（计算机软件与理论专业论文）基于xml数据库的工作流系统的研究与设计.pdf

摘要 随着信息技术和管理理论的发展，工作流技术正成为当今技术研究的一个热 点。但目前因为不同的研究者、厂商使用不同的工作流的描述方法，造成了小川 工作流产品之间不能进行互操作，冈而在很大程度上阻碍了工作流技术的推1 j 应用。随着x m l 的广泛应用，利用x m l 作为网络数据传输的标准已被普遍认 同。为了使工作流管理系统具有良好的互操作性，本文将x m l 数据库和工作流 技术结合在一起，提出了种基于x m l 数据库的工作流系统。 本文介绍了工作流与x m l 技术，重点阐述了工作流系统的体系结构，l 圳： 基础上提出了基于x m l 的工作流系统的体系结构。在工作流模型设计部分，提 出了基于x m l 数据库的工作流模型，并详细研究和设计了基于x m l 数据m ：r , j 工作流模型：在工作流系统内部数据交换上，提出利用x m l 来描述组织工f 1 流 系统数据。 最后，结合基于x m l 的工作流系统的体系结构和当前的技术发展水平，提 出基于x m l 的工作流系统的设计方案；充分利用x m l 具有的自描述性和、阿i 无关性等特点并且通过与j a v a 的结合，设计出了可以运行在不同的操作系统、 + 台上的工作流系统，大大提高了1 作流系统的适应性与扩展性。 关键词：x m l ，工作流，w f m s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n t e r a c tt e c h n o l o g ya n dm a n a g e r t e c h n o l o g y , w o r k f l o n i sa p r o m i s i n gt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fc o m p u t e ra p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ht o d a y i b u l d i 虢r e n tw o r k f l o wc a l ln o tw o r kt o g e t h e r b e c a u s ed i f i e r e n tr e s e a r c h e ra n dc o n l p a n y u s ed i f f c r e n tm e t h o dt od e s c r i b et h e i rw o r k f l o w t h i sb l o c k e dt h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no ft h ew o r k f l o w w i t hm o r ea n dm o r eu s eo fx m l i ti sa c c e p t e db y | l | l t h a tx m li st h es t a n d a r do fd a t at r a n s p o r tt h r o u g hn e t w o r k s ，t h i sp a d e ra t t a c ht h e x m ld m a b a s ea n dw o r k f l o wt o g e t h e r , i no r d e rt om a k et h ew o r k f l o wc a no p e r a t e e a c ho t h e r a n dl a ye m p h a s e so nt h ex m i w o r ks c h e m a p r o p o s e st h ex m l b a s e d w o r k f l o ws y s t e m a s u r v e yo fw o r k f l o wa n dx m l i sg i v e n t h ea r c h i t e c t u r eo faw o r k f l o ws y s t e m a r ee m p h a s i z e d t h i st h e s i sp r o p o s e st h ea r c h i t e c t u r eo ft h ex m l b a s e dw o r k f l o ws y s t e m a sc i l i - p r o c e s sm o d e l i n g ，p r o p o s e st h em o d e l i n go ft h ex m l b a s e dw o r k f i o ws y s t e m ，a n d t r a v e r s ea n dd e s i g n ；a sf o ri n n e rd a t ae x c h a n g eo fw o r k f l o ws y s t e m x m li sb r o u g h t o u tt od e s c r i b ea n do r g a n i z et h ed a t ao fw o r k f l o wm o d e l s i nt h ef o l l o w i n gt h ed e s i g ns o l u t i o no ft h i sw o r k f l o ws y s t e mi sg i v e nb a s e do i l t h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dn o w a d a y st e c h n o l o g yd e v e l o p i n gl e v e l s w i 山j a v a a n d u s et h es y s t e mi n d e p e n d e n c ef e a t u r eo fx m l w o r ko u tt h ew o r k f l o wt h a th a sas t r o n 2 a b i l i t yt oe x t e n d k e yw o r d s ：e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( x m l ) ，w o r k f l o w ，w o r k f l o wm a n a g e m c n s y s t e m ( w f m s ) i i 西北工业人学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 本章首先介绍工作流技术的研究现状、热点和现有工作流技术存在的问题。 随后阐述论文的组织结构和研究内容。最后对于论文研究的目的、意义以及论文 的创新点作以说明。 1 1 引言 企业在进行业务处理时，政府在进行公文审批时，都是以流程形式进行，在 信息化处理的过程中，企业、政府同样将这些业务处理、公文审批的过程信息化。 早期通常是通过程序硬编码的方式来处理这些业务、公文的流转，随着业务、公 文在使用过程中需求的不断变更以及复杂的处理情况不断出现，这种硬编码的方 式显然已无法应对，此时工作流管理系统应运而生，掀起了一股工作流管理系统 的热潮。 工作流管理系统通过对业务、公文流转进行分析以及抽象，将不变和变化的 部分进行划分，用户可轻松的通过可视化的工具对事项的流程、流程环节涉及的 人员( 角色) 、流程环节的表单、流程环节的操作进行修改，从而达到了应对不断 变化的需求的目的，而工作流管理系统通常提供的流程监控、查询统计模块更是 极大程度的为用户优化流程提供支持，以提高企业、政府的工作效率。 目前，针对企业或者部门的计算机应用已不仅仅停留在诸如文档处理、公文 流转以及信息发布等这些简单的业务层面上。越来越多的企业或部门要求将信息 技术的应用扩展到关键业务中。工作流技术所具有的协调本质决定了其在关键业 务的信息化过程中将扮演重要的角色。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 工作流技术研究现状 八十年代中期，f i l e n e t 、v i e w s t a r 等公司率先开拓了j 作流产品市场，成为 两北工业大学硕士学位论文第一章绪论 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。很显然，这种增 值性质的集成化软件系统为企业简化与重组自己的关键业务流程提供了一种非 常合适的方案。由此还可以看出，工作流从最初的诞生之日起就是作为一种面向 过程的系统集成技术而出现的，只不过限于当时的计算机发展水平，它所集成的 功能较为简单而已。 进入九十年代，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，企业的分散性、决策制定的分散性、 对日常业务活动详尽信息的需求以及c l i e n t s e r v e r 体系结构、多种分布式处理技 术( c o r b a ，w e b ，c o m ，j a v a ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实集中式信 息处理的时代己经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得相互关联的任 务能够高效运转、并接受密切监控已成为一种趋势i 。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。工作流通过将业务流程分解成为良 好定义的任务与角色，进而按照一定的规贝蚋i 匣序来调度、分派这些任务给适当的 角色人员去完成它们。这样的一个转变，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、更广韵领域上对工作流展开了研究。 随着市场上各种商品化工作流产品的出现，为了保证企业在工作流产品上的 投资，使工作流技术得到广泛应用，1 9 9 3 年由1 0 0 多家软件开发商、研究机构 成立了一个工作流技术的标准化组织，即工作流管理联盟w f m c ( w o r k f l o w m a i l a g e m e r i tc o a l i t i o n ) 。它的成立标志着工作流技术在计算机应用研究领域之中 被明确地划分出自己的一席之地，相应的概念与术语也得到了人们的承认。在全 球范围内，对工作流技术的研究以及相关产品的开发了进入了更为繁荣的阶段， 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 m e t 服务等都己被容纳到工作流管理系统之中。市场上工作流产品极大丰富， 据统计，1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工作流产品在相互竞争，多家供应商纷纷看 好这块渐趋热点的r r 市场，9 7 年工作流产品的市场增长率超过3 5 。2 0 0 0 年， 通用工作流管理系统产品总值达到了1 0 亿美元。 我国也早己丌始对工作流技术的研究，如一些研究人员提出的基于a g e n t 、 基于协调理论、基于对象平f i 实例互操作行为的工作流建模方法。不少研究机构和 公司也开发出多种工作流管理系统的产品。但大部分的工作流管理系统都足在某 一类特定领域内使用，还尚未形成个有代表性的通用产品，有待于不断完善和 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 提高。 纵观工作流软件产品由二十世纪八十年代的萌芽到九十年代的繁荣，可以把 它总结为几个阶段： 第一阶段：早期的工作流系统，应用于某些特定领域( 比如图形、文档、表 单等领域1 ，是相对独立的应用系统，始于8 0 年代中期。 在这个阶段，由单纯的解决企业日常表单、文档等的电子化与自动化转移到 简化和重组企业的关键业务流程。可以看出早期的工作流系统就是以面向过程的 系统集成技术出现的。 第二阶段：具有底层的通信基础结构，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1 。 从9 0 年代开始，企业越来越突出的信息资源的异构、分布、松散耦合性， 部门职能的分散性，决策制定的分散性，说明集中式信息处理的时代结束了，而 大规模的异构分布式环境、相关联的任务高效运转并接受监控等需求提到日程上 来。工作流管理系统由最初的无纸办公、协同工作转为结合企业复杂信息环境实 现业务流程自动执行的工具。 第三阶段：具有图形用户界面的流程定义工具、用户定义和任务执行完全分 离的工作流系统。 随着现代企业从传统的以职能为基础的组织结构和运作机制转变为以流程 为中心的信息集成，工作流管理系统要满足企业业务重组的需求j 经历了以上这 三个阶段的发展，工作流产品基本上确定了它在计算机应用软件市场上的独立位 置。 有关工作流方面的研究项目在许多研究机构、实验室中得以开展。在工作流 这一框架下，主要的研究内容包括以下几个方面： 。 ( 1 ) 工作流管理系统体系结构的研究研究系统的组成结构以及各组成部 分之间的相互关系，从宏观上建立系统模型： ( 2 ) 工作流模型与工作流定义语言研究工作流以怎样的方式准确而完整 地表达企业中实际的业务流程： ( 3 ) 2 1 2 作流的事务特性研究工作流的事务特性的目的就在于将高级事务 技术与工作流管理技术相结合，用良好定义的模型语义与恢复机制来更好地支持 企业的业务过程，提高工作流系统的可靠性与实用性； ( 4 ) 工作流的实现技术一包括面向对象技术、异构分布式计算( 中间件技 术、图形用户界面、消息通讯、数据库、w e b 技术等在内的弓工作流系统的设 i f 实现有关的各项技术、方法； 3 两北l 业大学硕士学位论文第一章绪论 f 5 ) m 作流的仿真与分析方法研究工作流的仿真模型、仿真方法以及对 不同工作流性能指标的评价、分析方法等： ( 6 1 工作流的集成与互操作技术研究企业中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 ) i 作流与业务过程重组( b p r ) 研究如何通过工作流系统的实施来有 效实现企业的业务过程重组，结合各种方法所得到的分析数据，主要侧重于管理 与制度方面的改进与创新。 工作流技术是一个十分年轻但又极具发展潜力的研究课题。它是一个多学科 交叉的新领域，涉及计算机科学与管理科学的多种原则、方法与技术，包括数据 库、形式化描述语言、应用与子系统的集成、软件工程、文档管理、组织与资源 管理、仿真技术、企业重组、分工协作等等。工作流技术并非强调完全的自动化 流程、完全的不需要人的参与，而是把重点放在工作流模型的建立、对工作流中 任务状态的自动跟踪与监控、并对任务执行的条件和任务问的信息流进行明确定 义以便实现业务过程的高效运转与重用的目的之上。工作流管理实现了过程逻辑 与嵌入到单独用户应用中的任务逻辑之间的分离，这种分离使得两种逻辑可以各 自独立修改，而且同一个任务逻辑也能够在不同的过程逻辑( 业务过程) 中实现重 用。 1 2 2 工作流研究热点 目前，工作流管理领域的研究热点和趋势主要集中于： 工作流流程建模：包括工作流流程模型和流程描述语言方面的研究，前者是 对业务流程的计算化描述，概括了实现流程所需的各种必要信息：流程开始和结 束条件、组成浚流程的各个步骤、步骤间的信息传递规则以及所需调用的应用工 具等。模型一般通过文本或图形化的流程描述语言来表现。目前，已提出了许多 具体的模型和描述语言，有待进一步统一，w f m c 在规范化方面起了很大的作 用。此外，基于各种形式化工具，对工作流模型性能进行分析和评价，也是建模 过程中关键的一环。 基于w e b 的工作流：随着w w w 的迅猛发展和普及，许多w f m s 产品开始 支持各种各样基于w e b 的应用。支持w e b 的优势不仅在于不需要安装特定的客 户端软件，面目便于系统资源的统一管理。目前的产品还仅限于允许在浏览豁中 初始化和控制工作流。随着将来更多技术的支持，在i n t e m e te 包岔多个w e br ： 作流服务器的跨= i j ；= 、l k 的：l 作流系统必将成为现实。 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 工作流管理中的移动计算：目前w f m s 的体系结构大都集中于c l i e n t s e r v e r 模式，客户与服务器问的实时连接、频繁交互势必造成网络拥塞和资源瓶颈。支 持移动计算的分布环境就在这种背景下提出：移动客户只需周期性地与工作流服 务器建立连接，接受工作任务或提交工作结果，从而减轻系统和网络的负荷，极 大地提高远程办公的效率。 分布式工作流：工作流管理系统从支持单个工作组环境开始，现在逐步提高 至0 企业级的功能需求。这样，单个工作流程就要允许跨越广域网上的多个服务器 和客户端，通过并行计算、资源共享、分布操作使其可扩展性、可管理性得以充 分体现。然而，随之而来的是需考虑分布式系统的安全性和互操作性吼 工作流互操作：互操作的研究主要包括工作流模型的互操作和工作流系统的 互操作两方面的研究。微观层的模型互操作包括研究单个模型内或多个模型间的 活动可互操作性，以及如何检测、分析产生的冲突，并提供可行的解决方案；宏 观层的系统互操作则包括系统内部协议定义、程序接口、数据共享的可互操作， 以及工作流系统如何嵌入到其它业务系统中或如何实现与其它异构系统的连接。 工作流互操作是工作流管理技术目前研究中的一大难点。 1 2 3 面临的问题 目前的工作流技术的一个问题就是太过刻板。因为工作流是先于应用构造的 且由一些集中的权威强制执行的，所以这种刻板性是不可避免的。但是，对参与 者而言缺乏自由度导致工作流管理系统显得很不友好。结果是它们经常被忽略， 最终被放弃。 当例外发生时，刻板的工作流管理工具表现得不正常，灵活性的需要就体现 出来了。设计不良的工作流只能挂起，而灵活的工作流就会让人工依据可获得的 信息来做决定。 另一个问题是系统需求很少是静态的。一个工作流的设计上下文在其生命期 内很难对所有细节都保持可用性。对未包括在工作流模型中的任意扩展而言，动 态的需求几乎是必需的。 在实际应用中，应用的企业还是较少，应用的范围窄，效果不理想。这与产 品的全而性、集成性有关，也有企业应用的状况及工作流产品供应商的经营策略 有关。 现在市场i 见到的工作流产品多是大而全的产品，小仅订j 作流引擎，也附 带复杂的 发一l 凡是一套非常庞大的开发平台，其自身所附带的外发工具对用 两北二 ：业大学硕十学位论文第一章绪论 户丌发系统是否够用尚且不论，单就用户需要熟悉新的开发工具就要花费大量的 时间、精力，同时，由于产品功能复杂，势必价格昂贵，造成整个系统费用过高， 最终客户难以接受。 1 3 论文研究背景 由于工作流管理系统能够为人们创建一个良好的协同工作环境，因此得到了 社会的广泛的关注和应用。随着i n t e r n e t 技术的不断发展进步，为工作流系统发 展提供了强又力的支持。可扩展标记语言( x m l ) 是i n t e r n e t 中表示数据的基本格 式，除了易于就建立和易于分析外，x m l 主要优点在于它既是平台无关的又是 厂商无关的，这为开发同一流程数据格式，在工作流系统各部件中统一传输数据 格式提供了理论研究，将x m l 技术引入的工作流的应应用之中，为工作流系统 的发展拓宽了道路。基于x m l 工作流系统必将成为工作流研究领域中的发展方 向。 本论文的研究是建立在以下项目研究的基础之上的： ( 1 1 宁波化工园区电子政务系统总体设计与实现。 f 2 1 教育部学位办o a 系统总体设计与实现。 1 4 论文内容与结构组织以及意义 1 4 1 论文研究的主要内容 工作流系统的结构很复杂，涉及的方面比较多。所以工作流系统的实现不是 一个简单的工作，是一项庞大的软件工程。不过仔细剖析工作流系统的功能，核 心部分就是工作流的建模问题。工作流建模的方法很多，如有向网络图、p e t r i 网、形式化的文本描述语言等。通过分析研究现有的各种建模方法，发现这些现 有的建模方法在工作流模型表达能力上还存在许多不足。比如，已有的工作流描 述语言很难表达上下文的含义以及控制策略。只有那些精通文本描述定义的人才 能对整个工作流过程有完全的认识。而用形式表达可能提供定程度的幸 | l 象，但 同时可能导致了语义的模糊不清楚，对时f n j 、执行的约束条件、复杂的天系描述 以及过程对象和人之划的管理也难f 表述。另外，w f m c 认为使川个基于图 形的标准来作为过程定义的觇范比较困难。因此我们提出了基r 文本描述语苦 6 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 x m l 的建模方法，因为x m l 在工作流的建模上具有很多优点，是一种功能很 强的可扩展的形式化描述语言，我们研究的目标就是用x m l 的方法把组成工作 流的基本组成元素的活动、过程规则描述出来。具体的我们会在后续的章节中详 细论及到。本文研究的内容大致是这样安排的： f 1 1 阐述了工作流技本的理论和相关发展，并介绍x m l 及相关技术。 ( 2 价绍工作流管理系统的体系架构，特别是工作流管理联盟提出的标准参 考模型。 ( 3 ) 详细研究了基于x m l 的工作流模型。 f 4 ) 用x m l 的工作流模型建造一个简化的企业过程以加深对x m l 工作流模 型的了解。 ( 5 ) 分析基于x m l 的工作流系统的体系架构。 ( 6 ) 在分析工作流系统体架结构的基础上，利用面向对象软件工程思想设计 出基于x m l 的工作流系统实现方案。 1 4 2 论文研究意义及创新点 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。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，实现提 高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标。 实际上，自从进入工业化时代以来，有关过程的组织管理与流程的优化工作就一 直在进行，它是企业管理的主要研究内容之一。在计算机网络技术和分布式数据 库技术迅速发展、多机协同工作技术日臻成熟的基础上于2 0 世纪8 0 年代中期发 展起来工作流技术为企业更好地实现这些经营目标提供了先进的手段。 工作流技术出现马上就得到广泛的重视和研究。至今工作流管理技术己成 功地运用到图书馆、医院、保险公司、银行、政府部门等行业，然而它更重要的 应用还是在工业领域，作为支持企业经营过程重组0 3 u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r b p r ) 经营过程自动化( b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的一种手段。工作流技 术的研究应用日益受到学术界和企业界的重视。许多大学和研究机构也致力于工 作流技术的进一步发展；丌展了一系列研究项目，取得了显著的成果。 随着计算机嘲络技术的高速发展和i n t e r n e t 的广泛应用，矧络汁算成为计算 机理论及应刚的。个极为重要的发展方向。特别是进入9 0 年代后，许多绢纵机构 都以i n t e r n e t i n t r a n e t 为基础构建自己的分布式计算平台，这为r ：作流系统提供r 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 一个理想的运行环境，同时网络的普及及应用中往往包含大量的工作流管理问题， 在很大程度上促进了工作流技术的进步。随着互联网的发展和企业规模的不断扩 大，信息资源正以惊人的速度在不断增长形成了一个异构、分布、松散耦合的计 算环境，这就要求工作流管理系统能很好地运行于异构分布环境中。然而，工作 流系统在实际应用中还存在着这样或那样的不足，如分布式工作流应用程序之问 数据的协调，工作流系统中各部件的协同工作。其中一个很大的问题是信息标准 化，由于不同的平台的都有自己的信息表示方式，相互之间不能通用，因此必须 找出一种能应用于所有平台的信息表达方式。 论文研究的意义在于通过利用新技术，探索开发工作流的新方法，研究与设 计一个基于x m l 的工作流系统以使其具有良好的互操作性，并且结构更加清晰、 功能更加灵活。论文的研究成果为开发工作流产品提供开发经验，推动工作流技 术的发展。 1 4 3 论文的组织 全文共分八章。 第一章绪论。 介绍本文研究背景、意义、主要内容以及组织结构。 第二章相关技术。 介绍工作流系统体系架构，特别是工作流管理联盟提出的标准参考模型。 并对x m l 技术进行介绍，讨论x m l 的优点和运用。 第三章基于x m l 的工作流模型设计 详细研究基于x m l 的工作流模型，并用x m l 工作流模型建造一个简化了 的企业过程，以加深对x m l 的工作流模型的理解。 第四章基于x m l 的工作流系统的设计。 提出基于x m l 的工作流系统的设计方案。从流程建模工具工作流管理系统 及工作流接口三个方面对设计方案进行了详细论述。 第五章总结与展望 介绍论文研究的结论以及需要进一步开展的研究工作，最后对与论文有关的 研究做了展望。 曲北工业大学硕+ 学位论文第二章相关技术 第二章相关技术 本章首先介绍工作流的基本概念和工作流系统的定义，阐述了工作流管理联 盟定义的工作流系统参考模型的体系架构。对于工作流及工作流系统进行了较全 面的描述。随后对x m l 的产生、概念、优点和应用以及处理x m l 文档的组件 进行了说明。在本章末尾，提出将x m l 用于工作流的建模，并列举其优点。 2 1 工作流系统概论 2 1 1 工作流的基本概念和定义 1 9 9 3 年工作流管理联u 襞( 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 l 的成立标 志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之问的互操 作，w f m c 在工作流系统的相关术语、体系结构及应用编程接t ( w a r , r ) 等方面 制定了一系列标准。 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，以下 我们给出几个具有代表性的定义。 工作流管理联盟给出的工作流定义是：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、信息或任务能够在不同的执行 者之间进行传递与执行【3 j 。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的工作流定义是：工作流是将一组任务f r a s k ) t t 织起来 完成某个经营过程。在工作流中定义了任务出发顺序和触发条件。每个任务可以 由一个或多个软件系统完成，也可以由一个或一组人完成，还可以由一个或多个 软件系统协作完成。 i b m a l m a d e n 研究中心给出的工作流定义是：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用的各种参数。这些参数包括对过程 中每一个步骤的定义、步骤闻的执行顺序、条件及数据流的建立、每。步骤由“e 负责以及每个活动所需要的府用程序。 以上的这些上份流的定义，包括其它的一些工作流定义基本1 郜是明j ：| = 形， 9 两北t 业火学硕士学位论文第二章相关技术 化语言对工作流所进行的描述，虽然表述方式略有下同，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；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( 活动问的执行条件、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) 、做得怎样( 通过工作流系统对执行过程进行监控1 。 根据以上定义和我们对工作流管理技术的理解，我们给出如下的工作流定 义： 工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，是为了在先进的计算机环境 支持下实现经营过程集成与完全或部分实现经营过程自动化的可以由工作流系 统执行的业务模型1 4 j 。 在我们给出的定义中强调工作流模型是可以被工作流系统执行的，这主要是 为了区别工作流模型和一般意义上的过程模型。通常描述一组活动及其相互之间 连接关系的模型可以通称为过程模型，但是并不要求这些过程模型用计算机来执 行。而工作流模型，从建立的目的来讲就是为了实现业务过程自动化，要由计算 机来执行的。这就要求工作流模型不仅能够描述活动及其相互之间的连接关系， 而且需要定义许多其它信息：如执行者、数据等，这样才能够由计算机进行解释 和执行、另一方面由于工作流模型需要计算机来执行，这就对工作流模型的准确 性提出了更高的要求，工作流模型的定义也更严格。 那什么是业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) 呢? w f m c 给出的定义是“一个组织所 从事的工作通常称为业务流程”。业务流程是“一个过程，在这个过程当中，文 档、信息或任务按照一套定义好的规则，在参与者之间传递，以期待实现或有助 于实现整个业务目标”。 如何才能清楚地描述一个企业的业务过程呢? 主要应该说明以下几个问题： 1 这个业务过程要做什么? 即其目的或想达到的目的是什么? 2 这个业务过程是如何完成的，有哪些任务并经过哪些步骤来完成? 3 这个业务过程有谁参与完成，要有哪些部门参加? 4 这个业务过程用了哪些方法或手段来完成? 为了能够说明以上四方面的问题，并且以计算机可以识别的方式建立企业业 务过程模型，在工作流中定义一系列的基本概念和术语用束拱i 述槿型的组成，从 而实现对食业业务过程的建模。首先是工作流的定义，如在前而介绍的，工作流 就是将纽任务组织起来完成某个业务过程。所以工作流这个f 尊叫j 就是为了况明 1 0 西北工业大学硕士学位论文第二章相关技术 业务过程目的的，或者说这个模型描述了业务过程的目标。工作流中两个最基本 的元素是活动和活动之间的联系关系。活动对应于业务过程中的任务，主要是反 映业务过程中的执行活动或操作。活动之间的连接关系代表了业务过程的规则和 业务流程。一个工作流就是一个用一组连接关系组合起来的活动，来反映企业业 务过程的模型。执行活动和活动之间的连接关系说明了如何完成企业的业务过 程，包括完成业务过程所需要完成的哪些任务和采取的步骤。 当然描述一个企业的业务过程不是仅有活动和活动之间的连接关系就能够 描述清楚的。一个企业的业务过程中还要包括其它方面，即参与操作的人员、组 织、所操作的数据、使用了哪些计算机应用程序等。在工作流模型中通过定义活 动的角色( 操作人员) 和组织单元( 组织结构、部门) 来描述企业的业务过程是由谁 来完成。 工作流应用的主要功能是描述和解释过程。工作流引擎的主要作用是描述一 个业务过程所必须经过的步骤。该描述被工作流引擎解释执行后分配给每一个参 与者。根据每一个过程在进行中的状态，推动过程从一个活动到下一个活动进行 下去，保证每一个活动由拥有合适的经验和权限的参与者执行。 2 1 2 工作流系统定义 在明确了工作流基本概念的基础上，下面介绍工作流系统的定义。w f m c 给出的定义是：工作流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。 我们给出的工作流系统的定义是： “工作流系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软 件系统。”1 5 通常，工作流系统指运行在一个或多个称为工作流机的软件上的用于定义、 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) 交互，推 进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。在这里需要强调指出的是工作 流系统不是企业的业务系统。在很大程度上，工作流系统为企业的业务系统运行 提供一个软件支撑环境，非常类似予在单个计算机上的操作系统。只不过工作流 系统支撑的范围比较大。环境比较复杂而己，所以也有人称工作流系统是业务操 作系统( b u s i n e s so p e r a t i n gs y s t e m ，n o s ) 。在工作流系统的支撑下，通过集成具体 的业务应用软件和操作人员的界f f 【：i 操作，才能够良好地完成对企业经营过程运行 的支持。所以，1 j 作流系统在个企业或部门的经营过程中的应用过程是个、 西北k 人学硕士学位论文第二章相关技术 务应用软件系统的集成与实施过程。 工作流系统可以用来定义与执行不同覆盖范围f 单个工作者、部门、全企业、 企业间) 、不同时间跨度( 分钟、小时、天、月) 的经营过程。这完全取决于实际应 用背景的需求。按照经营过程以及组成活动的复杂程度的不同，工作流系统可以 采取许多种实施方式，在不同的实施方式中，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。工作流系统的实际运行环境可以是在一个工作组内 部或者在全企业的所有业务部门。 虽然不同的工作流系统具有不同的应用范围和不同的实施方式，它们还是具 有许多共同的特性。从比较高的层次上来抽象地考察工作流系统，可以发现所有 的工作流系统都是提供了3 种功能： 1 ) 建立阶段功能：主要目标是通过某种分析、建模和系统定义的手段将现实 世界的业务过程转化成某种能够被计算机处理的形式化表示。这种形式化表示， 称之为过程定义( 也称过程模型、过程模扳、过程元数据等) 。它用来支持系统建 模和运行过程的自动化。过程定义用来描述活动及这些活动之间的关系，过程的 开始条件和终止条件，以及各活动的信息，如参与者、相关的数据和i t 应用等。 在各种不同的工作流系统中，用以表示过程定义所用的形式化模型可能会有较大 的差别。 2 ) 运行阶段的控制功能：主要进行在某个计算环境中工作流过程的管理及各 活动步骤之间的状态转换。运行时，控制系统将解释过程定义，完成过程的可操 作实例的创建及控制，调度过程中各活动步骤，为所涉及到的用户生成待其处理 的任务，并在合适的时机调用有关的应用程序资源等。这些服务我们一般就称之 为“工作流执行服务”，有些系统可能是通过一个工作流引擎提供这些服务，而 在另外一些系统则可能会用到多个协作的工作流引擎。工作流引擎是工作流运行 时控制系统的核心部分，各种过程实例的执行都是由它负责完成的。 3 1 运行阶段的人机交互功能：主要完成对工作流实例执行过程中各种活动的 处理。在过程实例的执行过程中，经常需要用户通过某种应用程序来完成过程定 义所要求完成的处理或操作，例如填写一个表单，或使用某个应用程序f 如字处 理软件、绘图软件等) 生成新的文档或处理其他活动传递过来的文档等。另外， 工作流执行服务也可能需要自动地调用有关的应用对数据进行处理，如将某些数 据写入到某个数据库系统中、调用某个应用程序对数据进行某种转换等。 图2 1 给出了工作流系统三个主要功能之间的关系。 西北l ：业大学硕士学位论文第二章相关技术 图2 - 1 工作流系统特性 工作流技术并非强调业务过程的全面自动化和完全不需要人的参与，而是重 点放在对工作流中任务的自动跟踪与监控，并对任务执行的条件和任务问的信息 流进行明确的定义，从而实现业务过程的高效运转，并能够在最大程度上实现业 务过程的应用。工作流技术能够支持企业实现“在适当的时间把适当的信息传给 适当的人” 6 1 的要求、另外，工作流管理实现了业务过程逻辑与应用逻辑的分离， 这种分离使得两种逻辑可以各自独立修改，而目同一个任务逻辑也能够在不同的 过程逻辑中实现重用。 2 2 工作流系统参考模型的体系架构 工作流系统参考模型的体系结构，其主要组成部分和接口如图2 2 所示：这 个参考模型绘出了抽象的工作而管理系统的功能组成部件和接口，它能满足工作 流系统和产品应该具有的主要功能特征，可为实现工作流产品之间的互换作提供 公共的基础。必须指出的是，组成工作流系统的每一个功能部件，工作流管理联 盟并没有给出具体的实现，它可以在不同的软硬件平台上采用不同的方法实现， 同样接口也可以在不同的软硬件平台上采用不同的设计技术和编程语言编程。一 般说来，工作流产品的提供商也不会将这些部件之间的所有接口完全对外开放， 但是，为了实现不同_ ：【二作流产品之问的集成，他们会按照互操作和协作的不同要 求在一定层次上丌放其接口”。 西北t 业大学硕+ 学位论文第二章相关技术 图2 - 2 工作流参考模型 这里首先介绍工作流参考模型中涉及到的几种数据，在以后的各节对系统中 的各个部分和参考模型中的五类接口进行描述。 ( 1 ) 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) ：工作流执行服务( 也叫工作流引 擎或工作流机) 通过内部的工作流控制数据来辨别每个过程或活动实例的状态。 这些数据由工作流执行服务行控制。用户、应用程序或其它的工作流执行服务不 能对其直接进行读写操作，它们可以通过向工作流执行服务发消息请求来获得工 作流控制数据的内容。 ( 2 】工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：工作流系统通过工作流相关数 据来确定过程实例状态转换的条件，并选择下一个将执行的活动。这些数据可以 被工作流应用程序访问并修改。因此，工作流管理软件需要在活动实例之间传递 工作流相关数据。 ( 3 ) 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) ：这种数据指那些由应用程序 操作的数据。它们是针对应用程序的，是企业完成具体的业务功能所需要的数据， 如产品结构数据、订单数据、生产作业计划数据等。工作流系统无法也下需要对 它们进行访问。 4 西北工业大学硕士学位论文第二章相关技术 2 2 1 过程定义工具 过程定义就是工作流建模，工作流模型不是一般意义上说的过程模型，它包 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、构成过程活动以及进行活动问导航的规则、 用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、以及所有与工作流相关数据的定义。 过程定义可能应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是这个活动 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。 过程建模工具以计算机能够处理的形式进行过程定义。它可以基于形式化的 文本定义语言、对象关系模型来进行过程模型定义，也可以基于图形化方式 来进行过程模型定义。工作流建模工具应输出一个能被工作流执行服务解释井执 行的过程定义。不同的工作流产品的建模工具输出的存储格式是不同的。图2 - 2 参考模型接口的定义不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 2 2 工作流执行服务工作流机( 工作流引擎) 工作流执行服务是工作流系统的核心。实际上它是企业经营过程的任务调度 器，在某种程度上还是企业资源分配器。在采用工作流系统支持经营过程运行的 企业中，工作流执行服务可以看成是企业的业务操作系统。企业的业务过程在它 的管理、监控和调度下运行，因此，工作流执行服务系统的性能和可靠性就直接 决定了企业经营过程的运行效率和安全性。工作流执行服务由一或多个工作流机 组成( 在分布环境下由多个工作流机组成) 。它提供了过程实例执行的运行环境， 主要完成以下的功能： ( 1 ) 对过程定义进行解释； ( 2 ) 控制过程实例的创建、激活、拄起和终止等； ( 3 ) 为过程和活动的执行进行导航，控制活动实例问的转换，包括串行和蚱 幽b 工业大学硕士学位论文 第二章相关技术 行的操作、工作流相关数据的解释等； f 4 ) 提供支持用户操作的接口； ( 5 ) 维护工作流控制数据和工作流相关数据，在应用或用户问传递工作流相 关数据： ( 6 ) 提供用于激活外部应用程序和访问工作流相关数据的接口； ( 7 ) 提供控制、管理、监督工作流过程实例执行的情况的功能。 工作流机的一个重要功能就是控制过程实例和活动实例的状态转换。图2 - 3 和图2 - 4 分别描述了过程实例和活动实例各个状态之间的转换情况。 r 焉、 、一? 一一 图2 - 3 过程实例状态转换图 2 2 3 客户端功能 图2 - 4 活动实例状态转换图 ( 1 ) 工作流客户应用 工作流客户端功能是指用户操作工作流系统分配的任务或活动的功能。它由 i 作流任务表管理器和用户操作共同完成。：l 作流t f 务表是指分配给一个特定用 户处理的任务项组成的队列。工作流任务表管理器是，个软件模块，负责管理工 两北工业大学硕士学位论文第二章相关技术 作流任务表，并完成与最终用户的操作进行交互。在工作流模型中，客户端应用 与工作流机的交互通过定义良好的接口完成。这个接口就是工作流任务表，在最 简单的情况下，工作流机通过存取工作流任务表来完成特定任务到特定用户的分 发过程，而工作流任务管理器存取工作流任务表是为了获取任务项，将它们提供 给用户进行处理，并得到处理结果。 ( 2 ) 直接启动应用 这种情况适合于不需要人员参与的活动。在简单情况下工作流机通过过程模 型中定义的活动信息、应用程序类型和所需要的数据来激活应用程序。被激活的 应用程序可以与工作流机位于一台计算机上，可以位于相同的运行平台上，也可 以通过网络访问的不同计算机平台上。模型定义为应用启动提供了有关应用程序 的类型、地址等足够的信息，因而允许工作流机激活该程序并执行相应的动作。 采用应用代理的方式来启动应用是一种具有较好柔性的方法。图2 5 给出了直接 启动应用的接口。 嚣感化蚺a p i 拳 交换捷翻 特兜啦耀空 接摇【木 进妯逸挥昀) 图2 4 直接启动应用接口 2 2 4 系统管理和监控工具 系统管理和监控是复杂软件系统一、护i 苣要的功能。在实际应用，特别是 两北t 业大学硕士学位论文第二章相关技术 在企业应用中，系统在运行过程中不可避免地会出现许多意外情况，正确及时地 处理这些意外情况对于保证应用系统良好运行具有十分重要意义。工作流系统管 理与监控工作能够对工作流在整个组织内的流动状况进行监视，并提供一系列的 管理功能，实现安全性、过程控制和授项操作