e r p r i s et h eq u a l i t y m a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do nt h ew o r k f l o w a n dc a r r i e so nt h e p e r f o r m a n c et e s tt ot h i ss y s t e m ，t e s t st h i ss y s t e mw h e t h e rs a t i s f i e st h e t e x t i l ee n t e r p r i s et h em a n a g e m e n tn e e d k e y w o r d t ：w o r k f l o w ；q u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m ；p e t r in e t ；u m l 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的 指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、 数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对 应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 作者( 签字) ：盆盔垒 日期：加f 年月2 争日 工作流简介 第1 章绪论 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r 常工作中 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良 任务、角色，按照一定的规程和过程来执行这些任务并对它们进行监控， 提高办事效率、减低生产成本、提高企业生产经营水平和企业核心竞争 目标。实际上，自从进入工业化时代以来，有关过程的组织管理与流程 化工作就一直在进行，它是企业管理的主要研究内容之一。只不过在没 入计算机信息系统的支持之前，这些工作是由人工来完成的。在计算机 技术和分布式数据库技术迅速发展、多机协同工作技术日臻成熟的基础 2 0 世纪8 0 年代中期发展起来工作流技术为企业更好地实现这些经营目 供的先进手段。工作流技术已出现马上得到广泛重视和研究。至今工作 理技术已成功运用到图书馆、医院、保险公司、银行等行业，然而它更 的应用还是在工业领域，特别是制造业领域中。 1 工作流技术的发展 随着社会经济的发展，现代企业集团的规模日益庞大，需要处理的信息 也飞速增长，企业的经营业务过程也越来越复杂。其复杂性主要表现在 方面：首先，业务过程涉及到大量分布在不同地域上的资源( 人员、信息、 机、应用软件等) ，需要按业务过程对这些资源进行统一协调组织；其次， 应市场变化，业务过程及组织结构常常需要变革和调整。 在这种情况下，以职能为基础的企业组织机构和运营方式以及按业务过 定不定的管理系统，已不能满足现代企业信息化的需要，而后发展起来 作流技术为企业解决复杂的业务过程信息化提供有效的解决技术。上个 八十年代初，人们希望出现一种无纸化的计算机化的工作环境。一些公 企业也建立了自己专用的或者可商品化的表单传递应用系统，通常运行 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 在大型机或小型机上，用于表单处理的电子化与自动化。这种系统可以看成 是现在工作流管理系统的一个雏形。 上个世纪八十年代中期，以f l i e n e t ，v i e w s t a r 公司为代表，把图像扫描、 复合文档、结构化路由( s t r u c t u r e dr o u t i n g ) 、实例跟踪、关键字索引以及光 盘存储功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务流程的集成化软件 ( 包) ，这便使早期的工作流管理系统。比较典型的有f i l e n e t 于1 9 8 4 年推 出的w o r k f l o wb u s i n e ss y s t e m ，v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r 。很显 然，这种集成化的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：由此可以看出，工作流从最初的诞生之日起就是作为一 种面向过程的系统集成技术而出现的，只不过限于当时的计算机发展水平， 它的基础功能较为简单而已。 进入上个世纪九十年代，随着计算机的普及、网络的延伸，现代企业的 信息资源越来越表现出一种异构、分布、松耦合的特点，企业的分散性、决策 制定的分散性、对日常业务活动详尽信息的需求以及c l i e n t s e r v e r 体系结构、 分布式处理技术( c o r b a 、w w w 、o l e 、j a v a ) 的日益成熟，标志着集 中式的信息处理时代已经过去，实现大规模的异构分布执行环境，使得相互 关联的任务能够高效运转、并接受密切监控已成为一种趋势。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，使得人们从更深层次、更广的领域上对 工作流展开了研究。 19 9 3 年工作流标准化组织工作流管理联盟w f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ) 成立，是工作流技术逐步走向成熟的标志，工作流技术成为计算 机应用研究领域一个重要的分支，该组织为了实现工作流产品之间的互操作 性，在相关概念术语、软件体系结构、及应用编程等方面制定了一系列标准， 成为工作流技术的国际标准。在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关 产品的开发进入了更为繁荣的阶段，更多更新的技术被集成进来，文件管理 系统、数据库、电子邮件、移动计算、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。 纵观工作流软件产品由萌芽到繁荣，可以分为三个阶段：第一阶段， 2 哈尔滨工程大学硕十学位论文 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：第二阶段，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：第三阶段，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注结构。经历了这三个阶段的发 展，工作流产品基本确定了它在计算机应用软件市场上的独立位置。 根据不同工作流系统所采用的任务传递机制的不同，工作流管理系统可 以划分四类o ，： 1 基于文件的工作流系统一以共享文件的方式来完成任务。这是最早、 发展最成熟、最具多样性的，通常包含有c l i e n t s e r v e r 模式的图像、文档与 数据库管理系统。代表产品有f i l e n e t 的v i s u a l w o r k f l o w 、i b m 的f l o w m a r k 、 i n c o n c e r t 的i n c o n c e r t 。 2 基于消息的工作流系统一通过用户的电子邮件系统来传递文档信息。 这种类型的产品都实现了与一种或多种电子邮件系统的集成。代表产品有 n o v e l l 与f i l e n e t 合成开发的e n s e m b l e ，j e t f o r m 的i n t e m p o 、k e y f i l e 的 k e y f lo w 。 3 基于w 曲的工作流系统一通过w w w 来实现任务的协作。这类产品 起步较晚( 在9 5 年以后) ，但是发展迅速，已成为一种最新的市场流行趋势， 许多供应商纷纷开发新产品或者在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。代 表产品有a c t i o nt e c h n o l o g i e s 的a c t i o n w o r k sm e t r o 、u l t i m u s 的u l t i m u s 。 4 群件与套件系统这一类工作流管理系统需要依赖于自己系统的应用 基础结构，包括信息传递、目录服务、安全管理、数据库与文档管理服务等， 它们本身构成了一个完整的应用开发环境。代表产品有i b m l o t u s 的l o t u s n o t e s 、n o v e l l 的g r o u pw i s e 。 1 1 2 工作流的定义、结构功能及组成 不同的研究者从不同的角度对工作流概念进行了描述，分别提出了不同 的定义。到目前为止，对于工作流来说仍没有完全统一的定义。 根据w f m c 的定义。1 ，工作流是一类能够完全或者部分由计算机自动执 行的业务经营过程，在此过程中，文档、信息或任务按照预定的一系列规则 哈尔滨工程大学硕士学位论文 在不同的执行者( 包括人员或应用软件) 之间传递、执行。 清华大学范玉顺教授对工作流定义做了进一步的解释“1 ：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，即经营过程是什么 ( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么做( 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) 、由谁来做( 人或者 计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 、做得怎样( 通过工作流管理系统 进行监控) 。 在工作流定义的基础上，w f m c 给出了关于工作流管理系统的定义”1 ： 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，并按照预先 定义的工作逻辑完成工作流实例的执行。 不同的工作流管理系统在实现方法、底层通信机制、应用范围有很大差 距，但在用户的应用层上看，都应该提供以下三方面的功能支持”1 ： 1 设计功能，就是对工作流的业务流程及组成这些业务流程的活动进行 定义和建模。 2 运行控制功能，就是在一定的运行环境下，负责创建、执行和控制工 作流实例，激活相应的资源和应用，并完成过程中从一个活动到另一个活动 的控制转移。它是整个工作流管理系统的核心部分 3 运行交互功能，就是指在运行中，工作流管理系统与工作流参与者及 外部应用程序进行交互的功能。 图1 1 从结构上说明了工作流管理系统的组成能够就相互关系。 一个完整的工作流管理系统包括七个部分的管理部件和数据： 过程定义工具：过程定义工具被用来创建计算机可处理的业务过程描述。 它可以是形式化的过程定义语义或对象关系模型，也可以是简单地规定用户 间信息传递的一组路由命令。 过程( 数据) 定义：包含了所有使业务过程能被工作流执行予系统执行的 必要信息。这些信息包括起始终止条件、各个组成活动、活动调度规则、各 业务的参与者需要做的工作、相关应用程序和数据的调用信息等。 工作流执行子系统和工作流引擎：工作流执行子系统也称( 业务) 过程执 行环境，包括一个或多个工作流引擎。工作流引擎是w f m s 的核心软件部分。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 它的功能包括：解释过程的定义，创建过程实例并控制其执行，按照过程定义 所确定的业务逻辑调度各项活动，为用户工作表添加工作项，维护工作流控 制数据和工作流相关数据，通过应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 调用应用程序，提供监督和管理功能等。工作流执行子系统可以包括多个工 作流引擎，不同的工作流引擎通过协作共同执行工作流。 i m o d e “醒a n d a 删蜘一1 5i 【w o o e s 蛐。n dt i m e上 i p r o c e s sd e f i n i t i o n f 上 。 1w b r k f l 。wi n s t t i a t i o n & c o n t r o l w j r k f l o we n a e t m e n ts e r v i c e s 1 n e上下上于 i n t e r a c t i o nw i t hu s e t s & h u m a nr e s o u r c e s 墨刊a 坤；c a n o n & i t ，抽，s a p p l i c a t i o nt o o l s 图1 1 工作流管理系统的组成 工作流控制数据：指被工作流执行子系统和工作流引擎管理的系统数据， 要用于表示过程实例和活动实例的状态信息。 工作流相关数据：被工作流管理系统( w f m s ) 用作决定一个工作流实例 状态转移的数据，重要属性包括数据名称或路径、数据类型等，例如过程调 度决策数据，活动问的传输数据等。工作流相关数据既可以被工作流引擎使 用，也可以被应用程序调用。 工作表和工作表处理程序：工作表列出了与业务过程的参与者相关的一 系列工作项，工作表处理程序则对用户和工作表之间的交互进行管理。工作 表处理程序完成的功能有：支持用户在工作表中选取一个工作项，重新分配 工作项，通报工作项的完成，在工作项被处理过程中调用相应的应用程序。 应用程序和应用数据：应用程序可以直接被w f m s 调用或通过应用程序 代理被间接调用。通过应用程序调用， w f m s 部分或完全自动地完成一个活 5 哈尔滨下程大学硕士学位论文 动，或者对业务参与者的工作提供支持。与工作流控制数据和相关数据不同， 应用数据对应用程序来讲是局部数据，对w t m s 的其它部件来说是不可见的。 1 1 3 工作流主要的研究内容及工作流模型 在工作流这一框架下，比较基本的、主要的研究内容包括以下几个方面 “3 ：工作流管理系统体系结构的研究；工作流模型与工作流定义语言； 工作流的事务特性；研究的目的在于将高级事务处理技术与工作流管理技 术相结合，用良好定义的模型语义与恢复机制来更好地支持企业的经营过程， 提高工作流系统的可靠性与实用性；工作流的实现技术：包括面向对象技 术、异构分布式计算、图形用户界面、消息通讯、数据库、w w w 等在内的 与工作流系统的设计实现有关的各项技术、方法；工作流的仿真与分析方 法；工作流的集成与互操作技术：研究异构应用系统的集成以及不同工作 流系统之间的互操作问题；工作流与经营过程重组：研究如何通过工作流 系统的实施来有效实现企业的经营过程重组。 工作流模型也就是对经营过程的抽象表示。工作流模型应该完整地提出 支持工作流定义的概念，为建模用户提供工作流定义所需要的组件或元素。 理想的工作流模型能够清楚地定义任意情况下工作流，能够适应用户在建模 过程中所提出的各种要求。然而，到目前为止，人们虽然提出了不少有意义、 有见解的工作流模型，但从模型的能力上看，距这一理想情况尚有一定的距 离。 由于工作流必须首先描述清楚一个经营过程是怎样进行的，因此，许多 工作流模型都是从过程定义入手，比如流程图、状态图、活动网络图等等。 这一类基于有向图的模型的优点是比较直观，容易理解，一般情况下，图中 的节点表示过程中的活动或者状态，而有向弧则表示节点间的时序依赖关系。 不少工作流产品j 下是采用了此种模型，但其缺点是比较简单，不能处理复杂 的过程逻辑，缺乏柔性。 w i n o g r a d 与f l o r e s 在语言行为( s p e e c ha c t ) 理论的基础上提出了一种 基于对话的工作流模型。“，这种工作流模型是从客户方与服务方这两个角 色之间的语言行为交互上对工作流过程进行了定义：他们认为，人的语言不仅 能够用来描述事物、交流信息，而且还能够进行行为的计划与协调，即通过 哈尔滨工程大学硕士学位论文 语言能够承诺自己末来的行为，通过语言也可以协调自己与他人的合作。基 于语言行为理论的工作流模型是由一系列闭合的工作流环相互连接而成的， 每个工作流坏都被四个语言行为( s p e e c h a c t s ) 分为四个阶段，包括需求阶段、 协商阶段、执行阶段与满意阶段。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。 文献 1 0 给出了一种活动树( a c t i v i t y t r e e ) 的模型，它是以一个树状结构 来表达工作流过程的，从根节点开始，过程被逐层分解为由各级子节点所代 表的活动，而活动问的执行顺序则是由左至右逐个分支地进行。 a n d r e w sg e p p e r t 等提出了b r o k e r s e r v i c e s 模型“，即代理服务模型， 它定义了较为精确与严格的形式化语义，用代理来表示工作流执行过程中的 处理实体，用服务来表示所要执行的活动，代理的行为是采用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则描述的。 由于工作流不仅仅需要明确地表达经营过程中的活动以及活动间的关 系，而且还要对活动间所传递的信息、活动的执行实体、活动所需要的资源 等等方面进行定义，因此，人们便在工作流模型中加入了描述数据、组织、 资源的部分，比如工作流管理联盟就明确提出了工作流相关数据、工作流控 制数据及工作流参与者、角色等概念“。工作流产品中也允许用户在一定范 围内定义数据、人员等。为了使工作流模型在描述信息、组织与资源上的能 力更强，人们逐渐把相关的描述部分扩充为一个个较为完整的模型来更有力 地支持工作流的建模。比较典型的有w d e “项目中提出了由组织模型、信 息模型与过程模型这三个子模型共同组成的工作流模型，在组织模型与信息 模型中，分别定义了较为灵活的组织概念与数据类型来支持企业复杂的人员 组织结构和丰富的数据形式。惠普实验室在文献 1 3 中提出了一种资源模型， 把包括人员、组织、硬件、软件等在内的各类“资源”纳入了一个层次化的 树状框架下。在m o b i l e 、d o p a s 原型系统中则提出了动态组织模式的概 念“，通过组织对象和组织关系这两类基本组件，用户可以定义自己的组织 模式。 为了便于交互和在不同格式的模型之间实现相互的转换，有的模型还提 出了规范的描述语言，称之为“工作流定义语言”。比较典型的有工作流管理 联盟推出的w p d l ( w o r k f l o w p r o c e s s d e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 1 5 1i b m 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一i i i _ f 1 0 w m a r k 的f d l ( f 1 0 w m a r kd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) m e t e o r 2 项目定义的 w l l ( w o r k f l o wi n t e r m e d i a t el a n g u a g e ) 等。这些工作流定义语言都有着自己特 定的语法规范，包括标识符、关键字、文法规则等，有的还开发了相应的编 译器，用于生成工作流运行的可执行代码。另外，值得一提的是，n i s t 单独 提出了一种过程描述语言p s l ( p r o c e s ss p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) “，旨在统一 各种与制造业过程定义有关的语言，当然也包括对工作流的定义但实施效果 并不理想。 除了以上这几类工作流模型，还有许多其他形式的工作流模型，e l l i s 和 n u t t 在p e t r i 网的基础上提出了i c n ( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t ) 模型 n ，它实际 上是高级p e t r i 网的一个引申，在这里库所表示活动，而变迁则表示活动间的 转移；文献 1 8 用有色p e t r i 网来描述一个工作流过程；v a nd e r a a l s t 则在 p e t r i 网的基础上定义了w f - n e t ，即工作流网，在工作流网中变迁被用来表 示活动，而库所则表示活动的使能条件。v a nd e ra a l s t 还把工作流管理联盟 在规范中提出的几种基本的工作流原语映射成为相应的p e t r i 网模型，由此建 立了工作流网的基本组件与触发机制。 1 1 4 工作流系统的实现方案 在确定了工作流模型的基础上，如何实现整个系统预定的各项功能就将 成为设计人员所必须考虑的问题。确定一个工作流系统的实现方案，一般包 括两个重要方面：首先是选择系统所基于的底层通讯基础结构，这一基础 结构将关系到系统中的各个组成部分之问以怎样的方式来进行互操作，这是 分布式应用赖以存在的基础。比较典型的结构包括远程过程调用r p c 、面向 对象的分布计算环境c o r b a 、基于t c p f l p 的w e b 、各类消息传递系统以及 代理系统等。要确定系统各组成部分之间的协作过程。从模型的提交、运 转到结束，这过程必然会涉及到多个软件模块间的协作，那么这些具有不 同功能且相互独立的模块之间在所确定的底层通讯基础结构上的互操作过程 就是实现工作流运转的过程。这部分工作主要包括接口定义、数据维护方式、 操作处理过程等的确定。 以下我们将综述几种典型的工作流系统实现方案，它们分别出自于不同 的研究项目： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 0 r b w o r k ：基于c o r b a 的分布式工作流系统 o r b w o r k 4 ”是美国g e o r g i a 大学计算机系m e t e o r ( m a n a g i n g e n d - t o e n do p e r a t i o n s ) 研究项目所开发出的一套工作流管理原型系统，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o r b i x 作为底 层的通讯支持，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i d l 调用进行协作。同时，o r b w o r k 还为用户提供了w e b 界 面以及w e b 与c o r b 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( 0 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 r b 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。 2 ，w e b w o r k = 基于w e b 的工作流系统 w 曲w o r k ”“与o r b w o r k 一样，也是m e t e o r 项目中的一部分。与 o r b w o r k 不同的是，w e bw o r k 是完全基于w e b 技术实现的工作流系统。 m e t e o r 的研究人员考虑到企业可能处于价格等原因不愿意去购买c o r b a 产品，但是大多数企业都有自己的w e b 服务器，或者可以连接到某个w e b 服务器上，因此开发出了一套基于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 价地布置在多个计算平台上。 3 e x o t i c a f m 0 基于永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”2 1 e x o t i c a 在工作流分布执行 方面提出了一神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 t m 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一t l , ，完全实现了分布。这种 方式大大地提高了系统的可靠性、可扩展性以及柔性。 e x o t i c s 的这种设计方案是建立在底层的消息传递系统之上的，类似的产 品有d e c 的m e s s a g e q ，n o v e l l 的t u x e d o q ，i b m 的m q s e r i e s 。这些消息系 统为上层的应用隐藏了复杂的通讯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 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 _ i 一 于用来连接分布式应用，实现工作流管理的功能。 4 。e v e ：事件驱动下的分布式工作流执行系统 瑞士苏黎士大学计算机系的研究人员提出了一种基于事件的工作流执行 服务中间件平台体系结构。，称为e v e ( e v e n te n g i n e ) ，用以集成工作流执 行过程中松散的分布式功能组件( 包括各类企业应用) 。在e v e 体系结构中， 工作流的执行是由分布在网络上的代理( b m k e f ) 通过响应由e v e 服务器检测 到的事件来完成的：同时，代理在提供服务的过程中又会产生新的事件。每一 个代理代表了一种活动任务的处理实体，它的行为也是由e c a 规则来定义 的。不同的代理分别用于提供用户接口、组织管理、外部应用集成以及系统 组件等功能。 e v e 服务器是整个e v e 体系的核心，等同于工作流参考模型中的工作 流机。e v e 服务器能够直接同本地的代理及远程的e v e 服务器相互通讯， 而代理则只能通过e v e 适配器( e v e a d a p t e r ) 与本地的e v e 服务器通讯。因 此，不同的代理之间的交互是通过把事件发送给本地e v e 服务器，进而由本 地服务器再发送给本地的相应代理或者再通过远程e v e 服务器发送给远程 的代理来完成的。 从e v e 系统的设计思路来看，它也属于一种完全分布的执行方式，因而 很容易地克服了服务方完全集中于一点而带来的诸多不利，如系统吞吐量的 瓶颈、系统的可靠性问题等。当然，也带来了一些复杂的问题，复合事件的 检测就是一个例子。 5 d a r t fio 恍基于可移动代理的工作流管理系统 d a r t f l o w 是达特茅斯大学计算机系设计开发的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 络系统中的一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，因此很适用于工作流管理 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 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 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 t f 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。 1 2 本课题的目的和意义 本课题就是建立黑龙江圆宝纺织股份有限公司的工作流系统模型，并对 该系统的性能进行分析，以便检验该系统能否满足企业的需求。并且根据该 模型开发出相应的工作流管理系统来满足该企业的经营管理方面的需求。目 前工作流系统在国内纺织企业中还没有成功的应用范例，因此该工作流管理 系统在理论和实践方面都有一定的实际意义。 1 3 论文研究内容 本文以纺织企业的业务流程建模为核心，同时以探讨和研究如何在模型 的基础上开发出基于工作流质量管理系统为目标。 分析纺织企业的业务流程的特点。研究p e t r i 网和u m l 两种建模工具的优 缺点和互补关系，并综合运用p e t r i 网和u m l 对纺织企业的业务流程建模。并 在该模型的基础上开发出相应的质量管理系统。 本文第2 章主要描述如何用p e t r i 网建模型和模型的可靠性证明和性能分 析方法。第3 章主要分析了如何将p e t r i 网转换成u m l 模型的方法。第4 章主要 介绍了一种综合利用p e t r i 网和u m l 建模的方法和步骤，并使用该方法为纺织 企业的质量管理业务流程建模型，最后在该模型的基础上设计出基于工作流 纺织企业质量管理系统。 第2 章基于p e t ri 网工作流系统建模与分析 本章主要介绍p e t r i 网的概念和基于p e t f i 网建模的方法和性能分析方法， 并将这些方法应用到纺织企业的质量管理系统中，建立其工作流模型并进行 性能分析。 2 1p e t r i 网简介 1 9 6 2 年德国c a p e 伍博士在研究自动机通信时，提出一套形式化的建 模方法，在当时引起学术界的广泛关注，因此用它的名字命名为p 嘶网。p e t r i 网是一种系统建模与分析工具，以并发论，网逻辑和网拓扑为主要内容，它 同时具有充分的模拟能力和丰富的分析方法。一方面，作为一种图形工具， p e a 网除了具有类似流程图等的可视描述功能外，还可以通过托肯( t o k e n ) 的流动模拟系统的动态行为；另一方面，作为一种数学工具，p e 岫网可以建 立关联矩阵、状态方程和p 门r - 不变量等来描述系统的结构特征。 经过四十多年的发展，p e 埘网已经被广泛应用于许多领域，如计算机网 络的性能分析、分布式计算机系统的分析和控制以及在软件工程、分布式数 据库、操作系统、并行程序的设计与验证、人工神经网络、知识表示中的应 用等。同时，p e c r i 网也被广泛应用在自动化、机械制造、控制系统和军事指 挥等科学领域。 2 1 1p e t r j 网基本概念 任何系统都是由两类元素组成的：表示状态的元素和表示状态变化的元 素。在p e m 网用库所表示前者，用变迁表示后者。库所的作用是决定变迁能 否发生，变迁的作用是改变状态。两者之间的这种依赖关系用有向弧表示出 来就是一个p e t r i 网1 。 定义2 1 满足下列条件的三元组n = ( p ，t ；f ) 称为一个有向网，简称网： 1 p u t m 2 p n t = 中 1 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 冀f ( ( p r ) k 9 ( r x p ) ) 4 d o m ( f ) u c o d ( f ) = p u t 其中d o m ( f ) = 缸i 砂：( x ，y ) f l ，c o d ( f ) 2 d i j x ：( y ，x ) 毋分别为f 的定义域和值域。 p 和t 分别称为n 的库所( p l a c e ) 集和变迁( t r a n s i t i o n ) 集，f 是网 n 的流关系( f l o wr e l a t i o n ) 。 库所和变迁又分别称为p - 元素和t 一元素， 或l 元和t 一元。x = p u t 称为网n 的基本元素集。 库所集和变迁集是两类不同的元素，所以p n t = m ，而p u t o 表示 网中至少要有一个元素。每个库所代表一种资源，资源的流动由流关系规定， 所以变迁只能与库所有直接的流关系：f 呈“p x t ) u ( r p ) ) ，不参与任何 变迁的资源表现为孤立的库所，不引起资源流动的变迁表现为孤立的t 一元 素，d o m ( f ) u c o d ( f ) 2 p u 丁规定网中不能有孤立元素。 通常用圆圈或椭圆表示库所，用方框( 口) 或粗杠( 一，| ) 表示变迁， 用从x 到y 的箭头表示流关系中的( x ，y ) 。下面给出一个p e t r i 网的示例， 见图2 1 ： 图2 1p e t r i 网示例 图2 1 中表示了一个p e t r i 网n ( p ，t ：f ) ，其中： p = a ，b ，c ，d ， t = 姐，2 ，3 ，4 ； f = ， ， ， ， ， ， ， ) 定义2 2 设n = ( p ，t ；f ) 为一个网，对x p u t ，记 。x = y i ( y p u r ) ( y ，x ) f x 。= y l ( y p u r ) ( x ，y ) f ) l3 哈尔滨工程人学硕士学位论文 称。x 为x 的前集或输入集，z 为x 的后集或输出集，x u x 称为元素x 的外延。 定义2 3 设n = ( p ，t ：f ) 为一个网 1 v x j ：。x c 、x 2 ，则称n 为一个单纯网( p u r en e t ) ； 2 若v x ，y x ：( + x 2 ) a ( x 。y 。) j 0 2 _ y ) ，则称n 为一个简单网 ( s i m p l en e t ) ： 3 若协p ：