（计算机软件与理论专业论文）基于活动网络的工作流过程建模.pdf

摘要 随着信息技术的发展，现代企业的信息化要求越来越高，企业管理具有业务 过程重组和组织机构重组的动态特性，而工作流技术因为其自身的优点能够使企 业实现业务过程集成、业务过程自动化与业务流程管理。而对企业经营过程的建 模又是实现企业自动化的基础。本文对工作流过程建模进行研究，设计并实现了 一个工作流过程建模的可视化的集成开发环境。 文章首先介绍了工作流技术以及工作流管理系统的相关知识，然后简要介绍 了工作流过程建模及其当前发展状况，对当前工作流过程建模的几种方法进行比 较，指出采用活动网络图的方式是一种比较实用的建模方法。 文章的核心部分是对整个系统进行分析与设计，并提出了一种基于瑚l 的过 程定义语言，并用其对工作流过程定义中的实体进行了严格的定义，从而实现对 工作流过程的形式语言的描述。然后在此基础上进行详细设计，最终实现一个工 作流建模系统。 文章最后对本建模系统进行分析，指出系统中存在的不足以及今后需要进一 步完善的内容和研究方向。 关键词：工作流工作流管理系统活动网络工作流过程定义可扩展的标记 语言) ( m l 过程定义语言 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i n f o r m a t i z a t i o ni nm o d e m c o r p o r a t i o n si sr e q u i r e dm o r ea n dm o r e b u s i n e s sm a n a g e m e n ti s d y n a m i c a l l y c h a r a c t e r i z e da sb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n ga n do r g a n i z a t i o nr e c o n s t r u c t i o n w i t h i t so w na d v a n t a g e s ，t h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yc a nh e l pt h ec o r p o r a t i o n st oa c h i e v et h e b u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o n , b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o na n db u s i n e s sp r o c e s s m a n a g e m e n t a n dt h ef u n d a t i o no f a l lo f t h o s ei st h em o d e l i n go f t h eb u s i n e s sp r o c e s s i nt h i st h e s i s t h ew o r k f l o wp r o c e s sm o d e l i ss t u d i e da n daw o r k f l o wm o d e l i n gt o o li s d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ，w h i c hi sav i s u a li n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ( i d e ) f i r s t l y , t h eg e n e r a l i n f o r m a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y a e mi si n t r o d u c e d t h e nt h ew o r k f l o wp r o c e s sm o d e l i n ga n di t s c u r r e n t d e v e l o p i n gs t a t u sa r es t a t e d a n dt h r o u g hc o m p a r i s o na m o n gs e v e r a l m o d e l i n gt e c h n i q u e s ，t h em o d e l i n gb a s e do na c t i v en e t w o r ki st h o u g h tt ob ea n a p p r o p r i a t et e c h n i q u e t h em a i no ft h i sp a p e ri st oa n a l y z ea n dd e s i g nt h em o d e l i n gs y s t e ma n da p r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g eb a s e do nx m l i sp u tf o r w a r d ，i nw h i c ht h ee n t i t i e so f t h e w o r k f l o wp r o c e s sd e f m i t i o nc a nb ed e f i n e ds t r i c t l y b a s e do nt h a t ，aw o r k f l o w m o d e l i n gs y s t e mi sd e s i g n e di nd e t a i la n di m p l e m e n t e da tl a s t f i n a l l y , t h el i m i t a t i o n so ft h i ss y s t e ma l ee x p l a i n e da n dt h ed i r e c t i o no ff u t u r e w o r ki sp o i n t e do u t k e yw o r d s = w o r k f l o w , w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ( w f m s ) ，a c t i v e n e t w o r k , 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 ( w p d l ) ，e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g ef x m 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 ) 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤生盘茔或其他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。 学位论文作者签名：赤、峻啤 签字日期：沙石年月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘壅盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫生盘茔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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：斋竣咪 签字日期：泓“年月 1 日 导师弛缸缸刁 签字日期：弦6 年月2 ，j 日 第一章 1 1 技术背景 1 1 1 工作流技术 第一章绪论 工作流的概念起源于生产制造业和办公自动化领域，它是针对日常生活中 具有固定程序活动而提出的一个概念。提出的目的是通过将工作分解成定义良好 的任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控、管理， 达到提高生产效率、降低生产成本、提高企业管理水平和竞争力的目标。实际上， 自从工业化以来，有关组织管理过程，对流程优化的工作一直在进行，并且是企 业管理研究的主要目标之一。只是在企业计算机信息系统引入以前，这些工作都 是手工完成的。在计算机网络和分布式数据技术发展日臻成熟的基础上，于上世 纪8 0 年代中期出现的工作流技术为企业更好实现这些经营目标提供了手段。工 作流一出现就马上受到广泛的重视和研究。至今，工作流技术已经成功地运用到 了图书馆、医院、保险公司、银行等部门。更重要的是工作流技术在工业领域， 特别是制造业领域的应用。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机和网络技术的迅速普及，特别是i n t e m e t 的迅速发展，现代企业信息系统的分布性、异构性和自治性越来越显著。集中式 信息处理的时代已经过去，取而代之的是大规模的异构分布式信息处理与应用执 行环境。在这种技术背景下，工作流管理系统也由最初的创建无纸化办公环境， 转而成为同化企业复杂信息环境、实现企业业务流程自动执行的必要工具。这样 一个转变，把工作流带入一个崭新的发展阶段，使人们从更深的层次、更广的领 域上对工作流展开了研究。 目前在全球范围内，对工作流的研究和产品开发进入了更繁荣的时代。更多 的新技术被集成了进来。作为支持企业业务过程重组、经营过程自动化的一种手 段，工作流技术的研究日益受到了学术界和企业界的越来越多重视。工作流技术 研究的主要目的有两个：一是为工作流技术的发展解决理论上存在的问题，探讨 工作流模型和语义的形式化表示方法等；二是从工作流实现技术的角度探讨利用 先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。 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。为了实现在不同产品之间的互操 第一章 作，w f m c 在工作流管理系统的术语、体系结构及应用程序编程接口( w a p i ) 等方面制定了一系列的标准。 w f m c 给出的工作流定义是【2 l 】：工作流是一类能够完全或者部分自动执行 的经营过程，他根据一系列规则，文档、信息或任务能够在不同执行者之间进行 传递和执行。 在实际情况中可以把凡是由计算机软件系统( 工作流管理系统) 控制执行的 过程都称为工作流。工作流可以应用于经营过程的不同阶段。图1 - 1 1 4 1 给出了工 作流覆盖的经营范围与对应的工作流研究领域。 工作流 经营过程 经营过程定义 经营过程重组 经营过程自动化 工作流定义 工作流实施 工作漉自动化 工作流管理 工作流管理系统 图1 1 工作流覆盖的经营范围与对应的工作流领域 工作流是经营过程的个计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的软 件环境。使用工作流来作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：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) ；做的怎样( 通过工作流管理系统对执行过程进行监 控) 。 由上述可看出，工作流技术的主要特点是：过程的自动化处理，这些过程包 含由人与以机器为基础的活动相结合；特别是对那些与i t 应用程序和工具交互 相关的过程进行自动处理。作为一种对常规性事务进行管理、集成的技术，工作 流技术具有智能化、高效性、可控性、灵活性和集成化等优点。 此外，采用工作流管理对于企业的信息现代化具有显著的作用。采用工作流 管理系统可以在最大程度上集成企业的现有信息资源，实现资源的充分利用。由 于工作流管理系统具有较好的柔性和开放性，因此可以保证企业的信息系统能够 顺利地扩展，以满足不断变化的市场环境【4 j 。 第一章 1 1 2 工作流管理系统 从历史的发展角度来看，设计信息系统的目的是使它能够支持单个任务的执 行，而如今的信息系统却需要支持各种业务流程。信息系统不再只着眼于人物本 身，而要能够控制、监督和支持业务流程的逻辑层面。总之，信息系统必须能够 管理一个企业或者组织内部的工作流动。工作流管理系统就是出于这样的目的而 产生的。 国际工作流管理联盟( w f m c ) 给出的工作流管理系统定义是：“一种能够 完整的定义、管理和执行工作流的系统，这些功能通过一组软件的执行来实现， 而这组软件的执行顺序由一种计算机化的工作流逻辑表示来完成。” 在很大程度上，工作流管理系统为企业业务系统运行提供一个软件支撑环 境，非常类似于在单个计算机上的操作系统，所以工作流管理系统有时也称作“业 务管理系统” 图1 2 为w f m c 提出的工作流参考模型的体系结构图田】。这个参考模型的 体系结构给出了抽象工作流管理系统的功能组成部件和接口，能够满足工作流管 理系统和产品应该具有的主要功能特征。 调用 图1 2 工作流参考模型的体系结构图 第一章 根据w f m c 给出的标准化工作流参考模型瞄l ，工作流管理系统主要由以下 部分组成：工作流建模、工作流监控、工作流引擎、工作流执行服务、工作表和 工作表处理器，以及各种工作流所涉及的数据。其中工作流建模是用工作流定义 工具将企业的业务过程转化为用工作流语言描述的过程定义，并保存在工作流数 据库中；工作流引擎是过程定义的解释器，是工作流执行服务的核心，主要负责 解释过程定义，创建过程实例并控制其执行等；工作表( 也称任务表) 列出了与 参与活动执行的一个特定用户( 或一组用户) 相关的一系列工作项，显示给用户 的工作项列表应包括任务的开始结束时间、各步骤名称及所属流程和任务预计 完成时间等信息；工作流所涉及的数据包括工作流控制数据、工作流相关数据以 及工作流应用数据等。 虽然不同的工作流管理系统具有不同应用范围和实施方式，但从较高层面来 看，所有的工作流管理系统都提供了三种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程、相关活动定义和建模过程。本 文描述的建模工具就提供工作流管理系统的这个阶段功能； ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定环境下，执行工作流过程，并完成每个 活动中活动的排序和调度功能； ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与i t 应用 工具之间的交互。 图1 - 3 4 1 说明了工作流管理系统的功能特性。它描述了工作流管理系统各个 功能模块的划分以及相互之间的联系。 图1 - 3 工作流管理系统功能特性 其中，建立阶段的功能主要体现在流程的计算机定义。在这个阶段要通过使 用分析、建模和系统定义技术将一个现实世界的业务流程转换成可用计算机处理 第一章 的形式化定义。定义中的信息通常包括一些分散的行为步骤，相关的计算机操作 和人的操作，以及通过不同的行为步骤来进行流程处理的管理规则等。流程定义 的表达形式可以是文字形式、图形形式或者一种形式化的语言符号。如何对企业 业务流程建模，以及用何种工作流语言描述企业过程是本文的论述重点。 结合信息技术、分布对象技术、i n t e m e t i n t r a n e t 技术的发展趋势，从技术应 用角度看，在今后一段时间内，工作流管理技术的研究将沿着以下几个方面发展： 基于w 曲的工作流、工作流过程建模、分布式工作流、代理技术与工作流技术 的结合、面向对象的工作流、工作流互操作、工作流事务管理、工作流模型的分 析和仿真工具【6 j 。 1 1 3 工作流过程建模及发展趋势 1 1 3 1 工作流过程建模及其作用 模型是用文字、图表、符号、关系式以及实体模样等描述所认识到的客观对 象的一种简化表示形式，它是人们为了研究和解决客观世界中存在的各种问题而 对客观现实经过思维抽象后得到的。简单地说，模型就是所描述客观对象的抽象 表示。一般来讲，模型都包含一个完整的概念集合、一套相应的表示方法以及必 要的规则约束，它们为人们抽象地表达客观对象提供了一个参考性的框架环境。 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。即在工 作流管理建立阶段( b u i l d t i m e ) 完成的经营过程的计算机化的定义，所得到的 定义通常可称为过程模型、过程模板、过程元数据或过程定义。工作流模型应该 支持完整的工作流概念定义，为建模用户提供定义工作流所需要的组件或元素。 由于需要在计算机环境下运行，所以工作流模型不仅仅要让人读懂，更要让计算 机能够理解所定义的工作流过程。也正是因为如此，简单的业务过程通过语言或 文字就可以表达完全，无需建立明确的模型，而描述企业经验过程的工作流则必 须建立相应的工作流模型，才能实现企业业务流程的工作流管理，尤其是对那些 实现许多复杂的并行执行流程的业务过程，只有建立它们的计算机化的模型才可 能对流程的执行情况进行有效的监控。 在进入九十年代以后，市场上已经出现了许多的工作流产品，人们开始对工 作流模型进行深入的研究。由于工作流首先必须描述清楚一个经营过程是怎样进 行的，因此，许多工作流模型都是从过程的描述入手，比如流程图、状态图、活 动网络图，以及k e l l e r 等人提出的e p c m 模型( 事件过程链模型) 等等。为了 使不同的工作流产品能够兼容，在工作流建模上，工作流管理联盟开展了两个方 面的工作：一是定义了一个元模型，用于描述工作流模型内部包含的各个对象、 第一章 对象之间的关系以及对象的属性，这个元模型有利于建立可以在多个工作流产品 之间交换信息的模型；二是定义了一套可以在工作流管理系统之问、管理系统与 建模工具之间交互过程定义的a p i ( 应用编程接口) ( 接口1 ) 。 工作流过程建模是经营过程分析与经营过程重组的重要基础。过程建模主要 解决如何根据过程目标和系统约束条件，将系统内的活动组织为适当的经营过程 问题。过程建模作用主要体现为： ( 1 ) 用于准确描述企业的经营过程，供流程分析和优化使用； ( 2 ) 用于在不同的组织和信息系统间共享经营过程知识，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，以满足不同业务需求和企业动态结构演化； ( 4 ) 用于企业c i m s 实施，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。按过程模型进行系统构件配置还能 够实现柔性更好的过程集成。 从工作流管理系统整体来看，过程建模提供了一个关于过程的丰富描述环 境，可做如下用途： ( 1 ) 在制订流程期间作为创建流程和流程实例控制的模板； ( 2 ) 用于仿真和预测； ( 3 ) 作为流程监控和分析的基础； ( 4 ) 用于建立文档，形象化和知识管理。 1 1 3 2 工作流过程建模的研究动态 尽管经过工作流产品供应商与工作流研究人员十几年的不懈努力，工作流 技术由最初的萌芽逐步发展起来，并取得了相当的成果，但是从工作流系统的实 际应用状况来看，还远未达到人们所期待的水平。m o h a n 等人指出现有的工作流 管理系统存在的主要不足在于1 4 】：几乎彼此都不兼容；能力有限，对大规模业务 的负荷无法胜任( 主要因为单一数据库、集中式结构、通讯能力有限、设计时缺 乏远见等原因所致) ；鲁棒性与实用性差( 系统稳定性差，没有强有力的安全保 证) 。而在工作流建模上的不成熟性主要体现在工作流模型描述上，缺乏一种能 够支持过程定义、过程演进以及过程分析的形式化数学模型。目前的工作流模型 大部分都是从直觉出发，以图形语言或者文本语言来定义工作流过程，这种定义 方法本质上还停留在用户层上，不利于实际系统的实现，这大大限制了工作流在 企业应用中的普及和推广。 当前国内外针对工作流建模技术研究的一些课题f f ；j 4 1 ： 第一章 过程建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确的表示实际应用中的过程，特 别是研究如何以形式化的方法表示过程模型； 过程模型与其他模型的集成方法：在描述一个企业和一个应用领域的问题时， 仅有过程模型是不够的，还需要有功能模型、信息模型、资源模型、组织模型， 甚至经济模型和决策模型等的配合，这些不同的模型描述了一个应用领域的不同 侧面，它们的集成可以完成对一个企业或一个应用领域的全面描述。但是，如何 集成这些模型还没有良好的解决方法。有些工作流建模工具包括了对资源和组织 的描述能力，但是，目前还没有一个方法来实现过程模型和功能、信息模型的集 成； 模型验证和模型仿真方法：研究从理论上如何验证所建立的过程模型不存在死锁问题，研 究如何评价所建立的模型的性能和优化模型的方法，这对于企业经营过程重组问题的研究和 使企业经营过程重组具有重要的意义。 1 2 选题背景 1 2 1 过程建模的评价标准 工作流技术研究的主要目的有两个：一是为工作流技术的发展解决理论上存 在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等；二是从工作流实现技术 的角度探讨利用先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。因此，工作流 建模技术仍是当前研究热点。 对工作流概念模型进行评价的四条标准为： 表达能力丰富：模型提供丰富的建模概念，使得由大量约束集合而成的 元素能够在模型中被直接表达出来； 容易理解：不论是领域专家还是普通用户，都能够比较容易的理解模型 含义； ( d 最小化：模型中的概念不重叠，每一个基本概念都有它特定的意义； 形式化：模型定义能够作为现实对象的形式化描述。 在大多数情况下，概念模型都提供相应的图例表示，因此，作者认为还应该 再附加上对图例的要求，如易读性、完整性。 1 2 2 各种建模方法的比较 目前，工作流的建模方法中，比较流行的有基于p e t r i 网、状态图和基于语 第一章 言行为理论的建模分析方法。 基于p e 砸网的工作流分析方法往往注重时间性分析和冲突解决方法的分 析，而不重视工作流组成部分的连接性和相互作用等问题。 对于状态图分析方法来说，由于状态图本身的复杂性，使得构造连接性表示 符号变得相当困难。 基于语言行为理论的工作流模型最终是形成多个闭环互相连接而成的网络， 支持层次化建模能力不足，不适合比较固定的企业经营过程，建模人员很难完整 明确的列出双方所有可能的语言行为等。 基于活动网络的建模方法的优点在于：第一，简单而直观，以活动作为构成 过程的基本单元，以连接弧体现过程逻辑，再辅以条件的设置，就能比较简便， 灵活的实现企业经营过程的建模。第二，表达能力丰富：模型提供丰富的建模概 念，使得由大量约束集合而成的元素能够在模型中被直接表达出来。第三，容易 理解：活动网络图是可读性最好的一种，对于非专业人员而言是最直观、最自然 的过程表达方式，不论是领域专家还是普通用户，都能够比较容易的理解模型含 义。第四，最小化：模型中的概念不重叠，每一个基本概念都有它特定的意义。 第五，从模型的语义上，基于活动网络的建模方法可以明确的将控制流与数据流 进行了分离，这样，一个工作流过程可以被看作是由控制流图与数据流图叠加而 成。 目前基于工作流的系统没有标准的工作流建模和分析方法可以使用，而且现 有的一些工作流建模工具的功能相对比较简单，不能处理复杂的业务流程，因此 需要有一种流程建模工具，使得用户可以方便的进行建模。 论文作者通过对大量的资料和对各种现有的建模方法进行详细分析和比较 后，认为采用基于活动网络的建模方法，可以有效地组织业务流程中的数据、任 务和资源；通过提供丰富的流程图形元素和模板扩展，可以实现复杂的流程逻辑 关系以及方便有效的对企业业务流程进行建模。 1 3 论文作者的工作 论文期间作者所做的主要工作如下： 通过分析企业不同类型的经营过程，采用活动网络图的方法对现实的企业活 动进行形式化描述； 严格定义组成活动网络图的各类元素的行为特征，从而明确建立企业经营过 程到工作流模型的映射机制； 进一步扩展模型语义，增强其表达能力，在图论和集合论的理论指导下确定 第一章 方便、实用且形式上严格规范的工作流模型； 通过扩展x p d l 标准语言，使用x m l 定义存储流程定义文件； 分析、设计并实现一个可视化的集成工作流建模工具，并对系统进行测试； 出系统仍需要提高和改进的地方，并指出今后的研究方向。 第二章 第二章过程建模分析与总体设计 本章首先简述过程建模的相关知识，并给出工作流管理联盟提出的工作流元 模型。然后详细论述本工作流建模系统的总体设计，以及与工作流元模型的映射 关系。 2 1 工作流过程和应用实例 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。并不是 所有的业务流程都是工作流。工作流应该具备三种特征。首先，工作流应该是应 用实例驱动的。其次，流程本身被认为是基本的要素。最后，流程可以用一种显 式的方式定义。 工作流是基于应用实例( c a s e ) 的，即工作流中的每一项工作都是为特定的 应用实例而执行的。例如抵押贷款、保险申请、报税过程、订货和索取信息过程 都是应用实例的例子。应用实例经常是由外部用户发起的。但是，在同一个企业 或组织的另一个部门中的人员( 即内部用户) 也可以发起一个应用实例。工作流 管理的目标是尽量有效地处理应用实例。一个工作流过程( w o r k f l o wp r o c e s s ) 可以处理相似的应用实例。通过特定顺序处理可执行任务，使得应用实例得以执 行。同样，工作流过程也可以用其他一些术语来描述，例如：“工作流程序”，“流 图表”，以及“路由定义”等。由于任务以特定顺序执行，所以定义一些条件性 判定来指明任务与任务之间的依赖关系相当有用。一个条件判定式或者成立，或 者不成立，这体现为输出值是真值还是假值。对于每一个任务，在运行它之前应 该通过上一个任务导航到当前任务，而当它被处理后应该判断下一个应该执行的 任务。许多应用实例都可以由同一个工作流过程定义处理，所以，同样的任务可 能被执行多次。对于一个应用实例中必须执行到的任务，被称为工作项( w o r k i t e m ) 。大多数工作项都是由特定的资源来执行的。一个资源或者是一台机器( 例 如：打印机或者传真机) ，或是一个人( 参与者、工作者或是雇员) 。在大多数办 公领域，资源都是人。但由于工作流管理不仅仅局限于办公领域，所以采用了“资 源”这一术语。资源被授权处理特定的工作项。为了简化工作项的分配，资源可 以组成资源组类。一个资源组类是一些具有相似特性资源的集合。所以，在同一 个资源组类中，可以有多个资源，同一资源也可以被包含在多个资源组类中。假 如根据成员的操作功能来划分资源组类，则这一类资源具有相同的角色。如果根 据企业或组织的结构来划分资源组类，则这一类资源称为一个组织单元( 例如： 第二章 小组和部门) 。由一个特定资源执行的工作项称为一个活动( a c t i v i t y ) 。 工作流过程定义指明了应用实例的路由过程，即根据下一将要执行的任务来 执行工作流过程。图2 一l 显示了由工作流管理联盟定义的工作流路由结构。工作 流管理联盟自1 9 9 3 年成立以来，为工作流供应商、终端用户、开发人员和研究 学者提供了一系列通用术语集，其中包含了以下四种路由方式： 田咂卜川懒由 ( b ) ( c ) ( d ) 图2 - 1 ：四种路由结构 并行路由 条件路由 反复路由 顺序路由 工作流流程实例中的任务是顺序执行的，即后一个任务在前一个任务执 行完毕后才开始执行。在图2 - 1 ( a ) 中，任务b 在任务a 完成以后被执行， 同时在任务c 启动以前被执行。 并行路由 在图2 一l ( b ) 中，任务b 和任务c 是并行执行的。这意味着b 和c 可 以同时执行，也可以以任何顺序执行。 条件路由 在图2 - l ( c ) 中，无论是任务b ，还是任务c 都有可能被执行。假如 任务a 被执行了，会在任务b 和c 中做出一个条件性选择。然后，任务d 可以在b 或c 结束以后开始执行。 第二章 反复路由 有时，有必要多次执行同一个任务。在图2 - 1 ( d ) 中，任务b 可以被执 行多次。 2 2 工作流元模型和建模工具 2 2 1 工作流元模型 工作流模型包含了描述一个能够由工作流执行服务软件系统执行的过程所 需要的所有信息。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活 动问的导航规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流机的引用 关系、以及所有与工作流相关数据的定义。过程定义可能引用组织角色模型中 关于组织结构、组织中的角色等信息。这样在进行过程中活动或信息对象的定义 时，不仅可以指定某个特定的人时这个活动或信息对象的参与者，而且可以将活 动或信息对象与组织实体或角色功能进行关联。过程定义指定完成某项活动的组 织实体或角色，而不是定义具体的人员。在工作流执行环境中，工作流执行服务 负责将组织实体或角色功能与特定的参与者进行连接。这样做的好处是不仅可以 增加过程定义的方便性，而且还可以提高工作流执行服务的灵活性。 最初的过程定义必须包含一个最小对象、属性集，这个最小的对象、属性集 是过程运行所必须的。这个集合中的一些对象，将被过程的所有实例继承。图 2 _ 2 1 2 3 1 为工作流管理联盟定义的过程元模型。工作流过程定义元模型描述了工作 流模型内部包含的各个对象、对象之间的关系及对象的属性。工作流管理联盟所 发布的工作流元模型的基本实体如下： ( 1 ) i 作流过程定义( 过程模型) 过程定义实体为过程中其他实体提供上下文信息，它是一个过程容器，为过 程管理( 创建日期、作者等) 或者过程执行提供相关数据，亦即定义工作流执行 所需的各种信息，例如工作流模型名称、版本号、过程启动和终止条件、系统安 全、监控和控制信息等一系列基本属性。这个过程模型反映了企业中一个经营过 程的目的，即这个过程要实现的目的和最终达到的目的是什么。 ( 2 ) 工作流过程活动 过程定义由一个或多个活动组成，并且每个活动都包含整个过程中的一个逻 辑的、自包含的工作单元。一个活动代表一个需要由一些相关资源处理，或者由 计算机应用程序处理的任务。有些信息是与活动相关的，例如：活动是否自动由 工作流管理系统开始或者结束的信息、当发现资源抢夺时活动的优先权是否离与 其他活动的信息。一个活动的范围局限于详细的过程定义。 第二章 w o r l a l o wr e f e r 鲫o om o d a 图2 - 2 工作流元模型 一个活动也许是一个子流程，在这种情况下，这个活动是一个特定的、分离 的过程定义的执行容器，这个过程可能在相同的工作流服务器上执行，或者在远 程服务器上执行( 通过使用过程互操作接口) 。过程定义允许在子流程中包含其 自己的活动定义、内部转换、资源和应用程序的分配( 即使这些是从父流程中继 承而来的) 。使用输入偷出参数可以实现必要的工作流相关数据在调用与被调用 过程问进行交换( 在需要返回参数的时候，返回) 。 活动主要属性有活动名称、活动类型、活动的前后条件、调度约束参数( 如 最长处理时间、排队等待时间等) 等。活动可分为原子活动和子过程两种类型。 前者不可分，后者可由原子活动和其他子工作流过程组成。当工作流运行在分布 的环境下时，在活动的属性中还应该包括执行该活动的工作流机的位置。活动相 应于企业经营过程中的任务，主要反映完成企业经营过程需要执行哪些功能操 作。 ( 3 ) 工作流相关数据 工作流相关数据是指那些在过程运行期间，每个过程实例都需要用到或者创 建的数据。活动或者过程在执行时必须得到这些数据，这些数据也可以用来在活 动间传递持久信息或者中间结果。在条件表达式中也可能需要这些数据。x p d l 中定义了一些基本的数据类型( 例如，d a t e ，s t r i n g 等) 。活动、被调用的程序以 及转移条件都可能涉及到工作流相关数据。 工作流管理系统用工作流相关数据来确定过程实例状态转换的条件，并选择 第二章 下一个将执行活动的数据。工作流机根据工作流相关数据和转换条件进行推进。 工作流相关数据的属性包括数据的名称、数据类型和数据值等。它是工作流机执 行任务推进的依据，如在银行贷款申请表处理后，根据申请贷款的值( 如是否大 于l o 万元) 决定下一个执行的活动是什么，比如大于1 0 万元的申请交业务经理 处理，小于l o 万元的申请交给业务员处理。 ( 4 ) 角色 也称工作流参与者。角色属性主要包括角色的名称、组织实体( o r g a n i z a t i o n a l e e n t i t y ) 、角色的能力等。角色或组织实体决定了参与某个活动的人员或组织单 位。它主要描述企业经营过程中参与操作的人员和组织单位。 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( 工作流参与者声明中描述的资源) 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。在 较多情况下。参与者声明就是指资源库。在参与者是入的情况下，资源库也许就 是一个组织结构图。注意：x p d l 中没有定义资源库。 ( 5 ) 转移 转移信息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，决定活动之间的跃迁，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。每个转移都有三个基本的 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( 用来判断转移是否可以进行) ，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。 ( 6 ) 要激活的应用程序 定义工作流中活动所需要的应用程序，这些应用程序会在运行期间由系统调 用。其主要属性包括应用程序的类型、名称、路径及运行参数等。应用主要描述 了永远完成企业经营过程所采用的工具或手段。如采用e r p 软件或决策支持软 件完成某个具体的企业业务功能。 工作流应用程序声明描述了工作流服务器需要调用的i t 应用程序或者接 口。工作流服务调用这些应用程序或者接口来支持或者完全自动的对相关活动进 行处理，这些应用程序以及接口在活动的应用程序属性中定义。被调用的应用程 序可以是工业工具软件、特殊部门( 企业) 服务，或者在工作流管理系统中实现 的本地过程( 方法) 。工作流外部应用程序声明反映了工作流机与外部应用程序 之间的接口，包括任何传递参数。 图2 2 中给出的过程定义元模型的组成核心是活动。工作流定义与活动、工 作流相关数据之间是一对多的关系，即一个工作流定义由多个活动与多个工作流 相关数据组成。活动、角色、工作流相关数据、需要激活的应用程序、转换条件 之间都是多对多的对应关系。如一个活动可以引用多个角色、使用多个工作流相 第二章 关数据，同样，一个角色可以被多个活动引用，一个工作流相关数据可以被多个 活动使用。 2 2 2 过程建模工具 过程建模工具以计算机能够处理的形式进行过程的定义。它可以基于形式 化的过程定义语言、对象关系模型或者采用一组路径选择命令的方式来进行 过程模型定义。对于比较简单的系统，也可以采用一组路径选择命令的方式来描 述信息或文档在不同参与者之间的传递过程。过程建模工具可以作为特定工作流 产品的一部分提供给用户，也可以作为一个单独的产品提供给用户，它还可以作 为企业经营过程分析系统的一部分提供给用户。在作为企业经营过程建模分析软 件产品提供给用户时，这个过程建模工具应该提供一个由分析模型到投入实际实 施的运行模型的转换接口，从而使得由这个工具生成的模型能够被企业实际应用 的工作流管理系统执行。 工作流建模工具应输出一个能被工作流机解释并执行的过程定义。不同的工 作流产品其建模工具输出模型的存储格式时不同的，工作流联盟定义的工作流参 考模型中接口的定义不仅仅是为了实现工作流的定义阶段和运行阶段的分离，使 用户可以分别选择建模工具和工作流执行的软件产品，而且是为了使不同的工作 流产品能够实现协作运行，从而为过程定义的执行提供良好的运行服务环境。 2 3 本系统与元模型的映射关系 工作流建模工具负责定义工作流模型。通过分析企业不同类型的经营过程， 采用活动网络图的方法对现实的企业活动进行形式化描述，并严格定义组成有活 动网络图的各类元素的行为特征，从而明确建立企业经营过程到工作流模型的映 射机制。在此基础上，进一步扩展模型语义，增强其表达能力，在图论和集合论 的理论指导下确定方便、实用且形式上严格规范的工作流模型。 工作流模型应该是一种综合性的模型，不仅能够描述一个经营过程“是什么” 的问题，而且还应该能描述“由谁做”、“怎么做”等方面的问题。因此，工作流 模型在过程模型的基础上，需要加入描述企业人员的组织模型、描述企业资源的 资源模型以及提供信息定义的工作流相关数据，以使其成为一个完整的、具有多 视图特性的模型。 综上，所设计的工作流模型主要由过程定义、组织定义、资源定义以及工作 流相关数据定义四部分组成。 过程定义用来定义工作流的过程逻辑，它包括组成工作流的所有活动以及活 第二章 动之间的依赖关系。它是整个工作流模型的基础与核心，其他模型均为其提供支 持。在某种情况下，我们所说的“工作流模型”指的就是“过程模型”。 组织定义用来定义企业人员的组织结构，它包括几种不同形式的组织元素以 及每种组织元素内部的递阶层次关系。组织模型的主要任务是为企业人员执行工 作流提供柔性的组织定义，为过程模型提供“人”的支持。 资源定义用来定义企业资源的组织结构，它包括几种不同形式的资源容器元 素以及容器内部的递阶层次关系，直至最终的原子级资源个体。资源模型的主要 任务是为企业人员执行工作流提供“物”的支持。 工作流相关数据用来定义工作流执行过程中需要用到的数据，它包括简单的 数据类型和复杂的企业对象，与w f m c 所提出的工作流参考模型中的工作流相 关数据具有相同的含义。它主要用于各种条件的判断，以实现工作流机对不同活 动的选择性路由。工作流相关数据为工作流的执行提供了“信息”的支持。 整个工作流模型的组成结构以及内部各模型间的关系如图2 - 3 所示。 图2 - 3 本系缔的绢成结构 这四部分与工作流元模型的对应关系如图2 _ 4 所示： 第二章 工作流过稃定义兰三兰兰篓三工作流参与者 2 3 1 过程定义 图2 4 系统与元模犁映射关系 作流元模犁 过程定义的结构采用活动网络图的描述方式，一个工作流过程可以看成是 一个由节点与连接弧所组成的有向图( 允许自环的出现) 。其中，每一个节点代 表一个活动，活动的性质不同，表示活动节点类型就有所不同；连接弧代表活动 间的顺序关系，在模型中用箭头表示，即一个活动完成以后，指向后继活动的方 向。在活动网络图的基础上，我们又加入了“条件”这个概念以增强过程模型的 语义，使其能够除了足够复杂的过程逻辑，以便满足企业用户的需求。下面就针 对“节点”、“连接弧”和“条件”这三个方面进行详细描述。 2 3 1 1 节点 根据节点的功能，把节点分成任务节点、逻辑节点和标志节点三种类型。 1 ) 任务节点 任务节点代表了组成一个实际经营过程所需的各种类型的活动与任务。它包 括原子级的“人工型活动”、“自动应用”以及非原子级的、可分解的“子流程”。 ( 1 ) 人工型活动 “人工型活动”是指需要人的参与来完成的工作任务，通常是由工作流执行 者从自己的工作项列表中来选择执行。当执行者完成任务后，需要返回某些必要 的活动处理结果。工作流管理系统并不负责此类活动的执行，而是密切监视活动 的状态，并管理由活动产生的工作流相关数据。 ( 2 ) 自动应用 “自动应用”是指不需要人的参与、直接由工作流管理系统激活相关应用来 执行的活动，如打印服务。通常这一类活动体现了工作流管理系统与企业应用之 间的集成关系：二者间的集成密度越高，则由工作流系统所管理的自动应用也就 第二章 越丰富，企业的整体自动化水平也就越高。 ( 3 ) 子流程 作为组成工作流过程的最基本的原子级单元，“人工型活动”与“自动应用” 是不能被进一步分解的。一旦我们的过程比较复杂，涉及的环节比较多，那么这 些基本单元的数量也将大大增加，活动网络图中的节点数也必然会不断膨胀。这 首先影响了用户对过程中各主要环节的把握和理解。事实上，我们可以把某些关 系紧密的活动集合起来，在图上以一个节点表示，这就形成了“子流程”的概念。 “子流程”的引入增强了过程定义的表达能力，使模型具有了层次化的概念， 并支持自顶向下的建模过程。“子流程”可以出现在任意的模型层次上，即允许 “予流程”内部再次嵌入“子流程”。通常，用户可以在模型的最顶层全部用“子 流程”来表示，这样可以清晰的反映模型的总体逻辑结构，进而再在每个“子流 程”中详细地布置活动及其他模型元素，直到完成最底层的基本活动的建模。 2 ) 逻辑节点 与任务节点相比，逻辑节点并不代表真正需要执行的活动，它是为了表示任 务节点之间的逻辑关系而设立的。在一个工作流过程中，活动间的逻辑关系可能 是比较复杂的。如前所述，w f m c 的的标准文档中，只定义了几种基本的逻辑 关系，如串行，故引入了两种类型的逻辑节点来专门表达活动间的逻辑关系，分 别是：“与节点”、“空任务”。 ( 1 ) 与节点 “与节点”是专门用来表达“与连接”关系的节点，是一类具有特殊行为的 节点：当它的一条输入连接弧发生转移后，“与节点”就开始执行，它的执行过 程就是判断是否它的所有输入连接弧是否都已经发生转移。若全部输入连接弧都 已经发生了转移，则“与节点”执行完毕；若还有未发生转移的输入连接弧，则 “与节点”仍处于执行状态，直到所有的输入连接弧全部发生转移为止。“与节 点”的执行过程保证了“与连接”关系的实现，即只有当“与节点”的所有前驱 节点都已经执行完毕后，“与节点”才继续激活后继节点。图2 5 给出了“与连 接”的关系，c 要在a 与b 都执行完毕后才能开始执行。 ( 2 ) 空任务 “空任务”就是没有任何执行过程的任务，一旦被激活，则立即结束，什么 也不执行。它唯一用途就在于提供了一种复杂逻辑关系的表达方式。比如，如果 活动d 要在活动a 或b 的其中之一与活动c 都执行完毕后执行，则就需要空节 点来加以描述