（计算机应用技术专业论文）工作流技术在轮转机印刷系统中的应用研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 现代企业面临着快速多变、全球化的市场环境，为了提高企业的竞争力，先进的工 作流管理系统受到了广泛关注。作为一种新技术，工作流成为计算机领域的研究热点， 在实现企业过程重组、支持企业经营过程自动化等方面具有广阔的应用前景。 印刷行业有着独特的生产经营管理方式，其生产过程有严格次序和规则且涉及的部 门较多。由于采用按需印刷的生产方式，使生产过程中产生大量的数据，传统的人工管 理方式已经不能适应印刷生产过程。把工作流技术应用到印刷生产中，不仅可以提高企 业的生产效率，促进业务扩大，还可以帮助企业进行业务流程分析，进行流程再造。 本文研究的技术背景为大连博雅电子有限公司的实际项目，论文以工作流思想为出 发点，结合轮转机印刷业的生产方式，通过把基于同步网的建模方法应用于轮转机印刷 生产e r p 系统的分析过程中，开发了基工作流技术的轮转机印刷生产管理系统。 本文引入了一种形式化工作流模型同步网模型( s y n，该模型将网和net)petri cn e t 相结合，将工作流建模分为逻辑层、语义层和执行层三层进行分析。和w fn e t 相比，该模型比较容易分析和仿真实现。结合轮转机印刷的业务流程，本文讨论了该模 型的具体应用，并对该模型的正确性进行了验证。然后，论文结合工作流技术和关系型 数据库，开发了一个轻量级的工作流引擎，借助于关系数据库系统的成熟技术，支持工 作流的并行服务，简化了工作流管理系统的实现，优化了系统的性能。论文最后给出了 基于工作流思想的轮转机印刷管理系统的设计和实现。 将工作流技术应用在印刷管理系统中，提高了企业生产过程的灵活性、监控性以及 自动化或半自动化执行。该系统目前已经在大连博雅电子有限公司使用，应用效果很好。 关键词：同步网；工作流；过程建模；轮转机印刷 大连理工大学硕士学位论文 a p p l i e dr e s e a r c h o fw o r k f l o wt e c h n o l o g yi nc y c l i cm a c h i n ep r i n t i n g m a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t c o n t e m p o r a r yc o r p o r a t i o n sa r ef a c i n gv a r i a n tc h a n g e sa n dg l o b a lc o m p e t i t i o n s t o i m p r o v et h ec o m p e t e n c eo fm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ，t h ew 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 ) h a s r e c e i v e dm u c ha t t e n t i o n a san e w t e c h n o l o g y ，t h et h e o r i e so fw o r k f l o wb e c o m e t ot h eh o tr e s e a r c ho fi td o m a i n ，i th a sb r o a da p p l i c a t i o ni nt h ew a yo fc a r r yo u tt h e r e c o m b i n ea n da u t o i m m u n i z a t i o no fb u s i n e s sp r o c e s s t h ep r i n t i n gi n d u s t r yh a sp a r t i c u l a rp r o d u c i n ga n dm a n a g i n gw a y ，i t sp r o d u c i n gp r o c e s s h a ss t r i c ts e q u e n c ea n dr u l e ，w h a t sm o r e ，i ti n v o l v e dm a n yd e p a r t m e n t s a sar e s u l to f a d o p t i n gt h ep r o d u c ew a yo fr e q u i r e d p r i n t ，t h e r ea r et o om a n yd a t at h r o u g ht h ep r o d u c i n g ， t r a d i t i o n a lm a n u a lm a n a g ew a yc a n ta c c o m m o d a t et h ep r i n t i n gp r o c e s s a p p l y i n gt h e w o r k f l o wt e c h n o l o g yt o p r i n t i n gp r o d u c t i o n ，n o to n l y c a ne n h a n c et h ee f f i c i e n c yo f p r o d u c t i o n ，b u tc a na l s oh e l pe n t e r p r i s e sa n a l y z ea n dr e e n g i n e e rb u s i n e s sp r o c e s s t h i sp a p e r st e c h n o l o g yb a c k g r o u n di sa na c t u a lp r o j e c to fd a l i a nb o y ap r i n t i n gl i m i t e d c o m p a n y c o m b i n i n gt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dc y c l i cm a c h i n ep r o d u c t i o nm e t h o d s ，i t d e v e l o p sa w o r k f l o w - b a s e dp r i n t i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，b ya p p l y i n gt h es y n c h r o n i z a t i o nn e t m o d e lt oc y c l i cm a c h i n ep r i n t i n gp r o d u c t i o ne r p s y s t e m s y n c h r o n i z a t i o nn e tm o d e l ( s y n _ n e t ) ，af o r m a lw o r k f l o wm o d e lo fp e t r i - n e t - b a s e da n d c _ n e t - b a s e d ，i si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ，w h i c hd i v i d e st h ew o r k f l o wm o d e lt ot h r e el e v e l s ， l o g i cl a y e r ，s e m a n t i cl a y e ra n de x e c u t el a y e r c o m p a r e dt ow f _ n e t ，t h em o d e li se a s i e rt ob e a n a l y z e da n ds i m u l a t e d c o m b i n e dw i t ht h eb u s i n e s sp r o c e s so fc y c l i cm a c h i n ep r i n t i n g ，t h i s p a p e rd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o no ft h es y n c h r o n i z a t i o nm o d e l ，a n dt e s t st h ec o r r e c t n e s so ft h e m o d e l a n dt h e nu s i n gt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dr e l a t i o n a ld a t a b a s et e c h n o l o g y ，t h i s p a p e rd e v e l o p sal i g h t w e i g h tw o r k f l o we n g i n e r e c u r r e dt o t h em a t u r et e c h n o l o g yo f r e l a t i o n a ld a t a b a s e ，t h ew o r k f l o we n g i n es i m p l i f i e st h ew o r k f l o wm a n a g e m e n tg r e a t l ya n d o p t i m i z e st h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m a tl a s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec y c l i cm a c h i n e p r i n t i n gm a n a g e m e n t ，a n dg i v e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t h es y s t e m t h es y s t e mi m p r o v e st h ef l e x i b i l i t y ，c o n t r o la n da u t o m a t i co rs e m i - a u t o m a t i cb yu s i n g t h ew o r k f l o wt e c h n o l o g y t h es y s t e mh a sb e e nu s e di nd a l i a nb o y ap r i n t i n gl i m i t e dc o m p a n y ， a n dt h er e s u l ti sv e r yw e l l k e yw o r d s ：s y n c h r o n i z a t i o nn e t ；w o r k f l o w ；p r o c e s sm o d e l i n g ；c y c l i cm a c h i n ep r i n t i n g 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 遂益 导师签名： 丛年j 三月日 大连理工大学硕士学位论文 引言 工作流的概念起源于生产组织和o a 领域中的过程思想，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。这种过程的思想自工业化生产以来就已经存在，主 要侧重于工作中各项活动的流程性方面，通过改进流程以提高效率。所采用的典型方法 是将工作中各项活动分解成具有良好定义的任务、角色、规则和规程等，使得生产组织 和o a 领域中的大部分工作得以在良好的管理和控制下进行。不过，在刚开始的时候， 整个过程是由人工完成的，只是在引入信息技术后才使得过程中的工作得以自动或半自 动地处理，能够辅助自动或半自动完成过程中工作的信息技术就是工作流技术。 随着计算机网络技术和分布式数据库技术的迅速发展、多机协同工作技术的日臻成 熟，与2 0 世纪8 0 年代中期发展起来的工作流技术为企业更好地实现企业的经营目标提 供了先进的手段。工作流技术一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、银行等行业，然而它更重要的应用还是在 工业领域，特别是制造业领域中。 尽管如此，现有工作流管理系统仍然存在着使用范围窄、灵活性差和意外情况处理 不及时，以及不能对活动中的任务做出合理的评估，实现过程重构等问题。尤其在企业 生产中，现有的生产型工作流管理系统不能有效地解决企业所涉及到的各种业务活动的 合理调度和优化运行，缺乏自组织、自学习和协同工作的能力，使得系统的应用受到很 大的限制。总的来说，工作流技术还处于技术发展曲线上的初级阶段，而且相对于有着 众多的应用系统，工作流理论研究还不够。比如在工作流建模方面还没有形成一套比较 成熟的理论和方法。 ( 1 ) 选题背景 本课题来源于大连博雅印刷电子有限公司的实际项目。印刷行业有着独特的生产经 营管理方式，其生产过程有严格次序和规则且涉及的部门较多。由于采用按需印刷的生 产方式，使生产过程中产生大量的数据，在实际的生产中，需要通过这些数据进行生产 控制，将所有的工艺连接在一起，从报价、订单输入、生产、结账等，这些连接都在印 刷企业的操作者和各个工艺环节之间进行流动，传播。所以该项目的主要目的是，将工 作流技术应用到印刷企业生产管理系统中，通过工作流技术和数据库技术相结合来实现 生产流程的自动化，减少生产过程中的人为失误，提高印刷生产管理的效益和效率。 工作流建模，也称流程建模或过程建模，是使用一定的分析、建模和定义技术，将 现实世界中的业务流程翻译成可用计算机处理的流程定义( 流程模型) 。流程定义是整个 工作流技术在轮转机印刷系统中的应用研究 工作流管理系统的核心之一，其表达方式和存储形式决定了工作流管理系统的处理形 式。p e t r i 网是一种图形化的数学建模工具，已经广泛应用在工作流建模之中，p e t r i 网是 一种适合于描述并发特性的系统模型，而cn e t 着力于对计算机程序的描述，在p e t r i 网的基础上，结合cn e t 对其扩充定义，可以增强p e t r i 网方法的建模和管理能力。 ( 2 ) 本文主要工作 本文首先引入了一种新的工作流建模模型同步网模型，该模型将工作流建模分 为几个层次。根据抽象层次的不同，同步网分为逻辑层、语义层以及执行层。逻辑层关 心过程中由哪些任务组成和这些任务之间的依赖关系；语义层是在逻辑层之上为案例确 定实际路径；而执行层实施管理规则以推动过程实例的执行。模型在p e t r i 网的基础上， 结合cn e t 对其扩充定义，了增强p e l r i 网方法的建模和管理能力。 其次，利用工作流技术和数据库技术相结合，本文设计开发了一个轻量级的工作流 引擎，工作流引擎的实现依赖于关系数据库的数据表和触发器，使工作流引擎的设计更 专注于工作流引擎本身，而不需要考虑诸如并发行操作及工作性能等，这些工作由数据 库系统来解决。借助于关系数据库系统的成熟技术、支持工作流的并行服务，大大简化 了工作流管理系统的实现，优化了系统的性能。以数据为驱动，在数据库层实现工作流 的自动流转。 本文最后介绍了由该建模方法支持的实际应用大连博雅轮转机印刷管理系统， 将轮转机印刷的业务流程进行详细分析，并对其进行同步网建模，结合关系型数据构建 模拟的工作流引擎，将建模后的业务流程实现自动化控制管理。 ( 3 ) 本文组织 本文共分五章，前言部分介绍系统的选题背景；说明了相关技术的研究情况；总结 了本文所做的主要工作。 第l 章介绍了系统的技术背景，工作流技术及工作流管理系统的概念，定义，即目 前工作流技术的研究情况和不足。 第2 章引入了一种新的工作流建模模型同步网模型，从逻辑层、语义层以及执 行层三层分析，对p e l r i 网建模模型进行扩充，增强p e t r i 网方法的建模和管理能力。 第3 章对轮转机印刷流程进行分析和建模，建立了基于同步网的印刷生产工作流模 型，从逻辑、语义和执行三个层次进行分析建模，并且证明了模型的正确性。 第4 章提出了一个简易的轻量级工作流引擎，结合工作流技术和关系型数据库，在 关系型数据库中建立一个模拟的工作流引擎，实现工作流技术。 第5 章结合大连某印刷系统，介绍了工作流技术在印刷生产中的实现。 最后，总结全文，并对后续研究开发进行了展望。 大连理工大学硕士学位论文 1 工作流及工作流管理系统 工作流是指整个或部分经营过程在计算机支持下的全自动或半自动化。在实际情况 中可以更广泛地把凡是由计算机软件系统( 7 - 作流管理系统) 控制其执行的过程都称为工 作流【“。 一个工作流包括一组活动及他们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动和终止 条件，以及对每个活动的描述。工作流管理系统是指运行在一个多多个工作流引擎上， 用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它与工作流执行者( 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。 工作流管理系统不同于e r p 和普通的企业管理信息系统，e r p 与普通的企业管理 信息系统是事务处理系统，其主要目的是满足企业业务操作功能，提高企业事务处理的 效率和水平。从企业整体的业务流程和企业经营目标上看，事务处理系统一般局限于解 决企业内部的具体操作问题，面向企业内部功能，而不是面向市场和面向客户的系统。 工作流管理系统的着眼点是面向市场、面向客户，其目标是在整个企业的业务层提高企 业的业务处理水平、强化企业的市场已四、提高对市场的应变能力。 由于工作流管理系统与普通事务处理系统存在显著的差别，工作流管理系统在企业 的实施方法上也有着不同于普通的事务处理系统。要适时工作流管理系统首先要在战略 层次上对企业的业务目标进行分析，确定企业的战略目标和组织要求。 工作流管理是近年来在计算机应用领域中发展最为迅速的几项新技术之一，其主要 特征是实现人与计算机交互事件相结合过程中的自动化。它首先在办公自动化、保险业 和银行等行业得到广泛地应用。随着企业经营过程重组这一管理思想被工业界广泛接 受，以过程管理为核心的工作流管理系统在工业界逐步得到认可，并得到应用。相关的 软件产品如f l o w m a r k 、f l o w p a t h 、i n a c t o n 等也已面世【2 】。这些系统不仅继承了早期o a 系统任务过程控制的特点，而且还利用现有技术成果在用户界面和分布协作等方面有很 大的改进。国际工作流管理联盟发布了工作流管理参考模型，为各种工作流管理软件产 品实现互操作提供了标准接口。 工作流技术是进入9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点。对工作流技 术进行深入的研究对于提高我国企业的信息化程度、运行效率以及竞争能力都有着很重 要的意义。 1 1 工作流的起源与发展 工作流技术在轮转机印刷系统中的应用研究 8 0 年代初期，在p c 机尚未作为信息处理工具而出现的时候，纸张是各行各业中进 行日常业务活动所不可替代的载体，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的。这种古老的载体在 信息的处理、组织、存储以及查询检索方面都是低效的。因此，人们希望出现一种无纸 化的、计算机使能的工作环境。一些公司、企业也建立了自己专用的或者可商品化的标 单处理的电子化与自动化。这种系统可以看作是现代工作流管理系统的一个雏形。 8 0 年代中期，f i l c 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。比较典型的有f i l e n e t 于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o wb u s i n e s ss y s t e m ，v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r 。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适合的方案；而 且，由此我们还可以看出，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，它所集成的功能比较简单而已1 3 j 。 进入9 0 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、分布式处理技术( c o r b a ，w w w ， o l e ，j a v a ) 的曰益成熟，都说明了这样一个事实：集中式信息处理的时代已经过去， 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。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 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、更广的 领域上对工作流展开了研究。 1 2 工作流的相关概念 ( 1 ) 工作流的定义 1 9 9 3 年成立了工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l l i t i o n ，w f m c ) ，这是由 多家公司联合成立的国际标准组织，其目的是通过制定工作流技术及其标准，提高不同 工作流产品之间的连通性和协同工作能力。通过使用标准可以使不同的产品之间协同工 作，也可以改善工作流产品与其他i t 服务( 电子邮件，文档管理) 之间的集成。作为工 作流技术的标准化组织，它的成立标志着工作流技术在计算机应用领域之中被明确地划 分出了自己的一席之地。下面是w f m c 为工作流提供的标准定义： 大连理r 大学硕士学付论文 工作流( w o r k f l o w ) ：工作流是一个业务过程全部或部分自动化，在此过程中，文档、 体目标。信息或者任务按照一定的过程规则流转，实现组织成员日j 的协调工作以期达到 业务的整体目标。工作流定义基本上都是用非形式化语言对工作流所进行的描述，虽然 表达方式略有不同，但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，而工作流管理系统则是这一实现的软件环境。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) 、有谁来做( 人或者计算机应用程序、也 就是组织角色的定义) 、做得怎样( 通过工作流管理系统队执行过程进行监控) 。 根据以上定义和我们对工作流管理系统的理解，我们给出如下的工作流定义 3 , 4 1 ：工 作流是通过计算机软件进行定义、执行并监控的经营过程，而这种计算机软件是工作流 管理系统。这个定义区别了工作流与一般的工作流程：前者需要借助计算机软件来完成， 并完全在软件系统的控制之下；而后者则没有这种约束，其中的某些步骤可能也需要用 到计算机，但这只不过是局部的计算机应用，整个过程是不在计算机控制之下的。 在我们给出的定义中强调工作流模型是可被工作流管理系统执行的，这主要是为了 区分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他们之间相互连接关 系的模型可以统称为过程模型，但是并不要求这些过程模型用计算机来进行执行，如描 述项目实施计划的g a n t t 图就是一个过程模型，但是一般并不需要用计算机来进行执 行这个模型。而工作流模型从建立的目的就是为了实现业务过程自动化，要由计算机来 进行执行。这就要求工作流模型不仅能够描述活动及其他们之间相互连接关系，而且需 要定义许多其他的信息，如组织、资源、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由计算机来执行，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加严格、准确。 。 ( 2 ) 基本概念 w f m c 同时给出了工作流研究领域中涉及到的其他相关术语及其定义1 5 j 。 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程逻辑步骤的工作任务的描述，一般分为手工操作和自动处 理两类。活动是过程执行中可被工作机调度的最小工作单元，要求有人或机器的参与。 工作流是一系列活动的有机组合，包括协调不同的处理实体完成多个任务。 工作流过程( w o r k f l o wp r o c e s s ) ：是自动化的组织过程，包括人参与和自动执行的任 务，文档、信息或任务，依照组织规范在参与者之间传递、处理或执行。 ：作流技术在轮转机印刷系统中的府_ i 研究 工作流管理_ ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t ) 是用人工或自动对工作流过程进行管理，包括工 作流的自动协调，控制和通讯。 工作流管理系统(