（计算机软件与理论专业论文）图形化工作流建模技术的研究与实现.pdf

中文摘要 摘要 在市场经济的大潮中，市场复杂多变，如何才能使企业贴近变化的市场以保 持企业的生命力和竞争力，是企业家不断思考的问题，也是i t 人执着追求的目标。 企业必须保持对市场快速反应的能力才能在市场经济中生存和发展。 工作流技术是近年来计算机应用研究领域中迅速发展的一项新技术。作为工 作流技术的实现，工作流管理系统已广泛应用于众多行业中。从某种意义上讲， 工作流管理系统的实施就是为了实现和加强企业对市场变化的快速反应能力、降 低企业的运营成本，从而增强企业的生命力和竞争力。 工作流管理系统的实现分为三个阶段：模型建立阶段、模型实例化阶段和模型 执行阶段。其中，模型建立阶段主要是工作流过程建模，把企业的业务流程以计算 机可以解释的形式表示出来。一个好的工作流模型是实现一个具有高度的灵活性、 可靠性、可用性的工作流管理系统的关键和基础。工作流建模直接影响到整个工 作流管理系统的正确性与执行效率等关键性能。由此可见，实现一个高质量的工 作流建模系统十分必要。 本文的研究着重于工作流图形化建模这一应用课题，对工作流建模方面做出 了一定的研究工作。 首先，介绍了本文所研究的课题的背景以及本文的结构，并介绍了有关工作 流的一些相关概念，分析研究工作流管理联盟组织定义的工作流管理系统框架及 其规范与标准，重点介绍了工作流参考模型及其五个接口。 其次，深入并细致地分析了基于s o a p 的数据传输技术，为论文中数据传输 方面的方案设计奠定了坚实的理论基础。 最后，在研究x p d l 规范的基础上，论文对原型系统重新进行了分析与设计， 改进了系统的结构、改变了工作流过程模型数据的存储方式和传输方式，实现了 工作流过程模型向x p d l 的映射，并设计了以x m l 文档存储工作流过程模型空问 数据的数据存储方式，从而解决了图形化工作流模型难以再现的闯题。 关键词：工作流建模；x p d l ：x 札；工作流参考模型；s o a p 英文摘要 r e s e a r c ha n di m p l e m e n to fg r a p h i c a lw o r k f l o wm o d e l i n g t e c h n o l o g y a b s t r a c t i nt h ee n v i r o m e n to fm a r k e te c o n o m y ，m a r k e ti s c h a n g e f u l h o wc a nm a k e e n t e r p r i s e sp r e s sc l o s et ot h em a r k e tt om a i n t a i nt h el i f e f o r c ea n dc o m p e t i t i o no ft h e e n t e r p r i s e s ? i ti st h eq u e s t i o no fe n t e r p r i s e r sa n dt h ec a u s e o f i tm a n i no r d e rt os u r v i v e a n dd e v e l o p ei nt h ee n v i r o m e n to fm a r k e te c o n o m y , e n t e r p r i s e sm u s tm a i n t a i nt h eq u i c k r e a c t i o nt ot h em a r k e t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi so n eo ft h eq u i c kd e v e l o p e dn e wt e c h n o l o g i e so fc o m p u t e r a p p l i c a t i o n s a st h ei m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wt 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 t s y s t e mh a sb e e ns e r v i n gf o rm a n ye n t e r p r i s e s i ns o m es e n s e ，t h ei m p l e m e n t a t i o no f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi st oe n h a n c et h eq u i c kr e a c t i o nt ot h em a r k e to f e n t e r p r i s e sa n dr e d u c et h em a n a g e m e n tc o s t ， a n de n h a n c i n gt h el i f e f o r c ea n d c o m p e t i t i o na tl a s t t h ei m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi s s e p a r a t e di n t ot h r e e p h a s e s ：m o d e l i n g 、i n s t a n t i a t i o no fm o d e la n de x e c t u t i o no fm o d e l a m o n gt h et h r e e p h a s e s ，i tm a i n l ym o d e l t h ep r o c e s s e so fw o r k f l o wi nt h ep h a s eo fm o d e l i n g , e x p r e s s i n g t h eb u s i n e s sp r o c e s si naw a yt h a tc o m p u t e rc a nu n d e r s t a n d a ne x c e l l e n tw o r k f l o w m o d e li st h ek e ya n df o u n d a t i o no fi m p l e m e n t i n gaw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hp o s s e s s e se x c e l l e n tf e x i b i l i t y 、r e l i a b i l i t ya n du s a b i l i t y w o r k f l o wm o d e l i n g i n f l u e n c e st h e p e r f o r m a n c eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e md i r e c t l y ，s u c h a s c o r r e c t n e s sa n de f f i c i e n c y s oi ti sv e r yn e s e c c a r yt od e s i g na n dc a r r yo u ta l le x c e l l e n t w o r k f l o wm o d e l i n gs y s t e m t h ep a p e rm a i n l ym s e a r c h 鲫l l i cw o r k f l o wm o d e l i n gs y s t e m ，a n dh a v eh a v e s u c c e s sw i t hw o r k f l o wm o d e l i n gt e c h n o l o g y a tf i r s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do ft h er e s e a r c ha n dt h es t r u c t u r eo f t h i sp a p e r ，a n di n t r o d u c e ss o m ec o n c e p t sa b o u tw o r k f l o w ，a n da n a l y z e st h ef r a m e w o r k o fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 、c r i t e r i o na n ds t a n d a r dw h a tt h ew o r k f l o w 英文摘要 m a n a g e m e n tc o a l i t i o n ( w f m c ) h a sf o u n d ，a n dm a i n l yi n t r o d u c et h ei n e r f a c e so f t h ew o r k f l o wr e f e r e n c em o d e lt h a th a v es o m e t h i n gt od ow i t ht h ep a p e r s e c o n d l y ，t h ep a p e ra n a l y z e st h et e c h n o l o g yo fd a t at r a n s m i s s i o nw h i c hi sb a s eo n s o a p ，p r e p a r i n gf o rt h ed e s i g no fd a t at r a n s m i s s i o n a tl a s t ，o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c ho fx p d l ，t h ep a p e ra n a l y z e sa n dd e s i g n s r e n e w e d l yaw o r k f l o wm o d e l i n gs y s t e m ，a n do p t i m i z e st h es u t r u c t u r eo ft h es y s t e m ， a n dc h a n g et h es t o r em e t h o da n dt r a n s m i s s i o nm e t h o do fw o r k f l o wm o d e ld a t a , a n d c a r r i e so u tt h em a p p i n gf r o mw o r k f l o wp r o c e s sm o d e lt ox p d l i no r d e rt o r e a p p e a r a n c et h eg r a p h i c a lw o r k f l o wm o d e l ，t h ep a p e rd e s i g n sam e t h o do fs t o r i n gd a t a t os t o r et h ed a t u mo fg r a p h i c a lw o r k f l o wm o d e l k e yw o r d s ：w o r k f l o wm o d e l i n g ；x p d l ；x m l ；w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ； s o a p 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文 = = 图形丝王佳逋建搓堇盔的盟究皇塞现：。除论文中 已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：多戤又臃够月7 7 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：事寝叉叉导师签名：彳鲁住 日期：伽。智年哆月刁日 图形化j ：作流建模技术的研究与实现 第1 章绪论 1 1 问题的提出 过去的十年，i t 领域出现了很多新的概念，如：c o m 、电子商务、虚拟企 业、，反观这些新概念，它们的出现都是为了使企业能够不断贴近变化的市 场，以保持企业的生命力和竞争力。对于一个企业来说，对市场的快速反应能力 意味着对不可预见的未来发展的反应能力，意味着处理突发变化的能力，这种能 力直接影响着企业在市场中的生存能力。 回顾企业的发展历程，不难发现不断提高企业应对市场变化的能力是企 业不变的话题。工作流技术正是伴随着企业的这种不断的努力而不断发展和成熟 的。但是从目前来看，工作流技术是企业级应用中薄弱的一环，企业的业务流程 逻辑在它的软件系统中的实现是分散的。这意味着企业的业务逻辑散布在各个系 统中。这样开发的企业级应用系统的维护难度高、代价也很大。这在很大程度上 削弱了企业快速应对外部变化的能力，降低了企业的竞争力。 本文研究的目标就是要为企业用户提供一个操作简单、表达能力强、健壮的 工作流建模系统，为企业管理工作流过程并加以部署以迅速应对市场的变化奠定 坚实基础。 1 1 1 企业流程化的起源 工作流技术正是伴随着现代企业流程化的发展而不断发展和成熟的，汽车制 造业是现代企业流程化的典型代表。1 8 8 5 年，德国工程师制造出了第一辆四轮汽 车。在随后的几十年力，在欧洲和北美超过5 0 位企业家建立了各自的汽车制造企 业。当时这些企业都是手- r _ $ u 造汽车。亨利福特就是其中的一位。1 9 0 3 年，福 特尝试了一种新的方式来生产汽车。工人在车间的一头开始组装汽车，在车间的 另一头完成组装。生产线的每一个环节上的工人只做一件事情。这就是生产流水 线。亨利福特将一辆汽车的生产概念化成一个流程，并且串行化流程上的每一个 环节以确保整个流程的高效和顺畅。将传统的汽车生产方式改进成以流程的方式 进行，大大降低了汽车制造的成本和提高了效率，使得大规模的汽车生产成为现 实。这就是现代企业流程化的开始阶段。 第1 章绪论 经济学先驱亚当斯密有一个著名的论断：企业是通过分工协作以提高生产效 率的社会组织形式。传统的企业根据亚当斯密的原理，在其组织结构下，专业分 工和职能管理成为主线，强调按照管理活动的相同性或相似性，将从事相同或相 似活动的管理人员集中在一起，组成计划、采购、生产、营销、物流等若干个职 能部门。由于每个职能部门内的成员集中精力管理某个领域的事务，因此可以获 得专业化分工的效率。同时，由于某一部门内的成员有着相同或相似的专业背景 和价值取向，便于彼此之间的沟通。由此各企业一直关注各职能部门的效率，实 现了职能部门内部最优化【l 】。但是这种局部的最优化并没有带来企业全局的最优 化。 因此，“流程再造”【l 】概念的创始者之一哈默提出，公司越大、分工越专业化、 公司就越可能没有效率。对于“流程再造 理论来说，企业应该是以“流程”为 核心，而不是以“职能为核心。 “流程再造”是一种企业业务流程改进的策叫1 1 。它对企业工作流程的基本问 题进行反思审视，然后进行调整、优化、标准化以使企业在成本、质量、服务和 对市场的反应速度等方面显著提高。 “流程再造”的目的是：提高企业的竞争力，从工作流程上保证企业能够以 较小的成本，提供给客户高质量的产品和优质的服务。“流程再造”以企业的工作 流程为对象，从多个角度，分析审视其功能、效率、成本、可靠性。然后以效率 和效益为中心对工作流程进行建模、优化。 1 1 2 现代企业所面对的l t 方面的问题 i t 技术对于现代企业的发展起着至关重要作用。一方面，信息技术能够帮助 企业提高效率，降低成本，从而提高企业的竞争能力。另一方面，在现实中，企 业在信息化建设中进行了大量的投资，而所取得的效益却不尽人意，企业投入了 大笔的资金却未能实现预期的效益。导致r r 系统没有发挥预期作用的原因主要有 以下几点： 信息孤岛问题：企业按照职能和专业分工来划分其组织结构。相应地，在企 业的信息化建设中，其思路也是按照职能和专业分工来建设i t 系统。所以，一个 企业有财务部门、销售部门、生产部门和人事部门，就有对应的财务系统、销售 图形化l j 作流建模技术的研究与实现 系统、销售系统和人事系统。每一个系统内都有自己独立的数据、流程和用户。 这就形成了企业内部的多个孤岛。图1 1 便是一个企业典型的i t 系统现状。 图1 1 信息孤岛 f i g 1 1i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d 孤岛问题不解决，企业就不能及时应对外界的变化，企业的运作效率就不能 得到进一步的提升。 应用系统的改进成本问题：现代企业需要高效的工作流程管理。当今的市场 瞬息万变，客户的需求变化也很难预料。企业的工作流程需要针对外部的变化及 时作出调整。而由于i t 系统的不灵活，每一次工作流程的调整都需要在时间、资 源和资金上投入很大的代价。在大公司，这比较容易做到，因为他们有自己的i t 队伍支撑企业的i t 系统，而大多数的企业不具备这样的条件。这样以来i t 系统 反而成了企业僵化、不灵活的原因。 工作流程难以持续改进的问题：现代企业一定要有工作流程“持续改进 的 能力。对现有工作流程的深刻理解是进行“持续改进的起点。这就要求企业的 i t 应用系统能够对工作流程的运行情况进行监控、分析，并且能够产生统计数据 供企业参考，这都是工作流程“持续改进”的基础。而现有的i t 应用系统在这方 面的功能还远远不够。 第1 章绪论 1 1 3 “建模”问题的提出 企业的“流程再造”虽然可以让企业认识到自己的工作流程所存在的问题， 但是现有的解决方案是让企业调整工作流程，然后对企业的应用系统进行二次开 发。这么做的原因就在于企业的业务逻辑分散在企业的应用系统中，企业每调整 一次工作流程，就要对应用系统进行一次二次丌发。这种做法的问题表现在风险 大、成本高、部署周期长。而工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，简 称w f m s ) 凭借其更好的适应变化的能力给企业以新的选择。 在w f m s 中，工作流程定义为一个串行或并行执行的任务序列，工作任务的 执行者可能是人或计算机应用。w f m s 具体内容包括： 建模：业务人员完全从业务的视角，用工作流程图描述工作流程。 自动化：业务人员定义好的工作流程在系统中自动执行，流程的推进不需 要人工干预。 集成：w f m s 不仅仅是由人来参与，部分活动可以由i t 系统参与。这个时 候w f m s 自动调有相应系统的功能。 管理：能够可视化地监控流程的执行情况，对工作流程执行中出现的以外 情况进行处理。 优化：对流程执行的情况( 效率、成本、负载) 进行统计、分析。并根据 统计分析的结果，对流程进行改造。如图1 2 所示： 图i 2 基于工作流系统的整合 f i g 1 2i n t e g r a t e ds y s t e mb yw f m s 图形化一i ：作流建模技术的研究与实现 企业内部有多个应用系统，每一个系统都有自己的工作流。在这个整合架构 中，w f m s 系统是一个流程中心，通过w f m s 将分割的存在于各个应用系统中的 工作流整合成一个完整的工作流程。企业的管理层和员工通过w f m s 访问整合后 的工作流。 所有的工作流管理工作，都是为了实现企业对市场变化的快速反应，这就对 工作流建模提出了诸多的要求，主要有： 1 能够快速建模，并且建模工作是由企业的业务分析人员完成。 2 新建的模型能够快速的投入应用。 3 企业的业务分析人员能够快速地修改模型。 目前国内多数企业的i t 系统都是由专业开发人员大量的客户化开发而建立 的。企业的工作流也都是通过软件开发人员配置出来的，有些甚至是通过开发人 员的编码实现的，这就使企业的r r 系统过于僵化。而企业的业务人员积累了大量 的业务知识，也深知企业工作流程的优点和缺点，让他们对企业的工作流进行设 计、建模符合现代企业的要求。所以企业的工作建模应该由企业自己的业务人员 负责。i t 人应该做的就是为企业的业务人员提供一个操作简单、表达能力强、可 视化的工作流建模工具，让他们快速及时的调整企业的工作流程。 企业工作流程的生命周期如图1 3 所示： 图1 3 工作流程的生命周期 f i g 1 3l i f ec y c l eo fw o r k f l o w 从“建模”开始，经过“运行、“管理”到“优化”一个周期结束，如此往 第l 章绪论 复，持续改进。在“优化”阶段，企业的业务人员通过分析w f m s 关键指标发现 工作流在运转中的成本和性能瓶颈，然后做相应的调整，以提高运行效率。 1 2 工作流建模技术研究的意义 工作流建模是经营过程分析与经营过程重组的重要基础，主要解决如何根据 业务过程的目标和系统的约束条件，将企业应用系统内的活动组织为适当的经营 过程的问题。工作流建模的作用主要体现为： ( 1 ) 准确描述企业的经营过程，供流程分析和优化使用。 ( 2 ) 在不同的组织和信息系统问共享经营过程知识，便于实现基准工程，以及 企业动态联盟。 ( 3 ) 用于研究、开发新的经营过程，以满足企业不同的业务需求和企业结构的 演化。 ( 4 ) 用于企业信息系统的集成，根据设计的企业过程模型进行相应的功能构件 配置，使得所建立的系统能够按工作流过程实现横向集成，而不是按传统的部门 划分结构实现纵向集成，从而满足企业核心价值流的要求。按工作流模型进行系 统构件配置能够实现柔性更好的过程集成。 从工作流管理系统整体来看，工作流建模提供了一个关于过程的丰富描述环 境，可应用于以下几个方面： ( 1 ) 在制订流程期间作为工作流和工作流实例控制的模板。 ( 2 ) 用于工作流的仿真和预测。 ( 3 ) 作为工作流系统监控和分析的基础。 ( 4 ) 用于建立文档，形象化和知识管理。 1 3 国内外概况和发展趋势 在工作流建模领域，近几年国内外研究的主要内容有： ( 1 ) 工作流建模理论： 将p e t r i 网应用于工作流建模，并且已形成大量先进、 成熟的分析技术。 ( 2 ) 工作流建模遵循的规范：为了适应对工作流管理系统的集成需求，第一个 致力于工作流标准化工作的工作流管理联盟( w f m c ) 在其所提出的工作流参考模 型中，以工作流服务为核心定义了五个接口。其中对与工作流建模紧密相关的是 图形化l ：作流建模技术的研究与实现 接口一，对此w f m c 制定了目前最为成熟的基于x m l 的工作流过程定义规范一 一x p d l 。 工作流图形化建模技术的实现：工作流图形化建模技术是工作流管理的重 要组成部分，负责工作流过程的定义和分析，为后续的工作流过程的实施提供模 型。国内外有许多商业软件公司及组织都在研究和开发工作流图形化建模工具， 但存在着很多不足，如工作流系统的集成度不理想，不能很好的与业务系统相结 合，在使用的效率和复杂度上不能满足企事业单位的需要，所以研究工作流建模 技术对于改善企业应用系统的集成、改善企业内外的协同工作，具有很高的实际 价值。 工作流建模技术主要研究如何清晰、准确地表示实际应用中的工作过程，目 的是要建立一个表达能力强、容易理解且易于验证和分析的工作流模型。工作流 建模工具输出一个能被w f m c 解释并执行的过程定义，它可以作为特定工作流系 统的一部分提供给用户，也可以作为一个单独的系统提供给用户，还可以作为企 业经营过程分析系统的一部分提供给用户。 1 4 本文的选题背景及内容安排 本题是在一个外国企业的工作流系统的基础上，结合工作流建模技术的发展 趋势，针原系统的缺陷与不足，对系统的结构、数据传输方式、模型数据的存储 方式进行了重新的设计，并解决了模型库中的工作流模型所对应的工作流过程图 难以再现的问题。最终把原系统改造成一个以企业的工作过程为中心、面向工作 流管理系统实施的支持系统。 全文分为七章： 第一章：主要介绍论文选题的背景、意义、工作流建模技术当前的发展状况 及本文的选题背景和内容安排。 第二章：介绍论文研究的理论基础。 第三章：研究了基于s o a p 的数据传输技术。 第四章：研究了x p d l 规范和工作流过程定义等方面的技术。 第五章：从系统定位、系统体系结构、系统的功能设计、系统的界面设计等 方面对工作流建模系统进行了的分析与设计。 第1 章绪论 第六章：介绍了工作流建模系统的具体实现。 第七章：对本文进行了总结。 图形化r 作流建模技术的研究与实现 第2 章工作流建模技术的理论基础 本章分两部分，第一部分介绍工作流的定义以及相关概念和理论；第二部分介 绍有关工作流模型方面的内容。 2 1 工作流的定义及有关理论 2 1 1 工作流的定义 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 ，w f m c ) 的成立标志着 工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品的标准化，w f m c 为工作流管理的相关术语、体系结构以及工作流应用编程接d ( w o r k f l o wa p p l i c a t i o n p r o g r a mi n t e r f a c e ，w a p i ) 等方面制定了一系列的标准。十多年来，研究者和工作流产 品供应商分别从不同角度对工作流的定义做出了阐释。 w f m c 的定义2 】：工作流就是一类能够完全或者部分由计算机自动执行的业务过 程。在此过程中，文档、信息或任务按照预定的规则传递，企业人员、已有软件之 间相互协调工作，以实现企业的整体目标。 i b ma l m a d e n 研究中心的定义剧3 】：工作流是经营过程的一种计算机化的表示模 型，定义了完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括对过程中每一个步骤的 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。 g i g a g r o u p 的定义 4 1 ：，工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序以及 由谁来执行、支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 g c o r g a k o p o u l o s 的工作流的定义剐5 l ：工作流是将一组任务( ( t a s k s ) 组织起来完成 某个经营过程。在工作流中定义了任务的触发顺序和触发条件。每个任务可以由一 个或多个软件系统完成，也可以由一个或一组人完成，还可以由一个或多个人与软 件系统协作完成。任务的触发顺序和触发条件用来定义并实现任务的触发、任务的 同步和信息流( 数据流) 的传递。 上述这些对工作流的定义都是采用非形式化的语言对工作流进行描述，其中 w f m c 的定义被广泛引用。这些定义字面上虽然各不相同，但基本上都达成了这样的 一个共识：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 一9 一 第2 章t 作流建模技术的理论基础 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) 。 2 1 2 工作流管理系统 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称w f m s ) 被称为下一代的企 业业务操作系统，是一种异步、并发的特殊系统【6 】。它最早起源于9 0 年代对办公室 自动化( o f f i c e a u t o m a t i o n ，简称o a ) 的研究，主要应用于办公过程中的无纸( p a p e r l e s s ) 办公和自动化等方面。目前，工作流管理系统的功能已被扩展为对任何能被计算机 自动或者半自动地执行的业务过程进行处理。它在办公室自动化、业务流程自动化、 业务流程重组等方面有着重要作用和广阔的应用前景。 根据上一章中w f m c 对工作流的定义：工作流就是一类能够完全或者部分由计 算机自动执行的业务过程 2 1 。在此过程中，文档、信息或任务按照预定的规则传递， 企业人员、已有软件相互之问协调工作，以实现企业的整体目标。w f m s 是通过使 用软件来完成定义、创建和管理工作流执行的系统，该系统运行在一个或多个工作 流引擎上，这些引擎能够解释过程定义，与工作流参与者交互，并且能在需要时调 用i t 工具和应用。它可以是通用软件，也可以是专门的应用软件。工作流管理系统 能够保证恰当的信息在恰当的时刻到达恰当的资源( 人或计算机应用) 。 w f m s 主要由以下几部分构成【6 l ： 1 过程定义工具： 过程定义工具被用来创建计算机可处理的工作流模型。它可以是形式化的过程 定义语言或对象关系模型，也可以通过简单地规定用户间信息传输的命令来描述的 工作流模型。 过程定义包含了所有使业务过程能被工作流执行子系统执行的必要信息。这些 信息包括起始和终止条件、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。 2 工作流执行子系统和工作流引擎： 工作流执行子系统也称为( 业务) 过程执行环境，包括一个或多个工作流引擎， 图形化i ：作流建模技术的研究与实现 不同工作流引擎通过协作共同执行工作流。工作流引擎是w f m s 的核心软件组成，它 的功能包括：解释过程定义、创建过程实例并控制其执行、调度各类资源、通过应 用程序接口( a p i ) 调用应用程序、监督和管理功能等。 3 工作流控制数据： 是指被工作流执行子系统和工作流引擎管理的系统数据，例如工作流实例的状态 信息、每一活动的状态信息等。根据这些数据，w f m s 推进工作流过程实例的执行。 4 工作流相关数据： 指与业务过程相关的数据。w f m s 根据这些数据确定工作流实例的状态，例如过 程调度的决策数据、活动间的传输数据等。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。 5 工作表和工作表处理程序： 工作表存储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、在工作项被处理的过程中 调用相应的应用程序等。 6 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。通过调用应用 程序，w f m s 部分或完全自动地完成一个活动，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，应用数据专属于应用程序，对w f m s 的其他部分 来说是不可见的。 通过以上对w f m s 组成部分的分析可知，w f m s 主要完成以下三个方面的功能： 1 工作流建立阶段的功能： 通过使用分析、建模工具，把企业的工作流程从现实世界转化为标准化的、形 式化的、计算机可以处理的工作流过程模型。 一 2 运行阶段的控制功能： 在运行环境下，根据工作流控制数据和工作流相关数据推进工作流过程实例的 执行，根据工作流过程定义来调度过程中不同的子任务，并在需要的时候激活相应 的应用程序。 3 运行阶段的人机交互功能： 第2 章t 作流建模技术的理论基础 实现各种行为执行过程中用户与应用程序的交互。一个过程的子任务通常是由 参与人员通过使用某种工具或者与应用程序交互才能完成。要在过程的不同的子任 务之间传送控制及其它数据，或者要激活应用程序，就必须不断地与参与人员或应 用程序交互。 工作流管理系统是以规格化的工作流过程描述作为输入的软件系统，它维护工 作流过程实例的运行状态，推进工作流过程实例的执行，并监控其运行状态。 通过以上对w f m s 的组成及其功能的分析可知：工作流管理系统在实际系统中的 应用一般分为三个阶段，即模型建立阶段、模型实例化阶段和模型执行阶段。在模 型建立阶段，利用工作流建模系统，建立企业业务过程的工作流模型，并将其转化 为计算机可以处理的形式化定义。模型实例化阶段完成运行参数的设定、系统资源 的分配，并根据工作流过程执行的初始条件和执行参数生成实例。在模型运行阶段， 根据工作流过程定义和工作流相关数据等，推进工作流实例，完成人机交互和应用 程序的执行。 综合上述分析可知，工作流建模是工作流管理系统的重要组成部分，是其正常 运行的必需。 2 1 3w f m c 工作流参考模型及相关接口 为了规范工作流产品，指导工作流产品的丌发，使各工作流产品之问能进行对 接，以便实现在不同的工作流管理系统之间交换信息和在更大范围的企业电子商务 平台环境中进行集成，国际化组织一一工作流管理联盟( 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 ) 发布了工作流参考模型，作为制定工作流系统的标准。w f m c 将 工作流管理系统从整体功能上分解为：过程定义系统、工作流运行服务系统、客户 端系统( 需要人工参与) 、监督管理系统和其他工作流运行服务系统等。w f m c 工作流 参考模型的结构【7 1 如图2 1 所示： 图形化i ：作流建模技术的研究与实现 图2 1w f m c 工作流参考模型 f i g 2 1w f m cw o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l 下面将对w f m c 工作流参考模型的五个接口【6 】进行详细的分析： 接口一：w f m c 早期将它规范为w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e 。后 来，这一接口的规范变更为x p d l ( x m lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 。x p d l 是至 今工作流领域最为重要的一个标准，目前大多数工作流引擎是依据该标准设计开发 的。x p d l 利用x m l 作为流程定义相互转换机制，在过程定义元模型中，x p d l 语法 直接与流程定义中的对象、属性相关联。元模型描述了流程定义所需要的上层实体， 以及它们的关系和属性。对于x p d l 规范在第四章中将进行详细的介绍。 接口二三：w 伽c 将它规范为w a p i ( w o r k f l o wa p p li c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e s ) 。通过在工作流管理系统中支持这些接口，便于实现需要与工作流引擎 交互的前端应用程序。w a p i 调用用于运行时( r u n - t i m e ) ，就是说，在流程正在执 行或将要执行的时候。它们通常被用于工作流应用程序。通过其函数集，w a p i 提供 了一组由工作流运行服务( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e ) 提供的工作流服务。 w a p i 调用可用各种语言实现。该a p i 采用c a l l s 的形式。在特定的w f m s 实现中，对 c a l l s 的底层实现不做任何假设，确切地说，它特别假定了支持工作流的应用程序 第2 章r j ：作流建模技术的理论基础 用户接口。实现这些接口，依赖于实现应用程序的丌发工具。 接口四：规范为w f - x m l2 0 。该接口用于集成跨越i n t e r n e t 或i n t r a n e t 并 能相互作用工作流引擎。w f x m l2 0 提供一种控制和监视异步w e b 服务的基本能力， 并传递编码为x m l 格式的结构信息。控制异步w e b 服务包括构建服务、安装服务、 启动服务、结束服务、通知异常等。监视w e b 服务包括检查当前服务状态和该服务 的历史执行状态。 接口五：规范为c w a d ( c o m m o nw o r k f l o wa u d i td a t a ) 。通过在工作流产品中支 持这一规范，就能在不同的工作流产品中提供一致的审计数据分析。在初始化和执 行一个流程实例时，会发生许多影响业务的事件，包括w a p i 时间，内部w f m 引擎 操作和其他系统以及应用程序函数。有了c w a d 信息，业务分析人员就能确定已经在 工作流管理中发生了什么操作。 2 2 工作流模型概述 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对业务流程的抽象表示。工作流管 理系统在建立时期要完成对业务流程的计算机化定义。在该阶段，通过使用一种或 多种分析、建模和流程定义工具，将现实世界中的业务流程转化成计算机可处理的 形式化定义。通常把定义的结果称为过程模型( p r o c e s sm d o e l ) 、过程模板( p r o c e s s t e m p l a t e ) 、过程元数据( p r o c e s sm e t ad a t a ) 和过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) 。工作流管 理联盟给出过程定义的概念为：过程定义是业务流程在计算机中的形式化描述。过 程定义由一序列的活动、相关的计算机、人员操作、在活动之间控制过程进程的规 则组成。 2 2 1 过程元模型及其组成 工作流模型包含了描述一个能够由工作流执行服务系统执行的过程所需要的信 息。这些信息包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及进行活动间导航的 规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流引擎的引用关系，以及 所有工作流相关数据的定义。过程定义可能引用组绷角色模型中关于组织结构角色 等信息。工作流管理联盟提出了一个过程元模型( p r o c e s sm e t am o d e l ) ，定义了相对简 单的过程定义间交互所需的一套基本实体8 1 。如图2 2 所示。 图形化j t ：作流建模技术的研究与实现 图2 2 过程元模型 f i g 2 2p r o c e s sm e t a - m o d e l 过程元模型的核心是活动。工作流定义与活动、工作流程相关数据之间是一对 多的关系，而活动、角色、工作流程相关数据、需要激活的应用、转移条件之间都 是多对多的的关系。 通过对过程元模型的分析可知，它的基本组成要素有： 工作流定义( 过程定义) ：包括工作流过程及其它与管理过程定义相关的信息，其 属性包括工作流过程的名称、版本编号、过程开始和终结的条件和安全或授权等其 他控制数据。 转移条件：转移条件主要负责为过程实例的推进提供导航依据，即工作流活动 执行的依赖信息，决定活动之间的迁移，一个活动的完成可能对其他活动的执行产 生影响。活动间通过流程控制条件( 转移信息) 相互联系起来。每个转移信息都有 三个基本属性：源活动、目的活动和转移条件。从一个活动到另一个活动的转移可 能需要转移条件，也可能不需要转移条件。转移可能产生一个连续的活动序列，也 可能产生一系列的并行执行。一个转移的范围局限于包含这个转移及其相关活动的 过程定义。 角色：角色主要根据企业组织模型，描述企业业务过程中参与操作的人员和组 织单位。其属性包括角色名称、组织实体。 第2 章1 ：作流建模技术的理论基础 工作流参与者声明描述了在过程定义中各个活动的执行者所需要的资源。特定 的资源可以分配给特殊的活动，并且作为活动的一个属性来进行说明。资源分配把 活动与可以为其使用的资源集联系起来。另外，可以定义资源库。资源库中的记录 可以是人员、程序或者机器等。 被调用的应用：在过程描述中，一个活动可能对应一个或多个应用，这些应用 在过程执行过程中被工作流执行服务( 工作流引擎) 所调用。其属性描述完成企业的业 务过程所采用的工具或手段，包括应用类型、名称、运行的参数、访问路径等。 工作流相关数据：工作流引擎根据工作流相关数据确定过程实例状态转换的条 件，进行过程的推进。工作流相关数据可被外部应用访问并修改，其属性包括数据 名称、类型、值等。 2 2 2 过程定义的基本结构 工作流过程模型有以下五种基本结构，如图2 3 所示： 图( a ) 并行发散结构 转叭广 i i 图( c ) 选择发散结构 图( b ) 并行聚合结构 图( e ) 循环结构 图2 3 过程模型的基本结构 f i g 2 3b a s i cs t r u c t u r eo fp r o c e s sm o d e l d ) 选择聚合结构 图形化j l j 作流建模技术的研究与实现 并行发散结构：如图2 3 ( a ) 所示，当活动执行完后，同时有多个转出转移。这 种结构用于定义多个并发的活动。如果是“条件 转移，并发活动的数量将依赖于 每个转移上的转移条件( c o n d it i o n ) ，这些转移条件的计算将是并发进行的。 并发聚合结构：如图2 3 ( b ) 所示，在这种结构中，活动开始执行的条件是：活 动的所有进入转移的转移条件( c o n d i t i o n ) 都是真。这种结构用于汇合多个并发的活 动。并发活动的数量依赖于进入转移中计算得到的并发活动的数量。 选择发散结构：