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(计算机软件与理论专业论文)动态工作流的研究与实现.pdf.pdf 免费下载
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西北大学学位论文知识产权声明书 y 8 9 3 8 0 2 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时,本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名: 年月 指导教师签名:碰 黾_ 一6 年a 了黾 西北大学学位论文独创性声明 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,本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含 为获得西北大学或其它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 说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 年月日 摘要 摘要 随着计算机和网络在f 1 常工作中的广泛应用,工作流技术成为协调企业业务 过程、增强企业应变能力和竞争力的重要技术。作为工作流技术的软件载体,工 作流管理系统w f m s ( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的主要目标是通过调用 有关信息资源与人力资源来协调业务流程中的各个环节,使之按照一定的顺 序依次执行,从而实现业务流程的自动化。 目前国内外虽然已经有了很多工作流管理系统的产品,但是它们大部分 只能在定义时对过程进行编辑和修改,一旦过程运行之后就不能再对其进行修改 了。这种限制使得这些产品仅适用于那些结构合理、运行时的实际过程与定义时 的过程完全吻合以及不需要动态扩展的业务过程。实际上,企业的业务过程很少 是静态的,它们常常需要在运行的过程中进行某些修改以快速响应需求的变化。 因此需要在工作流研究中逐步纳入新的技术,以增强工作流管理系统的灵活性和 可用性。动态工作流便是其中所需的重要技术之一。 本文对国内外动态工作流的研究成果进行了详细的总结和研究,并在此基础 上提出了两种动态工作流理论,主要包括: 1 通过对基于信牌驱动模型的s y n c l l r o n o w 工作流模型的详细研究,提出了适 合该模型的动态工作流理论,即受限的动态工作流理论。该理论总结出了三 种常用的修改方式,即活动分裂、过程分解和过程退化,并详细探讨了这三 种修改方式的修改规则,以及受限的动态工作流的修改策略。 2 参考浙江大学的吴朝晖提出的基于事件条件一活动规则和活动组合的动态工 作流模型,将它与s y n c t 啪n a w 工作流模型相结合,提出了基于规则的动态 工作流理论。该理论主要从模型元素、自动组合算法和执行规则这三个方面 对原s y i l c h r o n o w 工作流模型进行扩展和创新。使s y n c h m n o w 工作流模型能 够支持动态过程。 上述的动态工作流理论增强了s y i l c h r o n o w 工作流模型的动态性和灵活性, 并已在工作流管理系统d y n a m i c f l o w 中全部实现,希望这些理论成果为以后动 态工作流的研究和开发,起到积极探索的作用。 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 摘要 关键词:工作流;工作流管理系统:s y n c h r o f l o w 工作流模型;动态工作流:受 限的动态工作流;基于规则的动态工作流 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 a b 虬r a c i a b s t r a c t w i t l lt h ew i d eu s eo fc o m p u t e ra i l dn e t w o r ki nd a i l y1 i f e ,w o r k n o wh a sb e c o m ea c r i t i c a lt e c h n 0 1 0 9 yf o re n t e r p r i s eo nc o o r d i n a t i n gb u s i n e s sp r o c e s s , e n h a n c i n gt h e a b i l i t i e so f m e e t i n ga ne m c r g e n c ya 1 1 do f c o m p e t i t i v ep o w e r 。a sas o f h a r ec 删e ro f w o r k f l o w ,t h em a i ni n t e n t i o no f w f m s ,i n v o k i n gv a r i o u sr e s o u r c e so f i n f o n n a t i o n a n dh u m a np o w e ri n v o l v e dt oc o o p e r a t et h ev a r i o u sp a n so ft h eb u s i n e s sp r o c e s s , w h i c hi sm a d et op e r f b mt a s k sa c c o r d i n gt oap r e d e f i n e ds e q u e n c ei nt u m ,i st o a c h i e v et h ea u t o m a t i o no f t h eb u s i n e s sp m c e s s n o w a d a y s ,t h e r eh a v eb e e na1 0 to fp r o d u c t i o n so fw f m s m o s to ft h e mo n l y a 1 1 0 wt od e f i n ea n dt om o d i f yt h ew o r k n o wm o d e l si nb u i l dt i m e ,a n dd o n ta 1 1 0 w t om o d i 毋t h e mi nm nt i m e b e c a u s eo ft h er e s t r i c t i o n ,t h e s ep r o d u c t i o n sa r eo n l y f i tf o rt h ep m c e s s e sw h i c ha r ew e l l 一c o n s t r u c t e da n dd o n tn e e dt ob em o d i f i e di n r u nt i m e a c t u a l l y m o s to f t h eb u s i n e s sp r o c e s s e sa r en o ts t a t i c ,也e yo n e nn e e dt o m a k es o m ed y n a m i cm o d i f i c a t i o n st or e a c tt oa l lk i n d so fn e wr e q u i r e m e n t si nm n t i m e a n dd y n a m i cw b r k f l o wi so n eo ft h em o s ti m p o n a n tt e c h n i q u e sm a tw e n e e di no r d e rt oi m p r o v et h en e x i b i l i t yo fw f m s h 1t h i st h e s i s ,w es a r i z ea i l dr e s e a r c ho t h e r s s t u d i e sa b o u td y n a m i c w b r k n o w a n db d n gf o r w a r dt w ok i n d so f l e o r i e sa b o u ti t t h e ym a i n l yi n c l u d em e f o l l o w i n gc o n t e n t : 1 b a s e do nt h er e s e a r c ho f s ”c h m f l o ww b r k n o wm o d e l ,w ep u tf b n v a r dm ef i r s t t h e o r yn a m e dr e s t r i c t e dd ”a i l l i cw b r k f l o w t h et l l e o r yi n c l u d e st l l r e ek i n d so f m o d i f i c a t i o nm e t h o d sw h i c ha r en 锄e da c t i v i t ys p l i t t i n g ,w o r k n o ws p l m i n ga 1 1 d w o r k n o wd e g c n e r a t i n 鲁a n di ta l s oi n c l u d em em o d m c a t i o nn 1 1 ea n dm o d m c a t i o n s 仃1 t e g yo f t h e s em e t h o d s 2 r e f e rt od ) ,1 1 锄i cw o r k n o wm o d e lo fw uz h a o h u io fz h e j i a i l gu n i v e 础y ,w ep u t f b n v a r dt 1 1 es e c o n dt 1 1 e o r yn 棚e db a s e d - m l ed ”锄i cw o r k n o w w ee x p a l l dt h e 甜酉n a ls y n c h r o n o ww o r k n o wm o d e lo nt h r e ea s p e c t s ( w o r k n o wm o d e le i e m e n t , a u t o m a t i cc o m p o s i t i o na l g o r i t l l l i la n dr u i 】i l i n gm l e ) ,a n dm a l ( et 1 1 es ”c 啪n o w 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文3 w o r k f l o wm o d e lf i tf o rd ”a m i c p r o c e s s t h et h e o r i e sa b o v ea d v a n c et h en e x i b m t yo fs y l l c h m n o ww o r k n o wm o d e l ,a n d t h e yh a v ea l r e a d yb er e a l i z e di nt h ed y i l a m i c f l o ww o r k n o wm a l l a g e m e n ts ”t e m 。 w ew i s ha 1 1t h ea c h i e v e m e n t sh a v ep o s i t i v ee f 挹c to nt h er e s e a r c h i n go ft h e d y n a m i cw j r k n o w k e yw o r d s :w o r k f l o w ;w 舢s ;s y i l c h r o n o ww j r k f l o wm o d e l ;d y n a r n i cw o r k n o w ; r e s 砸c t c dd ”a m i cw o r k f l o w ;b a s e d m l ed y n 啪i cw o r k n o w 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文4 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 工作流技术是支持现代企业经营过程重组、经营过程自动化的一项关键技 术,它通过对经营过程进行明确地定义和表示,使其能够被计算机所支持和运行, 从而实现企业过程管理与过程控制。工作流管理系统利用工作流技术,为实现这 种过程管理和过程控制提供了一套集成化、可互操作的软件工具,利用计算机及 其与人的交互推动过程的执行,提高过程执行的效率。 工作流管理系统的概念和雏形早在8 0 年代中期就已经形成了,代表产品有 f i l e n e t 的w o r l 出l ob u s i n e s ss y s t e m 和v i e w s t a r 的e ws t a r ,只不过限于当时的 计算机发展水平,它们所集成的功能较为简单。进入9 0 年代后,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,c l i e n t s e n ,e r 体系结构、分布式处理技术( c o 砌3 a 、w w w 、o l e 、 j a 、,a ) 等计算机技术也日益成熟,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、更广的领域对工作流技术展开了研究。 在工作流这一框架下,比较基本的、主要的研究内容包括以下几个方面1 8 】: ( 1 ) 工作流管理体系结构的研究;( 2 ) 工作流模型与工作流定义语言;( 3 ) 工作流的 事物特性:研究的目的在于将高级事物管理技术与工作流管理技术相结合,用良 好定义的模型语言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、消息通讯、数据库、w w w 等在内的与工作流管理系统的设计实 现有关的各项技术、方法;( 5 ) 工作流的仿真与分析方法;( 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间的互操作问题;( 7 ) 工作流与经营过程重组:研究如何通过工作流系统的实旌来有效实现企业的经营 过程重组。 国内外许多大学和研究机构开展了大量工作流的研究项目,并取得了众多研 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 7 第一章绪论 究成果,其中比较著名的有:i b m 公司a 1 m a d a n 研究中心开发的基于持久消息队 列的分布式工作流管理系统e x o t i c a f m q m 、佐治亚大学计算机系丌发的具有自 适应能力的工作流管理系统m e t e o r 2 】【3 】和基于分布式主动数据库技术的工作流 管理系统w i d e ”、达特茅斯大学开发的基于可移动代理的工作流系统 d a r t f l o w 【5 】、苏黎世大学的基于事件的工作流运行服务平台e v e 队清华大学研 究开发的用于集成制造的工作流管理系统c i m f l o w 【1 9 】、西北大学软件工程所研究 开发的基于“信牌驱动式计算模型”的工作流管理系统s y n c h r o f l o w 等。 1 2 研究目的 工作流技术及其管理系统作为新经济环境下支持企业高效运作、简便、快速 传递价值的一种公共的信息技术设施,它通过简便的方法描述企业的业务流程, 把企业业务运作过程中业务实体用文档、数据、管理规程等方式进行信息化,通 过工作流管理系统的支持,实现业务过程的部分或整体自动化管理,这种管理表 现为参与者( 人或计算机) 对文档、信息或任务按照规程自动采取行动,并令其 在参与者之间传递。 随着企业生态环境的不断变,企业目标市场变化的不确定性和市场竞争的多 样性已经成为现代企业流程的内在特点。信息系统的应用与企业发展的适应性、 动态演变能力已经成为提高企业管理水平的主要指标,这些指标的支持程度直接 影响了企业进行业务流程再造( b u s i n e s sp r o c e s sr e b u i l d ,p b r ) 、企业资源整 合、市场营销能力的高低。因此,工作流技术作为企业业务流程信息化管理的主 要支撑手段,它对流程变化的动态描述能力,已经成为工作流技术研究和应用的 焦点。目前大多数工作流软件产品仅对可预见、可事先给出完整定义的流程进行 管理,满足不了管理的柔性需求,因此开展动态工作流技术的研究,增强工作流 管理系统的动态性和灵活性具有非常重要的研究意义和应用价值。 多年来,西北大学软件工程研究所的科研人员对工作流过程定义进行了深入 的研究,提出了信牌驱动式工作流计算模型【2 0 】,并不断进行完善【2 2 ,使其具有 了较强的表达能力,能处理大多数业务过程中的通用结构,支持大部分的工作流 模式23 1 。并且还基于该过程模型,提出了更符合实际用户需求的s y n c h r o f l o w 工作流模型,同时与西安协同数码公司合作开发了基于w e b 的工作流管理系统 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 8 第一章绪论 s y n c h r o f l o w ,它投入市场后备受好评,已经成功地被电子商务、办公自动化等领 域中多个项目所采用。但该工作流管理系统仅允许在定义时对过程进行编辑和修 改,一旦过程运行之后就不能再对其进行修改。这种限制使得它仅适用于那些结 构合理、运行时的实际过程与定义时的过程完全吻合以及不需要动态扩展的业务 过程。但是实际的业务过程很少是静态的,难以预测的意外事件或者异常的发生 往往会导致实际业务过程与预定义的工作流过程存在着偏差,这种情况的经常发 生极大地限制了该工作流管理系统的应用范围。本文的研究目的就是通过对 s y n c h r 。f l o w 工作流模型的深入研究,并参考现有的动态工作流的研究成果,提 出适合于该模型和协同工作流管理系统s y n c h r o f l o w 的动态工作流理论,以便提 高s y n c h r o f l o w 的动态性和灵活性。 1 3 论文的工作 论文的主要工作体现在理论和实践两方面: 1 理论上,本文通过对s y n c h r o f l o w 工作流模型的研究,并参考现有的动态工 作流的研究成果,提出适合于该模型的动态工作流理论和方法: ( 1 ) 针对s y n c h r o f l o w 工作流模型的特点和限制,提出了受限的动态工作流的 理论和实现方法。 ( 2 ) 对s y n c h r o f l o w 工作流模型进行了扩展,提出了基于规则的动态工作流的 理论和实现方法。 2 实践上,在理论的研究成果和协同工作流管理系统s y n c h r o f l o w 的基础开发 了个动态工作流管理系统d y n a j n i c f l o w 。 1 4 论文的结构 全文共分六章: 第一章绪论 介绍了本文研究的背景、研究的目的和主要工作。 第二章动态工作流概述 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第一章绪论 介绍了工作流技术和工作流管理系统、动态工作流的定义、动态工作流的研 究内容和研究现状。 第三章动态工作流的研究 介绍了s y n c h r o f l o w 工作流模型,详细叙述了两种动态工作流理论和实现方 法,并比较了这两种动态工作流的异同。 第四章d y n a m i c f l o w 工作流管理系统 简要介绍了d y l l 锄i c f l o w 工作流管理系统的总体结构和几个重要的子系统。 第五章d y n a m i c f l o w 工作流管理系统的设计和实现 从功能描述、用户界面设计、数据设计、接口设计等多个层面详细地讨论了 d ”锄i c f i o w 的过程建模子系统、监控管理子系统和运行服务子系统的设计过 程。 第六章总结与展望 总结本文的研究成果,指出了需要进一步开展的工作。 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第二章动态工作流概述 第二章动态工作流概述 2 1 工作流技术和工作流管理系统简介 2 1 1 工作流技术简介 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有 固定程序的活动而提出的一个概念,旨在通过它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,达到提高办事 效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理和企业竞争力的目标。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w f m c w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a n t i o n ) 给出的工作 流定义8 1 是:工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程,它根据一系 列过程规则,文档、信息或者任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。 工作流的定义说明了工作流是经营过程的一个计算机实现。使用工作流作为 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四个方面的 问题【1 9 :( 1 ) 经营过程是什么,即过程是由哪些活动、任务组成,属于结构定义 问题;( 2 ) 怎么做,即活动间的执行条件、规则以及所交互的信息,属于控制流 与信息流定义问题;( 3 ) 由谁来做,即活动的执行者是人或者计算机应用程序, 属于组织角色定义问题;( 4 ) 做得怎样,即通过工作流管理系统对执行过程进行 监控,属于过程执行和监控问题。只有在准确定义和理解这几方面的问题的前提 下,工作流系统才能真正起到提高企业生产组织水平和工作效率的作用。 至今工作流管理技术已成功地运用到航空、电信、制造、金融、政府、零售、 能源、通讯、医疗等行业,尤其是制造领域中,并且随着工作流技术的不断成熟, 其应用范围和应用深度都将不断扩大和加深。 2 1 2 工作流管理系统简介 w f m c 将工作流管理系统定义为:工作流管理系统是一个软件系统,它完成 工作流的定义和管理,并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流实 例的执行。通常,工作流管理系统是指运行在一个或多个成为工作流机的软件上 西北大学信息科学与技术学院硬士研究生论文 第二章动态工作流概述 的用于定义、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、 应用程序) 交互,推进工作流实例的执行,并监控工作流的运行状态。 工作流管理系统可以描述不同覆盖范围和不同时间跨度的经营过程。根据经 营过程以及组成活动的复杂程度,工作流管理系统可以采取多种实施方式。在不 同的实施方法中,所应用的信息技术、通信技术和支撑系统结构会有很大的差别。 工作流管理系统的实际运行环境也可以在一个工作组内部,也可以在全企业所有 业务部门。 工作流管理系统在实际系统中的应用一般分为三个阶段【2 4 】:模型建立阶 段、模型实例化阶段和模型执行阶段。在模型建立阶段,通过利用工作流建模工 具,完成企业经营过程模型的建立,将企业的实际经营过程转化为计算机可处理 的工作流模型。模型实例化阶段完成为每个过程设定运行所需的参数,并分配每 个活动执行所需要的资源。模型执行阶段完成经营过程的执行,在这一过程中, 重要的任务是完成人机交互和应用的执行。 工作流管理系统实现了应用逻辑和过程逻辑的分离,使用户可以在不修改具 体功能实现的情况下,通过修改过程模型来改变系统功能,完成对生产经营部分 过程或全部过程的集成管理,有效地把人、信息和应用工具合理地组织在一起, 发挥了系统的最大效能。 2 1 3 工作流参考模型 所有工作流管理系统都支持三个功能【9 】:建立时功能( b u i l d t i m e 缸l c t i o n ) , 对业务流程进行定义,生成计算机可处理的过程定义;运行时控制功能( r u n t i m e c o n 仃o l 缸1 c t i o n ) ,负责色日建和控制过程实例,定制工作流中每一步的活动实例 及激活相应资源和应用程序,通知任务参与人员等。它通常分布在多个计算机平 台上执行:运行时交互功能( r u l l t i m eh l t e r a c t i o n s 胁c t i o n ) ,具体的参与人员和 应用工具的交互,完成每步活动实例。 根据这三个功能域,一个工作流管理系统可详细划分为以下五大部件:过程 定义工具:工作流运行服务;客户端应用程序:被调用的应用和i t 工具及管理 监控工具。w f m c 的工作流系统参考模型就是包含这些部件和接口的通用模型, 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第二帝动态工作流概述 如图2 1 所示: 过群定义t j 建。7 时功能域 彳k 旷 弋i 。? 开讨过哗实嘲 化及控翻功能城 旧 接口五 h ;j 纛攀引 接| i 凹 j t 它t 作流运行服务 r 7广_ k 量茎修蔬寨萎一 彳彳 l 客广应用 ;二二二刊被训州日l 伊删z 五凹彪域 图2 一1w f m c 工作流管理系统参考模型 w f m c 的工作流参考模型9 1 是对工作流管理系统体系结构的描述。在参考模型 中,工作流管理系统系统主要由五个功能部件构成: ( 1 ) 过程定义工具其主要功能是给用户提供一种对实际业务流程进行分析 和定义的手段,并生成业务流程的可被计算机识别和处理的形式化描述。 ( 2 ) 工作流运行服务其功能是借助一个或多个工作流引擎为工作流的执行 提供一个运行时环境,解释并激活过程定义,控制过程实例的执行过程和活动顺 序,添加工作项目到用户的工作项列表以及在必要时激活应用或i t 工具。 ( 3 ) 客户端应用程序它是给用户,严格的说应是流程的参与者,提供一种 处理过程实例运行过程中需要人工参与任务的手段,一般为一个以图像方式交互 的应用。 ( 4 ) 被调用的应用和i t 工具指工作流运行服务在过程实例运行过程中调用 的,用来处理应用数据的应用程序或i t 工具。 ( 5 ) 管理监控工具 该部件的功能是对工作流管理系统中过程实例的状态 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第二章动态工作流概述 进行管理和监控。通过该工具,管理人员可以了解业务执行情况,也可以干预流 程的执行。 上述的功能部件在共同工作时需要交换数据,参考模型中相应定义了五个标 准接口: 接口一( 工作流过程定义读写接口) 定义了过程定义工具与工作流运行服 务之间标准的交互格式和a p i 调用。 接口二( 客户应用程序a p i ) 定义了工作流运行服务与客户之间的标准接口。 接口三( 调用应用接口) 希望提供一些标准的服务供应用代理使用。 接口四( 工作流互操作接口) 定义了不同工作流运行服务之间的互连和交互, 包括互连模式、互联一致性级别及操作元素集。 接口五( 管理及监控接口) 定义了监控管理工具与工作流运行服务之间的交 互。 并且这些部件和接口是按照以下方式进行工作,来完成一个工作流管理系统 的功能的。首先,流程设计人员使用过程定义工具将现实中的业务流程定义成计 算机可识别的形式化过程定义。工作流执行服务通过接口一得到这些定义,由工 作流引擎创建过程实例,解释过程定义和决定哪些活动可以执行;在实例的执行 过程中,工作流引擎负责定制活动的执行顺序和把活动和相关信息以工作项的形 式发送给每个参与者,并在必要时激活其它应用或i t 工具,同时工作流执行 服务也可通过接口四,利用其它的工作流执行服务执行某些予流程。另一方面, 管理人员可以通过接口五利用监控管理工具和工作流执行服务交互,监控整个流 程的执行过程,随时给出报告或做出反应,如停止某一不恰当的过程实例。最后, 对于每个任务参与者,只需通过接口二获取自己的工作表单,完成其中的工作项 并提交即可。直至任务的目标达成,该过程实例结束其生命周期。 2 2 动态工作流的定义 随着企业环境的持续变化,不确定性和多变性已经成为现代企业流程的内在 特点,因此提高工作流管理系统应对流程变化的能力,已经成为工作流领域研究 谣北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 4 第二章动态工作流概述 的热点问题之一。“动态工作流”这一名词起源于“动态修改”,所谓动态修改是 指在过程运行时对该过程进行某种修改,它是相对于过程定义时( 此时过程并未 运行) 对过程进行的静态修改而言的。目前国内外学术界对于动态工作流并没有 给出个公认的明确的定义,我们在参考了国内外相关研究的基础上,给出了下 面的定义。如果一个工作流管理系统支持对于正在运行的工作流过程实例的修 改,我们称这个工作流管理系统为动态工作流系统,相应的,那个被修改的工作 流称为动态工作流。本文中的提到的动态工作流是一个泛指的概念,包括动态工 作流的分类、动态工作流的实现方法和实现策略、动态工作流带来的问题和怎样 解决这些问题等。 2 3 动态工作流的研究内容和研究现状 2 3 1 动态工作流的研究内容 目前国内外对于动态工作流还处于理论研究阶段,还没有成熟的支持动态工 作流的工作流产品。根据业务流程变化的特点,工作流可以被划分为三类【1 0 1 。 第一类工作流的特点是能在业务流程发生变化的情况下做出相应的改变,其难点 在于如何将运行中的工作流实例迁移到新的工作流模型中【1 1 1 【1 2 】【13 】;第二类工作 流的特点是能处理工作流执行过程中出现的异常,其难点在于如何处理无法预料 的异常情况【1 3 】 1 4 ;第三类工作流的特点是在流程定义不完整的情况下,能生成 流程实例并运行,其难点在于如何对部分流程信息进行建模。这三类工作流 在处理业务流程变化时必然涉及到相应流程实例的修改,所以它们都属于本文中 定义的动态工作流,都在动态工作流的研究范围之内。 动态工作流的研究主要有以下内容:动态工作流的分类、涵盖内容,动态工 作流的实现策略,动态工作流的实现方法,动态工作流的修改操作,动态工作流 可能会导致出现哪些问题,以及怎样解决其中的问题,怎样更好地支持动态工作 流等。 2 3 2 动态工作流的研究现状 本文主要针对上面提到的第一类工作流和第三类工作流进行研究,主要关注 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第二章动态工作流概述 和分析了国内外学术界对于这两类工作流的研究理论和研究成果。 土耳其中东工业大学软件研究与发展中心开发的工作流管理系统 m e t u f l o w q 将动态修改分为两类:永久性修改( p e r m a n e n tc h a n g e s ) :过程 定义被永久性修改,而对应的运行实例可以选择性地修改一个、部分或者全部。 暂时性修改( t e m p 。r a r yc h a n g e s ) :仅仅运行的过程实例被修改,而过程定 义并未修改。 荷兰e i n d h o v e nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y 大学的w m p v a nd e ra a l s 在文章h o wt oh a n d l ed y n a m i cc h a n g ea n dc a p t u r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n 中针对怎样处理正在运行的过程实例提供了三种解决策略 1 7 】:重新启动 ( r e s t a n ) :所有已经存在的过程实例退出,并按照新的过程定义重新启动。这种 策略保证了一个过程定义的所有过程实例的结构信息在任何时刻都是相同的,但 是对于多数应用而言,这种策略是不可行的。因为它抛弃了所有已经存在的过程 实例,造成了过于昂贵的代价。继续进行( p r o c e e d ) :所有已经存在的过程实 例将按照原来的过程定义继续执行,以后启动的过程实例将按照新的过程定义执 行。这种策略使得一个过程定义可能会有多个不同的版本同时存在,采用这种策 略的工作流管理系统一般都会有专门的版本控制机制对过程定义的各个版本进 行管理和控制。嚣换( t r a l l s f e r ) :所有已经存在的过程实例将直接转换为新的 过程定义结构,按照新的过程定义继续向下执行。但是这种转换将会由于各个不 同过程实例所处状态的不同而导致很多问题的产生。以上提出的三种策略在一定 程度上解决了运行中的工作流实例如何迁移到新的工作流模型这一难题,但是在 开发系统时,还是要根据具体情况进行选择。 西北大学软件工程研究所的邱红艳也曾对动态工作流做了一些探索和研究。 她通过对s y n c i l r o f l o w 工作流模型的详细研究,提出了一个基于最小操作集的动 态修改方法 2 6 】,同时为了保证工作流过程的正确性和一致性,还提出了动态修 改规则。该规则对最小操作集中的动态修改操作进行约束和限制,保证了工作流 过程在语法级别上的正确性和数据一致性。并且她还采用了上文提到的转换策略 作为动态修改策略,保证了动态工作流能够快速地响应变化外界需求的变化,提 高了工作流管理系统的灵活性和可用性。 西北太学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第一章动态t 作流概述 清华大学的史美林提出了支持动态特性的工作流过程元模型2 ”,该模型从 时间和工作流的组成的过程级别两个角度分析了其动态特性的表现,并提出了相 应的解决方法:在过程建立阶段对过程一级的动态支持表现在对流程控制变化 的描述和组成内容不确定的描述,在原有的流程控制类型( 顺序执行、并行执行 a n d 和选择执行o r ) 的基础上添加循环条件控制( d o w h i l e 、u n t i l ) ,并 在原有的几类活动节点( 起始活动、结束活动、原子活动、子活动和块活动等) 中添加一个新的节点类型黑盒活动,用于标识一个语义不确定的节点;在过 程建立阶段对活动一级的动态支持表现在对活动属性的扩充,将传统的活动执行 类别增加为必须的、可选的和可重复的,并通过规则来灵活定义活动的行为; 在过程执行阶段对过程一级和活动一级的动态支持表现在对执行阶段动态修改 的处理方法与过程的描述,提出了修改过程的5 个阶段:暂停执行、人工修改、 修改后移交、连贯性验证、继续执行。基于该模型,工作流管理系统既有灵活性, 又有利于控制变化和操作。 浙江大学的吴朝晖采纳并发展了史美林提出的扩展的工作流元模型的一些 想法,在文章动态工作流建模方法的研究与设计中提出了一种基于事件一条 件活动规则和活动组合的动态工作流模型【2 ”。该模型中用柔性活动封装流程中 的不确定因素,用选取规则和组合规则来约束柔性活动的具体化过程,并设计了 一个追求活动最高并发的活动自动组合算法,以便最大限度地利用系统资源,提 高流程执行效率。并且还设计了一个检验活动选择和活动组合的算法,保证了柔 性活动具体化后形成的子过程的合法性。 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第二章动态工作流的研究 第三章动态工作流的研究 3 1s v n c h r o n o w 工作流模型 工作流模型是对工作流的抽象表示,工作流管理的首要任务就是要将现实的 业务过程转换为计算机化的过程,即进行过程建模。而动态工作流的实质就是对 运行的过程实例进行重新建模以响应需求的变化。本文中对于动态工作流的研究 主要是在s y n c h r o n o w 工作流模型m 1 的基础上进行的,因此很有必要对 s ”c h m f l o w 工作流模型进行详细的弼述。s y n c n o w 工作流模型是在“信牌驱 动式工作流计算模型【2 0 i ”的基础上,参照w f m c 发表的w p d l 文档,结合潜在 用户的业务需求而提出的一个新的工作流模型。我们将分别从模型的组成元素、 模型的控制结构、模型的组成区域和模型的执行规则四个方面展开对 s y n c h r o n o w 工作流模型的讨论。 3 1 1 模型的组成元素 s y c h r o n o w 工作流模型主要包含三种元素,即活动、信牌箱和信牌( 真假) 、 转移。其中活动的类型包括开始活动、结束活动、手工隐式活动、手工显式活动、 活动组、自动活动、静态活动、路由活动、时钟活动、内置块活动、子过程活动。 每种活动都有前驱转移和后继转移,可以在活动属性中进行定义。对于活动的前 驱转移,可以定义同步类型,它们表示了在仆么条件下本括动被实例化,现有的 同步类型有a i l d j o i n 、o r _ j o i n 、x o r _ j o m 、a s y n c j o i n ( 多用于前驱转移为1 的活动) 、 t a n d o o i n 。对于活动的后继转移,可以定义分支类型,现有的分支类型有a 1 1 d - s p l i t 、 o s p l i t 、x o r - s p l i t 。在活动属性中还可指定本活动选用的全局数据,活动的参与 者以及活动所使用的f o m 表单或是应用程序。在转移中可以设定转移发生的条 件。下面给出s y n c l l r o o w 工作流模型的形式化定义: s y c h 阳n d w 工作流模型可定义为多元式= ( a ,x ,p f s p l i t ,j o d q ,其中: a 表示活动集合, x 表示信牌箱集合, p 表示信牌集合,该集合中包含真信牌和假信牌, f 童x a u 缸x ,称为转移。对于活动a a ,与a 的输出转移相联系的信牌箱称 f x a u 缸x ,称为转移。对于活动a a ,与a 的输出转移相联系的信牌箱称 诬北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 笫三章动态工作流的研究 为a 的后信牌箱,与a 的输入转移相联系的信牌箱称为a 的前信牌箱, ( 9 s p l i t 包括a n d s p l i t o r s p l it x o r s p l i t , j o i n 包括a n d j o i n ,o r j o i n ,x o r j 0 矾,a s y n c j o i n ,t a n d j o i n 。 3 1 2 模型的控制结构 s ”c h r o n o w 工作流模型所支持的控制结构很多,具体大致可以分为1 1 种: 顺序结构、无条件分支结构、a n d 条件分支结构、o r 条件分支结构、x o r 条件分 支结构、a n d 同步合并结构、o r 同步合并结构、x o r 同步合并结构、t a i l d 同步合 并结构、a s y l l c 异步合并结构、循环结构。这些结构用来描述活动之间相互的依 赖关系,当一个活动的依赖条件满足时,它才开始启动。详细内容见附录b 。 3 1 3 模型的组成区域 s y l l c h r o f l o w 工作流模型中包含同步区和非同步区两种区域。顾名思义,同 步区就是需要同步的区域,同步意味着先到达的等待后到达的,等到大家都到齐 之后再继续向后走。在s ”c h r o f l o w 工作流模型的组成区域中,除去同步区的所 有区域都是非同步区。下面我们给出同步区相关概念的定义。 定义l 必经接点设接点e 是某a 1 1 d _ j o i n 活动。如果从开始活动到接点e 的 所有无重复路径中都含有接点b ,则称b 是e 的必经接点。 定义2 聚焦点 设接点e 是某a n d j o i n 活动,b 是e 的必经接点。如果任 何从接点b 到接点e 的无重复路径中都不再含有其它必经接点,则称b 是e 的聚焦点。 定理l 如果过程有开始活动,而且某a n d - j o i n 活动e 是可达的,则e 的聚焦点 b 是唯一确定的( 证明从略) 。 定义3 同步区 设接点e 是某a i l d _ j o i n 活动,b 是e 的聚焦点。我们将从 聚焦点b 到接点e 的所有b 不重复路径和e 不重复路径中的接点和边的 总合称为同步区。 3 1 4 模型的执行规则 西北大学信息科学与技术学院硕士研究生论文 第三章动态丁作流的研究 s y i l c i l r o n o w 工作流模型中不同的s p l i t 类型和j o i n 类型的活动在不同的区域 内有不同的执行规则,详细内容如下: j o i n 类型: ( 1 ) a n d j o i :出现在同步区内的一种要求活动的前信牌箱同步的j o i n 类型,它对 前信牌箱中的信牌进行了a n d 逻辑操作。执行规则:对于过程实例p 的某个流f 而言,只有当活动a 的所有前信牌箱中都有流f 对应的信牌时,活动a 才能够执 行。当活动a 的所有前信牌箱中对应流f 的信牌都是真,活动a 在流f 中真执行; 否则,活动a 在f 中假执行。 ( 2 ) o r j o i :出现在同步区内的一种要求活动的前信牌箱同步的j o i n 类型,它对前 信牌箱中的信牌进行了o r 逻辑操作。执行规则:对于过程实例p 的某个流f 而 言,只有当活动a 的所有前信牌箱中都有流f 对应的信牌时,活动a 才能够执行。 当活动a 的所有前信牌箱中对应流f 的信牌至少有一个为真时,活动a 在流f 中 真执行;否则,即活动a 的所有前信牌箱中对应流f 的信牌全为假时,活动a 在 流f 中假执彳亍。 ( 3 ) x o r - j o i :出现在同步区内的一种要求活动的前信牌箱同步的j o i n 类型,它对 前信牌箱中的信牌进行了x o r 逻辑操作。执行规则:对于过程实例p 的某个流f 而言,只有当活动a 的所有前信牌箱中都有流f 对应的信牌时,活动a 才能够执 行。当活动a 的所有前信牌箱中对应流f 的信牌有且仅有个为真时,活动a 在 流f 中真执行;否则,活动a 在流f 中假执行。 ( 4 ) a s y _ j o i n :可以出现在同步区和非同步区内的一种要求活动的前信牌箱异步 的j o i n 类型。执行规则:对于过程实例p 而言,当活动a 的前信牌箱b 中有信牌 时,活动a 才能够执行。对于活动a 的前信牌箱b 中每一个信牌,活动a 执行一 次,如果信牌箱b 中的信牌为真,活动a 真执行;如果信牌箱b 中的信牌为假, 活动a 假执行。 ( 5 ) t a n d :出现在非同步区内的一种要求活动的前信牌箱同步且前信牌箱中的信 牌全为真的j o i n 类型。执行规则:对于过程实例p 而言,当活动a 的所有前信牌
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