（计算机软件与理论专业论文）交互式工作流仿真系统的设计与实现.pdf

摘要 工作流( w o r k f l o w ) 就是工作流程的计算模型。目前市场上的很多工作流产品不 支持工作流模型的仿真。国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划卜“高可信软件生产工 具及集成环境中的子课题5 “面向流程管理的软件生产线 的一个研究重点是流程仿 真工具。本文在此课题背景下提出了交互式工作流仿真，设计并实现了该仿真系统。 本文主要包含以下几个方面的内容： 1 对工作流发展状况和工作流仿真现状进行了研究。概述了目前工作流产品的特 点，对国内外的工作流仿真产品进行了详细分析。详细介绍了工作流仿真实现 的三种方式。 2 介绍了工作流的基本概念及其模型的相关原理，其中重点介绍了基于p e t r i 网的 扩展信牌驱动的工作流模型。 3 当前的工作流仿真系统只是对工作流模型进行语义层次的验证( 动态仿真) 。 本文提出的工作流仿真系统是将工作流模型的语法层次的验证( 模型静态检 查) 和模型语义层次的验证( 模型动态仿真) 无缝的结合起来，从而使整个仿 真系统具有更高的可信度。用户根据具体的业务手动输入全局变量的值( 相关 数据) 。事件生成器根据这组数据生成事件从而驱动流程向下流转。用户输入 值的界面就是用户和系统交互的主晃面，该界面向用户实时的反馈信息，从而 达到了很好的交互效果。 4 依据本文提出交互式工作流仿真系统的原理及相关技术，设计并实现了b s 结 构的交互式工作流仿真系统。 关键词：工作流，交互式，仿真，扩展信牌驱动工作流模型 a b s t r a c t w o r k f l o wi st h ec a l c u l a t i o nm o d e lo ft h ew o r kp r o c e s s a tp r e s e n t ，m a n yw o r k f l o w p r o d u c t s 矗t h em a r k e td on o ts u p p o r tt h es i m u l a t i o no ft h ew o r k f l o wm o d e l t h em a i n e m p h a s i so fp r o c e s sm a n a g e m e n t o r i e n t e ds o f t w a r ep r o d u c t i o nl i n e ，w h i c hi st h es u b t o p i c s o ft h es t a t eh i g h t e c hr e s e a r c ha n dd e v d o p m e n tp l a n s ( 8 6 3p l a n s ) n a m e dh i g hc r e d i b i l i t yo f s 0 1 a r et o o l sa n di n t e g r a t e de n v i r o n m e n t s ，i sp r o c e s ss i m u l a t i o nt o o l s b a s e do nt h i s s u b - t o p i c s ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h ei n t e r a c t i v ew o r k f l o ws i m u l a t i o ns y s t e m t h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 as t u d yi sm a d eo nt h ed e v e l o p m e n ta n dt h ec u r r e n ts i m u l a t i o ns i t u a t i o no f w o r k f l o w t h i sp a p e rm a k e sa no v e r v i e wo ft h ec u r r e n tf o a t u r e so fw o r k f l o w p r o d u c t s ，i n t r o d u c e si nd e t a i lt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t w ok i n d so fd o m e s t i cw o r k f l o w s i m u l a t i o np r o d u c t sa n dt h r e ew a y so fi m p l e m e n t i n gt h ew o r k f l o ws i m u l a t i o n 2 a ni n t r o d u c t i o ni sm a d eo nt h eb a s i cc o n c e p t so fw o r k f l o wa n dt h er e l e v a n t p r i n c i p l e so fw o r k f l o wm o d a l ，a n daf o c u so ne x t e n d e dx i n p a id r i v e nw o r k f l o w m o d eb a s e do np e t r in e t 3 u s u a l l y , w o r k f l o ws i m u l a t i o ns y s t e m sm a k ev e r i f i c a t i o n so f t h ew o r k f l o wm o d e lo n s e m a n t i c - l e v e l ( d y n a m i cs i m u l a t i o n ) ：t h ew o r k f l o ws i m u l a t i o ns y s t e mm e n t i o n e d i n t h i sp a p e r , m a k i n gv e r i f i c a t i o n ss e a m l e s s l y0 1 1s y n t a xl e v e l ( m o d e ls t a t i cc h e c k i n g ) a n ds e m a n t i c l e v e l ( m o d e ld y n a m i cs i m u l a t i o n ) ，m a k e sah i g h e rc r e d i b i l i t yo ft h e s i m u l a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h ec o n c r e t eb u s i n e s s ，u s e r s i n p u tt h eg i o b a l v a r i a b l ev a l u e s ( r e l a t e dd a t a s ) b yh a n d b a s e do nt h i ss e to fd a t a , e v e n tg e n e r a t o r g e n e r a t e se v e n t st od r i v et h et r a n s f e rp r o c e s sd o w n t h ei n t e r f a c e ，u s e df o ri n p u t t i n g d a t a , i st h em a i ni n t e r a c t i o n ，w h e r eu s e r sa n ds y s t e mi n t e r a c tw i t l le a c ho t h e r t h e u s e r sr e c e i v ef e e d b a c kf r o mt h ei n t e r f a c ei nt i m es oa st oa c h i e v ea ne f f e c t i v e 4 b a s e do nt h ep r i n c i p l e sa n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e so ft h ei n t e r a c t i v es i m u l a t i o ns y s t e m ， t h ed e s i g no ft h ei n t e r a c t i v es i m u l a t i o ns y s t e mo fb ss t r u c t u r ei sa c h i e v e d k e y w o r d s ：w o r k f l o ws i m u l a t i o n ，e x t e n d e dx i n p a id r i v e nw o r k f l o wm o d e 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。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。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本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 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：两锯双指导教师签名： 。年f 月1 ，v 日f9 年己月1v 日 易移 西北大学学位论文独创性声明 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及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本 论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大 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。 学位论文作者签名：雨锄 o 年6 , e p - , e i 西北大学硕： 学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 网络技术是继文字、印刷术、语言、广播电视后人类在通讯方面的又一次重大变革。 如今，网络技术已经融入到了人们的日常生活中，它改变了人们的生活方式o 同时随着 网络技术的发展，企业问的竞争方式随之改变，企业开始注重通过网络手段传递信息的 及时性和方便性。由于网络技术极大的降低了企业的通讯成本，因此企业的竞争力得到 提升。在企业间的竞争日益国际化后，同行业，甚至跨行业之间的竞争也更加激烈。现 在越来越多的企业和政府部门开始意识到将信息整合到一起能大大提高办事效率，从而 降低人力、物力、财力等方面的成本。人们急于想找到一种技术来解决以上问题。于是 一种称之为工作流的技术出现了。工作流技术作为提高企业核心竞争力的一种有效的方 式，被很多的行业采纳【l l 。 工作流技术最早发源于2 0 世纪7 0 年代的办公自动化领域，然而人们很早就有了工 作流的思想，1 9 6 8 年f r i t zn o r d s i e e k 就已经清楚地表达了一种想法：利用信息技术实现 工作流程自动化。1 9 7 0 年代与工作流有关的研究工作包括：施乐帕洛阿尔托研究中心 的g a r yj n u t t 和c l a r e n c ea e l l i s 等人开发的o f f i c e t a l k 系列试验系统，宾夕法尼亚大 学沃顿学院的m i c h a e ld z i s m a n 开发的原型系统s c o o p 。其中o f f i c e t a l k 和s c o o p 系 统是最早的办公自动化系统，而且它的出现也标志着工作流技术的开始。 到了1 9 7 0 年代人们开始怀着强烈的乐观情绪来面对工作流技术，大部分人开始认 为这种新的技术能够让办公的效率得到很大的提高。然而，工作流技术还是失败了。通 常工作流技术的失败包含以下几个方面：计算机在办公室里并不是十分的普及。工作流 未能普及应用的原因在于：网络技术尚不普遍，人们不认可和接受计算机，开发者也不 了解群件技术的需求与缺陷，网络技术还不普遍。之所以出现以上情况是由于当时整个 社会的科技水平不高。 在1 9 8 3 年至1 9 8 5 年间，含有工作流特征的商用系统开始被一些研究者开发出来， 早期的商用系统主要来自于电子邮件领域和图像处理领域。工作流恰好迎合这种需求即 图像处理许多时候需要流转和跟踪图像。在增强的电子邮件系统也同时采用了工作流的 思想，把由原来点对点的邮件流转改进为依照某种流程来流转。虽然只有少数的系统在 工作流系统中获得了成功，不过工作流的思想还是逐渐渗透到人们的日常生活中。 第一章绪论 1 9 9 0 年代以后，科技水平得到了很大的提高，相关的技术条件逐渐成熟，尤其是 网络的飞速发展，工作流管理系统的研究进入了一个崭新的阶段。 1 9 9 3 年，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 tc o a l i t i o n ) 工作流技术 标准化的工业组织成立。关于工作流技术的学术研究也十分活跃，国内国际有更多的专 家学者开始对工作流进行研究。 目前，工作流技术已经得到了突飞猛进的发展【1 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 工作流发展现状 国外的工作流技术已经非常的成熟，市场上工作流产品也琳琅满目，其中较为典型 的产品有a c t i o n 技术公司的m e m o ，f i l e n e t 公司的v i s u a lw o r k f l o w ，i b m 的m q s e r i e s 堑 寸。 目前国内做o a ，做p l a t f o r m ( 包含w o r k f l o w ) 的公司很多，但是，在工作流方面 非常专注的公司比较少。早期的时候，国内真正有实力的工作流厂商只有西安协同一家。 随着工作流技术的不断发展，更多的厂商加入到这个领域。从而形成了现在的格局：南 方有杭州信雅达的s u n f l o w ，北方有西安协同的s y n c h r o f l o w 。这两家厂商基本垄断了 国内的工作流市场。随着更多的公司加入到工作流领域，国内工作流必将得到飞速的发 展。各地区工作流厂商发展状况如下： 表1 北京工作流厂商发展现状信息表 公司名称发展现状 b u s m e s s w 盯e ( 北京麒麟远创)该公司的主要方向是b p m 和b p i ( 业务流程整合) 。它的整个产品 是一个“集成平台”，对工作流方面研究不深。 e w a yp l a t f o r m ( 北京东方易维)e w a y 的黄金时代已经一去不复返了，自从“马毅”那个团队离开以 后。工作流的一些理念当时还是值得的，有些类似o f b i z 。表单处理 采用二次开发j s p 页面。 k o o fm e t a l o g i c ( 北京世纪金 目前已经推出的w o r k f l o w 产品，专做工作流平台，虽然主要定位于 政) o a 和电子政务平台，但工作流这一快，还是有很多可参考的功能 r i s e o f f i c e ( 北京有生博大) 当前版本r i s e o t f i c e 5 1 ，整个工作流产品基本上为“o a 审批流程” 量身定做。其表单处理和权限控制很有特色，以及审批历程的处理。 整个d e s i g n 端时采用w e b 的，用的a d d f l o w 控件。 2 西北大学硕十学位论文 表2 上海工作流厂商发展现状信息表 公司名称 发展状况 ec o l o g y ( 上海泛微) 从w o r k f l o w 这个层次来说，泛微没有太多的特色 j o i n w o r k ( 上海天际星) j o i n w o r k 刚刚推出来，其开发者丁宏比较欣赏j b p m ，j o m w o r k 很多 思想也是参考了j b p m 。但功能上稍微弱了点。但是其基于s w t 的 设计思想很值得借鉴 u t i m u s ( 国内) 上海敏照( 增u l t i m u s 上海分公司进入中国最早的国外工作流产品，整个产品采用 值代理商) ，上海永信( 增值逻辑的组织结构图，工作流系统支持的功能也很强。其比较有特色 代理商)的是其“事件条件表”。 表3 其他地区工作流厂商发展现状信息表 公司名称发展状况 s y n c h r o f l o w ( 西安协同时光)基本上非常严格遵循了w f m c 的规范，完全实现了i n t e r f a c e l 、 i n t e r f a c e 2 、i n t e r f a c e 3 、i n t e r f a c e 5 。这一点上，s u n f l o w 和s y n c h r o f l o w 都有很多相像的地方，都遗留很多学院研究的特点( 这两个产品的最 初原型都是在大学中诞生的) s u n f l o w ( 杭州信雅达) s u n f l o w 这一两年发展很迅速，大有赶超s y n c h r o f l o w 趋势。其产品 最大的特色是采用基于域的联邦系统架构，对分布式管理、运行支持 较好。而且也是目前国内为数不多的可以支持“仿真”的工作流系统。 j k c f l o w ( 四川金科成)j f c f l o w 从早期的工作流产品转移向“业务基础软件平台”，但是接 个产品平台目前还只能算是一个o a 开发平台。在w o r k f l o w 和m o d e l 方面并不是非常的强 由以上表格可以看出，北京科研院所云集、科研经费雄厚、科研条件优越，具有丰 富的科技资源。中央在京科技力量的突出作用，更使北京富集了令国人瞩目、外省无与 媲美的科技优势。上海聚集着全国的科研精英，是国际化大都市，因此北京、上海的工 作流技术的发展比较良好。 1 2 2 工作流仿真研究现状 一个完整的仿真系统应该包含对模型元素以及控制结构的语法语义两个层面的验 证。模型静态验证器的作用就是对模型元素以及控制结构的语法层面上的验证，动态仿 真的作用是对控制结构和模型元素的进行语义层面上的验证。目前市场上的仿真工具只 是对工作流模型进行语义层面上的验证。 国际上的工作流产品大多不包括仿真的功能，只有少数的几个科研机构在探索研究 3 第一章绪论 工作流仿真。包含仿真功能的工作流管理系统有：日本某大学开发的基于多代理结构的 w o r k w e b s y s t e m 工作流管理系统、汉城大学工业工程系开发的s n u f l o w 工作流管理系 统、英国曼彻斯特大学计算机系的w i t n e s s 工作流管理系统。 目前国内具有仿真工具的工作流管理系统有： 1 杭州信雅达的s u n f l o w 仿真工具的名称是工作流仿真( s i m u l a t e ) 。它的工作流仿 真是一种按照一定的算法对收集到的仿真数据进行统计处理，生成一系列的仿 真报表的一种应用工具，如活动报表、资源报表、成本报表等，反映业务过程 运行的周期时间、过程成本、和资源利用率等。用户可以根据这些仿真报表分 析企业经营过程的各项性能，进一步评价和优化企业的业务过程。 2 清华的c i m f l o w 是清华大学c i m s 国家工程研究中心研究的工作流产品。它的 仿真工具是直接和建模工具集成在一起的。首先导入工作流模型文件，然后是 设置组织信息、资源信息、各个活动的信息等。最后模型的报表包含：时间统 计信息、资源统计信息、成本统计信息。 3 吉林大学计算机系提出了基于功能网的工作流模型建模和仿真工具，它的功能 网即控制结构是p e t r i 网，采用了时延、着色与扩充等特性，另外还有冲突解决 与其它一些功能特性。 近两三年以来，国内外对工作流仿真的研究主要侧重于两个方向，工作流仿真性能 指标和工作流仿真机制及体系结构。不过以上也只是对模型进行语义层面( 动态仿真) 的验证。本文提出的交互式工作流仿真是对工作流模型的语法和语义两个层面的验证。 其中语法层面是模型的静态验证，语义层面是模型的动态仿真。而仿真系统中的动态仿 真是交互式的，主要是验证参与者是否是建模时设定的参与者、和活动关联的表单是否 正确等。 目前工作流仿真的实现方式主要有以下三种： 1 建模工具集成仿真功能 这种方式是将仿真系统直接嵌入到工作流管理系统的建模工具中，然后进行抽象的 工作流建模，模型建立后就直接进行仿真。该仿真可直接用于模拟工作流模型。采用这 种方式的工作流管理系统有：日本某大学开发的基于多代理体系结构w o r k w e b s y s t e m 工作流管理系统，该系统支持仿真建模工具。仿真流程如下：用户首先创建一个过程模 型，然后启动仿真功能，仿真结束后用户可以看到模拟结果窗口。这种方法的优点是： 由于建模和仿真功能集成在一起，因此用户使用非常方便。但是这种仿真系统是和特定 4 西北大学硕士学位论文 的工作流管理系统相结合，因此系统的通用性不是很好。清华大学的工作流管理系统 c i m f l o w 是清华大学研究出的工作流产品。它的仿真系统是c s 结构的。该仿真系统是 直接将仿真系统与建模工具集成。首先导入工作流模型文件，然后设置活动的组织信息、 资源信息、成本信息。最后仿真系统向用户输出报表，报表信息包括：时间的统计信息、 资源、统计、成本统计。随着b s 结构越来越流行，这种将仿真工具嵌入到建模工具中 的仿真系统显然是不适当的。首先，它不利于部署，其次用户需要安装在客户端上使用 仿真工具。因此其他研究机构就将建模与仿真功能分开，建立独立的工作流仿真系统。 2 建立模型映射 这种方式是结合己有的系统仿真工具和已有的工作流建模工具，然后通过模型的映 射，将工作流模型映射到系统仿真工具上。这种方法主要是利用已有的工具，满足项目 的需求。目前国际上采用这种方式的有：汉城大学工业工程系开发的工作流管理系统仿 真工具s n u f l o w 、英国曼彻斯特大学计算机系开发的工作流管理系统仿真工具 w 1 t n e s s 。尽管这种仿真方式开发的时候省时省力，但是毕竟它有其局限性。这种方 式是将工作流仿真工具开发成专门为某种工作流产品服务的一种仿真工具。尽管它的通 用性比较差，但是由于它是为专门的产品提供服务的，这种方式开发出的系统针对性比 较强。本文开发的仿真工具就是针对西安协同的工作流产品开发的工作流仿真工具。为 了增加仿真的可信度，我们分别对模型进行语法和语义的验证。而仿真过程中由用户根 据其具体的业务来输入交互的值，从而使仿真系统的真实性大大提高了。 3 自定义模型和仿真工具。 这种方法的思想是建立一个完全自主的工作流仿真系统，包括自己的仿真模型、仿 真引擎以及仿真分析工具。目前国内采用这种方法的有吉林大学计算机系的仿真工具。 这种方法，利用自己的建模工具和仿真引擎，然后通过仿真引擎来驱动流程的向下流转。 这种方式的优点是可以按实际需要来仿真业务流程，不必为了迁就己有的软件功能而进 行简化和折衷 3 1 。 综上所述，每种方式都有自己的优缺点。我们根据实际情况选用第二种方式来开发 仿真工具。首先本文开发的仿真工具将来是要集成到某个工作流产品中的，为某种工作 流产品服务的。同时这种开发方式省时省力，不需要将模型转化。因为要仿真的模型是 将来要部署到实际系统中的模型，因此，应用这种方式的可信度更高。 本文提出的交互式仿真系统有其自身的特点：首先它把模型的静态验证和动态仿真 无缝的结合起来。从而实现了对模型语法和语义两个层面的验证，增强了仿真的可信度。 5 第一章绪论 另外所谓交互式是指由用户根据其自身的业务特点手动输入相关数据即全局变量，从而 驱动流程的流转。本文提出的交互式仿真系统包含两个部分：一部分是对模型的静态验 证，一部分是对模型的动态仿真。该系统把模型的静态验证和动态仿真无缝的结合在一 起，使得仿真系统更加合理。 1 3 论文工作及论文结构 本文的研究工作是在2 0 0 7 年西安协同联合西北大学、清华大学等单位共同申请的 国家“8 6 3 项目“面向流程管理的软件生产线 的基础上展开的，该课题分以下几个 研究重点：流程仿真工具、流程管理软件生产线可信性分析与评估方法、研究和解决跨 组织分布式流程模型、基于m d a 的可视化工具集成环境设计与实现。本系统是在子课 题“流程仿真工具的设计与实现”的基础上展开的研究。本文的研究重点为交互式流程 仿真系统设计与实现，提出一种仿真策略，为用户提供验证模型语法和语义正确性的一 种手段，并对其仿真性能指标进行研究。 本文的章节结构如下： 第一章绪论 本章介绍了论文的研究背景、国内外研究现状、目前工作流及其仿真的发展状况研 究意义，对本文的课题来源以及主要工作进行简单概括，并给出文章的结构介绍。 第二章工作流仿真相关技术 本章首先介绍了工作流的基本概念，然后就基于p c t r i 网的工作流模型展开论述， 并分别介绍p e t d 网的基本原理、工作流到p c t r i 网的映射、w p d l 工作流元模型。最后 引出基于p c t r i 网的扩展信牌驱动的工作流模型，介绍了模型的静态描述、模型的状态 描述、和动态执行规则。 第三章交互式仿真系统的原理及相关技术 本章介绍了交互式仿真系统原理和相关技术。首先介绍了仿真的原理，说明为什么 要进行仿真，仿真的最终目的是什么，交互式仿真要做哪些工作。然后就交互式仿真系 统的两个部分即模型的静态检查和模型的动态仿真分别进行了详细的阐述。 第四章交互式仿真系统的设计与实现 本章采用分块实现整个系统。首先设计并实现了模型静态验证器部分，重点说明了 模型解析和静态检查部分。然后分别就动态仿真器的这几个部分进行了详细的实现。 第五章交互式流程仿真系统实施与应用 6 西北大学硕士学位论文 本章以请假为例介绍了如何使用交互式的流程仿真工具。用户通过手动输入变量的 值来驱动流程向下流转，系统实时的返回了相关的信息，从而验证了是不是合适的人在 做合适的事情。 总结和展望。 对交互式流程仿真系统工具的设计和实现进行总结，在分析已经实现的相关功能的 基础上提出该论文中仍然存在的不足和需要进一步改进的地方，就进一步研究工作做出 展望。 1 4 本章小结 本章从工作流及其相关概念和发展现状的背景出发，说明了目前工作流的发展现状 以及国内和国际上的工作流管理系统，在对已经存在工作流管理系统现状的考察和分析 下，提出了基于交互式工作流仿真系统。然后介绍了本文的课题来源和实现目的、研 究内容、主要工作，最后对文章的组织结构进行了简要介绍。 7 西北大学硕士学位论文 第二章工作流的相关原理 2 1 引言 经过研究和探索，通常人们认为一个完整的工作流模型应该包含两个部分：一部分 是控制结构，另一部分是模型元素构成。本文的工作流仿真系统的工作流模型的控制结 构是采用p e t r i 网的控制结构，因为p e t f i 网具有较好数学基础适合于描述业务过程。工 作流管理联盟w f m c 于1 9 9 4 年1 1 月2 9 日发布了工作流管理系统的参考模型。而扩展 信牌驱动模型是在工作流管理系统的参考模型的基础上加入了一些模型元素构成的一 种新的工作流模型。 2 2 工作流的基本概念 工作流的概念最早起源于办公自动化领域和生产组织。它是针对人们日常工作中具 有固定程序的活动而提出的一种概念。工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经 营过程的抽象表示。工作流管理建立阶段的功能主要是完成经营过程的计算机化的定 义，也就是完成过程建模的任务。 工作流( w o r k f l o w ) 就是工作流程的计算模型。工作流要解决的主要问题是：为实 现某种业务目标，在多个参与者之间，利用计算机，按某种预定的规则自动传递文档、 任务、信息。 早期，许多公司采用纸张表单，采用手工传递的方式，一级一级审批签字和盖章， 工作效率非常低下并且耽误很多的事情，对于统计报表功能则不能实现。而采用工作流 软件，用户只需在其电脑上填写相关的表单，系统会按照定义好的流程自动往下执行， 下一级审批者将会收到相关文档和资料，同时可以根据需求修改、管理、跟踪、查询、 打印、统计等，大大提高了工作效率，实现了流程的管理，从而提高了公司的核心竞争 力。 工作流的适用行业：消费品行业、制造业、电信业、能源、银证险等金融服务业， 物流服务业，物业管理，物业服务业，政府事业机构，大中型进出口贸易公司，研究院 所及教育服务业等，特别是大的跨国企业和集团公司。 工作流的具体应用： 1 ) 行政管理类：加班申请、出差申请、用车申请、请假申请、购买申请、各种办 公用品申请、日报周报等凡是原来手工流转处理的行政表单。 2 ) 关键业务流程：报价处理、订单、合同审核、采购处理、客户电话处理、供应 第二章工作流的相关原理 链管理等 3 ) 财务相关类：应收款处理、付款请求、出差报销、日常报销处理、预算和计划 申请等。 4 ) 人事管理类：员工培训安排、职位变动处理、绩效考评、员工档案信息管理等。 5 ) 客户服务类：客户信息管理、客户投诉、请求处理、售后服务管理等管理等。 6 )特殊服务类：产品数据信息管理、i s o 系列对应流程、质量管理对应流程、贸 易公司报关处理、物流公司货物跟踪处理等各种通过表单逐步手工流转完成的 任务均可应用工作流软件自动规范地实施。 下面分别介绍一下工作流和企业工程、r r 应用体系的关系： 企业工程与工作流：无论从方法上还是理论上，还是内容或者是对象上，我们都有 充分的理由把“工作流 看作是企业工程不可缺少的一部分。然而实际上，现在已有的 所有关于工作流体系的描述，本身就是一个通用的业务模型框架。因此我们必须对整个 企业体系的目标及相关要素综合的考虑。以上就是我们经常说的企业工程。 然而在一些比较陈旧的“模块化 的产品体系中，系统的设计是通常是根据任务来 进行分割的，通常把任务分成一个个的模块，模块之间是分裂的，低耦合的。所以面向 对象的技术，并不能很顺利的直接解决这个的问题，相反，有时往往使系统变得更加混 乱和琐碎，人们会对业务更加混乱。从操作上，典型地，我们必须不断地在层次结构的 功能表( 比如下拉菜单) 或对象之间“迸进退退 ，或者在“神出鬼没 的对象以及相 关菜单中捉迷藏。 工作流管理系统是一个真正的“人机”系统，可以实现很好的交互，用户是系统中 的基本角色，用户通过系统直接的对任务进行分派，他们甚至可以直接看到工作流管理 系统针对自己列出的所有的“任务清单”，同时可以跟踪每一项任务的状态，或继续执 行下一项任务，他们不必从一个模块退出，进入另一个模块，然后搜索相应任务的线索。 模块化的系统是面向功能或对象的，而工作流管理的系统是直接面向用户的。这样，用 户的任务分派和任务的完成状态，可以被最大程度地电脑化和受到控制，甚至可以实时 的跟踪【3 ，4 ，5 6 1 。 2 3 工作流模型相关原理 2 3 1p e t r i 网的基本概念 本文采用的是严格的过程形式化体系，即p e t r i 网进行过程建模与分析。使用这一 形式化表示有很多的优点。首先，它定义十分精确。他和其他的许多非形式化的框图技 1 0 西北大学硕士学位论文 术相比，模糊性、不确定性和矛盾性的这三的缺点避免了。其次，这种形式化体系可以 用来反思过程。1 9 6 2 年，c a r la d a mp e 仃i 在研究一种过程建模和分析工具时提出了p e t r i 网的概念，于是就以他的名字命名这种新的形式化的表示方法。p c t r i 是一种描述图形化 过程的一种非常有效的工具。我们可以通过使用p e t r i 直观的来描述一个工作流程。虽 然p e t r i 网是图形化的，但是它有非常坚实的数学理论基础。同时它和其他的许多图表 技术不同，它是完全形式化的【9 1 0 l 。 1 传统的p e t r i 网： 通常，p e t r i 网可以看成是一个有向图，而这个有向图是特殊类型的。该有向图包括： 库所、变迁、连接库所与变迁的有向弧这三种元素。通常采用一个圆圈来表示库所，采 用矩形来表示变迁，采用带箭头的直线来表示有向弧。 2 高级p e t r i 网： p e t r i 网是图形化的，人们对它很容易的理解并且很方便的使用。同时，由于p e t r i 网具有非常坚实的数学理论基础。然而，人们在实际使用的时候发现了传统的p e t r i 网 的一些缺点。比如：有时，使用者在使用p e t r i 网描述事物的时候，所描述的网络会变 得越来越庞大而且会让人非常的难以理解，另外使用p e t r i 网的时候，有些活动是不能 进行建模的。因此人们迫切的需要对原有的p e t r i 网进行扩展。通过扩展，人们就可以 对一些复杂的情况来使用更加容易理解的结构化的方式来进行建模。这些扩展包括：颜 色扩展、时间扩展、层次扩展。我们把这些通过颜色、时间、层次进行扩展的网称为高 级p e t r i 网。 综上所述，p e t r i 网是一种具有较好基础的、适合于描述业务过程的建模方法 7 , 1 2 1 3 , 1 5 】。 2 3 2 工作流到p e t r i 网的映射 1 过程： 我们用工作流管理系统的过程来说明某类型的案例采用何种方式处理。过程定义了 哪些任务需要被执行。 2 路由： 任务可以是可选的。也就是说，可能存在仅为某些案例执行的任务。对于不同的案 例，任务执行的次序也可能不同。顺序路由是如果任务一个接一个地执行。如果两个任 务需要被顺序执行，它们之间通常有明确的依赖的关系。并行路由是如果多个任务可以 同时执行或以任意次序执行。选择路由是一个过程决定了某特定类型案例的路由。然而， 相互独立的案例之间的路由也可以不同。循环路由是某个任务的反复执行。 第二章工作流的相关原理 3 启动： 过程包括以下几个元素：任务、条件、子过程、以及它们之间关系的合集。现在， 我们用p c t r i 网来描述过程。库所表示条件，变迁表示任务。为了简化用p e t r i 网表示过 程建模。 2 3 3w p d l 工作流元模型 工作流技术进入了一个非常成熟的标志是工作流管理联盟w f m c ( w o r k f l o w m a n a g e m e n tc o a l i t i o m 工作流技术标准化的工业组织成立。该组织是由国际上的一 些著名的公司以及一些科研机构和高等院校组成的。它是一个非赢利性的组织，该联盟 对工作流管理系统中的一些相关的术语、以及工作流的体系结构和它的一些应用编程接 口等方面都制定了相关的标准从而期望实现工作流产品之间的互操作性和兼容性，工作 流管理联盟w f m c 在1 9 9 4 年“月2 9 日，发布了工作流管理系统的参考模型。： 该模型成为了研究人员讨论工作流技术的一个规范的术语表，并在一定意义上为讨 论工作流系统的体系结构提供了详细的基础【3 l 】。该参考模型如图1 所示： 过程定义工具 一 接口一 1r 接口五 管理监控工具 工作流引擎 工作流执行服务 接口四 。l 接口二接口三 i 1厂 、 厂 工作流客户端应用被调用应用程序 图1 工作流参考模型 图1 是工作流管理联盟w f m c 制定的工作流参考模型规范，这个规范将工作流管 理系统进行模块化划分和模块间接口定义的制定，实现了工作流管理系统的各个层次之 间的互操作性，通过这个构架来分析定制、开发各种工作流管理系统规范。工作流参考 1 2 模型为了实现各个层次的互操作性，通常认为一个完整的工作流管理系统应该包含以下 的基本组件： w p d l 元模型是工作流建模实体与属性的最小集合，它提供了一般意义下的公共交 换格式。元模型是描述模型的模型，工作流元模型描述了工作流模型的内部部件之间的 联系。工作流管理联盟定义了一个工作流过程的元模型。该元模型中给出了一般的模型 实体及相应的属性。基于该模型，特定厂商的工作流工具之间可以方便地交换信息。图 2 为w p d l 元模型。 _ 一 1 l _ | 4 悯r * $ 十自t 目“ 图2w p d l 元模型 2 4 扩展信牌驱动的工作流模型 2 4 1 模型简介 西北大学软件工程研究所综合w p d l 元模型和p e 砸阿的特点提出了基于p e t r i 网的 扩展信牌驱动的工作流模型。西安协同软件将这种成熟的模型进行了市场化，从而开发出 了工作流管理系统s y n c h r o f l o w 。这种工作流模型与其他的工作流模型相比，有两个比 较突出的优点：一方面，该模型是基于f e t f i 罔的模型。由于p e t f i 网具有坚实的数学理 论基础，所以该模型可以进行形式化的描述和验证，并且实现该系统比较方便。另一方 面，这种模型解决了w p d l 元模型的一些缺陷。比如：语义解释非形式化，不能进行 形式化分析和验证，表达能力有限。基于p e t r i 网的扩展信牌驱动模型的工作流模型具 第= 章工作琉的相关犀4 有使用方便，有严格的形式化语义，图形化，直观等特点o ”】。 1 1 丽匠。冈研霸 ；亳。一厂一1 宦囱 i 陋嘲喃阑嘲豳豳 i 嗝，了玎珏f 犀。曩豳 i 一 乳“1 f f f j ；孽匦一_ 毕啄手o j 鳜嬲赫 各专；蕊+ j 8 ”“”4 篓 | 墨 _ _ 一女4 口e 组信息 暖睡凰h # 镕e 圈3 信牌驱动的工作流参考模型 分析上图可以发现，扩展的信牌驱动模型的原模型的基本框架、模型元素与w p d l 的原模型是基本一致的。但是这其中也存在着非常本质的差别，主要的差别如下： 1 ) 扩展后的信牌驱动的模型在w p d l 元模型的过程信息中除r 包含必须的活动 与转移外，同时还引入了一个全新的模型元素信牌箱，信牌箱是存放信牌 的地方。在流程执行中信牌箱的状态( 信牌箱中信牌的个数) 直接决定了该活动 实例的控制转移。引入信牌箱的原因是由于扩展的信牌驱动模型是基于p e t r i 网的它对应p c t r i 网模型中的位予元素。 2 ) 扩展后的信牌驱动的模型中转移的类型也比w p d l 原模型中的转移的类型更 加的丰富，它可以描述顺序，竞争，并行份支多分支侗步合并循环等八种控制 结构。同时转移类型分为s p l i t 类型和j o i n 类型，每种类型的转移叉包含a l l 、 a n d 、j o i n 和o r 四种。值得一提的是扩展的信牌驱动模型通过引入同步区 异步区和真假信牌规则的方案很好的解决了a n d s p l i t 与a n d - j o i n 匹配问 题和执行问题。 3 ) 扩展后的信牌驱动的模型中添加了更加丰富的活动类型其中子过程活动、内 西北大学硕士学位论文 置块活动以及活动组可以有效的降低模型的复杂度：静态活动可以用于描述多 流问题；各种原子活动( 般自动路由开始结束em a i l ) 都为提高模型的描 述能力起到了良好的作用。 4 ) 扩展的信牌驱动的模型与w p d l 元模型是不完全兼容的，扩展的信牌驱动的模 型中有很多的新添加的模型元素比如：信牌箱、子过程活动、内置块活动、活 动组、静态活动( w p d l 元模型允许扩展属性但是不允许扩展模型元素) ，其 主要原因是p e t r i 网模型与w p d l 模型之间的不兼容【3 0 ，钳4 5 1 。 2 4 2 模型静态描述 s y n c h r o f l o w 信牌驱动工作流模型的静态描述：是指对s y n c h r o f l o w 工作流模型中的 各基本元素以及它们相互关系的描述。 定义2 - 1 ：m = ( x ，矿，t ，p ，p t ，a ，f ，w ，删彳) ，称这个多元组m 为信牌驱动 工作流的一个模型。其中： x ：工作流模型中的全局变量集合，它是一些相关数据。其作用是在流程的运转过 程中参与处理和控制转移。 v ：工作流模型中的值域集合。值域代表相关变量的取值范围。 t ：x y ，反映x 到v 的映射关系，即：溉x ，r ( x ) v 。 p ：信牌驱动工作流模型中的信牌箱集合。在工作流流程运行过程中信牌箱的状态 决定了活动实例的转移控制。 p t ：信牌驱动工作流模型中的终止信牌箱。p t p ，当p f 中的信牌数大于0 时认为 工作流流程结束。 a ：信牌驱动工作流模型中的活动集合。v a a ，这个a 表示了一个活动实体，它 由d 、功能函数和后继函数等属性构成。 f ：信牌驱动工作流模型中的转移集。f 定义了信牌箱与活动的之间的相互联系，即： ，( a x 尸) u ( p x 么) w ：，一称为信牌驱动工作流模型中转移的权重。 ：是对活动集合a 的一个划分 4 岫，以孤) ，即4 肋r 、n 彳删= 彩， 4 u 如u4 黼= a 。 删么：是对活动集合a 的另个划分 删，么，d r 彳，脚椰， 即 舳彳no r a ：、揪彳= a ，脚彳uo r au 燃么= a 。 1 5 第二章工作流的相关原理 对于转移集的定义，可分为每个活动的前信牌箱集和后信牌箱集。如下分别给出各 自定义： 定义2 2 ：对v a a ， a 的前信牌箱集定义为a ：。a = pl ( p ，口) f ，p p ) a 的后信牌箱集定义口。：a 。= 仞i ，p ) f ，p 研 定义2 3 功能函数定义：z ( 玉，吒) = 咒，其中五，吒，咒x 。 v a a 都有 一个功能函数z 与之对应，z 描述t t 作流在运行过程中由活动a 引起的状态变化。可 以用非形式化的语言描述功能函数z 的语义，而在运行时由参与者来确定如何执行。 定义2 - 4 后继函数的定义：g ( 而，吒) ：m 屹一g 其中，屹丁( 薯) ，j = 1 ”，疗，g 是a 的子集。后继函数决定了一个活动执行完成后 给哪些信牌箱中传递信牌。后继函数与功能函数类似，可以用非形式化的语言描述其后 继函数的语义，在运行时由参与者去确定执行情况。需要指出的是，后继函数并不需要 与活动之间相互的一一对应，即若存在某一活动的后继函数属性为空，则这个活动执行 完成后向其所有后继信牌箱中传递信牌。 定