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摘要 论文题目：基于四维时态工作流模型的柔性分析 专业：计算机软件与理论 硕士生：邹少军 指导教师：余阳副教授 摘要 2 0 世纪9 0 年代以来，工作流技术成为计算机应用领域中的研究热点之 一。随着工作流技术不断发展，以及社会企业竞争日益剧烈，政府提高效率的 紧迫性，对工作流产品的时效性、灵活性、可靠性提出了更高层次的要求。而 柔性技术是针对目前工作流系统在模型定义和执行中表现出的僵化、死板而提 出的，柔性技术的进步必然推动工作流技术的更大发展。 本文从当前时态工作流模型的研究现状入手，对四维工作流模型的柔性问 题进行了研究和探索，主要研究的内容和成果有： ( 1 ) 综述了工作流管理系统的基础原理和时态工作流的概念，从时间管 理和时间性能分析时态工作流的时间约束，在工作流三维模型基础上提出时态 工作流四维概念，即由过程模型、资源模型、信息模型和应用程序模型构成的 四维时态工作流模型，并分别对四维子模型进行形式化定义。 ( 2 ) 在工作流柔性技术实现策略及研究现状基础上，结合动态变化的形 式化描述，对四维时态工作流模型分别给出柔性设计。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；组织人员和角色可在执行时随时指 定或更改。其中过程模型增加了表单实体，实现非自动化数据的输入，增强了 工作流管理系统对各种变化的适应性。资源模型是基于对现实企业中组织人员 的分析进行设计，将模型中的实体分为角色、组织单元和团队等，以满足业务 过程对不同人员的需要。信息模型是基于对数据资源的分类进行的设计，不同 类别的信息数据进行不同的管理。应用程序模型描述执行活动过程所采用的工 具或手段( 被调用的应用程序) 。 ( 3 ) 分析时态工作流时态异常处理方法及时态异常处理算法设计。 ( 4 ) 以教务综合管理系统为案例，分析管理系统时态异常处理策略及处 理方法，与及案例中四维时态工作流模型的柔性实现。 摘要 本文就时态工作流模型及时态异常柔性问题上进行了探索，通过对四维模 型和时态异常处理的柔性设计，结合动态变化的思想来提高工作流系统的柔 性，增强工作流系统的可用性、易用性。 关键词：工作流模型，柔性，时态异常 a b s t r a c t t i t l e ：af l e x i b l ea n a l y s i so f t e m p o r a lw o r k f l o wm o d e lb a s e d o n f o u r - d i m e n s i o n 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 c a n d i d a t e ： s h a o - j u nz o u s u p e r v i s o r ：v i c e - p r o f e s s o ry a n gy u a bs t r a c t s i n c et h e19 9 0 s ，w o r k f l o wt e c h n o l o g yi n t ot h ef i e l do fc o m p u t e ra p p l i c a t i o ni n t h es t u d yo fo n eo ft h eh o ts p o t s w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to f w o r k f l o w t e c h n o l o g y , a sw e l la st h eb u s i n e s sc o m m u n i t yi na l li n c r e a s i n g l yc o m p e t i t i v e ，t h e e f f i c i e n c yo ft h eu r g e n c yo ft h ew o r k _ f l o wp r o d u c t so nt h et i m e l i n e s s ，f l e x i b i l i t y , r e l i a b i l i t yo fah i g h e rl e v e l t h et e c h n o l o g yi sa f l e x i b l ev i e wo ft h ec u r r e n tw o r k - f l o w s y s t e mi nt h ed e f i n i t i o na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em o d e ls h o w ni nt h er i g i da n d i n f l e x i b l ea n dr a i s e d ，f l e x i b l ea n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s sw i l li n e v i t a b l yw o r kt o p r o m o t eg r e a t e rd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ef r o mt h em o d e lo ft e m p o r a lw o r k f l o ws t a r tw i t ht h es t a t u sq u o ，t 1 1 e f o u r - d i m e n s i o i l a lm o d e lo ff l e x i b l ew o r kc a r r i e do u tr e s e a r c ha n de x p l o r a t i o n ， r e s e a r c ha n dt h er e s u l t sa l e ： ( 1 ) o v e r v i e wo ft h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mo nt h eb a s i so f t h ep r i n c i p l e s o ft e m p o r a la n dw o r k f l o wc o n c e p t s ，f r o mt i m et ot i m em a n a g e m e n ta n dp e r f o r m a n c e a n a l y s i s ，w o r k f l o w - t i m ec o n s t r a i n t s ，t h ew o r kf l o wi nt h e t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l b a s e do nt h et e n s ef o u r - d i m e n s i o n a lc o n c e p to fw o r k f l o w , t h a ti s ，b yt h ep r o c e s s m o d e la n dr e s o u r c em o d e l ，i n f o r m a t i o nm o d e la n dt h ea p p l i c a t i o no ft h em o d e l c o n s t i t u t eat e n s ef o u r - d i m e n s i o n a lm o d e l o fw o r k f l o w , a n de a c ho ft h e f o u r - d i m e n s i o n a lm o d e lf o rf o r m a ld e f i n i t i o n ( 2 ) f l e x i b l ew o r k f l o wt e c h n o l o g ys t r a t e g ya n dr e s e a r c ho nt h eb a s i so ft h es t a t u s q u o ，c o m b i n e dw i t ht h ed y n a m i cc h a n g e si nt h ef o r m a ld e s c r i p t i o no f t h ew o r ko ft h e t e n s ef o u r - d i m e n s i o n a lm o d e lo ff l e x i b l ed e s i g nw e r eg i v e n a f t e rt h ed e s i g np r o c e s s b ye x a m p l e ，b a s e do nt h en e e dt oi n c r e a s ea c t i v i t i e s ，d e l e t e ，m o d i f y ；o r g a n i z a t i o n sa n d t h er o l ei nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es p e c i f i e dt i m eo rt oc h a n g ea ta n yt i m e o n e m o d e lf o rt h ep r o c e s st oi n c r e a s et h ep h y s i c a lf o r m ，t h er e a l i z a t i o no fn o n - a u t o m a t e d d a t ae n t r y , e n h a n c et h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mf o rav a r i e t y o fa d a p t i v e c h a n g e s r e s o u r c em o d e li s b a s e do nt h er e a l i t i e so fb u s i n e s so r g a n i z a t i o n si nt h e a b s t r a c t a n a l y s i so ft h ed e s i g n ，t h em o d e lw i l lb ed i v i d e di n t ot w oe n t i t i e si nt h er o l e ， o r g a n i z a t i o na n dt e a m ，a n do t h e ru n i t st om e e tt h eb u s i n e s sn e e d so fd i f f e r e n ts t a f f m e m b e r s i n f o r m a t i o nm o d e li sb a s e do nt h ec l a s s i f i c a t i o no fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e s f o rt h e d e s i g n ，d i f f e r e n tt y p e so fi n f o r m a t i o ni n d i f f e r e n td a t a m a n a g e m e n t a p p l i c a t i o nm o d e lt od e s c r i b et h ea c t i v i t i e so ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o c e s su s e d b yt h et o o lo ram e a n s ( c a l l e dt h ea p p l i c a t i o n ) ( 3 ) a n a l y s i s o f t e m p o r a l w o r k f l o w e x c e p t i o nh a n d l i n gm e t h o d s i n t i m e p r o c e s s i n ga l g o r i t h m su n u s u a ld e s i g n ( 4 ) t ot h es e n a t ef o rt h ec a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，m a n a g e m e n ts y s t e mf o r a n a l y s i so ft h et e m p o r a la n o m a l ya n dt r e a t m e n ts t r a t e g i e st od e a lw i t ht h ec a s ea n dt h e t e n s ef o u r - d i m e n s i o n a lm o d e lo ff l e x i b l ew o r kt oa c h i e v e t h i sa r t i c l eo nt h ew o r ko ft h et e m p o r a lm o d e lo ff l e x i b l ea b n o r m a ls t a t ei na t i m e l ym a n n e ro nt h ei s s u ee x p l o r e dt h r o u g hf o u r - d i m e n s i o n a lm o d e lo ft e m p o r a la n d e x c e p t i o nh a n d l i n go ft h ef l e x i b l ed e s i g n , c o m b i n e dw i t ht h ed y n a m i cc h a n g e si nt h e t h i n k i n go ft h ew o r k f l o ws y s t e mt oe n h a n c et h ef l e x i b i l i t ya n de n h a n c ew o r k f l o w s y s t e ma v a i l a b i l i t y , e a s eo fu s e k e yw o r d s ：w o r k f l o wm o d e l ，f l e x i b l e ，t e m p o r a la n o m a l y l v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 或集体已经发表或已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献 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。 学僦文储张白步辱 日期w 年1 月多日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料 室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、 缩印或其他方法保存学位论文。 导师躲仓 日期滞厂月9 日 客1 扩 卸h 名 月 签 “ 者 f 懈产 文 孜 妒 位 期 学 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题的背景及来源 时间是自然界无所不在的客观属性，任何信息都具有对应的时态属性。时 态信息处理已成为信息系统与新一代数据库的关键技术，由于工作流的实际应 用中对时间因素的要求越来越多，时态信息处理的应用领域也越来越宽，近几 年在工作流的相关问题上也引入了时态元素。时态工作流( t e m p o r a l w o r k f l o w ) 将时间作为一个维度引入工作流系统，全面、系统地描述组成工 作流的各元素及其关系的时态特性【1 j 。即将时间维引入工作流系统，全面、 系统地研究工作流系统中对象、关系、活动、事件等元素的时态特性及其规律。 本课题研究来源于国家自然科学基金项目时态工作流过程模型及其柔性 研究( 6 0 5 7 3 1 6 0 ) 。 随着工作流技术不断发展，以及社会企业竞争日益剧烈，政府提高效率的 紧迫性，对工作流产品的时效性、灵活性、可靠性提出了更高层次的要求。而 柔性技术是针对目前工作流系统在模型定义和执行中表现出的僵化、死板而提 出的，柔性技术的进步必然推动工作流技术的更大发展。本文在时态工作流柔 性问题上进行了探索，通过基于四维模型的时态工作流模型分析，研究由于时 间异常而动态改变工作流流程策略，并提出相关时间异常处理方法，结合动态 变化的思想来提高工作流系统的柔性，增强工作流系统的可用性、易用性。 1 - 2 国内外研究概况 工作流技术发展到今天，人们对其提出了更多的功能要求，其中一个主要 问题是工作流系统的灵活性和动态性。传统的工作流系统缺乏柔性，如何使工 作流系统具备灵活的动态性和自适应能力成为目前工作流管理系统研究的一 个热点。传统的工作流模型常常具有描述能力不强，柔性不够等缺点，因此， 一旦企业的业务流程发生变化，就必须重新进行工作流的建模工作，这无形增 第1 章引言 加了许多不必要的开发成本。解决这个问题的一个方法就是构建柔性工作流模 型，提高工作流模型的描述能力和灵活性。 自然界所有信息都具有相应的时态属性，工作流在实际的业务过程中同样 具有很多时间限制因素，实施工作流管理需要处理时间问题，确保工作流执行 满足过程的时间约束。可见，研究柔性时间工作流模型，对于增强工作流管理 功能、丰富工作流建模理论以及推动工作流管理软件的实际应用具有重要意 义。近年来，关于柔性时间工作流模型的研究很多，提出了不少有意义、有见 解的工作流模型。目前，国内外具有代表性的柔性时间工作流模型有： ( 1 ) s e al i n g 等人提出的一种扩展的时间工作流网t w f n e t ( t i m e w o r k f l o wn e t 。简称t w f - n e t ) z 1 。t w f 二n e t 中的每个变迁都被赋予了一 个区间变迁的执行时间跨度必须在其中取值。该文献还定义了时间安全性的 概念并给出了t w f n e t 某些行为特性的验证方法； ( 2 ) p a n a g i o t i s 探讨时间工作流描述中对不确定性的支持以及基于时态 数据库的实现方法【f j j ； ( 3 ) h s u 研究了资源约束及其与时间约束的冲突，并给出了一个冲突检 测算法【4 1 ； ( 4 ) f e r u c i o 等人研究了时间工作流的有界性和活性，并对其合理性与传 统工作流模型合理性的关系进行探讨怕1 ； ( 5 ) 在t w f - - n e t 的基础上杜栓柱等人提出了一种新的时间p e t r i 网 工作流模型扩展时间工作流网( e x t e n d e dt i m ew o r k f l o wn e t 。简称 ( x t w f - n e t ) 【6 j 。该模型增加了活动的执行时间，并通过一定的构建规则， 能够将多个t w f - n e t 合并为一个x t w f - n e t ，以描述并行流程中的时间约 束。另外，x t w f - n e t 中还引入了与时区相关的时间映射函数，可以描述分 布于不同时区的工作流程； ( 6 ) 基于实际工作流过程对时序约束的需求，李慧芳等提出了时间约束 i 懒( t i m i n gc o n s t r a i n tw o r k f l o wn e t ，简称t c w f n e t ) 【7 】【8 1 。 t c w f - - n e t 将时间约束p e t r i 网的分析方法与w f n e t 有机地结合起来，完 整地描述了工作流系统中业务实例的到达时间、活动实例的使能时间、活动可 执行的期限时问以及活动的执行延迟。 2 第1 章引言 ( 7 ) 清华大学王远分析了时间管理对工作流模型和工作流系统功能的需 求，基于元建模技术提出了一种符合m0f 规范的工作流时间元模型【9 j ，设 计了支持时间管理的工作流系统框架，按照该框架开发了工作流原型系统； ( 8 ) 中山大学余阳、汤庸对工作流元模型进行了时态扩充并提出了时态 工作流的概念，通过引入时态元素的表达和演算来处理工作流中的时间信息， 定义了时态信息的规范表示和一组时态数据演算，对时态工作流中主要元素进 行了形式化描述；并运用上述成果进行过程建模【l 。 从上述国内外研究来看到，目前柔性时间工作流模型研究，大部分集中在 工作流过程模型的时间管理和时间约束上。目前国内关于柔性工作流异常处理 的研究的有： 孙瑞志、史美林，采用了一种直观的描述方法对异常处理过程中的元素 【1 1 】【1 2 1 ，即活动、异常事件、异常处理策略以及处理措施进行了形式化描述，特 别是对不同处理策略下的处理过程进行了描述结合消息机制，分析了一个异 常事件出现时，如何处理一个活动实例产生的中间数据，并对事务处理和异常 处理的补偿策略进行了比较描述方法为编码实现提供了很大的方便。另外在 研究基于内在事务的工作流异常处理方法提出了工作流运行过程中异常处理 的控制方法和不同处理策略下的异常恢复规则，保证了异常发生时，异常处理 程序和工作流引擎的顺利交接，从而保证了流程发生变化时执行的持续性。 清华大学软件学院胡坚、宋斌恒提出一种基于a o p 技术的工作流异常处 理策略【”】，针对工作流系统中的业务逻辑异常，结合利用a o p 技术，通过对 异常处理横切关注点的划分，提出了一种新的工作流系统异常处理策略，并且 提出了新的异常处理的后向恢复和横向替代恢复方式。 韩晶等提出了一种数据库的扩充志志文件和工作流的日志文件相结合的 粟性策略来实现工作流的恢复，完成异常处理【1 4 j 。 目前很多学者对工作流异常处理研究集中在过程模型层面上，而对工作流 的时间异常及异常处理少有涉及，本文提出基于四维模型的时态工作流模型， 对四维时态工作流模型分别进行柔性设计，并分析时态工作流的时间异常及异 常处理方法，从而促进了工作流柔性技术领域的研究。 3 第1 章引言 1 3 研究的目的与意义 目前工作流技术正在经历从刚性向柔性的变革【1 5 】，这种变革源自企业在 发展过程中不断出现的许多新需求。例如，部分过程的具体定义不在创建时而 在运行时，由终端用户参与完成，或者通过运行时人工干预选择某条执行路径， 或者根据各种内、外部原因，更改工作流过程，并将更改及时地反映到正在执 行的工作流实例中去，等等。以上刚性系统在处理这些柔性需求时，严格的过 程描述限制了人们选择更熟悉或更适合的操作方式，系统没有处理异常和进行 变更的能力，以及缺少对过程的人工干预和补救措施等。只有支持柔性的工作 流系统，才能满足现代企业灵活、动态的各种需求。 工作流系统在企业中主要负责业务过程的建模和执行，这些业务过程往往 涉及到多个参与，需要使用分布的资源，调用多个软件系统，而且时间跨度很 长，因此在工作流执行时可能存在多种潜在的工作流异常。而现有的工作流管 理系统还缺乏对各种异常处理的有效支持 1 6 】【17 1 ，远远不能满足企业应用的需 要，在工作流管理系统的应用实施中的异常处理问题显得尤为突出。 工作流系统的模型是开发设计一个工作流管理系统的基础，它描述了构成 工作流管理系统的实体、实体之间的关系和属性。然而随着应用的深入发展， 现有的工作流模型已显露出明显的不足： 1 模型内容有限，不能满足流程多样的要求： 2 柔性差，主要表现在流程定义缺乏柔性和流程执行缺乏柔性； 3 易使用性、互操作性不高： 4 可扩展性不高。 工作流管理联盟( w f m c ) 虽然给出了基本的工作流参考模型和过程元 模型，但这个元模型并没有提到时间等动态变化的诸多因素。时态工作流模型 综合考虑了工作流中所有元素、元素间关系的时间属性，并研究这些时间属性 对工作流相关性质和问题的影响，其中时态异常研及处理方法的研究及少涉 及。本文对时态工作流模型及其时态异常和处理进行了柔性研究，从而一定程 度上丰富和完善工作流基础理论。 4 第1 章引言 1 4 论文的主要工作与组织 本文共分为六章，各章内容概述如下： 第1 章，引言；介绍了课题的背景及来源和目前国内外的研究概况，并 叙述了本文的主要工作与组织。 第2 章，工作流技术基本理论；介绍了工作流定义及工作流管理系统相 关概念；描述了工作流参考模型及其接口功能；分析了工作流相关概念之间的 关系。 第3 章，四维时态工作流模型；提出时态工作流的概念，然后在现有研 究已取得的成果上，分析时态工作流的四维模型。其中过程模型将信息、资源、 应用程序等元素集成在一起，是时态工作流的核心模型。通过工作流时态管理 与时间性能分析，对过程模型、资源模型、信息模型和应用程序模型，分别给 出了定义与形式化描述。 第4 章，基于四维时态工作流模型的柔性分析：分析了工作流的柔性技 术和工作流时间异常及处理的常用方法，在第3 章给出的四维模型的基础上 对时态工作流四维模型分别进行了柔性设计。结合时态信息及实例迁移技术分 析了时态异常处理方法及其相应算法设计，为工作流的柔性研究提供了新的方 案。 第5 章，四维时态工作流模型的柔性应用；介绍了教务管理系统组织结 构，分析系统中的时态约束，提出系统时态异常处理策略，并通过系统时态异 常实例，分析处理方法。 第6 章，总结与展望；对全文进行了总结，归纳了本文研究的内容和成 果，对将来的工作提出了展望。 5 第2 章工作流技术基础理论 第2 章工作流技术基本理论 2 1 工作流的定义 1 9 9 3 年工作流管理联盟w f m c 的成立标志着工作流技术开始进入了相 对成熟的阶段。由于不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工 作流的定义，这里我们给出几个具有代表性的定义。 根据工作流管理联盟w f m c 的定义【18 j ：工作流是一类能够完全或部分由 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 一系列过程规则在不同的执行者( 包括人员或应用软件) 之间传递、执行。 清华大学的范玉顺教授的工作流的解释是：工作流是一种反映业务流程的 计算机化的模型，是为了在先进计算机环境支持下实现经营过程集成与经营过 程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型【1 9 】。 以上两种工作流的定义，包括其他的一些工作流定义基本上都是用非形式 化的语言对工作流所进行的描述，虽然表述方式略有不同，但是基本上都说明 这样一个问题，即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 是这一个实现的软件环境。使用工作流来做为经营过程的实现技术首先要求工 作流系统能够反映经营过程的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) 、做得效果如何( 通过工作流管理系 统对执行过程进行监控) 。 工作流的研究内容非常丰富，尤其是对工作流时间管理用时态的研究越来 越多。时态管理逐渐成为工作流管理系统的关键部分，也是工作流技术实施复 杂企业应用的一大局限。本文就时态工作流柔性模型进行研究和分析，开展时 态管理研究，对于完善工作流建模、增强工作流管理系统软件的柔性、确保企 业业务过程计划的高效执行和提高企业的竞争力具有重要意义，而对时态管理 的支持是灵活性和实用性的工作流管理系统的基础条件。 6 第2 章工作流技术基础理论 2 2 工作流的基本概念 1 案例，任务，资源，角色，活动等有关概念 工作流是基于案例( c a s e ) 的，案例是工作流要处理的一项具体的工作。 每个案例都有有限的生命周期，且有唯一的标识。案例总处于某个特定状态： 该状态由与案例相关的属性值、已满足的条件和案例内容组成。工作流管理的 目的就是尽可能高效地处理各个案例。一个工作流过程用于处理一些类似地案 例，案例的处理是通过有序地执行一系列任务( t a s k ) 实现的。 任务是工作流中最关键的概念之一，一个任务是在一个预定的时间间隔 内，由一个或多个资源( r e s o u r c e ) 所执行的一部分工作。任务具有原子性， 它不能在分成更小的任务。任务是一个工作的逻辑单元，执行期间发生任何错 误，任务则“回滚 到执行前状态。 资源是活动的执行者，一个资源可以单独地或和其他资源一起执行一项任 务( 具体地说，是工作项) 。在任务执行期间，资源被占用。资源可以是自动 的实体( 如软件系统、打印机、传真机等) ，也可以是人、程序等。为了便于 把工作项分配给资源，资源通常根据它们之间的相似特点进行分类。由于存在 不同的分类标准，同一个资源类( r e s o u r c ec l a s s ) 中可以有多个不同的资 源，同一个资源也可以同时属于不同的资源类。如果资源类是基于资源的能力 进行分类，该资源类称为角色( r o l e ) 。如果资源类是基于组织机构的结构进 行分类的，这种资源类称为组织单元( o r g a n i z a t i o n a iu n i t ) ，如工作组， 部门等。当一个资源执行一个工作项，称为一个活动( a c t i v i t y ) 。 2 过程，过程实例的概念 一个过程( p r o c e d u r e ) 由一些控制任务( c o n t r o lt a s k ) 、一些任务和 资源类集合绑捆在一起的配对、以及一些子过程组成的偏序集合( p a r t i a l l y o r d e r e ds e t ) 。因为任务是按照规定的次序执行的，所以应该找出任务之间 依赖关系的条件。每个任务都有前置条件( p r e - c o n d i t i o n s ) 和后置条件 ( p o s t c o n d i t i o n s ) 。只有当前置条件满足时，任务才能执行，并且，当任 务执行完时，其后置条件也必须满足。 7 第2 章工作流技术基础理论 过程实例指的是某个工作流过程的一次执行。在实例的执行过程中，工作 流管理系统w f m s 将解释相应的过程定义，生成有关的活动实例并根据过程 定义中的控制规则协调这些活动实例之间的顺序关系，同时根据数据流动关系 的定义完成活动实例之间的数据传送，一般情况下每一个活动实例都将表现为 一个工作项【2 0 1 。 3 工作流过程，工作项，工作流状态等概念 工作流过程是业务过程的计算机化的形式表示。它定义的是过程运行中会 涉及到的各种参数，如业务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之间 的控制流动与数据流动关系等【2 1 1 。 一个处理过程( p r o c e s s ) 是根据一个给定的过程( p r o c e d u r e ) 对一个 案例( c a s e ) 进行处理，处理过程具有动态的特征，而过程是静态的定义。 一个处理过程的活动周期是从一个案例启动一个过程开始，到案例流出过程结 束，到达最终状态。一个处理过程可以用一系列事件来刻画( 对于基于事件的 工作流来说) ，或者用一系列状态刻画( 对于基于状态的工作流来说) 。由于 基于p e t r i 网的工作流是基于状态的，因此采用后者来刻画。 由于一个过程定义用于处理同一类型的案例，我们把为某个具体案例而执 行的任务( t a s k ) 称为一个工作项( w o r ki t e m ) 。 工作流状态( w o r k f l o ws t a t e ) 是工作流在某一时刻的快照，工作流状 态包含有相关的历史信息和预知工作流未来的信息。工作流标识号( w o r k f l o w i d ) 用于区分处理不同案例的工作流，通常和案例的标识号是一致的。工作 流属性( w o r k f l o wa t t r i b u t e ) 用于控制案例在过程中的路由，具体地说， 就是一些控制变量和逻辑参数，从另外的角度来看，工作流属性也就是案例地 属性。 4 工作流数据，工作表处理程序和应用程序等概念 工作流数据包括工作流控制数据和工作流相关数据。工作流控制数据指被 工作流执行服务( w e s ) 和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。工作流相关数据指与业务过程流相关的数据。具 体地说，这些数据是普通的业务数据，可以被应用程序调用，但是这些数据又 8 第2 章工作流技术基础理论 与工作流执行控制相关。w f m s 使用这些数据确定工作流实例的状态流转， 例如过程调度决策数据、活动间的传输数据等。 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，验证工作项的完成，在工 作项被处理的过程中调用相应的应用程序等。 应用程序可以直接被w f m s 调用或者通过其他方式被间接调用( 如w e b s e r v i c e ，w s ) 。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工作流相关数据 不同，应用数据对应用程序来讲是局部数据，对w f m s 的其他组件来说是不 可见的。 5 工作流基本概念之间的关系 通过对工作流的剖析，下面图形显示了工作流基本概念及基联系。 业务流程 r 一 图2 - 1 工作流基本概念之间的关系 工具 我们也可以用一个三维视图来更加直观地考察工作流中各个成分之间的 关系。图2 2 显示了一个工作流的三维视图：案例过程和资源三个维数 2 3 1 。 案例维数表示每个案例被单独处理，从工作流的角度来看，各个案例之间并不 直接相互影响，它们之间通过共享资源和数据间接地相互影响。过程维数定义 9 第2 章工作流技术基础理论 了任务之间地流向关系。在资源维数中各个资源被分组到相应的角色和组织单 元中。在图2 - 2 中还可以清楚地看到工作流中各个成分之间的关系：工作项 = 案例+ 任务，活动= 案例+ 任务+ 资源。 资源维数 案例维数 图2 - 2 一个工作流的三维视图 程维数 工作流管理把案例、任务和资源有机地结合在一起。为了实现工作流管理， 我们要对工作流过程进行建模，主要涉及到案例维数和过程维数。另外，还要 对资源进行管理，该工作涉及到组织机构建模，并把资源映射到工作项上( 即 工作流调度) 。 2 3 工作流管理系统 2 3 1 工作流管理系统定义及功能 w f m c 给出的工作流管理系统的定义【z z 】是：工作流管理系统( w o r k f l o w - - m a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 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的工作逻辑推进工作流实例的执行。在这 里我们可以理解，工作流管理系统就是一个保证企业经营过程由计算机自动执 行的软件系统，是支持工作流流程定义和流程运行的软件环境。工作流管理系 统确保将正确的的信息在正确的时间传递给正确的人( 或计算机应用程序) ； 它本身并不参与过程任务的执行。 10 第2 章工作流技术基础理论 我们可以这样理解w f m s ：当数据管理从应用中分离出来的时候，形成 了d b m s ，程序员在编写程序的时候，就不需要再来考虑数据的管理；当过 程管理从应用程序中分离出来的时候，形成w f m s ，此时，程序在编写应用 程序的时候，就不需要再来考虑业务过程的管理。 抽象考察工作流管理系统，可以发现，通常工作流模型分为三个阶段执行， 分别是：模型建立阶段、模型实例化阶段、模型执行阶段。这三个阶段是相互 关联的。模型建立是模型实例和执行的基础，同时通过模型的实例化和执行， 反过来优化过程模型。一个工作流管理系统不管规模如何，都包含了以下三个 功能【2 2 】： ( 1 ) 模型建立功能。即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。主要包括企业经营过程的抽象，用形式化的语言来描述企业 经营过程活动的定义以及活动间的关系。 ( 2 ) 模型执行阶段控制功能。在一定的运行环境下，实例过程模型，并 负责创建、执行和控制工作流实例，激活相应的资源和应用，完成过程中每个 活动的排序和调度功能。它是整个工作流管理系统的核心部分。 ( 3 ) 执行阶段的人机交互功能。各种活动执行过程中用户和应用工具的 交互。 图2 - 3 为三个功能之间的关系： 建立阶段 过程设计与定义 运行阶段 过程实例化与控制 - 运行阶段 人机交互 图2 - 3 工作流管理系统功能关系 第2 章工作流技术基础理论 企业实施工作流管理所带来的好处是非常明显的，这包括提高企业运营效 率、改善企业资源利用、提高企业运作的灵活性和适应性等等。工作流管理的 最终目的都是为了缩短企业运营周期、改善企业内( 外) 部流程、优化并合理 利用资源、减少人为差错和延误，以提高劳动生产率。 2 3 2 工作流系统参考模型 工作流管理系统的执行，常常涉及到和其它应用系统和数据的集成和交 互，所以对它的开发是一个长周期的系统开发过程。在这个开发过程中，应用 系统要经过不断的迭代，才能不断地接近系统开发的目标。在迭代的开发过程 中，要不断抽取系统的公共处理和操作，进一步抽取成软件构件，以及描述其 相互关系，使其具有一般特性。w f m c 提出的工作流系统模型具有代表性， 它是工作流系统结构的通用描述，其中总结了工作流系统的主要部件和相关接 口。如图2 - 4 所示为工作流系统参考模型l z z j ： 图2 - 4 工作流系统参考模型 该模型说明工作流系统的核心是工作流执行服务，执行服务确保按照正确 的次序由正确的人执行正确的活动，下面简单介绍这个模型中每个组件的功 能： 1 2 第2 章工作流技术基础理论 ( 1 ) 工作流执行服务；工作流执行服务是工作流系统的心脏。该组件用 于创建新的过程。工作流执行服务借助一个或多个工作流引擎( 提供一个过程 实例运行时环境的软件服务，也称为工作流机) ，解释过程定义的全部或部分 活动描述，并同外部的应用程序进行交互完成工作流过程实例的创建、执行和 管理；还可为用户生成有关的任务项等，为工作流执行提供了一个运行时环境。 ( 2 ) 过程定义工具；包括三部分：过程定义工具、资源分类工具和分析 工具。过程定义工具用于对一个过程进行描述，在许多工作流管理系统中，使 用不同的方式表达过程。资源分类工具可对执行工作流时所需的资源进行分 类，以便更好的将资源分派给过程。分析工具可对工作流管理系统各项指标、 性能进行分析。 ( 3 ) 工作流客户端应用程序；一般用户通过工作流客户端应用程序与工 作流系统交流。在过程实例运行过程中，每一个任务都称为一个工作项，它包 括对处理任务的要求。比如完成时间期限，以及需要处理的数据对象，条件变 量等。工作流管理系统为每个用户维护一张任务列表( w o r k l i s t ) ，是工作流 客户端应用程序的一部分，表示当前该用户需要处理的所有任务，已经完成的 任务，未接收的新任务。 ( 4 ) 被调用的应用程序；指在工作流实例运行过程中要被调用的应用程 序，任务的执行要启动一个或多个应用程序，它们不构成工作流管理系统的一 部分，因为它们与实际的工作执行相关。但它们确属于工作流系统，应用程序 由工作流引擎启动以完成特定任务，在过程定义时，定义了这些应用程序的详 细信息，例如应用程序类型，所在系统地址等。 ( 5 ) 其他的工作流执行服务；工作流系统可能含有几个工作流引擎。它 们都接受相同的管理且使用相同的工作流定义。同时，若干个独立的工作流系 统之间的相互链接也是可能的。这就意味着几个工作流系统的执行服务也相互 链接，即工作流互操作性。 ( 6 ) 管理及监控工具；该工具功能是对工作流管理系统过程实例运行 过程的状态监控和管理。它可分成两部分，一部分负责工作流运行管理，覆盖 了所有与工作流管理相关的操作。另一部分负责工作流的记录和报告，在工作 流执行期间的许多方面的信息都可被记录和存储下来。 1 3 第2 章工作流技术基础理论 除了以上组件，该模型还包括以下5 个接口： 接口1 ：工作流过程建模与执行间的接口；包括了模型对象建立解释和对 工作流模型检索的操作，过程模型对象读写操作。 接口2 ：工作流服务与客户应用之间的接口；完成客户对工作流实例管理， 过程状态管理，任务列表管理，应用程序激活。 接口3 ：工作流引擎与调用的应用程序之间的接口；这个接口主要完成过 程执行前向应用程序提供数据，执行后从应用程序中获取数据的功能，提供工 作流应用程序数据和地址，以及应用程序地址等。 接口4 ：两个工作流管理系统之间的互操作接口；前面讨论的工作流接口 功能也适合于此接口。 接口5 ：工作流服务和工作流管理工具之间的接口；此接口包括对工作流 中用户管理、角色管理、状态管理、审核管理等功能。 2 4 本章小结 本章主要从工作流的定义和基本概念开始，分别介绍了： 1 工作流的定义和基本概念； 2 工作流基本概念之间的关系； 2 工作流管理系统的定义； 3 工作流系统参考模型。 通过上面的介绍，我们对工作流以及工作流管理系统的相关知识有了系统 的认识，为本文四维时态工作流模型柔性分析作了必要的知识准备。 1 4 第3 章四维时态工作流模型 第3 章四维时态工作流模型 3 1 时态工作流的概念 时态工作流( t e m p o r a lw o r k f l o w ) 就是将时间作为一个维度引入工作 流系统，全面、系统地研究工作流系统中各元素及元素间关系的时态特性及其 规律。 a a l s t 将工作流的组成元素分为三个维度：资源( r e s o u r c e ) 、案例( c a s e ) 和过程( p r o c e s s ) 2 3 】，文献 1 0 】认为随着网络技术的发展，时间因素对工 作流系统的影响远超过空间距离因素对工作流系统的影响程度，在a a l s t 三维 论基础上提出工作流组成元素分为四个维度：资源( r e s o u r