（计算机软件与理论专业论文）基于工作流知识的建模研究与实现.pdf

山东师范人学硕上学位论文 基于工作流知识的建模研究与实现 摘要 知识丰富的工作流系统在实现企业过程重组、面向过程的应用等方面显示了强大 的功能和广阔的应用前景。目前相对知识工作流产品的实现技术和发展速度而言，基 于工作流知识的建模理论的研究相对滞后，在建模方法上还没形成比较系统化的理 论。传统的工作流建模技术采用的是预先完全定义流程的方法，这种方法不适应于知 识丰富的工作流系统的动态环境，导致了工作流管理系统缺乏足够的灵活性。建立灵 活的、领域无关的知识丰富的动态工作流生成机制成为亟待解决的问题。 针对以上问题，本文在现有理论及研究的基础上，结合企业应用需求，提出了一 个基于工作流知识的建模方法。本文研究的目标是建立了一个包含工作流组织角色模 型、工作流过程模型、工作流资源模型和工作流上下文环境分析的敏捷工作流扩展模 型。 文中基于工作流知识的建模技术指的就是知识丰富的工作流建模技术。 本文的主要成果和创新点如下： 第一，针对工作流知识的建模技术进行分析，提出建模的关键是“如何合理有 效的表示知识”，即知识表示问题。本文将基于工作流的知识分为两类，系统层知识 和应用层知识，系统环境知识是指系统资源实体以及实体关系，资源性能和使用策略 等特性的形式化表述；应用层知识则包含业务流程经验，用户偏好，使用策略约束以 及其他业务过程相关的知识。 第二，采用了框架法对基于系统层知识的工作流建模。框架表示法在给定的状况 下，通过设计能决定其本身的可利用性，有利于“目标驱动 的处理。框架的知识组 织方式也有利于工作流的推理，而且框架是本体形式化的表示方法之一，因此框架是 基于系统层知识的工作流建模的理想方法。本文给出了工作流模型的框架构造及知识 表示，通过定义三种类型的基本框架完成了基于系统层知识的工作流建模。 山东师范大学硕卜学位论义 第三，采用了工作流运转模式对工作流应用层知识建模。工作流运转模式是近年 来新兴的技术，本文将工作流运转模式定义为一种业务知识表示结构，用来描述在特 定上下文场景中，可以完成特定目标的、流程定义的最佳实践。其中定义：问题在工 作流运转模式中，就是需要解决的业务目标，场景用来描述问题所在的上下文环境特 点，而解决方案部分为完成模式目标的业务流程定义片断。本文最后给出了基于应用 层知识的工作流模型，并采用了目标驱动模式代替传统的直接调用模式，提高工作流 执行的灵活性与自适应性。 第四，引入人工智能领域的规划技术，应用到了动态构建工作流中。由于采用了 工作流运转模式的知识表示方法，本文就使用了面向模式的规划方法，对人工智能规 划方法进行了扩展，该规划算法是工作流动态生成的核心部分。 第五，对系统层知识和应用层知识的建模进行了集成，由于系统层知识和应用层 知识的表示都是采用了本体技术，可以很好的解决知识的设计、表达、检索和重用等 问题。该模型不仅知识丰富而且支持多领域的应用。 本文建立了基于知识的敏捷性工作流模型。并应用到课题组的项目中，针对加油 站管理系统进行了应用实践，实现了该模型在加油站客户记账流程中的决策支持。 关键词：工作流模型、知识表示、工作流运转模式、面向模式的规划算法 t p ：3 9 3 山东师范人学顾i ：学位论文 a b s t r a c t k m o w l e d g e - r i c hw o r k f l o ws y s t e m sh a v es h o w np o w e r f i l lc a p a b i l i t i e s 锄dp r o m i s i n g e x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni nm 强yf i e l d ss u c h 弱b u s i n e s sp r o c e s sr e e n 百n e e 血g ( b p r ) 卸d p r o c e s s o r i e n t e da p p l i c a t i o n c o m p a r e dw i t ha c t u a l i z a t i o n 锄dd e v e l o p m e n tp a c e0 f k n o w l e d g e b a s e dw o r k f l o w ；t h e o r e t i c a lr e s e a r c ho nk n o w l e d g e b 勰e dw o r 姐0 wm o d e l i n g h 弱l a g g e db e h i n d 。n os y s t e m a t i ct h e o r yh 勰b e e nd e v e l o p e d0 nm o d e l i n gm e t h o d 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n t e x t u a la n a l y s i si sn e x i b l yb u i l tu p0 nt h eb a s i so ft h ee x i s t i n gt h e o r i e sa n d r e s e a r c h e s ，t a l 【i n gi n t oa c c 0 u n te n t e 叩r i s ea p p l i c a t i o nn e e d s h lt l l i sp a p e r ，b a d 酬e d g e 、v o f 姐o wt e c h n o l o g y 托f e r st 0 l 【n o w l e d g e 砸c h 、o 哟 1 渊r m o d e l i n gt e c l l n o l o j g y t h eo r i 百n a l i t y 柚di n n o v a t i o no ft h ew o f kp r e s e n t e di nt h i st h e s i sa r e 勰f o l l o w i i l g ： 1 ) i ti sp o i n t e do u ta f k ra n a l y z i n gw o r k n o wk n o w l e d g e - b 勰e dm o d e l i n gt e c l l i q u e st h a t t h ec r i t i c a lw o r ki nm o d e l i n gi s “h o wt or e p r e s e n tl 【i l o w l e d g ea p p r o p r i a t e l y 柚de f ! f i c i e n t l y ”， i e ，l 【i l o w l e d g er e p r e s e n t i n g ，n ew 6 r k f l o wl ( i i o w l e d g ei sd a s s i f i e di n t o 觚oc a t e g o r i e s ： s y s t e ml a y e rl 【i l o w l e d g e 柚da p p l i c a t i o nh y e rl 【i l o w l e d g c 。t l i es y s t e ml a y e rl 【i l o w l e d g e i n d u d e st h es y s t e mr e s o u r c ce n t i t i e sa n dt h e i rr e l a t i o n s h i p ，锄dt h ef 0 咖u l a t i o no fr e s o u r c e p e r l 0 珊a n c ea n do p e f a t i n gs t r a t e g ye t c ；w h i l et h ea p p l i c a t i 彻l a y e rl 【l l o w l e d g ec o n t a i n s b u s i n e s sp r o c e s se x p e r i e n c e ，u s e rp r e f e r e n c e s ，0 p e r a t i n gs t r a t e g yr e s t r i c t i o n s 弱w e l l 镐 0 t h e rb u s i n e s s r c l a t e dk n o w l e d g e 。 山东师范人学硕上学位论文 2 ) a f r a m e w o r ki sa d o p t e di nm o d e l i n gw o r k n o ws y s t e m l a y e rk n 0 w l e d g e 。t h e r e p r e s e n t a t i o nu s i n gaf r a m e w o r kc o n f 0 肌st og o a l d r i v e nd i s p o s a li l l 舀v e ns c e n a r i o s ，i t e n a b l e st h ed e t e 姗i n i n go ft h es e l f 二a p p l i c a b i l i t yo rp r 0 v i d i n g0 t h e r 仃a m e w o r k s 。t h e k n o w l e d g eo 唱a n i z a t i o no ff | a m e w o r kh e l p sw o r k f l o wi l l a t i o n ，胁m e w o f ka l s ob e i n g o n e 0 ft h e0 n t o l o g yf b n n a l i z a t i o na p p r o a c h e sa n dt h ei d e a lm o d e l i n gm e t h o db a s e do ns y s t e m l a y e rk i l o w l e d g e t h ef t a m e w o r kc o n s 觚c t i o n 锄dt h ci 【i l o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n0 ft h e w o r 】i 【n o wm o d e l i n ga r ep f o v i d e di nt h i st h e s i s ，t h et h r e et y p e so f 行锄e w o r kb e i n gd e f i n e d 锄dt l l u sm o d e l i n g b a s e do ns y s t e ml a y e fl ( i l o w l e d g cb e i n ga c h i e v e d 。 3 ) w b r k f l o wt r 孤s i t i o np a t t c m ，ac i l t t i n 分e d g et e c l l i l o l o g y i sa p p l i e d i n m o d e l i n g a p p l i c a t i o nl a y c rk n o w l e d g e i nt h i st h e s i s ，p r o c e s sm o d e li s d e f i n e d 勰ar e p r e s e n t a t i o n s t n l c t u r e0 fb u s i n e s sl 【i l o w l e d g e ，d e n o t i n gt h eb e s tp 删i c c0 fc o m p l e t i n gp a n i c u l a rg o a l s a i l dp r o c e s sd e f i n i t i o ni ns p e c i f i cc o n t e x t i i ll h i sp a t t e m ，p r o b l e m sa r ed e f i n e d 舔t h e b u s i n e s sg o a l st 0b ea c h i c v e d ；s c e n a r i o sa st h ec 0 n t e x t0 fp r o b l e m s ，w h i l et h es o l u t i o n sa s t h ew o r l 【f 1 0 w l e t s0 ft h eb u s i n e s sp r o c e s sw h i c ha r ec a p a b l e0 fa c h i e v i n gt h eb u s i n e s sg o a l s t h e nt h em o d e lb a s e d0 na p p l i c a t i o nl a y c rw o r k f l o wk n o w l e d g ei sp r e s e n t e d ，w h i c hu s e s g o a l - d r i v e np a t t e mi n s t e a do ft r a d i t i o n a ld i r e c tc a l l i n gp a t t e m ，锄dt h e r e t yi m p r o v e st h e n e x i b i l i t ya n da d a p t a b i l i t y0 ft h ew o r k n o w e x e c u t i o n 4 ) 1 h ep r o g r 锄m i n gt e c l l i l i q u e sf 的ma n i f i c i a l i n t e l l i g c n c ei si n t r o d u c e d 柚da p p l i e d t 0 t h ed y n a m i cc 0 n s t n l c t i o n0 fw o r k f l o w s i n c ct h et m s i t i o np a t t e mi su s e d 衄t h e k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，a c o o r d i n 酉yt h ep a t t e m o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt e c h n i q u e s a r c s e l e c t e d 卸dt h ep r o 孕a m m i n ga p p r o a c h0 fa n i f i c i a li n t e l l i g e n c ei sf u n h e re x t e n d e d 。t h e p a t t e m - 0 r i e n t e dp r 0 伊锄m i n ga p p r o a c hw i t ht h ee x t e n s i o no fp r o 铲a m m i n ga p p r o a c h0 f a n i f i c i a li n t e l l i g c n c ei st h ec 0 r e0 fw o r k n o wc o n s t m c t i 咖。 5 ) 1 1 l em o d e l i n go fs y s t e ml a y e rk n o w l e d g ea n da p p l i c a t i o nl a y e rk n o w l e d g ea r e i n t e 掣a t e d 舡b o t ht h es y s t e ml a y e rl 【i l o w l e d g ea i i dt h ea p p l i c a t i o nl a y e rl ( 1 l o w l e d g ca r c r e p r e s e n t e db yu s i n g0 n t o l o g yt e c h n o l o g y ；t h ep r o b l e m s0 nr e p r e s e n t a t i o n ，s e a i h i n ga n d r e u s e0 fd e s i 萨k l l o w l e d g c ，c a nb ea p p r o p r i a t e l yr c s o l v e d a k n o w l e d g e b a s e dw o r k n o wm o d e li su l t i m a t e l yc o n s t l l l c t e di nt h et h e s i s ，w h i c hh a s b e e na p p l i e dt ot h ep r o j e c to fg a ss t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 锄dt u m so u tt ob ef c a s i b l e 。 i v 山东师范人学硕： ：学位论文 k e y w o r d s ：w o r k n o wm o d e l ；l 【i l o w l e d g cr e p r e s e n t a t i o n ；t 砌s i t i o np a t t e m ；p a t t e m - o r i e n t e d t p ：3 9 3 p r o 铲锄m i n ga l g o r i t h m v 独创声明 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，论文中不包含其它人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其它需要特 别声明的，本栏可空) 或其它教育机构的学位或证书使用过的材料。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：磋永愿， 导师签字：0 形0 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂篮有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权! 邀 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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 嘲景 导师签字： 签字日期：2 0 0 9 年r 月弓口日签字同期：2 0 0 寥年y 月岁。日 山东师范大学硕上学位论文 第一章绪论 本章简要介绍了工作流技术的发展， 分析研究了工作流知识建模问题的意义， 出了本文的内容安排。 1 1 研究背景 概括了基于工作流的知识建模的研究现状， 最后介绍了本文所作的主要研究工作，并给 工作流删| o r l 【f l o w ) 作为一个概念最初是出现在图像处理和文档管理领域中。在图 像处理和文档管理过程中，图像或文档按一定的顺序被发送到相应的地方进行编辑、 核对和审查等活动。在这些业务过程中引入工作流就是用计算机软件系统来控制活动 的执行顺序，将活动分配给合适的执行者，并且提供完成活动所需的应用程序和数据。 其核心思想就是将组织的活动看作业务过程，并且用计算机软件系统来实现业务过程 的自动化管理。所谓业务过程( b u s i n e s sp r o c c s s ) ，就是在一个具有特定功能角色和关 系的组织结构环境中，一组为了实现某个目标而进行的具有一定的执行顺序的多个活 动。工作流就是业务过程在计算机系统中的表示。这种思想后来被应用到其他领域， 从而出现了一批工作流软件。但是这些工作流软件都是分别针对某个具体的应用领域 或应用环境，而且受当时的计算机软硬件技术的限制，因此工作流的应用依然很有限。 进入2 0 世纪9 0 年代以来，随着计算机网络、数据库和分布式对象等相关技术的迅速 发展和成熟，工作流管理技术也受到了广泛的关注。在全世界范围内，有许多研究团 体都在进行工作流管理技术的研究，一些标准化的组织也积极的制定了工作流管理技 术的规范，而数以百计的工作流软件产品的出现，则极大的推动了工作流管理技术在 商业中的应用。 如今，工作流管理技术已经成功地运用到电信、制造业、银行、医疗、保险、软 件工程、政府机构等领域。根据相关组织的调查与研究，工作流市场自1 9 9 3 年来一 直保持稳步增长，工作流正成为1 1 r 界一个新兴的技术与经济的增长点。 1 2 研究现状和研究意义 工作流技术是组织实现业务过程建模、重组和执行的重要技术，其作用主要包括： 改善对过程的控制，便于异步和并发地开展业务，提高工作效率，降低业务成本，提 高服务质量和用户满意度等【1 1 。有鉴于此，工作流技术在各类组织中得到了广泛的应 用，对知识密集型组织的业务发展也起到了极大的推动作用。 山东师范大学硕l 二学位论义 通常，把知识在多个参与者( 组织内或组织问) 之间按照一定的规则或流程的产生、 传播与应用称为工作流知识( w o r k n o wk n o w l e d g c ) 。随着技术的发展和竞争的加剧， 知识管理成为知识密集型组织中业务过程管理以外的另一项重要实践内容。通过知识 管理，组织能够将业务过程中产生的大量知识转化为知识资产，以此获得持久的回报。 对知识流的管理是一种积极的知识管理，能够促使组织经验和能力跨越时间、空间和 组织机构进行传递n 从而有效地改善其业务活动的功效和性能。因此，为实现业务 过程控制和知识管理，需要工作流技术与知识管理技术的有机结合，以协调解决以下 三个关键问题：( 1 ) 将业务过程控制与知识管理过程相集成； 2 ) 促进知识成果的及时共 享，促进人员间的协作与交流：( 3 ) 对人员知识需求的不确定性、知识产生的动态性的 有效处理。 目前，在工作流与知识的结合方面已经有了一些相关研究。文献【3 】提出了一种面 向知识共享的知识流模型，通过一个规则层建立工作流与知识流的映射，从而实现二 者的集成。文献【4 1 将知识应用与交互业务看成一种复杂的协作式工作流，研究了对应 于知识聚合与再生的过程单元，并在此基础上讨论了该类工作流系统的建模与控制。 此外，通常采用信息发布技术中的推送( p u s h ) 方法来实现简单的知识流管理，即将信 息自动向相关人员进行传递，以减少人员在搜索方面的投入，并避免不必要的知识传 递，识别人员的知识需求是此技术的主要研究内容。文献【5 】研究了一种基于动态组织 邮件列表和特征匹配实现信息过滤与传播的方法。文献【6 】以企业模型为基础，根据组 织任务间的逻辑关联来判断人员或角色的知识需求，进而实现人员间的知识传递。 用上述方法建立的工作流模型所面临的一个共同问题是因其过程模型过于“僵 硬”，而导致工作流管理系统缺乏足够的灵活性。造成该状况的主要原因是由于现有 系统中构造期的过程定义与运行期的过程执行脱节，致使预定义的过程模型不能很好 地反映实际的业务流程，并且对过程模型及过程实例的动态修改也很困难。因此，为 了提高灵活性，需要寻找一种更为灵活的工作流过程的形式化表示方法及过程的执行 策略。 1 ，3 本文的主要研究工作和内容安排 本文的主要工作和内容安排如下： 第一章：主要是介绍了工作流技术的发展背景，基于工作流知识的建模研究现状 和本文的研究目标。 第二章：介绍了工作流建模技术的相关概念，对工作流的模型进行了分类比较和 今后的发展趋势，最后针对本文要研究的基于工作流知识的建模做出了深入分析。 2 山东师范人学硕t 学位论文 第三章：本文研究的重点和难点就是工作流模型的知识表示问题，采用了框架对 工作流系统层知识建模。本章给出了框架表示法的结构和基于o w l 的本体语言描述， 针对工作流领域知识给出了框架构造和知识表示，最后提出了一个基于工作流系统层 知识的模型。 第四章：对于应用层知识采用了工作流运转模式表示法，给出了工作流运转模式 的概念和基于o w l 的示例，建立了一个基于工作流应用层知识的模型，该模型采用 目标驱动模式取代传统工作流系统中的直接调用模式，并允许在执行阶段进行工作流 动态变更与细化，提高了工作流执行的灵活性与自适应性，同时改善系统的易用性。 最后提出了一个面向模式的规划算法。 第五章：针对两类知识，这一章给出了一个集成的工作流模型，对工作流的组织 角色模型、过程模型、资源模型、上下文环境进行了说明。将课题组的项目应用作为 案例进行了模拟，给出了加油站项目的具体应用。 第六章：总结了本文的工作，并对今后的工作做了展望。 3 山东师范人学硕l ：学位论文 第二章工作流建模技术研究 2 1 工作流相关技术简介 由于发展历史及应用背景不同等原因，工作流技术相关的概念也是多种多样，虽 然工作流联盟对其进行了规范定义，但是，由于这些定义要照顾到方方面面的需求， 所以有时显得复杂而不实用。为此，本文在给出已有的一些工作流相关的定义后，对 本文需要使用的一些概念和定义进行了统一，以免引起混淆。 工作流目前是一个含义广泛的概念，它代表了有关这方面的技术以及基于这一技 术的应用等方面的内容。如图2 1 所示，是工作流( w r o r k f l o w ) 这一概念所涵盖的部分 概念忉。 b u s i l l e 鼹p r o c e 踮 b u s 函e s sp r o c e g s s p e c i f i c 幽o “m 印 b u s 缸嚣sp i o c e 鼹 r e 饥g i n c 管i n g b u s 证髂sl r o c e s s a i i t 咖a t i o n o r k n o ws p e c m c a t i o d c n o wi m p l 锄e n t 砸 o l k 丑a w a u t o m a 蛀o n o r k n o wm 觚a g 咖e n t o d ( n o wm 锄a g e m e n t8 y s t 咖 图2 1 工作流概念的含义 在文献 8 中，将工作流分解为复杂工作流( c 0 m p l e xw o r k f l o w ) 和基本工作流 ( a t o m i cw o r k f l o w ) ，而复杂工作流又可以是由复杂工作流和基本工作流组成，从而， 得到了工作流的树状结构，其中，作为其它复杂工作流组成部分的工作流称为子工作 流，包含其它工作流的复杂工作流称为父工作流，不再是其它工作流组成部分的工作 流称为顶层工作流( 工作流树的根) ，树的叶节点是基本工作流。在此，工作流的同义 词包括过程、复杂活动、块等。而活动( a c t i v “y ) 是通过工作流表达的。显然，这一 概念要比工作流联盟的简单的多，同时，又能利用嵌套关系表述清楚工作流的组成。 文献 7 中也给出了不尽相同但却类似的概念。文献 9 中则将完成一项任务相关的各 个方面赋予了“过程”这一概念，而“工作流”则和“任务 是类似的概念，“任务 是通过“工作流 定义的。这里的工作流概念显然与前面所述相差甚远。 通过总结已有的工作流相关概念，本文发现之所以工作流概念不清，主要还是对 工作流相关的两大方面没有作比较严格地区分，即工作流应用( 或问题领域) 方面和工 4 山东师范大学硕上学位论文 作流实现方面。 如图2 2 是工作流联盟关于工作流相关概念以及这些概念之间的联系图【埘。 图2 2 工作流相关概念间关系 在图2 2 中，工作流联盟已经将经营过程的定义和实现分开，用于经营过程定义 的概念主要包括过程定义、子过程、活动等，用于实现的概念包括工作流管理系统、 过程实例、活动实例等。为了使概念含义更清楚，可以建立应用和实现两方面概念的 对应。下面是本文关于工作流相关概念的统一定义或解释，在后续各部分内容中，除 特别说明外都是基于此处的定义。 首先，本文将工作流相关概念分为应用相关和实现相关两大部分，应用相关概念 包括：过程、经营过程、任务、活动等，实现相关概念包括：工作流、复杂工作流、 基本工作流、工作流管理系统、工作流模型、工作流语言等1 1 l l 。 过程( ”o c e s s ) ：是对组织行为的概括和总称，包括经营过程、物质过程和信息 过程。 活动( a c t i v i t y ) ：是关于一项工作的描述，这项工作构成了过程中的一个逻辑步 骤。活动可以是人工或机械完成的( 属于物质过程) ，也可以是自动完成的( 属于信息 过程) 。 任务( t a s k ) ：是活动的同义词。 子过程( s u b p r o c e s s ) ：是一个过程中一项或多项活动的集合。 5 山东师范人学硕l ：学位论文 工作流( w o r k f l o w ) ：能够支持过程建模、过程重组以及过程自动化的一项技术， 该技术以信息集成为基础，以过程控制为中心，对有关的物质过程和信息过程进行统 一管理和控制，从而支持组织的行为和目标。 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 ，w f m s ) ：能够支持工作流的定义、 创建，并能管理工作流运行的软件系统。它通过与工作流参与者的交互、以及调用所 需的i t 工具或应用来完成相应工作。 工作流系统( w o r k f l o ws y s t e m ，w f s ) ：是对工作流和工作流管理系统的总称。 工作流模型( w o r k f l o wm o d e l ) ：是对工作流相关内容的描述。一方面，根据描述 内容的侧重点不同，可以有不同层次的工作流模型，即针对应用方面的模型和实现方 面的模型，还可以有独立于应用和实现的逻辑层模型。另一方面，根据描述方式不同， 可以有基于图形的、基于语言的或基于其它数学方法或理论的。 工作流语言( w o r k f l o wl a n g u a g e ) ：是工作流模型的语言表达，在工作流管理系 统可执行级别的工作流语言也称为脚本语言。 工作流应用( w o r k f l o wa p p l i c a t i o n ) ：指一个工作流应用领域问题从开始的经营 过程识别到最终实现以及整个运行过程的所有内容。可以用图2 3 表示。 过程 = 式篓翟爿妥i 。 2 2 工作流建模 2 2 1 工作流模型概述 图2 3 工作流应用的全过程 模型是用文字、图表、符号、关系式以及实体模型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【1 2 j 。简单地说，模型就是所描述的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示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和业务过程的抽象表示，目的是将一个现实生活中的业务 6 山东师范人学硕上学位论文 流程转变为一个规范化的过程描述。实施工作流管理的首要任务就是建立工作流模 型。工作流建模是工作流应用的第一步，它是对工作流的分析、理解并用适当模型表 达出来的过程。而建模工作的关键又是工作流模型问题，工作流模型是对工作流的抽 象表示，也就是对相应过程的抽象表示。工作流模型应该完整地提供支持工作流定义 的概念，为建模用户提供进行工作流定义所必需的部件或元素。目前，工作流建模的 方式主要分两类，一阶段建模和二阶段建模。前者是完成业务系统到工作流模型的一 次性直接映射。后者则分两步：第一步先建立一个全面的业务流程模型，第二步再把 业务流程模型细化为一个或多个工作流模型，其中每个工作流模型都是基于前面全局 化的业务模型。从应用角度来看，二阶段建模越来越受人们的欢迎。业务流程建模一 般用来分析和设计业务系统的组成框架【1 3 1 ，属于宏观建模的范畴，而工作流建模是一 种微观建模，主要侧重于业务流程的执行。 理想的工作流模型应该能够清楚地定义任意情况下的工作流，然而到目前为止， 虽然已经有许多工作流模型，但从模型能力上来看距离这一理想情况还有相当距离。 不过，完全理想的模型也是不现实的。 2 。2 2 工作流模型的分类和比较 工作流模型是业务过程的计算机化的表示。不同的工作流管理系统所实现的工作 流模型是各不相同的，随着发展对模型的分类和比较尤为必要。 到某前为止，还没有一种很好的分类方法。从模型的表达方式来分类，有如下的 5 种类型的模型【1 4 l ： 正文方式的、有相应语法和语义解释的工作流模型 基于图形方式表达的工作流模型 基于语言行为理论的对话式工作流模型 基于形式化的工作流模型 基于对象的工作流模型 第一种是正文方式的、有相应语法和语义解释的工作流过程模型，它主要用于解 决工作流产品之间方便地交换工作流定义和互操作等问题。它的缺点是不直观，过程 工程师不容易直接使用。另外，它的语义解释是非形式化的，容易产生歧义。这类模 型的典型代表有w f m c 的w p d l ，i b mf 1 0 w m a r k 【1 5 】的f d l 等。 第二种方式用一个特定的图形形式描述工作流的流程，从过程定义入手，将工作 流的语义留给领域相关的过程工程师定义和解释，如：有向图、条件化有向图、流程 7 山东师范人学硕仁学位论文 图、状态图、活动网络图、e p c m 模型等。尽管它们的侧重点不同，但总的来讲，这类 方法直观、使用方便，缺点是它们的表达能力有限、形式化方面欠佳。这类模型的典 型代表有清华大学的c i m f l o w l l 6 i 。 第三种是基于语言行为理论的对话式工作流过程模型，它通过客户方与服务方之 间的对话来描写工作流流程。它的优点是形式化方面好、定义的流程灵活多变，缺点 是它对以定制流程成为主要特征的工作流管理系统不是很适用。这类模型的典型代表 有a c t i o n f l o w 。 第四种是形式化的工作流过程模型。工作流的一个重要特点是它可以包含并行过 程，现有的并行计算模型，如c s p 、c c s 、p e t r i 网和兀演算等理论模型对其均有指导 意义。这类模型的典型代表有西北大学提出的信牌驱动模型【1 4 l 。 第五种是基于对象的工作流模型。此模型引入面向对象的思想。即使用面向对象 的方法来完成业务过程的分析建模，并得到相应的对象表示。此种模型在分布式对象 技术下实现起来比较容易。 这些模型都以过程模型为核心，一般都提供较强的过程描述能力。尽管这些工作 流建模方法形式不同，但他们都提供对逻辑顺序结构、资源使用、路由控制信息等必 须的要素的描述。工作流模型侧重于描述业务流程，包括什么活动及各个活动以什么 样的逻辑关系来完成目标，它并不涉及活动如何被执行的细节而关心活动间协调必要 的约束信息。另外，有些模型并不严格的属于以上五类中的任一类，而是五类中的某 两类，或者某三类。 下面将详细介绍几种有代表性的工作流模型。它们都具有比较突出的特点，并代 表了一种较为普遍的观点，对于今后开展工作流建模问题的研究有一定的参考价值 【1 7 】 o ( 1 ) 基于活动网络的过程模型的产品有典型的f 1 0 w m a r k 。f 1 0 w m a r k 是i m b 公司 在2 0 世纪9 0 年代中期推出的工作流产品，其目标是实现企业的文档路由( d o c u m e n t r o u t i n g ) 和过程自动化( p r o c e s sa u t o m a t i o n ) ，这也是传统的工作流产品的典型特点。 在f l o w m a r k 中，一个完整的经营过程( 工作流过程) 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 0 1c o n n e c t o r ) 、数据连接弧( d a t ac o n n e c t o r ) 和条件( c o n d i t i o n ) 。 ( 2 ) 一种应用比较广泛，可用来描述企业事件与经营过程的传统方法就是事件 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 s c h a i n ) ，简称e p c 模型。它主要被用于企 业的经营过程重组( b r p ) 、工作流定义与控制、软件的配置与开发、基于活动的成本 8 山东师范大学硕十学位论文 ( a b c ) 分析以及符合i s 09 0 0 x 认证标准的质量文档的规范。e c p 是由k e l l e r 提出的。 e c p 的主要元素就是功能和事件：功能被事件触发，功能也能产生相应的事件。经营 过程的控制流就这样由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、 汇合连接以及并发进行则通过逻辑操作符( 比如与、或、异或) 或者更复杂的表达式来 完成。 ( 3 ) 基于语言行为理论的工作流模型w i n o g r a d 与f 1 0 r e s 在“语言行为 理论 的基础上提出了一种协作过程的建模方法。这种基于语言行为的过程建模方法被 a c t i n o 技术公司所采用并开发了相应的工作流产品a c t i n ow o r k f l o w 。它在活动的请 求者和活动的执行者之间对要完成的活动达成协议。基于对话机制的模型强调让用户 满意，而不是完成某一项任务。在对话行为模型中，在请求者和完成者之间需要四个 交互步骤来完成一个活动：首先活动的请求者请求活动的完成者完成一项任务，接着 双方对于要完成的活动和活动完成是否满意的条款达成一致，然后活动的执行者完成 该项任务，最后活动的请求者对于活动的完成情况是否满意给出评价。 ( 4 ) p e t r i 网在1 9 6 2 年被德国学者c a r l a d 髓p e t r i 作为一种过程建模和分析 的工具而提出，它是一种图形化描述过程的强有力工具i 州。经过三十多年的发展，己 被广泛应用于各个领域进行系统的建模、分析和控制。如通信协议的验证、网络性能 的分析、并行程序的设计、柔性制造系统的控制、知识推理以及人工神经元网络等。 p e t r i 网是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具，为描述和研究具有 并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。作为一种图形 化工具，可以把p e t r i 网看作与数据流图和网络相似的通信辅助方法；作为一种数学 化工具，它可以用来建立状态方程、代数方程和其它描述系统行为的数学模型。 在建模过程中，如果使用条件和事件的概念，那么库所就代表条件，变迁则代表 事件。一个变迁( 事件) 有一定数量的输入库所和输出库所，分别代表事件的前置条件 和后置条件。库所中的t o c k e n 代表可以使用的资源或数据。p e t r i 网具有足够丰富的 表达能力，完全支持多种工作流原语。 综上所述，不同的模型在描述能力、使用方便程度以及易修改程度等方面各有其 不同的侧重点和特点，很难精确的断言某个模型在所有情况下都优于其它模型。但总 体而言一个好的工作流模型应具备以下基本要求： 与领域无关性：能够提供一种不依靠特定领域内特殊数据格式的定义形式，支持 普遍的数据结构。 完整性及最小化：好的模型应能够完整并且合理地表达整个工作过程。生成的流 程定义包括业务流程实现中所需的所有信息。而且模型中的每一个概念都有特定 9 山东帅范人学硕1 二学位论文 的意义。 表达能力丰富：能正确表达工作过程中可能出现的各种情况，如：同步、选择、 竞争、并行、条件转移和循环等。 方便灵活性：易懂易学易用，可方便地对生成的业务流程定义进行修改。 可重用性：可对己有的过程定义重用或嵌套定义新的工作过程，减轻工作