（计算机应用技术专业论文）柔性工作流技术在网络燃气表系统中的应用研究.pdf

武汉理工大学硕十学位论文 摘要 工作流技术是一种反映业务流程的计算机模型。传统工作流通常需要对工 作流模型进行严格的定义，而在实际情况中，工作流实例往往偏离了预先的定 义。为了使工作流能灵活的根据实际情况进行流程逻辑的修改，响应市场敏捷 性的要求，提高市场竞争力，因此提出了柔性工作流。 柔性工作流是指通过工作流模型对工作流进行定义，使工作流不需要重新 定义就能动态的适应业务流程的变更。与传统工作流相比，柔性工作流能更好 的描述企业的实际业务流程，能真正的满足企业的发展需要。国内外都对如何 解决工作流的柔性问题进行了深入的研究和实践。目前，柔性工作流己成为一 个热门的研究课题。 本文首先介绍了工作流的相关技术，并对柔性工作流技术进行了深入的研 究，主要包括：柔性工作流模型的研究和柔性工作流实现技术的研究。在分析 现有技术的基础上，借鉴了国内外的研究成果，给出了一种支持动态修改的柔 性工作流模型d m f m ( d y n a m i cm o d i f i e df l e x i b l ew o r k f l o w ) 。d m f m 将活动进行 分解，把路径信息从活动中分离出来，使活动与路径互相独立，因此每个活动 不需要关心知道下个活动是谁，从而有利于柔性操作的实现。基于数据库的基 础上满足柔性工作流动态性的特点，制定了动态修改策略对修改操作进行约束， 保证了修改的有效性。 结合形式化的描述，采用面向对象技术，对d m f m 模型中各个子模型分别给 出了具体的实现方法，经设计后的过程实例，可依据需要对活动进行增加、删 除、修改。 本文把d b l f m 应用到了网络燃气表系统中，对系统功能架构、数据库架构以 及工作流引擎进行设计。在保证系统整体结构稳定的前提下，快速的实现了流 程的动态修改。在案例系统中验证了d m f m 的可行性。 最后，总结本文的工作，并对柔性工作流还需要进一步的研究领域上作了 展望。 关键词：柔性工作流，工作流模型，d b l f m ，模型实现，动态修改 武汉理丁大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yi sa c o m p u t e r i z e dm o d e lt h a tr e f l e c t st h er e a lb u s i n e s s f l o w t r a d i t i o n a lw o r k f l o wu s u a l l yn e e d st od e f i n et h ew o r k f l o wm o d e l ss t r i c t l y h o w e v e r , t h ei n s t a n c e sd on o tm a t c ht h ep r e d e f i n e df l o wi nr e a lw o r l d i no r d e rt o m a k et h ew o r k f l o wc a nu p d a t et h ef l o wt oa d a p tt h ec h a n g e sa c c o r d i n gt ot h er e a l c i r c u m s t a n c e ，t or e s p o n s et ot h er e q u i r e m e n t so fm a r k e ta n dt oi m p r o v et h em a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s ，t h ef e x i b l ew o r k f l o wi sp r o p o s e d t h ef l e x i b l ew o r k f o wm e a n sw h e nt h ed e f i n i t i o no ft h ew o r k f l o wi sn m n i n g ， t h ew o r k f l o wc a na d a p tt ot h ec h a n g e so ft h eb u s i n e s sf l o ww i t h o u tr e d e f i n i t i o n c o m p a r i n g 、加t ht h et r a d i t i o n a lw o r k f o w , t h ef l e x i b l ew o r k f l o wc a nd e s c r i b e t h er e a l b u s i n e s sf l o wb e t t e r i tc a ns a t i s f yt h en e e d so ft h ed e v e l o p m e n ti nb u s i n e s s h o wt o r e s o l v et h ef l e x i b l ep r o b l e mo fw o r k f l o wi sr e s e a r c h e da th o m ea n da b r o a d a tt h e p r e s e n t ，t h ef l e x i b l ew o r k f l o wh a sb e c o m eap o p u l a rr e s e a r c ht o p i c f i r s t l y , t h i st h e s i s i n t r o d u c e st h er e l a t e dt e c h n o l o g i e sa b o u tw o r k f l o wa n d s t u d i e st h et e c h n o l o g yo ft h ef l e x i b l ew o r k f l o wd e e p l y i tm a i n l yc o n t a i n st w op a r t s ， t h em o d e l so ft h ef l e x i b l ew o r k f l o wa n dt h et e c h n o l o g yo fr e a l i z i n gt h ef l e x i b l e w o r k f o w b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ep r e s e n tt e c h n o l o g ya n da b r o a dr e s e a r c h e s ，t h e t h e s i sa b s t r a c t saf l e x i b l ew o r k f o wm o d e lo fd y n a m i cm o d i f y i n gn a m e dd m f m t h e a c t i v i t yi sd i v i d e da n dt h er o u t et r a n s i t i o ni ss e p a r a t e dw i t ht h ea c t i v i t yn o d ei n d m f m ，s ot h ea c t i v i t yn o d ea n dt h er o u t et r a n s i t i o na r ei n d e p e n d e n t s oe a c ha c t i v i t y d o e sn o tc a r ea b o u tt h en e x to n e a n di tc a nb eh e l pf o rt h er e a l i z a t i o no ft h ef l e x i b l e o p e r a t i o n b a s e do nt h ed a t a b a s e ，i tc a nm e e tt h en e e d so ft h ef l e x i b l ew o r k f o w a n d a l s oar u l es e tw h i c hm a k es o m ec o n s t r a i n t st od y n a m i cm o d i f y i n gi sd r a w nu p s oi t c a l le n s u r et h ev a l i d i t yo f t h eo p e r a t i o n s w i t ht h eo b je c t - o r i e n t e dd e s i g n ，e a c hs u b - m o d e li nd m f mi sg i v e nt h es p e c i f i c r e a l i z a t i o ns e p a r a t e l yb yc o m b i n i n gt h ef o r m a ld e s c r i p t i o n t h ep r o c e s si n s t a n c ec a n b ei n s e r t e d ，d e l e t e da n dm o d i f i e da c c o r d i n gt ot h en e e d s t h i st h e s i sa p p l i e dt h ed m f mt ot h en e t w o r km e t e rs y s t e ma n dd e s i g n e dt h e i i 武汉理t 大学硕士学位论文 s y s t e ma r c h i t e c t u r e 、d a t a b a s ea n dw o r k f l o we n g i n e w h e nt h es t r u c t u r eo f t h es y s t e m i ss t a b i l i z e d ，t h ed y n a m i cc h a n g e sc a nb ei m p l e m e n t e d a n di tp r o v e dt h ef e a s i b i l i t y o f d m f m f i n a l l y , i ti s as u m m a r yo ft h ep a p e r sr e s e a r c ha n dt h ep r o s p e c t sf r o mt h e a d v a n c e dr e s e a r c hf i e l d so nt h ef l e x i b l ew o r k _ f l o w k e y w o r d s ：f l e x i b l ew o r k f l o w , w o r k f l o wm o d e l ，d m f m ，t h er e a l i z a t i o no f t h em o d e l ， d y n a m i cc h a n g e s i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是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 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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了谢意。 一 。 研究生签名：一乡尹锯盗日期：z 翌墨堑 j 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生躲彳啦导师虢链魄等l 武汉理工人学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 工作流及其柔性技术 1 1 1 工作流技术 工作流技术作为当今计算机应用领域的一个研究热点，从上世纪末至今已 经成为一项飞速发展的技术。工作流技术从出现到现在，已经逐渐发挥出它越 来越重要的作用。 工作流主要是根据日常业务工作中具有固定顺序的工作而提出来的一个概 念，通过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和 监控，从而达到提高工作效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和 企业竞争力的目标的目的。国际工作流管理联盟( 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 ) 将工作流定义为：“工作流是一类完全或者部分自动执行的 经营过程，它根据一系列过程则，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”。 从工作流最基本的特征方面来看，主要是工作流可以进行过程的自动化处 理，过程是指结合人和以计算机为基础的行为，尤其是能够与应用程序进行交 互，从而组成业务过程，完成业务过程的自动化处理。它要解决的主要问题是 使多个参与者之间按照某种预定义的规则传递文件、信息或任务来完成业务目 标的过程自动进行。通俗的说，工作流就是在正确的时间和j 下确的地点，正确 的人用正确的工具完成正确的业务操作。 我们把工作流和企业业务过程结合起来，可以更好的理解工作流的概念。 企业业务过程是为了实现企业某个业务需要的一个过程，它由一系列相关任务 组成，并在部分或者全部组织机构和人员的参与下，利用企业资源，按照预先 确定的规则，在参与者和组织机构之间进行文档、信息、任务的传递和处理， 从而实现预定的业务目标。而工作流是企业业务过程的计算机描述，是通过计 算机软件进行定义、执行并完全在软件系统控制之下的企业业务过程，因此， 一个工作流可以看作是企业的一个具体的经营流程的图形化的表示。图l - l 可 武汉理工大学硕士学位论文 以表示工作流所涵盖的企业业务过程和相应的工作流相关研究领域。 图l l 工作流和业务过程关系图 工作流是实现企业业务流程建模、自动运行、仿真分析、优化与重组，从 而最终实现业务流程管理的核心技术瞠1 。利用工作流技术进行企业业务系统的建 设，不仅可以规范企业的业务流程，识别和纠正流程中不合理的环节，还可以 根据业务的需要或者市场的变化，快速地调整与重构业务流程，实现业务系统 对业务需求的快速响应，提高企业综合竞争力。 随着社会的进步和经济的发展，市场竞争日趋激烈，企业过程重组应运而 生，传统的工作流系统仍然存在着适用范围窄、灵活性差和意外情况处理不及 时，以及不能对活动中的任务做出合理的评估、实现过程重构等问题。鉴于上 述原因，具有自组织、自学习和协同工作能力的智能型的、动态的工作流管理 系统必然成为未来发展的一个主要方向。随着计算机的普及和网络的延伸，企 业信息资源逐渐表现出异构性、分布性和松散耦合性等特点；同时，企业决策 制定的分散性，也使企业人员之间的协作逐步呈现出地域分布的特征；而群件 技术和分布式技术的飞速发展则为实现这种分布性提供了可能；可见，这一切 2 武汉理工人学硕士学位论文 均表明了集中式处理信息的时代已经过去，取而代之的是先进的、分布式的、 异构的协同工作环境的广泛应用，典型的有办公自动化系统、电子政务系统、 企业m i s 系统和客户关系管理系统等= 3 1 。上述这些系统都有一个共同的特性， 即都涉及到了企业业务过程的执行，而这些业务过程如果完全依赖于传统的手 工操作，其执行效率和工作量是难以想象的。如果希望企业中相互关联的任务 能够高效运转并且接受监控，则能够实现业务流程自动执行的工作流技术是首 选，并且工作流技术已经成为了实现企业业务流程自动执行的必要工具。 1 1 2 柔性工作流技术 在根据企业的业务流程来设计工作流的模型时，如果业务流程相对简单而 且比较固定，则对应的工作流模型可以在预先设计时，定义所有的步骤和流转 规则，并对这些步骤和规则进行尽可能完善的描述。然而，面对市场竞争的全 球化，企业在发展过程中面临着越来越大的竞争压力。为了能在市场竞争中拔 得头筹，企业需要不断的改善自身的业务质量，提高工作效率，提升自己的市 场竞争力。为了适应越来越激烈的市场竞争和不断变化的业务需求，不得不经 常对业务流程进行不断地调整，工作流的动态变化而使工作流本身变得更加复 杂，无法预知流程中的所有控制步骤。而传统的工作流缺乏柔性，即使在工作 流模型的设计阶段，可以预知所有可能的控制步骤和规则，也不一定能在设计 时将其全部包含；通过对实际情况的分析可知，工作流过程中的某个特定执行 点存在多种不同的流转路径是很正常的，然而诸多路径被真正使用的机率却很 小哺3 ，所以，对于某个具体的流程执行点而言，在工作流设计时就包含所有可能 的流转途径是不现实的，这样将会使整个工作流变得过于庞大，从而降低模型 的可读性和可维护性，不能满足不断调整的企业业务过程的需要。 为此，学术界提出了柔性工作流的概念，希望能通过这种新的工作流技术 来解决目前存在的上述主要问题，确保工作流在正常执行且无需中断的情况下， 能够允许其进行动态修改执行路径或更改流程参与者等操作，使基于柔性工作 流的管理系统能满足企业业务过程动态变化的要求。 对于工作流的“柔性”而言，简单地说，柔性表示了工作流系统动态适应 对现代复杂生产环境和瞬息万变的市场环境的应变能力，这种能力使得系统能 够满足企业业务过程不断变化的需要。柔性工作流的目标就是既能提供传统工 作流的各种能力，也能处理一定的变化。采用了柔性工作流技术的管理系统能 武汉理工大学硕士学位论文 准确快速的应对新法规和新市场可能导致的工作流过程定义的变化。 柔性工作流技术是基于工作流的管理系统发展的基础和关键_ 。企业经常面 临预先制定的计划和实际应用之间的矛盾，往往出现计划赶不上变化的尴尬局 面，这就要求企业能够对市场需求的变化能够快速作出响应，通过研究和运用 柔性工作流技术，可以使企业摆脱对变化不适应而带来的种种被动局面，从而 增强企业在市场竞争中的实力。 工作流“柔性 的概念主要表现在： 1 ) 工作流模型的柔性建模 工作流模型是业务过程的抽象表示，理想的工作流模型能清楚的描述业务 过程，满足用户在建模过程中的各种需求。 目前柔性建模技术还处于研究阶段，主要包括以下几种比较流行的柔性建 模技术： 基于动态实例的建模技术蹲3 ：该方法基于同一工作流模型在不同环境中能够 实例化成不同的实例这一思想，通过扩展活动的属性和方法，定义了一组动态 实例映射函数，使工作流可以根据环境的发生生成对应的动态实例，来提高柔 性工作流的柔性。 基于e c a 的建模技术n 剖：该方法将e c a 规则作为活动的属性，由工作流引 擎通过e c a 规则来执行流程，利用了e c a 的灵活性，又摒弃了e c a 不宜图形化 的缺点。 2 ) 工作流柔性执行 用户在工作流执行中可以动态修改工作流实例数据，动态指定流程的流向， 临时指定任务执行者或设置任务的完成时间等各种属性。 3 ) 系统柔性扩张 企业在实施工作流系统时可以任意添加用户、设置用户级别和功能范围。 支持跨地区的企业业务管理，并且支持用户远程办公等。以上用户在“柔性 方面的要求在工作流系统中表现为工作流建模技术和工作流执行。 1 2 国内外研究现状 工作流技术起源于二十世纪七十年代中期的办公自动化，对办公自动化研 究的焦点在于减少办公信息系统中用户界面的复杂性，对信息的流动进行控制， 4 武汉理工大学硕士学位论文 提高办公的整体效率。由于当时网络技术水平还很低以及理论基础的匮乏，工 作流技术主要应用于企业内部的文档处理。八十年代初期，纸张是各行各业进 行日常业务活动所不可替代的载体，包括表单、信函、文件、技术资料等各类 与企业密切相关的文档都是以纸张为载体在各部门进行传递的。人们在厚厚的 文件中进行检索非常困难，也需要花费很大的精力管理几个人处理同一个文件 的不同版本，无法查找某个文件是谁处理的。这种载体在信息的处理、存储、 传递方面是低效的。因此人们希望出现一种无纸化的、计算机使能的环境，利 用计算机技术来实现人们对信息日益提高的具体要求。进入九十年代，随着计 算机的普及，机关和企业对于办公软件提出了新的要求，为了统一工作流产品 之间的标准，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等 方面制定了一系列标准，使得工作流技术的研究与开发进入了一个新的热潮。 从上个世纪9 0 年代中期起，学术界已经就柔性工作流技术进行了相关 的研究，取得了不少成果，如选择提供的柔性和调整提供的柔性、工作流运 行过程中的异常处理和实例的版本变迁控制等。为解决流程柔性演进问题， 在模型的动态演进过程中引如区域划分算法，实现业务模型动态更新和业务 实例动态迁移。利用标准的建模结构来组织活动点：然后利用活动点及过程 约束进行过程建模，并依照约束分布组装和运行这些活动节点，从而实现了 业务过程的柔性建摸，同时保证了建模方法的正确性。 国内外现有的工作流系统存在以下几个问题： 1 ) 柔性支持差。动态行为很难扩展，很多系统只能预先定制，比如流程 定制、人员结构定制、任务分配定制、资源分配定制等，一旦在执行过程中 发生改变，模型或实例系统很难根据变化进行扩展，而且许多都是通过穷举 法来规定活动间的动态行为( 如控制行为) 类型，而现实世界是千变万化的， 很难穷举所有的行为类型，且多数模型缺乏扩展行为类型的机制，所以缺乏 必须的动态重构能力。 ( 2 ) 可重用性不高。由于工作流程缺乏可重用机制，不支持柔性的变化， 所以，用户为了调整一个流程，往往需要从头开始一个新流程的设计，这无 疑是对现有流程资源的一种浪费，并且这种方式很难适应复杂流程的设计， 极大地降低了建模的效率。 ( 3 ) 自适应能力差。大多数工作流程无法对执行过程中的动态变化作出 响应，更加无法对动态造成的异常作出正确的反应，而且对于异常的恢复处 武汉理工大学硕士学位论文 理等，需要通过管理人员与系统的交互方式才能完成，系统缺乏基本的自我 学习能力，也无法实现真正意义上的自动化执行，从某种意义上来说，限制 了流程的动态扩展。 研究者们在不同的柔性工作流模型的基础上提出了各异的解决方案，这些 解决方案满足了企业现阶段业务的基本要求，但是它们在通用性、安全性和自 适应性方面仍然存在一些不足，还不能很好地满足企业未来业务发展的要求。 因此，对柔性工作流的研究还有待于进一步深入，其中包括对现有柔性工作流 模型的改进和对“柔性 实现方法的探索。 1 3 本文的主要工作 本课题是在网络表燃气系统中引入柔性工作流技术为研究背景，以武汉 蓝焰网络燃气表应用系统为项目依托，对系统进行基于柔性工作流的分析和 设计，以全面实现网络燃气表业务流程为目标，进行统一的工作流建模，从而 提高系统的自动化。 本论文主要完成以下几个方面的工作： 1 ) 对工作流理论及其柔性机制进行了深入研究。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及柔性工作 流在网络表燃气系统中的应用。本文在对柔性工作流技术进行深入研究 的基础上，着重分析了国内外现有的柔性工作流的模型和实现方法。 2 ) 在分析总结现有柔性工作流的优势和不足的基础之上，提出了支持动态 修改的柔性工作流系统模型d m f m ，并给出了运行阶段中相应的动态控制 策略。 3 ) 本文在研究上述柔性工作流技术的同时，给出了该模型及其子模型的详 细实现方法，并以基于工作流技术的武汉蓝焰集团为原型，将该模型应 用于该系统，从模型应用的层面上验证了模型的可行性。与传统工作流 安全模型相比，采用柔性工作流技术可以更加提高工作流系统的安全性、 灵活性和实用性。 通过上述讨论，本文将按照如下组织方式研究分析本文所提出的问题： 第一章从传统的工作流技术出发，分析传统工作流技术中存在的不足，并 简要介绍了柔性工作流技术的必要性，阐述本文所研究课题的背景和意义。 6 武汉理t 大学硕士学位论文 第二章介绍了目前柔性工作流模型和柔性工作流模型实现技术的研究现 状。 第三章在研究现有的柔性工作流模型的基础上，给出一种支持动态修改的 柔性工作流模型( d m f m ) ，将路径属性从活动的属性中抽取出来，支持流程的动 态修改。并给出动态修改实例的策略，来保证修改的正确性。 第四章在详细研究d m f m 的基础上，介绍该模型的实现细节。 第五章结合武汉蓝焰的网络燃气表系统，介绍基于改进的柔性工作流模型 的网络燃气表系统的实现细节。 第六章系统测试 第七章总结本课题的研究工作和研究成果，并对课题今后的进一步研究进 行展望。 1 4 本章小结 本章介绍了工作流技术，阐述了柔性工作流的提出和特点，分析了国内外 对柔性工作流的研究现状，介绍了本文的主要研究内容和组织结构。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章柔性工作流模型和实现技术的研究 2 1 工作流系统的参考模型 w f m c 给出的关于工作流系统n 胡的定义是：工作流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。 工作流系统可以理解成一个管理系统的软件，它用于实现工作流。工作流 系统与工作流的区别在于：工作流是业务流程的一个计算机模型，而工作流系 统是实现这一模型的软件环境。工作流系统运行在一个或多个工作流引擎上， 定义、实现和管理工作流运行，通过它与工作流执行者之间的交互，推进工作 流实例的执行，并监控工作流的运行状态。 1 9 9 5 年w f m c 提出了工作流系统体系结构的参考模型瞳0 | ，该模型定义了构成 工作流系统的基本部件和这些部件之间进行交互的接口，它使不同的工作流产 品能够在不同的层次结构上协同工作。这些基本部件包括：工作流执行服务、 工作流引擎、流程定义工具、客户端应用、调用应用、管理监控工具；基本部 件交互使用的接口包括：接口一、接口二、接口三、接口四和接口五。 图2 - 1 描述了工作流参考模型标识的基本部件和接口，其中工作流执行服 务是工作流系统中的核心部分，用来创建、管理和执行工作流。它包括一个或 多个工作流引擎，由引擎来驱动流程流动，主要负责解释工作流程定义、控制 流程实例、与其他引擎之间相互通信等工作。由多个工作流引擎组成的工作流 执行服务中，要把流程进行划分，分配给各个引擎。可以按流程的类型进行划 分，某个引擎负责某种类型的流程。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 工作流参考模型 流程定义工具是用来描述流程的工具，它可以用图形化的方式把复杂的流 程表示出来，将最后的流程模型输出，就可以被工作流引擎解释，通过接口1 和引擎通信。 工作流的客户端应用程序结合业务需求来开发，通过请求的方式，从客户 端调用工作流执行服务，驱动工作流，通过接口2 与引擎进行交互。 被调用的应用程序是指在工作流运行的过程中，工作流执行服务需要调用 的外部应用程序，这时通过接口3 来完成。 其他工作流执行服务利用接口4 完成工作流引擎与其他工作流引擎之间的 协作。 管理和监控工具主要是指对角色、权限、资源等数据的维护管理和流程执 行情况的监控，监视工作流引擎。 接口1 ( 流程定义交换接口) ：许多不同厂商提供的工具可以进行工作流流 程的分析、建模、描述和归档等工作。这些工具需要识别公共的流程交换格式， 接口1 提供了一套标准的交换格式，以支持在这些不同的产品之间传送工作流流 程定义。此外，接口1 还定义了设计环境与运行环境之间交换的规范，以使不同 的建模工具产生的流程定义可以输入到不同的工作流产品的运行环境中。工作 流系统间或工作流系统与流程定义产品间的a p i 调用，提供了公共的方法来访问 9 武汉理：r 大学硕十学位论文 工作流流程定义。 接口2 ( 工作流客户端应用接口) ：主要提供了工作流系统与用户之间交互 的通道，以便用户参与到系统的运行中。客户端可以通过此接口访问工作流引 擎和工作列表，用户可以完成与工作流管理系统之间交互的所有任务：登录系 统、打开自己的工作列表、处理自己的工作任务、将完成的任务提交给系统、 将自己的任务转交给其他用户等等。 接口3 ( 被调用的应用接口) ：通过接口三来完成外部应用程序的调用工作。 工作流系统在运行过程中有时需要调用外部应用程序，以完成系统不能完成的 工作( 比如，发送e m a i l 或传真，扫描文件等) 。 接口4 ( 工作流系统间的操作接口) ：规定了一组规范来实现多个工作流系 统之间的通讯，交换流程控制信息和流程定义等数据，以实现流程跨地域运行。 接口5 ：此接口提供给用户管理和监控系统的运行状态、查看系统运行的 历史记录的功能，用于系统管理应用访问工作流执行服务。 从功能上看，工作流系统可以提供以下三个方面的功能支持： 1 ) 建模功能：对工作流过程及其组成活动定义和建模。利用建模工具将业 务流程转化为能够被计算机识别的图形化表示方法。这种用图形来描述 的流程就称为流程定义，其中包含各个活动所要完成的工作、人与计算 机之间的交互操作和活动之间传递的各种参数。 2 ) 运行控制功能：在运行阶段，解释流程定义模型，创建并控制运行中的 实例，管理工作流过程，调度工作流过程中的活动，调用应用程序资源 完成工作流过程。 3 ) 运行交互功能：在工作流运行过程中，人和其他外部应用程序( 如调用 打印机服务) 是完成整个业务流程的主体，业务工作的参与者可以通过 该功能查询自己的任务列表，完成具体的业务操作，系统管理人员可以 利用该功能检查、监视系统的执行情况。 2 2 柔性工作流模型的研究 目前国内外针对工作流柔性化技术的研究，主要提出了基于活动网络图、 基于p e t r i 网和基于星型网络拓扑结构的柔性工作流模型，分别介绍如下： 1 0 武汉理工人学硕士学位论文 2 2 1 基于活动网络图模型的柔性工作流模型 在活动网络图中，将经营过程归结为活动及活动之间的关系( 路径和规则) 所形成的网络构成阳。一个完整的经营过程( 工作流过程) 由一个无自环的有 向图构成。有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务，节点间的连接弧代 表了过程中的控制流与数据流。组成模型的元素主要包括过程、活动、控制连 接弧、数据连接弧和条件曙2 j 。 过程：一个过程就是用一个有向图来表示的一个工作流。 活动：过程中的每一个步骤是一个活动。它可以是程序活动，也可以是 过程活动。程序活动是指为活动绑定了一段程序代码，当活动开始时， 相应的程序就执行；过程活动是在活动基础上嵌入一个过程，当活动开 始时，也就开始了相应的过程。图2 - 2 给出了活动的内部结构。 输出劳撵稽 一一一一- 数据连接弧 一一一一一一一一 ； 活动 ： 控镑j 连接弧 控制连接弧 v 升羯系件 程序或过程结束条件 n | 状态 夕 lf 图2 - 2 活动网络图中活动的内部结构口2 3 控制连接弧：用来定义两个活动之间的执行顺序。 数据连接弧：定义两个活动间的信息流。 条件：分为转移条件、开始条件和结束条件。转移条件是定义在控制连 接弧上的条件，来决定是否执行下一个活动；开始条件和结束条件分别 定义了活动在什么情况下才能执行和结束。 图2 - 3 是一个简单的活动网络图模型，只画出了控制连接弧。首先活动a 1 执行；然后并行开始两个活动，分别是活动a 2 和a 3 ；当a 2 和a 3 全部完成之后， 活动a 4 执行；最后根据规则条件，选择活动a 6 或a 5 其中一个活动执行。 稽据数 、 武汉理t 大学硕十学位论文 图2 - 3 活动网络图模型 活动网络图模型简单、直观、便于理解，适合于流程较为固定、异常情况 较少的生产型工作流建立，有利于企业规范自身的内部流程。 活动网络图存在几个明显的缺陷： 所有流程逻辑必须预先定义，企业环境与企业管理机制一旦改变，流程 逻辑也随之而变，重新修改程序的工作量很大。 模型描述能力不足，主要反映在模型的语义在描述复杂过程时的能力不 足和活动属性定义不够丰富。 在实际的企业过程中，存在着一个活动有多个实例同时执行的情况，活 动网络图模型在描述上把这些实例当作一个活动并行操作，造成了语义 上的混淆和模型的不直观。 2 2 2 基于p e t ri 网的柔性工作流模型 p e t r i 网有p l a c e ( 库所) 和t r a n s i t i o n ( 变迁) 组成。p l a c e 用于容纳t o k e n ， t o k e n 用以表示具体的案例，通过t r a n s i t i o n 的f i r i n g ( 实施) 来表现过程的 状态转变。p e t r i 网是一种基于状态的建模方法，它明确定义了模型元素的状态， 而且它的演进过程也是受状态驱动的。p e t r i 网的过程定义严格区分了活动的使 能与活动执行：活动的使能是指活动已经被允许执行，但不一定立刻就开始执 行。p e t r i 网是通过含有托肯的库所来使能相应的变迁( 活动) ，通过变迁的触 发来表示活动的执行，从而明确区分两种不同的状态口3 f 。 如图2 4 所示，活动a 执行完成后活动b 和c 都处于使能状态，而对于显 式或分支来说库所c 2 和c 3 只能有个获得托肯，因此只有判断条件x o 和x o 成立，则托肯由c 1 流入c 2 ，这样活动b 进入执行状态。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 显武载分交 ：c2t - 图2 4p e t r i 网模型3 p e t r i 网是一种适合于描述异步并发现象的计算机系统模型，起源于德国 c a r l a d o m p e t r i n9 1 。p e t r i 网既有严格的形式定义，又有直观的图形表示，既有 丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又为计算机科学提供坚实的概念基 础，是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具，为描述并行、异步、 分布式和随机性等特性的复杂系统提供了强有力的手段。作为一种图形化工具， 可以把p e t r i 网看作与数据流图和网络相似的通讯辅助方法；作为一种数学化 工具，他可以用来建立状态方程、代数方程和其他描述系统行为的数学模型。 对于p e t r i 网这种基于状态的过程定义而言，具有更多的柔性特征。比如，能 动态的修改过程实例、对异常情况做出响应等情况，只需要对网中的托肯与触 发做响应的处理，就能够比较容易的实现上述功能。 2 2 3 基于星型拓扑结构的柔性工作流模型 在基于星型拓扑结构的柔性工作流模型中，是由一个路由控制节点与所有 的活动结点相互连接，而活动与活动之间没有连接线，从而形成了一个类似星 型的拓扑结构。星型拓扑结构的柔性工作流模型乜们的结构如图2 5 所示： 武汉理1 j 大学硕十学位论文 图2 - 5 基于星型拓扑结构的柔性工作流模型 其中活动a ，活动b ，活动c ，活动d 均代表日常业务流程中的普通活动。 当流程开始执行的时候，将首先执行路由控制节点。该节点由两部分组成， 分别是路径配置信息和执行的序号。路径配置的内容是任务在工作流程中依次 执行活动节点的集合，执行序号则是路径配置中活动结点的序号。如上图所示， 路径配置的内容为 ，也就是说， 流程将按照“开始”、“活动a ”、“活动b ”、“活动c 、“活动d ”，“结束”的顺 序进行活动之间的流转。而执行的序号对应为 。当执行序 号的值是1 的时候，流程将流转到路径配置中的第一个活动节点“开始”；当执 行序号的值变为2 的时候，将流转到第二个活动节点“活动a ”，以此类推。因 此，路由控制节点通过分析执行序号来推动业务流程的流转，在活动节点执行 完毕之后，执行序号的值将改变。当改变的执行序号返回到路由控制节点之后， 路由控制节点将根据改变之后的序号值，流程将流转到对应的活动上执行。 在传统的工作流中，活动之间的关系相对固定，有关联的活动之间都要建 立连接线。在实际的应用中有可能需要对某些活动进行跳跃，虽然传统工作流 模型中可以通过增加活动之间的连接线来实现过程的流程，但这种方法也在某 种程度上增加了模型的复杂度。 基于星型的工作流模型可以通过修改过程中的路径配置和执行序号，使路 由控制节点来完成流程中活动的任意流转。如果想要增加或删除某个活动节点， 只需要建立或断开对应的活动节点和路由控制节点之间的连接线。仍然以上图 为例，如果目前流程已经执行到“活动c ，由于某种原因，现在需要将流程返 回到“活动a 重新执行。只需要将执行序号改为2 ，当执行序号返回给路由控 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 制节点后，该节点将根据执行序号的值将流程推到第二个活动即“活动a ”上执 行。这种柔性工作流模型既满足了业务的流转变更需要，又没有增加模型的复 杂度。 这种星型的柔性工作流模型，改变了传统工作流模型中活动的结构化特点， 在处理复杂的业务流程时，能更清晰的表达业务流程，提高了模型的可读性。 2 3 柔性工作流的实现方法 2 3 1 基于黑盒的实现方法 传统工作流中，每一个活动节点都是在建立阶段明确定义好，这与工作流 的柔性要求背道而驰。柔性工作流反映的是结构的不确定性和随机性。为了表 示这种不确定的因素，近年来学术界定义了一种新的活动节点类型【2 引，来表示 一个不确定的节点，称为“黑盒”。如图2 6 所示： 图2 - 6 “黑盒”模型 所谓“黑盒，即在工作流程建立阶段，不能明确盒子里面的内容，直到流 程执行中“黑盒”前面的活动节点执行完，盒子内部的内容才逐渐明确，这时 候“黑盒”就变成了“白盒”。此类活动节点虽然改变了原来的流程结构，但却 带来了灵活性，提高了工作流定义阶段过程对动态变化的描述能力。 从逻辑上看，“白盒 的具体意义可以有如下几种方式，如图2 7 所示： 武汉理工大学硕十学位论文 图2 - 7 “白盒”的节点组合方式 空活动 一个活动 复杂活动 “黑盒”变成“白盒”以后，不仅仅只能表示出上图所示的三种组合方式， 而是能表示任意搭配的组合。然而我们可以把“黑盒”看作一个一般的活动节 点，因此“黑盒”也具有一般活动节点所具有的输入和输出数据，只要能保证 输入和输出数据的一致性，其内部的实现可以是任意的。因此只要能保持“黑 盒”的输入和输出不变，其内部可以实现任意的动态调整。 2 3 2 面向对象的实现方法 在面向对象的方法中，对象可以看作是一类具有相同属性的集合。对象包 含对象的属性与操作对象的方法，外部通过使用对象的方法来操作对象的属性。 在建立工作流模型时，也可以利用面向对象的技术。把工作流中的每个活 动节点看作是一个对象，而活动的属性和控制方法就可看成是该对象的属性和 方法。利用面向对象的特点，用户可以通过输入信息来调用活动的方法，从而 改变活动的属性，最终实现工作流的柔性变化。 在面向对象的工作流模型中，每个对象可以看作是一个独立存在的模块， 而模块与模块之间的联系和相互依赖性很小或者几乎没有，这也就在一定程度 上减弱了工作流各个环节之间的耦合程度，使各个对象在执行期间对其自身的 修改尽可能不对其它模块产生太多影响。 活动对象可以在属性中定义后继活动，通过修改后继活动，使工作流引擎 1 6 武汉理1 二大学硕十学位论文 在执行过程中就可以根据活动属性，即后继活动，来导航工作流的运转。如果 不考虑流程的正确性，可以任意定义其后继活动，这给流程的动态定义提供了 灵活性。可见，对象在实现上为工作流的柔性化技术提供了极大的支持。 2 4 本章小结 本章主要研究了工作流系统的参考模型，详细的分析了国内外正在研究的三 种柔性工作流模型，典型代表有活动网络图、p e t r i 图和星型拓扑结构的柔性工 作流模型。还研究了实现工作流柔性的两种方法，分别是面向对象的方法和基 于黑盒的方法，为之后的研究奠定了良好的理论基础。 1 7 武汉理t 大学硕士学位论文 第3 章一种可动态修改的柔性工作流模型d m f m 本章在研究前面的柔性工作流基本理论的基础上，针对业务流程柔性变更 的需求，给出了一种可动态修改的柔性工作流模型d m f m ，使工作流在执行时 能够进行柔性变更，提高了工作流的应变能力。本章将对这种柔性工作流模型 从整体结构到各个子模型进行详细的分析。 3 1d m f m 模型的定义 元模型通常用来定义语义模型的构造和规则乜6 。工作流元模型是用于描述 工作流内部的各个元素、元素之间关系及元素属性的。工作流元模型的核心是 过程定义元模型。w f m c 提出的工作流过程定义元模型晗7 1 ，如图3 1 所示，为开 发基于工作流的应用系统提供了一个参考标准，该模型将工作流以一种过程的 形式表现出来，组成过程的单元也就是活动。活动是流程中的工作单元，完成 某种特定的功能，活动之间的迁移条件决定了活动之间的关系和事务的处理过 程，活动的执行由角色来分担，在执行过程中会调用一些可调用的应用来完成 相应的任务，以及活动和活动之间的迁移条件会使用和处理的工作流相关数据。 可见，在w f m c 的元模型中，工作流以活动为核心，活动在执行过程中与角色、 数据等其他信息联系起来。 图3 1w f w c 的工作流过程定义元模型乜7 3 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 一般而言，工作流可分为建模阶段和运行阶段。建模阶段是对工作流流程 进行定义，而运行阶段是工作流服务对工作流流程定义进行解释执行。由于运 行阶段存在诸多不定因素，建模阶段无法完成所有的预先定义，必须等到实际 运行时才能确定相关的动态因素：或者由于业务需求的变更，需要修改原定义 的业务流程等，这些动态因素主要包括活动的状态、活动的迁移路径、参与者 所需资源等，它们也正是构成工作流过程元模型的主要元素。在工作流系统运 行期间，活动实例之间可以采用状态变迁的方式进行互相激活，从而驱动整个 工作流程。因此，通过改变状态变迁的对象，可以改变活动实例之间的驱动结 构，从而使活动之间能够构成动态的连接关系，这也正是动态柔性所需要的。 w f m c 提出的工作流过程定义元模型没有对动态因素进行封装隔离，使得其模 型的适应柔性能力较差。 在w f m c 的元模型的基础上，本文给出了一种支持动态修改的模型( d m f m ) ， 将活动的路径作为可修改的动态因素分离出来，从而在动态修改时，只需要改 动少数部分即可达到修改操作的目的。 图3 2d m