（计算机软件与理论专业论文）基于约束有向图建模的工作流管理系统构建.pdf

出壅盔堂亟堂焦途塞 基于约束有向图建模的工作流管理系统构建 摘要 工作流技术是当前计算机应用中的一个研究热点，它是实现企业业务 过程建模，仿真优化分析、过程管理与集成以及最终实现业务过程自动化 的核心技术，被广泛地应用于办公自动化、业务流程重组c b p r ) 及其他领 域。工作流技术常与其他应用系统进行有效的结合，生成符合企业需求的 各种业务管理系统因此，深入研究和发展工作流技术对促进企业业务重 组、企业管理的规范化和信息化以及提高企业经济效益有重大意义 工作流模型是业务流程在计算机中的抽象表示，工作流模型的优劣直 接影响工作流管理系统的执行性能工作流建模是构建工作流管理系统的 关键所在，工作流建模方法是工作流管理系统理论研究和实际应用的基础， 是整个工作流技术研究中首要的关键问题 本文首先给出了工作流技术的一些基本概念，然后对传统的建模方法 进行了介绍和比较，这些方法在业务过程的描述能力或模型本身的灵活性 等方面存在着一定的不足针对上述问题，本文提出一个基于约束有向图 的工作流建模方法，该方法通过对有向图的节点和连接弧进行约束，解决 了有向图在业务过程建模中描述能力不足的问题，同时保留了有向图的建 模直观性和灵活性 该建模方法将整个工作流模型划分为组织模型、过程模型和数据模型 三部分在文中详细给出了各部分模型的形式化定义、组成元素及其相互 关系，并利用面向对象的程序设计方法将模型实现。在组织模型中对r b a c 模型进行改进，解决了r b a c 模型在细粒度信息控制和权限时间约束上的 不足在数据模型中对工作流管理系统中的数据进行了分类和刻画。对工 作流管理系统中最主要的数据载体表单，设计了表单模板，通过模板 定义，自动生成表单，利用组织模型中改进的r b a c 模型对表单进行权限 控制。 本文在提出和设计了上述建模方法的基础上同时完成了以下工作： 山东大学硕士学位论文 基于该建模方法设计实现了基于关系数据库的工作流引擎，给出了工 作流引擎的组成功能模块和主要调度控制算法。 针对当前工作流管理系统发展中体现出的分布式结构的特点，给出了 基于j 2 e e 平台构建工作流管理系统的部署结构方案。 进行了建模环境的开发，并给。出相应的建模实例，该建模环境支持工 作流模型的x p d l 描述的生成。 在文章的最后对全文进行了总结，指出不足和下一步要进行的工作 关键字：有向图，r b a c ，工作流引擎，工作流，j 2 e e n t oc o n s t r u c tw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mm o d e l e db yr e s t r i c t e dd i g r a p h a b s t r a c t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi sar e s e a r c hh o t s p o ti nc o m p u t e ra p p l i c a t i o n d o m a i n i ti st h ec o r et e c h n o l o g yw h i c ha c t u a l i z e se n t e r p r i s eb u s i n e s s p r o c e s sm o d e l i n g ，e m u l a t i o n a lo p t i m i z a t i o na n a l y s i s ，p r o c e s sm a n a g e m e n t a n di n t e g r a t i o n ，f i n a l l yt oa c h i e v et h ea u t o m a t i z a t i o no fb u s i n e s sp r o c e s s i t h a sb e e nw i d e l yu s e di n0 a ，b p ra n do t h e rf i e l d s w o r k f l o wt e c h n o l o g yi s o f t e ni n t e g r a t e dw i t ho t h e ra p p l i c a t i o ns y s t e mt ob u i l dd i f f e r e n tb u s i n e s s m a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hc a nm e e tt h en e e d so fd i f f e r e n t e n t e r p r i s e t h e r e f o r e ，s t u d y i n gd e e p l ya n dd e v e l o p i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g yh a v ea g r e a ts i g n i f i c a n c ei np r o m o t i n ge b r ，t h en o r m a l i z a t i o na n di n f o r m a t i z a t i o no f e n t e r p r i s em a n a g e m e n t ，a n da l s oi ni m p r o v i n gt h ee c o n o m i ce f f e c t i v e n e s so f e n t e r p r i s e w o r k f i o wm o d e li st h ea b s t r a c te x p r e s s i o no fb u s i n e s sf l o wi nc o m p u t e r s w h e t h e rw o r k f l o wm o d e li se x c e l l e n to rn o th a sad i r e c t e f f e c to i lt h e e x e c u t i n gp e r f o r m a n c eo fw f m s t om o d e lw o r k f l o wi st h ek e ys t e pt ob u i l d w f m s t h em e t h o dt om o d e lw o r k f l o wi st h eb a s i so ft h e o r yr e s e a r c ha n dt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o no fw f m s 。i ti st h ep r i m a r yk e yp r o b l e mo ft h er e s e a r c h o fw o r k f l o wt e c h n o l o g y f i r s t l yi nt h i sp a p e r ，t h eb a s i cc o n c e p t sa n dd e f i n i t i o n sa r ep r e s e n t e da n d t h e ng i v eai n t r o d u c ea n dc o m p a r eo fm o d e l i n gm e t h o d su s e dt r a d i t i o n a l l y t h e s em e t h o d sf a l ls h o r to fb u s i n e s sp r o c e s sd e s c r i b i n ga n di t sf l e x i b i l i t y a i m i n ga ts u c hq u e s t i o n s ，am e t h o dt om o d e lw o r k f l o wb a s e do nd i g r a p hi s p u tf o r w a r di n t h ep a p e r , t h em e t h o dc a ns o l v et h es h o r t a g eo fd e s c r i b i n g a b i l i t yi nb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n go ft h ed i g r a hb yr e s t r i c t i n gt h en o d e sa n d a r c s ，a tt h es a m et i m e ，t h ef l e x i b i l i t ya n di n t u i t i o n i s t i ci sk e p t t h ew h o l em o d e li sc o m p o s e do fo r g a n i z a t i o nm o d e l ，p r o c e s sm o d e la n d d a t am o d e l t h ef o r m a ld e f i n i t i o n 。c o m p o n e n t se l e m e n t sa n dr e l a t i o n so f m 塑鏊丝墼笪丝垒塞一 t h e ma r ed e s c r i b e de x p l i c i t l y t h em o d e lh a sb e e nc a r r i e do u tb yu s i n go o p t h er b a cm o d e lu s e di no r g a n i z a t i o nm o d e li si m p r o v e dt h a ti tc a nm a k eu p t h ed e f i c i e n c yo ns m a l lg r a n u l a ri n f o r m a t i o nc o n t r o la n dt h et i m er e s t r i c to f p r i v i l e g e t h ed a t ao fw f m s i sc l a s s i f i e da n dd e p i c t e di nd a t am o d e l f o rt h e m a i nd a t ac a r r i e ro fw f m s f o r m ，f o r mt e m p l a t ei sd e s i g n e d ，t h r o u g ht h e d e f i n i t i o no fw h i c h ，t h ef o r mc a nb eg e n e r a t e da u t o m a t i c l y , a n dt h ei m p r o v e d r b a cm o d e li su s e dt og i v ea c c e s sc o n t r o lo nt h ef o r m t h ef o l l o w i n gj o b sa r ea l s od o n ei nt h ep a p e ro nt h eb a s i so fg i v i n ga n d d e s i g n i n gt h em o d e l i n gm e t h o d t h er d b s - b a s e dw o r k f l o we n g i n ei sd e s i g n e db a s e do nt h em o d e l i n g m e t h o d ，t h ec o m p o n e n tm o d u l e sa n dt h em a i nc o n t r o la l g o r i t h m sa r ea l s o p r e s e n t e d a i m i n ga t t h ew f m s sf e a t u r eo fd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e ，ad e p l o y e d a r c h i t e c t u r eo fj 2 e e b a s e dw f m sc o n s t r u c t i o ni sp u tf o r w a r d t h em o d e l i n gc i r c u m s t a n c ei s d e v e l o p e da n dt h er e l e v a n tm o d e l i n g e x a m p l ei sa l s op r o v i d e d ，t h em o d e l i n gc i r c u m s t a n c ei s a l s od e s i g n e dt o s u p p o r tt h eg e n e r a t i o no f x p d l - b a s e dw o r k f l o wm o d e l l a s t l y , as u m m a r yo ft h ep a p e ri sg i v e n ，p o i n t i n go u ts o m ed e f e c t sa n d p r e v i e w so nt h ef o l l o w i n gj o b k e y w o r d s ：d i g r a p h ，r b a c ，w o r k f l o we n g i n e ，w o r k f l o w , j 2 e e i 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 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。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。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东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，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：扭导师签名：越日 山东大学硕士学位论文 1 前言 1 1 课题背景 工作流概念起源于生产组织和办公自动化领域。 八十年代初期，工作流技术和产品还未出现，纸张是各行业中进行信息 传递的载体，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【 八十年代中期以后，f i l e n e t 和v i e w s 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、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。 进入九十年代，随着计算机的普及和网络的延伸，多层系统结构和分布 式处理技术日益成熟，企业的信息资源表现出异构、分布、松散耦合的特点， 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【1 1 工作流技术的标准化组织一工作流管理联盟( w f m c ) t 1 9 9 3 年成立，主要 职责是负责工作流管理系统的标准化工作，制定和发布工作流技术的相关规 范和标准。从八十年代中期工作流技术产生至今，工作流的发展主要经历了 三个阶段【1 l ： 第一阶段，主要为应用于某些特定领域、相对独立的应用系统，比如图 像、文档管理系统： 第二阶段，主要表现为具有底层通信基础结构、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； 第三阶段，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。 在全球范围内看，对工作流技术的研究以及相关的产品开发已进入了更 第1 页 山东大学硕士学位论文 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， 市场上的工作流产品也极大丰富。 工作流是实现企业业务过程建模、仿真优化分析、过程管理与集成以及 最终实现业务过程自动化的核心技术，常与其他应用系统进行结合，生成符 合企业需求的各种业务管理系统。 工作流管理系统的作用是将现实世界中的业务流程转化为某种计算机 化的形式表示，并在此形式表示的驱动下完成业务流程的执行和管理这种 形式化表示就是工作流建模，建模的优劣直接影响着工作流管理系统的执行 效率，因此工作流建模是当前研究中的一个热点，也是工作流技术研究的首 要关键问题 利用工作流技术对企业业务过程进行建模和分析，可以规范企业业务流 程。改进低效环节，优化资源配置。提高企业经济效益，因此，大力发展和 推广工作流技术对于促进企业业务流程重组、提高企业管理的规范化和信息 化有着巨大作用，对促进我国经济发展也有重要意义【羽 1 2 论文工作与创新 提出了基于约束有向图的工作流建模方法，该方法既具有有向图建模 的直观性，又通过对有向图的约束改进了有向图建模描述能力的不足； 给出模型的形式化定义，并利用面向对象程序设计方法将模型实现 改进了r b a c 模型，弥补了原模型在细粒度信息控制和权限时间约束 上的不足 面向该建模方法设计了基于关系数据库的工作流引擎，给出了引擎的 功能模块和主要调度控制算法。 针对工作流技术发展中体现出的分布式结构特点，提出了基于j 2 e e 的 工作流管理系统部署体系结构。 根据所提出的建模方法，开发了建模环境，给出相应的建模实例，该 建模环境支持基于x p d l 描述的工作流模型的生成。 第2 页 山东大学硕士学位论文 1 3 论文组织 本文组织如下：第一章，介绍课题背景、意义和所做的工作：第二章， 主要介绍了工作流的相关技术，包括工作流有关概念和传统建模方法；第三 章，提出一个基于约束有向图的建模方法，详细叙述了模型的定义、组成和 设计实现；第四章，针对上述建模方法设计实现了构建工作流管理系统的主 要组件：t 作流引擎和建模环境。给出了工作流引擎的功能模块和主要控制 算法；介绍了建模环境的开发，并给出相应的应用实例；针对工作流管理系 统发展过程中体现出的分布式结构特点，给出一个基于j 2 e e 的工作流管理系 统的部署方案；第五章，对全文进行总结和展望。 2 工作流技术简介 工作流技术的主要目标是实现在业务流程的展开过程中，文档、信息或 任务，依据组织规范在成员之间传递、处理或执行的自动化。 工作流管理模块在一个应用系统中一般起到中间层的作用，把应用逻辑 和过程逻辑分开，方便使用者对两种逻辑分别修改。可将相同的应用逻辑应 用在不同的业务流程中，也可在不修改单个应用逻辑的情况下，通过修改业 务流程逻辑来改变系统功能，方便地完成对业务流程的重组 下面简单介绍工作流技术的相关概念、标准和传统的建模方法 2 1 工作流相关概念 2 1 1 工作流 不同的研究者和工作流产品供应商从不同角度给出了不同形式的工作 流定义，下面列举一些具有代表性的定义： 工作流管理联盟的定义1 3 】 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 第3 页 山东大学硕士学位论文 g i g ag r o u p 的定义h 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 i m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义嘲 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单独步骤的定义、步骤问的 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 ( 面a m i ts h e t h 的定义嗍 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1 以上组织或个人给出的关于工作流的定义，虽然在语言描述上存在一些 细微差异，但可得出一些共同点，即工作流主要解决以下四个方面的问题： 业务实体描述：由哪些活动构成。 业务流程描述：时序依赖和参与交换的信息 执行者描述：参与到工作流执行中的人或系统 业务执行情况描述：对执行过程进行监控 2 1 2 工作流模型 工作流模型是业务流程在计算机中的抽象表示。 由于工作流需要在计算机环境下运行，因此必须建立一个可以被计算机 识别的模型，并且这种模型是必不可少的。工作流模型应该完整地支持工作 流定义的概念，为建模用户提供工作流定义所需要的组件或元素。理想的工 作流模型能够清楚地定义任意情况下的工作流，能够适应用户在建模过程中 所提出的各种要求l 工作流模型的两个最基本组成元素是活动和活动之间的连接关系。活动 第4 页 山东大学硕士学位论文 对应于业务过程中的任务，是业务过程中要执行的处理或操作；活动之间的 连接关系描述了业务过程的规则和流程，即活动之间的时序和逻辑依赖关 系。建立工作流模型的一个基本要求是清楚地定义业务过程，这就需要在定 义上述两个基本元素的基础上刻画参与活动操作的人员、组织关系、操作的 数据及数据库、活动调用的应用程序、活动连接关系上的转移条件等 研究人员在研究和开发工作流管理系统时提出了各种对业务过程的描 述方法，主要包括活动网纠2 1 、p e t r i 网、面向对象川、语言一动作理论【引、基 于e c a 规则的建模【们、形式逻辑1 1 0 】，这些方法在对业务过程的描述能力和模 型本身的灵活性等方面各具有特点，具体建模方法将在后面进行介绍 2 1 3 工作流管理系统 工作流管理系统( w f m s ) ，是运行在一个或多个被称为工作流引擎的 软件上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行 者( 人或计算机程序) 进行交互，完成工作流的定义并按照模型中的定义推 进工作流实例的执行，并监控其工作状态1 3 】 一般认为。工作流管理系统主要由两个功能组件组成：工作流建模组件 和工作流执行组件工作流建模组件主要为工作流建模人员提供一个建立 时环境，使得他们可以定义、分析和管理工作流模型；而工作流执行组件主 要是为工作流的创建、执行和管理提供一个运行时环境在工作流执行过程 中，工作流执行组件可与用户或者外部应用交互，从而完成工作流的执行1 1 1 1 一个结构良好的w f m s 应该具有以下功能【2 】= 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成 每个过程中活动的排序和调度功能 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 应用程序 工具之间的交互。 2 2w f m c 过程定义元模型 工作流管理联盟针对工作流建模做了两方面的工作： 第5 页 山东大学硕士学位论文 一、建立了一个元模型( m e t a - m o d e l ) 。 二、定义了一套可以在工作流管理系统之闻及在管理系统与建模工具之 间交互过程模型定义的a p i 接口。 元模型( m e t a m o d e l ) 是用来定义语义模型的构造( c o n s t r u c t ) 和规贝1 ( r u l e ) 的，通常称为定义表达模型的语言的模型f 1 2 】。工作流的元模型是用于描述工 作流内部的各个元素、元素之间关系及元素属性的。图2 1 是工作流管理联盟 ( w f m c ) 给出的工作流过程定义元模型。 图2 1 过程定义元模型 赵文元等在【1 3 】中提出了一个改进的工作流过程元模型，引入了一种新 的元模型元素“连接符”，把所有控制信息说明从活动说明中独立出来，分 别封装，使得变化的影响局部化，这种分离有利于工作流模型的动态修改 工作流管理联盛i ( w f m c ) 同时提出了一个工作流参考模型，详见【3 】，约 定了工作流管理系统的体系结构、应用接口及特性，主要目的是为了实现工 作流技术的标准化和开放性 2 3 传统建模方法比较 当前工作流技术的研究方向主要有两个：一是理论方面，主要是工作流 模型和语义的形式化描述方法；二是工作流的实现方面，主要是探讨如何利 用新的先进的技术来提高工作流系统的性能和可靠性i2 1 本文主要精力集中在工作流建模方法和基于该建模方法构建的工作流 第6 页 山东大学硕士学位论文 型变得极度复杂，另外p e t r i 网流程难于理解，市场上p e t r i 网为界面的工作 流产品数量很少。 3 、基于对话的工作流模型1 1 6 1 w i n o g r a d - 与f l o r e s 在语言行为理论的基础上提出了一种基于对话的工作 流模型，该模型是从客户方与服务方两个角色之间的语言行为交互上对工作 流过程进行定义的。 基于对话的工作流模型是由 一系列闭合的工作流环相互连接 而成的，每个工作流环都被语言行 为( s p e e c h a c t s ) 分为四个阶段，包 括需求阶段，协商阶段、执行阶段 和满意阶段，见图2 2 。 服务方在执行任务的过程中， 对客户方的承诺，如此延拓下去， 户提供服务，从而形成闭环网络 阶段 服务方 阶段 图2 2 基于对话的工作流环 可向其他人发出新的请求以帮助自己完成 多个担任不同角色人被涉及进来为最初客 此建模方法侧重对经营过程的建模和改进，不侧重于工作流执行方面， 另外，层次化建模能力不足、不适合比较固定的企业经营过程【2 】 4 、基于e c a 规则的过程建模 e c a 规则，即事件一条件一动作( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ) 规则，形式为 ( o ne v e n t ，i f c o n d i t i o n ，d oa c t i o n ) 一般用于主动数据库系统中，在一些 工作流管理系统也被采用，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1 1 7 1 其缺点是e c a 规则极不易图形可视化；数量巨大时，e c a 规则集很难处 理，不支持逐步细化，从事件的角度来描述业务过程，但其对业务过程的描述 缺乏严密性 e c a 规则通常被映射为其它方法，胡锦敏等在【1 8 】中给出了一个将e c a 规则封装成活动属性的工作流建模方法。 第8 页 山东大学硕士学位论文 3 基于约束有向图的工作流建模 前面提到理想的工作流模型除了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外，还应能适应用户在建模过程 中所提出的各种要求尽管不同的流程模型具有不同的特点，但总体而言， 一个好的工作流模型应具备以下基本要求【”1 ： 表达能力丰富：模型要提供丰富的建模元素，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处理； 形式化；模型定义能够作为现实对象的形式化描述； 容易理解：不论是领域专家还是普通用户，都应能够比较容易地理 解模型的含义； 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； 完整性：能对整个业务流程完整与合理地表达； 可重用性：可对己有的流程定义重用或嵌套定义新的工作流程，减 少工作量，提高可靠性 3 1 模型定义组成 深入了解传统建模方法的特点和建模的基本要求后，本文提出一个基于 约束有向图的建模方法该方法建立在有向图建模方法的基础上，具备有向 图建模的简单直观性，同时利用对有向图的约束，解决有向图建模描述能力 不足的缺点 工作流模型中除了描述两个最基 本的元素：活动和活动之间的时序依赖 关系外，还要描述工作流执行者以及工 作流中所用到的数据和资源等，为此引 入组织模型和数据模型。整个工作流模 型分为三个部分；组织模型、过程模型 图3 1 模型关系图 和数据模型，分别刻画工作流模型中的人、事和物三个模型之间的关系如 图3 1 所示，各个模型的作用如下述 。 第9 页 ， 山东大学硕士学位论文 过程模型用来定义工作流模型的过程逻辑，包括组成工作流的所有活动 以及活动之间的时序依赖关系，也就是常说的控制流。 组织模型主要用来刻画参与工作流管理系统的企业或者用户的组织结 构以及人员之问的关系组织模型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。 在组织模型中，改进r b a c 模型，结合过程模型和后面的数据模型，实 现对用户任务和数据操纵的权限管理。 数据模型主要刻画工作流管理系统中的各种数据工作流管理系统中的 数据分为三种类型：控制数据、应用数据和外部数据【1 1 l ，在数据模型中将对 不同形式的数据进行刻画。 下面分别对三个模型进行定义和描述 3 2 过程模型 3 2 1 模型定义 过程模型也可以称作狭义的工作流模型，它描述了参与一次工作流过程 的活动，活动发生的依赖和时序关系过程模型是整个工作流模型的基础和 核心，其他模型均为其提供相应支撑 工作流过程模型定义为一个有向图w f p = n ，a ，这里n f f i t iii = l ，m 为节点集合，a c ( t i ，t j ) it i ，q n ) 为节点之间的连接弧集合 3 2 2 模型组成 1 、节点的定义 过程模型的节点集合n 中的节点分为五大类 s ，t ，s t ，r ，e ) ，各类节 点含义如下： s ：起始节点，表示一个工作流过程的开始。 t ：任务节点，表示工作流执行中要处理的任务。 s t ：子过程节点，表示对一个子工作流过程的引用。 r ：路由节点，负责工作流的流程控制。 第l o 页 山东大学硕士学位论文 e ：结束节点，标志着该工作流过程的结束 起始和结束节点 对起始节点s ，只需设定工作流执行启动的约束条件即可，而结束节点e 也主要是表示工作流过程模型的结束。起始和结束节点并不处理实际任务， 在模型中引入起始节点和结束节点的目的是为了保持模型的易读性和完整 性，在工作流执行期易于调度和管理整个工作流模型生成的过程实例。 子过程节点 子过程节点是一个子工作流过程建立子过程有以下优点1 1 1 l ： a ) 提高过程模型的易读性和易分析性；b ) 优化过程模型的结构： c ) 提高过程模型的重用性；d ) 易于工作流模型地分析和部署； 任务节点 任务节点t 定义如下： t a s k p r o c e s s _ i d ，t a s k _ i d ，d e s c r i p t i o n ，t a s kt y p e ，t a s k _ _ r o l e s ， e x c _ _ c o n d i t i o n ，p r ea r c ，p o s t _ a r c ，t i m e ，i n v o k e d _ a p p ，d a t a o b j e c t t a s k _ s t a t e 各项属性具体说明如下：、 p r o c e s sl d ：任务节点所属过程模型i d t a s k _ l dt 任务节点的d ，唯一标示该任务节点 d e s c r i p t i o nl 任务的描述 t a s k d p e ：任务的类型，分为自动任务和交互任务 自动任务由工作流引擎自动激活相应应用程序执行，无需人的干预 交互任务需实际人员参与交互一般是以任务项列表的形式展现在工作 流客户端，由符合一定角色的工作流执行者参与执行，然后再将任务执行结 果和状态提交给工作流管理系统 t a s k _ r o l e s ：可执行该节点任务的所有角色的集合 e x cc o n d i t i o n ：任务节点由激活状态转变为执行状态的充要条件 p r ea r c , p o s t _ a r e ：任务节点的前驱和后继连接弧 t i m e ：任务节点的时间约束，如开始时间t s 、执行周期t d 、结束时间 山东大学硕士学位论文 t c 等 i n v o k e d _ a p p ：任务节点执行的处理或调用的应用程序，只需提供相应 的函数名称和调用路径。 d a t a o b j e c t ：任务节点的调用参数或数据对象描述。 t a s ks t a t e ：任务节点所处状态，分为初始化、激活、执行和执行完毕 四种。 为了减小基于活动的工作流模型在活动状态上与基于状态的工作流模 型表达能力上的差距，将活动状态加入到活动属性，可方便地对活动状态进 行监控 路由节点 路由节点r 定义如下： r o u t e p r o c e s s _ i d ，r o u t e j d ，r o u t e _ n a m e ，r o u t e - 1 y p c ， p r e - a r c s e t ，p o s ta r c s e t 各属性含义如下： p r o c e s sl dl 路由节点所属过程模型i d r o u t ei d ：路由节点的l d 号，唯一标示该路由节点 r o u t en a m e ：路由节点的名字 r o u t e _ t y p el 路由节点类型，分为a n d 和j o i n 两大类，其中，j o i n x 分 为a n d - j o i n 和o r j o i n ； p r e 1 路由节点的前驱和后继连接弧集合_ a r c s e t p o s ta r c s e t 2 、弧的定义 ( 1 ) 定义 连接弧定义如下： a r c p r o c e s s i d ，a r c _ i d ，p r e _ i d ，p o s ti d ，t l i s t p r o c e s s i d ：连接弧所属过程模型i d 。 a r e _ i dg 连接弧的i d 标识。 p r e _ i d ：连接弧前驱节点i d 标识。 p o s ti d ：连接弧后继节点i d 标识。 t l i s t ：连接弧转移条件列表。 第1 2 页 山东大学硕士学位论文 t l i s t 为一布尔表达式集合，其中的每一个表达式均为布尔型转移函数， 这些转移函数与预先定义的谓词( 如逻辑与、逻辑或等) 共同构成一个表达 式，表达式值为真时，该连接弧的后继节点将被激活。 ( 2 ) 建立规则 通过弧的建立可以清楚地表示出任务的执行流程，弧的建立应遵循以下 原则： 对顺序执行的两个任务t 1 和t 2 ，直接做一条连接弧，由t 1 指向t 2 对于3 2 3 中提到的选择分支、并发分支、选择汇合、并发汇合和循环 等情况，在相应的任务节点之间引入对应类型的路由节点，分别建立任务节 点到路由节点和路由节点到后继任务节点的连接弧 任务节点的后继连接弧的转移条件值设置恒为真，这一点在后面的引 擎流程调度算法中将被用到 3 2 3t 作流模式处理 工作流管理联盟给出了以下六种最 基本的工作流模式【3 】，见图3 2 ，通过这 六种模式的组合可以解决绝大多数工作 流的流程控制 匝卜匹 _ 咽 顺序：任务t 1 完成执行t 2 ，t 2 完成执 行t 3 选择分支：任务t 1 执行完毕后，根据 相应条件判断执行t 2 和”中的一个 并发分支：任务t l 执行完毕后，t 2 和 t 3 同时被激活执行 选择汇合；任务t 1 和t 2 都必须执行完 卜i 1 _ _ 1 厂i 1 咽 毕，t 3 才可以激活执行 图3 2 六种基本的工作流模式 并发汇合：t 1 和t 2 只要有一个执行完 毕，t 3 就可以激活执行 循环：t 2 执行完毕，根据条件判断是重复执行t 2 还是激活执行t 3 第1 3 页 山东大学硕士学位论文 解决方案： 在过程模型定义中引入两类路由节点：分支路由和汇合路由。将路由节 点和连接弧转移条件设置相结合完成以上六种工作流模式： 顺序：直接建立一条无条件的转移连接弧( 弧的转移值恒为真) 并发分支、选择分支和循环：建立分支节点。对并发分支，分支节点的 后继连结弧设置为无条件转移连接弧；选择分支和循环通过对后继转移设置 限制条件实现。 选择汇合和并发汇合：建立汇合节点。在汇合节点的类型中可选择 a n d - j o i n 和o r - j o i n ，分别对应以上两种情况。 3 3 组织模型 3 3 1 模型组成 组织模型是用来定义工作流执行者的组织形式的模型。 在c i m f i o w 的组织模型中给出了以下五种实体：人员、角色、职务、部 门和工作组，实体之间主要有以下几种关系：组成关系、负责关系、资格关 系、设置关系【甜 为了提高组织模型的柔性和建模的 组成 方便性，提出图3 3 所示的组织模型组成形 式，考虑到现代企业内部的组织结构主要 是以部门来划分的，每个部门中又有很多 职务，因此将职务和角色定义为一个级别 的概念；将部门和工作组定义为一个级别 的概念在模型的最下面是工作流执行 者，即参与人员，在组织模型的最上层是 图3 3 组织模型构成图 部门工作组，它们之间可以存在层次关系，即一个部门工作组可以细分为 更小的部门工作组。 在后面的叙述中，不再区分职务和角色，部门和工作组，建模时可以根 据实际需要来选择职务还是角色，是工作组还是部门 第1 4 页 山东大学硕士学位论文 一般的业务过程确定后就不再依赖于具体的个人，而是在指定的角色间 流转，组织模型可以在运行时动态调整角色和人员的对应关系，当人员发生 变动时，无需重新发布即可生效，有效的保护了系统的稳定运行 引入组织模型的另一个重要目的是对工作流管理系统进行权限控制，即 让合适的人去做可以做的事情，因此本文中并不过多的关注组织模型的组织 层次问题。 3 3 2r b a c 改进模型 信息安全研究表明，系统最大的安全隐患来自于内部，因此在工作流管 理系统中对参与工作流任务执行的人员进行严格的操作权限控制是工作流 管理系统安全工作的必要保证。 1 、r e a c 简介 基于角色的存取控制( r b a c ) 模型【矧是常用于工作流管理系统的权限控 制模型，基于任务的访问控制( 1 1 b a c ) 模型1 2 1 啪w a m t 2 2 1 也是两种存取控制模 型，它们与r b a c j 漠型的区别主要在于增加了权限的时间约束 图3 4 是一个简化的r b a c 模型示 意图，图中u 代表用户集合，r 代表角 色集合，p 代表权限集合，权限是对某 些客体可进行的操作的集合，角色则是 图3 4 简化的r e a c 模型 组织中某一特定的职能岗位p a p r ，为一个多对多的权限到角色的指派 关系。u a _ u x r ，为一个多对多的用户到角色的指派关系。角色之间可以存 在继承关系 r b a c 模型的基本思想是通过u a 和p a 在用户与角色和权限与角色之间 建立起多对多的映射，用户通过建立会话激活一些自己属于的角色，从而获 取角色中相应的操作权限，完成对相应客体的操作访问控制过程被分为两 部分，即访问权限与角色相关联，角色与用户相关联，从而实现了用户与访 问权限的分离，很好地隔离了用户和数据资源，也方便了对用户的管理。 2 、r b a c 的缺陷 r b a c 相比t b a c 和w a m 来说易于实现，但也存在如下不足之处： 第1 5 页 山东大学硕士学位论文 不能考虑执行过程中细粒度的信息【2 3 】； 不能根据特殊的环境提供实时、动态的安全策略1 2 4 1 3 、r b a c 改进模型 为解决以上两个问题，结合建立 的工作流模型对r b a c 进行改进，提出 如图3 5 所示的改进模型，将权限分为 对任务的操作和对数据项的操作两部 分，建立t a 和d a 指派关系。 图3 5 改进的r b a c 模型 在组织模型中，只实现u a 指派，即只完成用户与角色的映射；对p a 指 派，分解为在过程模型中的t a 和数据模型的d a 两种指派实现。 利用d a 指派，使角色和权限关联到数据模型中数据项级数据访问，增强 了对细粒度信息访问的控制，从而一定程度上解决了问题 利用t a 指派，改变原r b a c 模型中角色绑定操作的状况，让具体不同类 型操作在执行期间去绑定角色，改变了r b a c 模型中所有权限都具备相同生 命周期的状况，从而一定程度上解决了问题 3 3 3 权限管理 在创建过程模型的任务时，为任务添加相应的执行角色，角色只有在任 务执行时才具备相应的任务执行权限，因为任务执行有时间约束，所以在一 定程度上为r b a c 模型添加了时间约束这种将角色赋予操作的做法一定程 度上克服了操作赋予角色时因角色的可执行操作过多而产生在某段时间内 因角色不应具备某些操作权限而引发的操作安全问题。 在工作流执行过程中展现给用户的数据一般以表单或者文档的形式给 出，对表单和文档中的每一项原子数据，用数据项来刻画，数据项是数据操 作的最小单位。对表单项或文档项，定义如下的三元组( d r ，r ，0 ) ，d r 是要操作的数据项，r 是可对该数据项操作的角色集合，0 是在某角色下，对 数据项可进行的操作集合，这些操作和r 中的某一具体角色是相互关联的。 这样就将工作流执行过程中对数