（计算机软件与理论专业论文）基于时间petri网的公文流转系统研究与实现.pdf

摘要 论文题目：基于时间p e t r i 网的公文流转系统的研究与实现 学科专业：计算机软件与理论 研究生：常颖莉 指导教师：张亚玲副教授 摘要 签名： 签名： 工作流建模是当前工作流研究领域的热点问题之一。研究更具柔性和适应性的工作流 建模方法，并探索模型对实际工作流系统开发的指导作用，使其更好地适应业务流程的动 态变化，是本论文的研究主题。 p e t r i 网是一种适合于描述异步并发现象的建模工具，具有坚实的理论基础和成熟的 分析技术，然而经典p e t r i 网的建模表现力存在一定的不足。本文分析了基于p e t r i 网的 工作流建模方法及其应用于公文流建模的不足之处。 以公文流转业务为对象，研究了基于时间p e t r i 网的工作流建模方法；在经典p e t r i 网模型的基础上，应用时间p e t r i 网建立了一个公文流转系统工作流模型。在模型中增加 了时间要素，表现实际业务流程中的不确定事件和时间，所建立的工作流模型具有一定的 柔性和适应性，并利用可覆盖性树理论分析方法，验证了该模型的正确性。 最后，基于m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 开发平台，使用s q ls e r v e r 数据库、 b s 三层体系结构等当前主流技术，设计开发了一个高校公文流转系统。系统中通过公文 流程定制的实现，公文流转的可交性设计的实现，委托代理机制及跟踪、催办流程任务的 实现，体现了所开发系统的柔性和适应性。并且，系统设计中对于公文流程的定制进行了 重点设计，在过程节点定义中加入了时间因素和时间到达时的处理，使得系统既具有流程 定制的能力，定制的流程又具有一定的灵活性。 关键词：时间p e t r i 网；公文流转系统；工作流模型 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ha n dr e a l i z a t l 0 n0 fd o c u m e n tt r a n s i t i o n s y s t e mb a s e do nt i m ep e t r ln e t m a j o r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y a u t h o r ：y i n g l ic h a n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f y a l i n gz h a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： w o r k f l o wm o d e l l i n gm e t h o d sa n di t sa p p l i c a t i o ni nt h ew o r k f l o ws y s t e mh a v eb e c o m e d t h eh o t s p o to ft h ew o r k f l o wr e s e a r c hf i e l d r e s e a r c h i n gi n t ot h ef l e x i b l ea n da d a p t i v ew o r k f l o w m o d e l i n gm e t h o d s ，a n dp r o b i n gi n t ot h em o d e lh a v ea ng u i d i n ge f f e c tu p o n r e a lw o r k f l o w s y s t e m sd e v e l o p m e n t ，a n dm a k i n gi tb e c o m i n ge a s yt oa d a p tt ot h ed y n a m i cc h a n g ew i t ht h e b u s i n e s se n v i r o n m e n ta r ei n v e s t i g a t i v et o p i co ft h i sp a p e r p e t r in e t ss y s t e mi sa l la d v a n c e dt o o lt od e s c r i b ea s y n c h r o n i e sc o m p u t i n gm o d e l ，s i n c et h a t t i m ei th a sb e e ns t u d i e di n d e p t h ，a n dp o s s e s ss t a b i l i t yt h e o r y b a s i sa n da n a l y s e s t e c h n o l o g y b u tt h e r ea i eo g ：l t a i nd e f i c i e n c i e si nm o d e l i n ge x p r e s s i o n so fc l a s s i c a lp e 廿i n e t t h i sp a p e ra n a l y s i sm o d e l i n gm e t h o db a s e do nc l a s s i c a lp e 砸n e ta n dt h ew e a kp o i n to f m o d e l i n gm e t h o da p p l i e dt om o d e lt h ed o c u m e n tw o r k f l o w t h i sp a p e rp m b e si n t od o c u m e n tw o r k f l o w sm o d e l i n gm e t h o db a s e do nt i m ep e t r i n e t s ，w h i c hi so nt h ef o u n d a t i o n so fr e s e a r c h i n gi n t ow o r k f l o w sm o d e l i n gm e t h o db a s e do n p e t r in e t s t h ep a p c ra d d st h et i m ek e ye l e m e n ti nt h em o d e l ，w h i c hd i s p l a y su n c e r t a i n i n c i d e n ta n dt i m ei nt h er e a lb u s i n e s sp r o c e d u r e ，, s ot h em o d e lh a sc e r t a i nf l e x i b i l i t ya n d a d a p t a b i l i t y f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e rp r o v i d e st h ev e r i f i c a t i o no ft h ew o r k f l o wm o d e lb a s e do n t h ec o v e r i n gt r e em e t h o d i nt h ee n d ，t h ep a p e rh a v ed e v e l o p e dad o c u m e n t m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h i ss y s t e mi s b a s e do nt h ew st h r e el a y e r ss 锄c n l r e t h es y s t e mt h r o u g hd o c u m e n t w o r k f l o wc u s t o m i z a t i o n o ft h er e a l i z a t i o n ，d o c u m e n t st r a n s f e r i n gv a r i a b i l i t yo ft h ed e s i g no ft h er e a l i z a t i o n , c o m m i s s i o n i n ga n dt r a c k i n gm e c h a n i s m 、r e m i n d i n gt a s k so ft h er e a l i z a t i o n ，w h i c he m b o d i e s t h i sd e v e l o p m e n ts y s t e mf l e x i b i l i t ya n da d a p t a b i l i t y t h i sp a p e rh a sd e s i g n e dt h ec u s t o m i z a t i o n o ft h ed o c u m e n tf l o we s p e c i a l l yi nt h es y s t e m a t i cd e s i g n ，a n dj o i n e dt i m ef a c t o ra n dt r e a t m e n t w h e nt i m er e a c h i n gi nt h ec o u r s en o d a ld e f i n i t i o n t h e s ed e s i g nm a k et h es y s t e mh a v ea b i l i t y w i t hc u s t o m i z e dp r o c e d u r e ，a tt h es a m et i m e ，t h ec u s t o m i z e dp r o c e d u r ea l s oh a sc e r t a i nf l e x i b i 。 i i t y k e yw o r d s ：t h n ep e t r in e t ；d o c u m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ：w o r k f l o wm o d e l s 2 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：量麴3 妒7 年6 , e lfg ，日 学位论文使用授权声明 本人il 錾j在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，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；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或鳃密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：童塑塞j 导师签名：蒯d 2 。帝月f 卯 l 前言 1 前言 1 1 课题背景 信息时代的到来，信息量的迅速膨胀，使得传统的办公模式与办公业务量不断增长的 矛盾日益激化。仅仅依靠手工操作模式对大量信息进行收集、处理、分析及决策己经越来 越难以适应时代发展的步伐。通过基于网络的办公自动化系统，把数据与办公业务流程紧 密的联系在一起共同管理，实现更加行之有效的、科学、便捷的办公管理模式是提高决策 科学性和效率的关键。在企业的日常办公中，公文已起着举足轻重的作用，企业对公文的 办公要求也越来越高，传统的办公方式己经成为办公效率瓶颈。广泛的实际需求是这一领 域的研究和开发工作的动力和基础。 公文流转是办公自动化系统中的核心模块之一。公文是政府及企业各部门之间主要的 信息传递方式，公文流转指的就是一个政府或企业中公文的起草、修改、审批、发布等的 一系列过程，政府、企业机构运用现代计算机技术和网络技术，将其管理和服务的职能转 移到网络上完成，同时实现工作流程的重组优化。传统的公文流转过程完全依靠手工操作， 不仅效率较低，而且操作过程中难免受到人为因素的负面影响。随着信息技术在我国的普 及以及政治体制改革的深入，各类信息化技术手段不断在政府和企业中得到应用，极大的 提高了办公效率，办公自动化则是其中的主要手段。办公室自动化是近年随着计算机科学 发展而提出来的新概念。办公室自动化英文原称o f f i c ea u t o m a t i o n ，缩写为0 a 。办公室 自动化系统一般指实现办公室内事务性业务的自动化，作为锨的主要系统组成部分，公 文流转系统实现了公文流转的无纸化、自动化、智能化操作，基于功能强大且稳健的管理 系统实现的公文流转，不仅大大提高公文本身的流转速度，同时加强了公文的安全性，明 确办公人员的责任归属。 由于应用领域本身业务的可变性和复杂性，公文流转系统中流程的可定制和适应性往 往成为此类应用问题的难点之一。本文将研究基于时间p e t r i 网公文流转系统建模方法， 该模型的特点是公文流程具有一定的柔性和灵活性，并在建模基础上设计实现了一个实用 高校公文管理系统。 1 2 公文流开发的国内外研究现状 自2 0 世纪9 0 年代末，发展政务信息化受到了党和国家领导人的高度重视，在“金字 工程”、“政府上网工程”等一系列示范性政务信息化工程顺利实施后，对传统政务活动进 行信息化改造，大力发展电子政务成为了政治体制改革和政府创新的重要内容，同时政务 信息化的重头戏电子公文流转也作为社会信息化的先导受到了社会各界的广泛重视。 随着电子科技水平的不断进步，电子公文流转系统的解决方案也如雨后春笋般不断涌现。 纵观目前市场上成型的公文流转系统，其开发模式上的差别主要体现在开发的技术手段和 西安理工大学硕士学位论文 系统结构，开发的技术手段指系统的平台及其主要开发技术，系统结构主要指终端操作人 员与应用服务系统的相对关系。 主要的开发技术手段： ( 1 ) 基于群件技术的公文流转开发 现在市场上的主流群件软件有两种。一种是i 明公司的l o t u s n o t e s ，另外一种则是 m i c r o s o f t 公司的e x c h a n g e s e r v e r 。l o t u s n o t e s 被视为最为成熟的公文流转系统平台， 由于其本身具有强大的工作流( w o r k f l o w ) 设计能力，与公文流转复杂的工作流相适应，因 而成为了大型公文流转系统开发的首选技术手段。利用l o t u s n o t e s 既可以实现c s 模式 的公文流转系统，也可以使之适应b s 的应用模式，其完善的文档数据库和权限管理系统 为公文流转的顺利实现提供了强有力的保障。但h o t u s n o t e s 的灵活性较差，外在表现形 式单一，开发成本高。在w e b 环境中的适应力也是目前l o t u s n o t e s 目前面临的重要问题， 其与其他系统的通用性和结合性一直不被看好。 e x c h a n g e s e r v e r 与l o t u s n o t e s 有相似之处，都具有强大的工作流设置能力，在早期 的办公自动化系统中，e x c h a n g e s e r v e r 被广泛使用，在客户端使用o u t l o o k 等电子邮件 系统进行操作，在使用上不直观，灵活性差，同时基于e x c h a n g e s e r v e r 的二次开发难度 也较大，系统之间的兼容性和扩展性差，目前在市场上单纯地基于e x c h a n g e s e r v e r 的公 文流转系统比较少见。 ( 2 ) 基于j a v a 的公文流转系统 j a v a 具有很强的数据处理功能和稳定性，在大规模数据处理和安全性方面占有优势， 适合开发测览器形式的应用系统，j 2 e e 的开发模式适合工作流性质软件的开发，有比较 强的灵活性在开发模式上与a s p 相似。目前市场上没有完全基于j a v a 的公文流转系统， 由其实现的公文流转功能主要表现在一些由j a v a 开发的办公自动化系统中。 ( 3 ) 基于a s p 框架的公文流转系统 目前，市场上在用的多数公文流转系统都是基于a s p 框架的。a s p 拥有开发简单，成 本低廉，技术不复杂，应用直观简单，实现功能强等优点。最突出的还是其w e b 特性，其 能够很好的适应b s 模式，和o a ，b r p ，b s s ，o s s 等系统在配合上非常的流畅，建立接口 也十分容易。 ( 4 ) 基于d o tn e t 的公文流转开发 w i n d o w s n e t 框架具有很强的灵活性和扩展性，能够与操作系统平台进行良好的结 合，与各类应用程序可进行数据传递，其系统同时可应用b s 和c s 两种模式，在外在表 现形式上十分灵活，开发难度和成本低，尤其能够方便地使用各类中间件。因此也是大型 系统的首选。w i n d o w s n e t 框架下的开发工具很多，主要有v b n e t ，c # ，a s p n e t 等，作 为一种通用的开发手段，w i n d o w s n e t 框架的应用范围很广，但其专业性不强，在开发公 文流转系统时需要进行复杂的重定义工作，这是其不如l o t u s n o t e s 的地方，同时在规模 大的应用过程中稳定性般。但是。a s p n e t 拥有a s p 几乎所用的优点，同时配合v b 等 2 1 前言 语言，使得其应用前景更为光明。作为一种全新的创建动态w e b 的服务器端技术，它的优 势还是很明显的。n e t 框架是面向网络的，其应用前景被大多数人所看好。目前大多数 新的企业级应用软件( 如e r p 系统) 都是在n e t 平台上开发的。 主要的系统结构有： ( 1 ) b s 结构。b s 模式的系统以服务器为核心，程序处理和数据存储基本上都在服 务器端完成，用户无须安装专门的客户端软件，只要通过网络中的计算机连接服务器，使 用浏览器就可以进行事务处理。b s 模式具有易于升级，便于维护，客户端使用难度低、 可移植性强等特点，同时也受到灵活性差、应用模式简单等问题的制约。在早期的o a 系 统中，b s 模式是被广泛应用的系统模式，一些m i s ，e r p 系统也采取这种模式。b s 模式 系统主要的应用平台有w i n d o w s s e r v e rf a m i l y l o t u s n o t e s ，l i n u x 等，其采用的主要技 术手段有n o t e s 编程、a s p ，j a v a 等，同时也使用c o m + 、a c t i v e x 控件等技术。 ( 2 ) c s 结构。c s 模式系统以服务器作为数据处理和存储平台，在终端设计有专门 的应用程序进行数据的采集和初次处理，再将数据传递到服务器端，用户必须使用客户端 应用程序才能对数据进行操作。c s 模式具有专业化程度高、开发手段灵活、运行速度快 等特点，但受到维护成本大、适应性弱等问题的影响。c s 模式是早期电子政务开发中主 要应用的模式，同时一些专业的m i s 软件也经常使用这种模式。c s 模式系统几乎可以适 应任何的操作平台，开发技术也多种多样，大部分计算机语言都能开发出c s 模式的应用 系统。 本系统采用c # + a s p ，n e t 来开发、使用b r o w s e r s e r v e r 结构来实现公文流转系统。 1 3 存在的问题及解决方案 公文流转系统属于典型的工作流应用。在已有的工作流管理系统中存在的问题主要 有：虽然w f m c 制定了一系列的标准，但是实现的系统中并没有完全遵守这些标准；大多 数系统的工作流定义过程不友好，表现方式不够自然：在过程建模时，对并行、选择、层 次、嵌套等结构有所限制；大多数系统是基于事件的，不能随时监视工作流流程的状态， 不便于管理入员的干预；大多数系统没有对系统权限进行严格控制，没有对应用数据加以 保护，使得系统的安全性能不高：大多数系统不能跨平台，支持不同的计算机环境。 基于以上的问题，可以总结出目前工作流管理系统的两个主要不足，一是缺少有力的 工作流过程建模方式，使得工作流管理系统的过程模型往往在确定性和灵活性方面处于两 难的境地；另一个就是缺少必要的安全机制“1 ”，大多使用的是静态权限控制而不是动态 授权机制”1 ，不能提供一个安全稳定的应用环境。 本课题以公文流为例，研究工作流的建模方法，所采用的技术方案是使用基于时问 p e t r i 网的建模方式实现工作流过程定义。p e t r i 网是一种适合描述异步并发现象的建模 工具，它既有严格的形式化定义，又有直观的图形表示，还有丰富的系统描述手段和系统 行为分析技术。工作流过程定义的时候，可以仿造p e t r i 网的图形建模方式，实际上可以 3 西安理工大学硕士学位论文 建立工作流的概念到p e t r i 网概念的映射，p e t r i 网建模就等价于工作流过程的定义，这 样定义出来的过程非常直观、形象，而且根据p e t r i 网的分析技术，可以初步判断建立的 工作流过程模型是否合理正确，避免运行时候出错。如果采用时问p e t r i 网，那么该方法 在工作流网的基础上，增加了相应的时阃要素，较好的表现了实际业务流程中的不确定事 件和时间。 1 4 本文工作 工作流建模是当前工作流研究领域的热点问题之一。本论文的研究主题是：以公文流 为例，研究更具柔性和适应性的工作流建模方法，并探索模型对实际公文流转系统开发的 指导作用，使系统更好地适应公文流转业务的动态变化。 本论文主要完成了以下工作： 分析了基于p e t r i 网的工作流建模方法及其应用于公文流建模的不足之处。 应用时间p e t r i 网建立了一个公文流转系统工作流模型，在经典p e t r i 网模型的基 础上，结合时间p e t r i 网的概念，在模型中增加了时间要素，表现实际业务流程中的不确 定事件和时间所建立的工作流模型具有一定的柔性和适应性。 根据p e t r i 网的可覆盖性树理论验证了所建立的收文管理和发文管理时间p e t r i 网模型的正确性。 基于m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 开发平台，使用s o ls e r v e r 数据库、b s 三层体系结构等当前主流技术，设计开发了一个高校公文管理系统。系统设计中对于公文 流程的定制进行了重点设计，在过程节点定义中加入了时间因素和时间达到时的处理，使 得系统既具有流程定制的能力，定制的流程又具有一定的灵活性。 4 2 工作流技术综述 2 工作流技术综述 2 1 工作流技术的起源与发展 8 0 年代初期，在p c 机尚未作为信息处理工具而出现的时候，纸张是各行各业中进行日 常业务活动所不可替代的载体。包括表单、文件、信函、技术资料等在内的各类与企业密 切相关的文档都是以纸张的形式在各个部门之间进行传递的。这种古老的载体在信息的处 理、组织、存储以及查询检索方面都是低效的。因此，人们希望出现一种无纸化的、计算 机使能的工作环境。一些公司、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，通常运行在大型机或小型机上，用于实现日常表单处理的电子化与自动化。这种系统 可以看成是现代工作流管理系统的一个雏型。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e ws t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早的 一批工作流产品供应商。他们把图像扫描、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等功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务 流程的集成化的软件( 包) ，这便是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 s ss y s t e m ，vi e ws t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e ws t a r 。很显然， 这种增值性质的集成化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 合适的个案；而且，由此我们还可以看出，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，它所集成的功能较为 简单而已。 进入9 0 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、松散耦合的特点，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 1 i e n t o s e r v e r 体系结构、分布式处理技术( c o r b a ，孵霄，o l e ，i a v a ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实：集中式信息处理的时代已经过去，实现大规模的异 构分布式执行环境，使得相互关联的任务能够高效运转并接受密切监控己成为一种趋势。 在这种不可抗拒的技术背景下，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，使得人们从更深的层次、更广的领域上对工作流展开了研 究。 工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( 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 ) 于1 9 9 3 年成立。它的成立标志着工作流技术在计算机应用研究领域之中被明确地划分出了自己的 一席之地，相应的概念与术语也得到了人们的承认。在全球范围内，对工作流的技术研究 以及相关的产品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、移动式计算、i n t e r n e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之 中。市场上工作流产品极大丰富，据统计，1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工作流产品在相互 竞争，多家供应商纷纷看好这块渐趋热点的i t 市场，1 9 9 7 年工作流产品的市场增长率超 5 西安理工走学硕士擘位论文 过3 5 。根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制的不同，市场上的多种产品基本上 可以划分为4 类”：( 1 ) 基于文件的工作流系统以共享文件的方式来完成任务。这 种类型的产品是产生最早、发展最成熟、最具多样性的，通常包含c 1l e n tt os 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 il 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通过用户的电子自5 件 系统来传递文档信息。这种类型的产品都已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 合作开发的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 l o w 。( 3 ) 基于w e b 的工作流系统通过w w w 来实现任务的协作。这一类产品起步较 晚( 在1 9 9 5 年以后) ，但是发展迅速，己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 n t 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 ) 群件与套件系统依据划分标准，这 一类产品与前面3 种有很大程度的重叠，但是在这里却有必要把它们单独划分成一类， 因为这类产品都需要依赖自己系统的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管理、 数据库与文档管理服务等，它们本身就构成了一个完整的应用开发环境。代表产品有i 叫 l o t u s 的l o t u sn o t e s ，m i c r o s o f t 的o f f i c e 与e x c h a n g e 。n o v e l l 的g r o u p w i s e 。 纵观工作流软件产品由8 0 年代的萌芽到9 q 年代的繁荣。我们可以把它总结为3 个阶 段：第1 阶段，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2 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3 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 的标准结构。 经历了这3 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工的独立 位置，在工作漉这一框架下，比较基本的、主要的研究内容包括以下几个方面：( 1 ) 工作 流管理系统体系结构的研究；( 2 ) 工作流模型和工作流定义语言；( 3 ) 工作流的事务特性： 研究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：( 4 ) 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、消息通信、数据库、w 哪 等在内的与工作流系统的设计实现有关的各项技术、力法；( 5 ) 工作流的仿真与分析力法； ( 6 ) 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问的互 操作闷题；( 7 ) 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地实现企 业的经营过程重组。 2 2 工作流的相关概念 十几年来，不同的研究者对工作流分别提出了不同的定义。到目前为止，对于工作流 仍没有完全统一的定义。本文列举如下一些有代表性的定义，它们分别从不同的角度对工 6 2 工作流技术综述 作流概念进行了描述。 工作流管理联盟的定义“1 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，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传递、执行。 g i g ag r o u p 的定义”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。 i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义“” 工作流是经营过程中的一种计算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需用的各种 参数。这些参数包括对过程中每一个单独步骤的定义、步骤闯的执行顺序、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。 a m i ts h e t h 的定义“ 工作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些任务分别由不同的处理实体来完成。 一项任务定义了需要做的某些工作，它可用各种形式来进行定义，包括在文件或电子邮 件中的文本描述、一张表格、一条消息以及一个计算机程序。用来执行任务的处理实体 可以是人，也可以是计算机系统( 比如一个应用程序、一个数据库管理系统) w m p v a n d e ra a l s t 的定义“钉 工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多种方式，比如工作j 与j ，满足 ，；j ，当且仅当j 在所始之前就已经就绪。 以上这些对工作流的定义是用非形式化语言对工作流所进行的描述，虽然各有不同， 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( 活动问 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) 。 根据我们对工作流的理解，也给出以下定义：工作流是通过计算机软件进行定义、执行并 监控的经营过程，而这种计算机软件就是工作流管理系统。这个定义区别了工作流与一般 的工作流程：前者需要借助计算机软件来完成，并完全在软件系统的控制之下；而后者 则没有这种约束，其中的某些步骤可能也需要用到计算机，但这只不过是局部的计算机 应用，整个过程是不在计算机控制之内的。 2 3 工作流的过程建模方法 工作流的过程建模是通过对经营过程的分析，根据经营过程的目标和系统的约束条 件，将一系列相应活动组织为适当的经营过程。是经营过程再造和经营过程重组的重要基 础。在工作流管理系统中，工作流的过程建模主要在过程定义阶段完成。 7 西安理工大学硕士学位论文 对工作流的过程模型进行定义、描述可以使用多种方法。工作流过程建模方法学主要 研究的内容就是为工作流的过程建模提供一套完整有效的描述工作流内部各部分之白j 逻 辑顺序结构及相互关系的建模语言，以完成对经营过程的形式化描述。目前的过程建模方 法主要有两类：一类是类程序设计语言的建模语言，得到较广泛认可的建模语言有工作流 管理联盟t w f m c ) 定义的工作流描述语言、c i m o s a 的经营过程描述语言is 3 k e l l e r 等人 提出的e p c m 模型“”等，这些工作流描述语言的描述形式与程序设计语言中语义结构的 定义方式类似，便于在计算机中存储和实现；一类是基于传统项目管理的，这些方法采用 传统项目管理中使用的概念和模型来表述经营过程。例如，p e r t 图或其它各种形式的网 络图等。这类方法易于在已有的项目管理软件工具的基础上扩展得到，因此在实用系统中 采用得比较普遍。当所需建模分析的经营过程比较复杂，并存在并发、冲突等情形时，采 用p e r t 图或网络图等简单的描述方法就难于将问题描述清楚，而需要采用形式化程度更 高、描述能力更强的方法，如p e 啊网方法。 为了有效地完成工作流过程模型的建立，一个的较好的过程建模方法应当符合以下 标准： ( 1 ) 表达力强：模型要提供丰富的建模概念，使得大量约束集合而成的元素能够在模 型中被直接表达出来； ( 2 ) 可读性好：模型直观，对于领域专家或是普通用户，都能够容易理解模型含义， 且不产生二义性或歧义； ( 3 ) 最小化：模型中的概念不重叠，每一个基本概念都有其特定的含义； ( 4 ) 形式化：模型定义要能够作为现实对象的形式化描述。 随着对工作流过程建模方法研究的逐步深入，出现了多种多样的建模方法，下面介绍 几种有代表性的方法：基于活动网络图的模型、事件驱动的过程链模型( e v e n t - d r i v e n p r o c e s sc h a i n ：e p c 模型) 、基于e c a 规则的模型( e v e n t - - c o n d i t i o n - - a c t i o nr u l c ) 、基于 p c 岫网的模型和基于u m l 的模型。 l 、基于活动网络图的模型“n 该模型中一个完整的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。组成模型的元素包括 过程( ( p r o c e s s ) 、活动( a c t i v i t y ) 、模块( b l o c k ) 、控制连接弧( c o n t r o lc o n n e c t o r ) 、数据连接弧 ( d a t a c o m l c c t o r ) 和条件( c o n d i t i o n ) 。 ( 1 ) 过程：由一系列的具体步骤组成，为完成某一预定目标而定义。在这里，一个有向 图就表示一个过程。 ( 2 ) 活动：过程中的每一个节点就是一个活动。可以是程序活动( 绑定了一段程序代码) ， 也可以是过程活动。 ( 3 ) 模块：类似于“过程”，只不过过程有固定标识，可在不同的工作流过程中使用； 模块只能够被一个工作流过程所使用。用编程语言来作比喻，模块好比是介于b e g i n 和 8 2 工作流技术综述 e n d 之间的内部代码，而过程则是外部连接库。 ( 4 ) 控制连接弧：用来定义两个活动之间的执行顺序，在有向图中以节点问的连接弧表 示。连接弧的起始节点执行完毕，工作流机会根据定义进行过程导航，使连接弧的终止节 点能够被执行。控制连接弧与其所连接的活动节点构成了整个工作流过程的控制逻辑。 ( 5 ) 数据连接弧：定义两个活动间的信息流，在有向图中也以节点间的连接弧来表示。 表明由前一个活动的输出数据箱指向后一活动的输入数据箱，意味着前一活动的输出信息 将被后一活动所使用。数据箱中包含了工作流相关数据以及与活动执行有关的具体应用数 据。 ( 6 ) 条件：用于定义过程执行中的约束。包括活动外部的转移条件和活动内部的起始 条件和终止条件。对于“a n d ”连接符连接的几个活动的开始条件是所有指向该活动的 控制连接弧必须全部发生转移后，该活动才能开始执行；对于”o r ”连接符连接的几个活 动的开始条件是仅要求指向该活动的控制连接弧中有一条发生转移，该活动就开始执行。 当满足活动转移条件，控制连接弧发生转移时，控制连接弧指向的活动被激活；只有当该 活动的开始条件满足时，活动才真正开始执行。执行完毕后，判断结束条件是否满足，满 足则活动结束，否则会被重新执行，直至结束条件为。t r u e ”时终止。 模型将控制流与数据流分离开，一个工作流过程可以看成是由控制流图和数据流图叠 加而成的。这类模型简单、直观，便于理解，适合于流程较为固定、异常情况较少的工作 流建立，有利于企业规范自身的内部流程。缺点是缺乏柔性，对紧急情况的应变能力不足 2 、事件驱动的过程链模型 由k e u e 提出 1 4 1 主要元素是功能和事件：功能被事件触发，功能也能产生相应的事 件。工作流就是由这样交替出现的功能和事件彼此连接而构成。控制流的分支选择、汇聚 连接以及并发进行则通过逻辑操作符( 如与、或、异或) 或者更复杂的表达式来完成。 ( 1 ) 业务事件：当过程的状态发生改变时郦产生业务事件，通常是对完成某一功能而 做出的响应。 ( 2 ) 业务功能：通常是一个活动或者一项任务，由组织单元中负责此功能的人来完成， 当然也可能通过激活应用来自动完成。 ( 3 ) 控制流：连接功能与事件的有向弧，用以表示过程的控制逻辑。 ( 4 ) 逻辑操作符：用来实现控制流的分支与聚合，主要有与、或、异或等逻辑操作。 ( 5 佑息对象：完成功能时涉及的数据信息。可以是输入，也可以是输出 ( 6 ) 组织单元：负责执行功能单元的组织。 e p c 优点在于兼顾了模型描述能力强与模型易读性特点，经过改进可用于企业信息 系统的需求定义。 3 、基于e c a 规则的模型 事件一条件一动作规 l j ( ( e v e n t - - - c o n d i t i o n - - a c t i o nr u l e ) 缩写为e c a 规则 1 4 1 一般用于主动数据库系统中，但在工作流管理系统中也被广泛应用。而在一些系统的实现 9 西安理工大学硕士学位论文 中，有的甚至直接使用主动数据库作为工作流服务器，使用e c a 规则来描述工作流中任 务的处理，基于事件触发规则执行，从而实现工作流任务的自动路由。使用这种技术的好 处是：所有工作流中的动态信息( 诸如处理等) 均被映射到数据库系统中。并由数据库系统 进行管理，这样可以保证数据库中的安全性、授权特性、恢复特性等成熟技术直接在工作 流中得到应用。 在企业业务执行过程中，各个活动的进行总是伴随着事件的发生。特定的事件触发特 定的活动，而活动的结束又引发新的事件，因而用事件可以描述业务过程的动态特征。 基于e c a 建模具有一些明显的优点。事件驱动为分布式系统提供了一种统一的组件 行为描述机制：通过严格定义事件语义，可以保证工作流的正确执行以及对它的监控；系 统柔性增强等等。 4 、基于【m l 的模型 统一建模语言( u m l ) 是一种图形化语言，用于可视化、详述、构造和文档化软件主导 的系统( s o f t w a r ei n t e n s i v es y s t e m ) 。u m l 从1 9 9 4 年开始研发以来，逐渐被工业界和学术界 采纳为面相对象建模的标准语言。但是，u m l 的使用并不局限于软件开发，也可以用在 业务过程建模、过程分析和系统配置上。u m l 的序列图、协作图、状态图和活动图强调 系统的动态行为。提供了过程建模的手段；组件图和部署图又与工作流系统的体系结构、 实现和运行时配置关系密切。 ( 1 ) 序列图：序列图是一种侧重于对象与参与者交互消息的时序关系的交互图。基本 的序列图没有为路由结构( 如选择、并行、迭代等) 提供支持，扩展的序列图虽然增加了相 关特性来处理这些路由构造，但是这些扩展图不易理解和阅读。因此序列图适于用来对场 景进行建模，如对直的顺序控制流建模，而不是建立成熟完整的过程模型。 ( 2 ) 协作图：协作图与序列图一样在本质上都是交互图，它突出了参与交互的对象的 组织，重点从时序关系转移到组织关系。从语义观点看，协作图与序列图可以互换，即语 义对等的。协作图可以有嵌套、迭代、分支等更复杂的构造扩展。但和序列图一样，它也 主要适用于场景的建模。 ( 3 ) 状态图：状态图是基本状态机的扩展，基本的状态机由状态和转换组成。在任何 时刻，系统( 或对象) 都位于这些状态之一。基本的状态机可以对应到一类p e t r i 网，其上 的