（计算机应用技术专业论文）wfms中通用图形化过程建模框架的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 在商业竞争日益激烈的今天，每个企业都在努力提高自己的生产和服务效率。 工作流技术作为一种有效协调企业不同部门共同工作的手段，正同益引起企业的重 视。工作流技术的应用是以对商业过程的透彻理解为前提的，过程概念模型则是理 解商业过程的第一步，只有定义良好的过程概念模型爿能实现高效的工作流应用。y 一个商业过程涉及到三个要素：组成过程的任务、任务间的关系和人与这些任 务的关系。作为描述塑些过猩的过程概念模型必须能准确的定义这三个要素。 为了定义商业过程的这三个要素，通用图形化过程建模框架( g g p m f ) 使用了两 个模型：企业模型和过程模型。g g p m f 的企业模型定义了一个企业的人员结构。 g g p m f 的过程模型定义了商业过程的组成任务和任务间的关系。二者通过授权关系 指定执行任务的人。这两个模型间的松散耦合使系统更容易维护。 g g p m f 的企业模型是为过程模型服务的，因止l g g p m f 的企业模型除了使用执 行者和组定义了企业的自然结构外，还使用企业功能对人员进一步划分以定义他们 执行任务的能力。 在实际的应用中，用户希望能够使用直观和简单的方式创建过程定义。图形技 术作为一种直观的建模技术，一直是用户最喜欢的技术。过程建模也可以采用图形 建模技术。为了克服图形建模技术的缺点，通用图形化过程建模框架的过程模型采 用了最小的基本建模对象集合以减少用户使用系统的难度，从而减少出错的可能性。 对于复杂的过程定义，手工验证过程定义的语法正确性是不现实的。为了解决这个 问题，通用图形化建模框架的过程模型还包含用于验证语法f ：确性的条件o 关键词：工作流管理系统；企业模型；过程模型；过程定义；任务 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t e v e r ye n t e r p r i s ei st h r i v i n gt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c t i o n a n ds e r v i c et o d a y a sa ne f f e c t i v ew a yo fc o l l a b o r a t i n gt h ew o r ko f d i f f e r e n td e p a r t m e n t s ，w o r k f l o wt e c h n o l o g yi sg e t t i n gm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n t h ec o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n go fb u s i n e s sp r o c e s si st h e b a s eo fw o r k f i o wa p p l i c a t i o n ，a n dp r o c e s sc o n c e p tm o d e l i st h e f i s t s t e p o f u n d e r s t a n d i n g b u s i n e s s p r o c e s s a w e l l - d e f i n e d p r o c e s s c o n c e p t u a lm o d e ll e a d st o t h ed e v e l o p m e n to fa ne f f e c t i v ew o r k f l o w a p p l i c a t i o n ab u s i n e s sp r o c e s sh a st h r e ek e yp a r t s ：t h et a s k so ft h ep r o c e s s ， t h er e l a t i o n sb e t w e e nt h e s et a s k sa n dt h er e l a t i o n sb e t w e e nt h e s e t a s k sa n dt h ep r o c e s se n t i t i e so fa ne n t e r p r i s e ap r o c e s sc o n c e p t m o d e im u s tp r e c i s e l yd e s c r i b et h e s et h r e ep a r t s i no r d e rt od e s c r i b et h et h r e ep a r t so fab u s i n e s sp r o c e s s ，g e n e r a l f r a m eo f g r a p h i cp r o c e s sm o d e l i n g ( g g p m f ) i n c l u d e st w o m o d e l s ： o r g a n i z a t i o nm o d e la n dp r o c e s sm o d e l t h ep r o c e s sm o d e lo fg g p m f d e s c r i b e st h et a s k so fab u s i n e s sp r o c e s sa n dt h er e l a t i o n sb e t w e e n t h e s et a s k s ，a n dt h eo r g a i n i z a t i o nm o d e io fg g p m fd e f i n e st h ep r o c e s s e n t i t i e so fa ne n t e r p r i s e t h e ”a u t h o r i z a t i o n r e l a t i o nb e t w e e nt h e s e t w om o d e l sd e s c r i b e st h e r e l a t i o nb e t w e e nt a s k sa n dt h e p r o c e s s e n t i t i e s t h eo r g a n i z a t i o nm o d e io fg g p m fi sd e f i n e df o rt h ep r o c e s sm o d e l o nt h eb a s eo fd e f i n i n ga c t o ra n dg r o u pt od e s c r i b et h es t r u c t u r eo fa n e n t e r p r i s e ，o r g a n i z a t i o n m o d e ld e f i n e s o r g a n i z a t i o n f u n c t i o nt o d e s c r i b et h e i ra b i l i t yt oa c c o m p l i s ht a s k s i nt h ep r a c t i c e ，t h eu s e rw o u l dl i k eas i m p l ea n di n t u i t i v ew a yo f b u i l d i n gp r o c e s s d e f i n i t i o n a sa ni n t u i t i v e w a y o f b u i l d i n gm o d e l ， g r a p h i ct e c h n o l o g y i st h eo n eo ft h eu s e r sm o s tl i k e ，a n d p r o c e s s 华中科技大学硕士学位论文 m o d e l i n gc a n u s et h i st e c h n o l o g yt o o t oa v o i dt h ed e f e c t so fi t ，t h e p r o c e s sm o d e fo fg g p m fu s e st h es e tw i t ht h ef e w e s tb a s i cm o d e l i n g o b j e c t t om a k et h e s y s t e me a s yt o u s e f o ra c o m p l e xp r o c e s s d e f i n i t i o n ，i t 7 si m p o s s i b l et oc e r t i f yt h es y n t a c t i cc o r r e c t n e s so fi t ，s o t h e p r o c e s s m o d e ii n c l u d e s c o n s t r a i n t sa sab a s et o d e v e l o p a n a u t o m a t i ce n g i n eo fc e r t i f y i n g k e yw o r d s ：w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ；o r g a n i z a t i o n m o d e l ； p r o c e s sm o d e l ；p r o c e s sd e f i n i t i o n ；t a s k 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题背景 随着计算机在企业中的广泛应用，企业中的许多工作已经越来越多地依靠计算 机完成。为了方便快速的完成这些工作，企业开发了许多信息系统对这些工作进行 支持。 现代市场的快速变化和激烈竞争使得企业不断地在过程组合和运作模式上向分 布协作的方向上发展，对企业过程实现自动化和规范化管理是顺应这种发展趋势的 重要策略和手段。通过对分布式协同工作过程的自动化控制和管理，现代企业可以 降低成本和提高工作效率，从而快速响应市场需求并赢得竞争。但是传统的信息系 统基本上是独立运行的，相互之间缺乏必要的交互、协作与感知，从而使得它们在 协调多个人的活动、以实现企业某个业务目标方面存在着严重的不足。为此，企业 和软件厂商开发了许多系统对现存的信息系统进行协调。这就是工作流管理系统的 雏形。 作为计算机支持的协同工作( c o m p u t e r s u p p o s e d c o o p e r a t i v e w o r k ，c s c w ) 研究的一个重要方向，工作流管理系统的主要目标是通过调用有关的信息资源与人 力资源来协调业务过程中的各个环节，使之按照一定的顺序依次进行，从而实现业 务过程的自动化。有关工作流管理的一些基本思想源自于早期的“办公自动化”、 “文档管理”、“表单处理”等领域。从c s c w 研究的角度来说，w f m s ( w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ) 是一种支持人们之间异地、异步协作的一种群件系统。它是群 件系统从支持同步的、非结构化协作( 如各种桌面会议系统【”，协同设计支持系统【”， 协同编辑系统( 3 】等) 向着支持形式化、结构化协作的进一步发展。 到了1 9 9 3 年，市场上的工作流产品已经是数以百计。每个产品都有自己的长处 和短处。为了方便工作流产品之间的交互，各主要厂商发起了“工作流管理联盟” ( w o r k f l o w m a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w n c ) 。w f m c 主要负责制定w f m s 的业界标 准。根据w f m c 的定义，工作流所要解决的主要问题是：通过自动协调参与某个业 务过程的多个参与者，促进某个业务目标的实现。而工作流管理系统的作用，就 是将现实世界中的业务过程转化成某种计算机化的形式表示，并在此形式表示的驱 华中科技大学硕士学位论文 动下完成工作流的执行和管理【。 华中电力通信调度局负责华中四省的电网监控和调度工作。从上世纪八十年代 开始，为了更好的对电网进行调度和管理，华中电力通信调度局陆续开发了一些管 理和生产信息系统，从而实现了生产和管理的部分自动化。然而，这些信息系统之 间缺乏必要的交互，使得一些跨部门的工作不能自动执行。为了对现存的信息系统 进行自动协调，华中电力通信调度局决定开发新的企业信息管理系统( c c p g e i s ) ， 而工作流管理平台( c c p g w f m s ) 则是该系统的重要组成部分。研究和设计通用 图形化过程建模框架则是c c p g w f m s 的核，c 、。 1 2 国内外概况 1 2 1 工作流管理系统的基本理论 下面介绍一些工作流和工作流管理系统的基本概念。 1 工作流( w o r k f l o w ) 工作流实现业务过程的部分或者完全的自动进行【5 】。 在业务过程中，文档、信息或者任务根据某种流转规则在多个参与者之阳j 传递。 过程定义则定义此业务流程的自动进行形式，包括流程执行中的活动、传递规则、 相关控制数据等，以实现对工作流的管理。 2 工作流管理系统 工作流管理系统是一个应用计算机软件来定义、生成并管理工作流执行的系统。 它是工作流实例的执行平台。它的目标是实世界中的业务过程的计算机化表示【5 1 。 3 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) 过程定义是业务过程计算机化的形式表示。它定义的是过程运行中会涉及到的 各种参数，如业务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之间的控制流动与 数据流动关系等【5 1 0 4 任务( t a s k ) 任务指工作流中的一个逻辑步骤，或称环节。它包含的信息包括：开始和结束 条件；可参与到此环节中的用户；完成此任务所需的应用程序或数据；以及关于此 任务应如何完成的一些限制条件( 如时间上的限制等) 吼 5 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e ) 华中科技大学硕士学位论文 过程实例指的是某个工作流过程的一次执行。在实例的执行过程中，w f m s 将 解释相应的过程定义，生成有关的活动实例，并根据过程定义中的控制规则协调这 些活动实例之间的顺序关系，同时根据数据流动关系的定义完成活动实例之间的数 据传送p j 。 一般情况下每一个活动实例都将表现为个工作项( w o r ki t e m ，由某个或某组 用户负责完成) 。因此从用户的角度来说，实例的执行实际上是由用户调用相应的 应用程序对与涉及环节相关的数据进行处理，处理完成后，f l | w f m s 根据相应的结 果决定激活后续的哪个环节并生成相应的工作项，同时通知与此有关的那些用户对 之进行处理。由此依次反复进行直至整个过程的完成。 某个用户所负责的所有工作项将构成其工作项列表( w o r k l i s t ) ，那些被各环节 所调用的应用程序所处理的数据被称作是工作流应用数据。其中将有一部分将同工 作流过程定义一道用于控制工作流的执行。这部分数据一般称为工作流相关数据。 1 2 2 国内外主要工作流产品 1 a c c e l i o 公司的i n t e m p o i n t e m p o 是a c c e l i o 公司推出的企业工作流产品。它基于c s 方式，其客户端相互 独立，适于管理型和设定型的经营过程，比如：合同管理、顾客问题解决、销售和 预算审批、订购、消费报告、政策回顾、用户调查等等。i n t e m p o 具有以下主要特 点： ( 1 ) 客户端相互独立：企业可针对不同任务选择合适的客户端环境： ( 2 ) 自动分配任务：可自动将任务分配给相应的人员，并使用电子邮件系统传 输信息，可使任务自动出现在用户的信箱中，简化了任务接收过程； ( 3 ) 版本管理：可对过程模型的不同版本进行管理； ( 4 ) 支持结构化和非结构化的数据：用户可将任何形式的文档附加在过程中传 给下一个用户； ( 5 ) 时间管理：提供了不同程度的时间管理服务。用户可以在创建模型时加入 期限限制，并根据用户定义的时间要求执行超时提醒、过时任务删除等操作。 2i b m 的m q s e r i e sw o r k f l o w m q s e r i e sw o r k f l o w 是i b m 公司推出的最新工作流管理产品，是i b m 商业集成软 件m q s e r i e s 的一部分。它将经营过程从应用逻辑中分离出来，可以帮助企业用更少 华中科技大学硕士学位论文 ； ! = = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! = ! ! ! = ! ! ! 1 2 1 1 1 = ! ! = ! ! = = = ! = = ! = = ! = = = = ! ： 的时间、以更快的速度和更高的灵活性集成资源、减少消耗、消除错误、提高生产 力，根据市场需求改变经营过程。m q s e r i e s w o r k f l o w 具有以下特点： ( 1 ) 自动分配任务：可根据模型定义自动地分配任务： ( 2 ) 图形化的界面：提供了图形化编辑器，帮助用户快速完成经营过程的定义：； ( 3 ) 帮助用户执行和优化过程：能充分利用有关经营过程的知识，帮助用户 定义、记录、测试、控制、执行和改进经营过程。 3a c t i o n 公i 拘a c t i o n m e t r o ， l 与传统的工作流产品相比，a c t i o n m e t r o 更适合于基于知识的工作流。它支持用 户与信息之间的交互( 如信息获取、用户协商、发现并解决问题等) ，主要具有以 下特点： ( 1 ) 瞬间智能地分配任务：m e t r o 自动地将任务分类，用户可通过基于w e b 的工 具箱接受任务，m e t r o 也可以通过m e t r o w o r k l i n k s 直接将任务送到用户的电子信箱 中。 ( 2 ) 提供过程一致性服务：m e t r o n 在多个服务器上同时进行更新，并在必要 的时候进行事务回卷。 ( 3 ) 功能强大的过程编辑器：m e t r o 提供图形化的过程编辑器，用户可方便地； 定义任何类型的过程模型。 ( 4 ) 过程评估和改进：m e t r o 对过程的每一步都进行记录、跟踪和说明。能时； 刻跟踪状态并收集数据，用户能够发现问题所在，并对过程模型进行改进，直到满 意为止。 ( 5 ) 支持w e b 技术：m e t r o 允许用户通过w e b 参与到工作流实例的运行中。 。 1 2 3 工作流管理系统参考模型 工作流管理系统巨大的潜在市场和广阔的应用领域吸引了越来越多的科研机构 与软件厂商投入到这方面的研究和开发中。据不完全统计，目前通用w t m s 及声称 具有工作流功能的系统已经有几百种之多，除了上面分析的几种产品，还包括v j s u a l w o r k f l o w 、u l t i m u s 、o m n i d e s k 、以及i n c o n c e r t 等。国内目前也开始出现这方面的 研究与丌发。 各种不同类型的系统各有其不同的特点。对于个大的机构而言，一种w f m s 可能并不能满足某个复杂的业务过程中所有环节的需要；同时，不同的机构会选择 4 华中科技大学硕士学位论文 不同的产品去满足其业务管理的不同要求。这些应用上的特点要求各种不同类型的 w f m s 应该可以实现互联和互操作，以便他们能够被纳入到一个统一的框架之中， 在不同的位置和领域发挥其各自的优势与作用| 6 j 。 可见，无论从用户的角度来说，还是从开发者的角度来讲，都迫切需要一个大 家都共同遵守的标准。这个标准规定了一个w f m s 的组成及所提供的服务。按照该 标准丌发的w f m s 将能够满足上述互连和互操作的要求。在这种背景下，w f m c 关 于w f m s 的参考模型就应运而生了。 圈11 w f m c1 作流管理系统参考模型 如图1 1 所示，该模型由过程定义工具、工作流执行服务、客户应用程序、被调 应用程序、管理监控工具及相互间的接口组成。 1 过程定义工具 过程定义工具是用于对业务过程进行描述、建模、分析及存档的工具，使用过 程定义工具产生的结果称为过程定义。过程定义在运行时由工作流引擎配合执行服 务进行解释。在目前的工作流产品中，过程定义的格式通常根据各自应用领域的特 定需要的不同而不同。过程定义交互接口( w o r k f l o wd e f i n i t i o ni n t e r c h a n g ei n t e r f a c e ， 接口1 ) f7 白定义给这个领域带来了更多的灵活性和互操作性。 2 工作流执行服务 工作流执行服务为过程实例的创建和激活提供一个运行时环境。借助于一个或 多个工作流引擎，工作流执行服务激活并解释过程定义，从而完成工作流过程实例 华中科技大学硕士学位论文 的创建、执行与管理。工作流执行服务提供的服务包括过程定义的解释、过程实例 的控制( 创建、激活、暂停、终止等) 、在过程各任务之间的游历( 控制条件的计 算、数据的传递等) ，生成有关的工作项通知用户进行处理等等。应用程序可以通 过工作流应用编程接口( w o r k f l o wa p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，w a p i ) 来获 取这些服务。 工作流执行服务一般可由一个工作流引擎提供，但在大型的w 血订s 中，可能需- 要由多个工作流引擎共同完成工作流的运行时控制。例如，某个大的工作流过程中 可能包含多个子过程，这些子过程就可以由另外的工作流引擎来提供运行时的控制 环境，甚至这些子过程可能需要由其他异质的工作流执行服务来完成。这就涉及到 w 州s 系统之间的互连。为实现有效的互连，需要定义互连模型、互连一致性级别j 操作元素集。这些构成了工作流引擎互操作接口( w o r k f l o we n g i n e i n t e r c h a n g e ，接 口4 ) 【8 】的内容。 3 客户应用程序 在过程实例的运行过程中，通常都存在需要人工干预的任务，客户应用程序提 供了处理此类任务的手段a 每一个这样的任务都被称作是一个工作项，它包括处理 上的一些要求( 如处理时间的限制) 及待处理的数据对象等。w o s 将为每个用 户维护一个工作项列表，它表示当前需要该用户处理的所有任务。 客户应用与工作流执行服务之间交互的接口称工作流客户应用接口( w o r k f l o 。 c l i e n ta p p l i c a t i o n i n t e r f a c e ，接口2 ) 【9 o 工作流执行服务通过该接口向客户应用程序 提供各种服务，如会话连接、过程控制、活动控制、过程状态、活动状态、工作项 列表的处理以及过程实例的管理等。 4 被调应用程序 。 被调应用程序指工作流执行服务在过程实例的运行过程中调用的、用以对应用 数据进行处理的应用程序。在过程定义中包含有这种应用程序的详细信息，如类型、 地址等。目前已有的几种方式包括应用代理( 它通过个标准的接口同执行服务进 行交互) 、某种标准的互换机制( 如o s i t p 协议或x 4 0 0 等) 、本地过程调用、远 程执行调用、o r b 等。 被调应用与工作流执行服务之间交互的接口称被调应用接口( i n v o k e d a p p l i c a t i o n i n t e r f a c e ，接1 2 1 3 ) 。陔接口的目标就是提供一些标准的服务供应代理使 6 华中科技大学硕士学位论文 用。基于这些服务也可以开发出一些专门的应用直接同工作流执行服务交互。关于 这些服务的语义和语法细节还有待更深入的研究，目前初步确定的服务大致可分为 会话建立、活动管理( 双向的) 以及数据处理等几类。 5 管理及监控工具 管理及监控工具的功能是对w t m s 中过程实例的状态进行监控与管理，如用户 管理、角色管理、审计管理、资源控制( 包括过程管理及过程状态控制等) 。 管理及监控工具与工作流执行服务之间交互的接口称管理及监控接口 。 ( a d m i n i s t r a t i o n & m o m t o f i n gi n t e r f a c e ，接口5 ) i r a 。该接口规范详细描述了需要从 过程执行过程中捕获和记录的信息( c o m m o n w o r k f l o w a u d i t d a t a ，c w a d ) ，如 过程实例信息、活动实例信息、工作项信息及远程操作信息等。 上述五个接口被统称为w o r k f l o w a p i ( w a p i ) ，这些标准的制定对于实现不 同厂家的产品之间的互操作( 如用个厂家的管理与监控工具去管理另外一厂家的 工作流执行服务) 及基于工作流执行服务开发新的应用具有重要意义。 1 3 课题主要研究工作 从以上的讨论可以看出，过程定义是整个工作流管理系统运行的基础】。几乎 所有的工作流产品都有自己的过程定义工具。不同的w f m s 所实现的工作流模型各 不相同。在早期的具有工作流管理功能的系统中，这种表示是通过“硬编码”的方 式完成的，因此导致修改工作流程上的困难。在后来的w 州s 中，逐渐出现了使用 有向图、条件化有向图、p e t r i n e t 1 4 1 、对象模型 2 3 - 2 8 1 、语言动作( l a n g u a g ea c t s ) 理论川、基于约束条件的形式语言文法表示以及基于目标的知识表示等。这些 。 系统一般都提供一个可视化的业务过程建模工具，使用户能够以直观的方式对实际 的业务过程进行建模，并得到相应的形式化表示。同时，学术界也对过程定义和过 程实例静态和动态特性进行了深入研究，如过程模型 2 4 - 2 7 、过程定义的更改 2 8 4 0 】、 异常处理弘3 ”、任务的事务性8 s - a 6 】、安全性等，同时也在研究w e b 技术和工作流 管理技术的结合。 本文将在这些建模技术的基础上，试图提出一种能够适用于各种工作流应用的 图形化建模框架。由于工作流管理平台主要用于集成已有的信息系统，所以一个过 程定义工具在定义流程时应该具有一定的抽象性，即对任务的描述不应涉及任务本 华中科技大学硕士学位论文 身如何完成的细节：其次，由于各个信息系统都对安全性有一定的要求，薪苡磊i 义流程时应该能够反映这些要求；再次，出于直观和方便用户的考虑，流程定义工 具应该以图形的方式对过程进行定义。最后，还需要开发自动验证引擎对用户定义 的过程的语法正确性进行验证。具体说来，本文的框架将从以下几个方面表达并分 析任务和任务间合作： 1 图形化的建模对象和构件； 2 任务特点和属性： 3 任务间依赖； 4 任务调度和执行规则： 5 任务出错和恢复管理： 6 异常管理： 7 将任务指派给代理的规则； 8 ，模型的正确性和可靠性： 9 模型变动管理。 和前面的几种工作流产品相比较，本章提出的研究目标对任务的调度，异常的 处理，模型的变动管理都提供了支持，在实现时可利用j 2 e e 平台实现，故对w e b 也 提供支持，可作为各种工作流应用的基础。 一 8 华中科技大学硕士学位论文 2 通用图形化过程建模框架( g g p m f ) 本章将从全局的角度介绍本文所提出的框架，本章的第一部分介绍g g p m f 与工 作流管理平台其它部分间的关系，第二部分介绍对g g p m f 的系统需求，第三部分介 绍g g p m f 总体方案，最后是本章小结。 2 1 g g p m f 的系统定位 g g p m f 的研究是以为c c p g w f m s 开发流程定义工具为基础的，它是 c c p g w f m s 流程定义工具的理论基础。本节介绍c c p g w f m s 的结构，其结构如图 2 1 所示： 管理和监 if 用户和组工作 控制工具l项列表 fc c p g w m s 过程定义工具 过程 定义衅 c c p g w m s 引擎ll企业应用 应用 数据库 幽2 1c c p g w m s 的结构 从图2 1 可以看出，用户只能通过c c p g w m s 的过程定义工具创建和修改过程定 义，c c p g w m s 引擎利用过程定义库中的过程定义创建过程实例和任务实例。 c c p g w m s 引擎利用过程实例库中的任务实例信息生成用户和组的工作项列表。用 户通过工作项列表查询需要完成的工作和应用数据的存放位置，并在任务完成时通 过工作项列表通知c c p g w m s 引擎任务已完成。系统管理员通过管理和监控工具对 系统进行管理。与工作流管理联盟的参考模型相比较，c c p g w m s 暂时没有提供和 其他工作流管理系统的接口。由于c c p g w m s 主要功能是协调用户完成某个业务目 标，所以系统不提供对其它应用程序的接口，这样简化了系统设计，同时也提供了 更大的灵活性，因为系统对应用系统没有任何要求。过程定义库是c c p g w m s 过程 定义丁= 具和c c p g w m s 引擎之间事实上的接口，在需要的情况下，可利用过程定义 华中科技大学硕士学位论文 库开发对其它工作流管理系统的接口。 2 2g g p m f 的系统需求 进行系统分析时，用户对工作流管理平台提出了以下需求： l 用户通过浏览器和系统交互； 2 支持分布式处理： 3 用户能够定制过程； 4 用户能够定制过程的处理内容； 5 过程定义能够模块化： 6 满足一定的安全要求； 7 提供对异常的支持； 8 支持任务的自动分配和主动选择。 上述需求实际上是大多数工作流管理系统都必须提供的功能，经过进一步和用 户交互，我们发觉用户经常需要重复执行的一组任务，这需要系统支持循环。同时 用户虽然没有提出，但并行执行一组任务显然是一个隐含的需求。通过分析对 c c p g w f m s 的需求，我们发现除了( 2 1 以外，其它的需求都需要流程定义提供支持。 所以上述需求实际上也就是对流程定义工具的需求，从而g g p m f 也必须满足这些需 求。 2 3g g p m f 的系统模型 过程定义的核心问题有两个：任务间关系和任务与用户间的关系。当前的过程 建模技术大多数使用基于p e t r i 网的技术描述任务间的关系，p e t r i 网虽然有正式的语 法和语义定义，但是不够直观，用户使用比较困难。图形化的建模方式具有直观易 学的特点，对用户更加友好，但是往往缺少严格的语法和语义定义。一个应用系统 应该在尽可能的情况下对用户友好，故g g p m f 采用图形化的建模方法。为了克服图 形化建模方法的缺点，g g p m f 使用了一个最小的图形建模对象集合，以减少用户使 用系统的难度，从而减少出错的可能性。其次，g g p m f 将使用一组规则对过程定义 的萨确性进行验证。 任务与用户间的关系可以是松散耦合和紧密耦合的。在紧密耦合的系统中，定 义过程中的任务时直接指定实际的执行者，这样做的好处是可以简化工作流引擎的 华中科技大学硕士学位论文 设计，这对那些企业环境变化缓慢的企业是合适的。但对一个企业环境不但变化的 企业来说，紧密耦合的方式显然不合适。在松散耦合的系统中，定义过程时只定义 逻辑上的执行者，逻辑执行者到实际执行者的映射由工作流引擎根据一定的规则在 过程实例执行时进行。g g p m f 采用松散耦合的方式。 基于上述考虑，g g p m f 中包括两个模型：过程模型和企业模型。二者的关系如 图2 2 所示。 幽22 系统模型 在图2 2 中，企业模型中的各类代理定义了一个企业的结构；过程模型则定义了 一个过程中的元素。图2 2 中的过程模型只描述了过程定义中与任务指派有关的元 素：任务和角色，同时也描述了这些元素和企业模型之间的关系。从系统模型可知， 在过程定义时，设计者除需要定义组成过程的各任务外，还需要定义一组具有不同 权限的角色，然后通过执行关系把角色和过程中的各环节关联起来，最后通过授权 关系把角色和企业模型中的代理关联。一项任务必须至少可以由一个角色执行。然 而，如果一项任务可以由多个角色执行，那么其中的些角色可以不授权给代理， 这就是图2 2 中角色和代理之间的关系不是1 ：n 的原因。 由于过程模型和企业模型是通过角色和代理间的授权关系松散耦合的，那么在 企业结构变动时，对过程定义进行的更改就可以最小，从而提高了系统的可维护性。 例如，在一个公文管理工作流中，根据企业的业务规则，只有具有特权的人才能够 修改已经成文的文档。如果在定义过程时将权艰赋予具体的企业员工a ，那么n a 调动岗位时，就必须重新修改过程定义，同时还需要修改库中的数据。然而在使用 角色的情况下，只需要在过程定义时设置诸如“管理员”这样一个角色，然后赋予 “管理员”修改成文的权限，最后授权a 扮演“管理员”的角色即可。工作流引擎 华中科技大学硕士学位论文 根据用户能够扮演的角色集对用户进行权限控制。这样当a 调离岗位时，只需要去 掉a 扮演“管理员”角色的权限，然后授权a 的继任者扮演“管理员”角色即可。 授权声明的推拉模式属性定义了将任务指派给用户的方式，使用推模式时，工 作流引擎将任务放入用户的工作项列表。使用拉模式时，工作流引擎将任务放入共 享的组工作列表中，用户从列表中选择想要执行的任务。这两种方式可让用户根据 任务性质的不同用不同的方式接受任务。 2 4 小结 在分析系统需求和比较各种实现技术的基础上，本章提出了g g p m f 的系统模 型。g g p m f 包括两个模型：过程模型和企业模型。过程模型采用图形化的方式表示 过程定义，通过使用最小的建模对象集合和验证规则的方法来克服图形化建模方法 的缺点。企业模型和过程模型间的松散耦合则使任务指派变的更加灵活，同时也使 过程定义更容易维护。 华中科技大学硕士学位论文 3g g p m f d p 的企业模型( e m ) 本章讨论作为过程建模基础的企业模型。经过分析，我们发现，一个企业模型 必须能：表达企业的结构；对企业中的各种任务处理实体进行识别；满足 工作流管理系统对不同的处理实体进行授权的要求。表达企业结构和识别企业中的 各种处理实体是任何一个企业模型都必须满足的两个基本功能，因为只有这样才能 将现实中的企业映射成一个逻辑的企业。同时由于本文的企业模型是过程建模的基 础，所以企业模型还必须满足工作流管理系统对代理进行授权的要求。 本章将给出个满足上述要求的企业模型，本章的第一部分介绍本文模型如何 表达企业结构；第二部分介绍工作流管理系统使用的特殊代理；第三部分介绍任务 的授权机制；第四部分介绍任务到代理的指派机制；第五部分介绍模型中代理的标 识问题。第六部分是小结。 3 1e m 中企业结构的表达 企业结构可通过各种方式进行表达，例如企业矩阵、产品结构、功能结构、集 中的或分布的市场结构等。本文的企业模型是作为过程建模基础的，模型需要表达 的核心是企业中的人和自动化的软件和硬件设施完成各种任务的能力。因此，在本 文的企业模型中，企业中所有能够执行某种任务的处理实体都被看作是代理。根掘 对代理进行任务指派的需要，代理按以下层次进行组织： 1 执行者：执行者是一个企业中执行任务的最小处理单位。执行者可以是一个 人，也可以是自动化的硬件或软件设施。对于一个执行者，工作流管理系统最关心 的是其当前是否可用。因此如果执行者是一个人，我们通过日历，假期，病假等属 性定义一个执行者在当前是否可用；反之，我们通过系统停机，系统维护等属性定 义一个具有自动化属性的执行者当| j 是否可用。 2 组：为了管理的需要，企业通常都会将执行者按照一定的标准进行划分，如 按照部门，地理位置等。过程定义中通常也需要指定可以执行某个任务的执行者集 合，而且这些执行者集合会经常出现。为此，本文的企业模型定义了组的概念。一 个组是一个执行者的集合，对执行者进行分组的标准根据企业的一些通用属性并结 合具体企业的需要而定。例如，一个项目组的所有成员、在同一个办公地点工作的 华中科技大学硕士学位论文 所有员工、企业某个部门的员工等。具体的例子女h c c p g 项目组、开发区员工、研 发部等。 3 企业功能：企业的存在是因为它能够满足某项社会需求。为此，企业需要承 担许多对外或对内的职能。这些职能由一个单独的执行者或者一个组承担。同时， 为了对任务进行指派，我们也需要了解每个执行者能够承担的职能。基于上述原因， 本文的企业模型还对执行者按照职能分组，组的名字就是职能的名字，如前台，研 发等。为了表示执行者完成任务的能力，每个职能组都有相应的技能属性。可以利 用企业功能进一步对执行者进行区分。例如，同在研发部的执行者，可以分为程序 员，高级程序员，系统分析员，项目经理等。而程序员的技能属性可以是程序员所 掌握的语言。 具体实施时，上述的元素在企业结构设计期间定义。这时，一个企业的所有的 功能、组和执行者都要详细定义。此外，还需要生成每个元素的实例，定义承担某 项功能的执行者和组，并且定义组的成员。由于这些设置在工作流管理系统的生命 周期内可能改变，所以还需要定义相关的策略来管理这些改变，从而保证工作流管 理系统能够可靠运行。在创建一个具体企业的结构时，我们需要创建执行者实例、 定义企业中现存的组和一些必须的企业功能；如同图4 1 所示，我们还需要通过“具 有功能”和“指派到”关系将一个组或者执行者与一项功能相关联，通过“部分” 关系将一个执行者或组与它所从属的组关联，最后通过“监督”关系将一个执行者 和它所监督的执行者关联起来。 3 2e m 中的特殊代理 为了对过程定义和过程实例进行管理，工作流引擎必须知道某些特定代理的信 息。如流程定义的创建者，工作流系统管理员、一个实例的创建者、任务的执行者 等。虽然这些代理对不同的过程定义和过程实例各不相同，但对每个过程定义和过 程实例，他们的确都存在。为了方便工作流管理系统对过程定义和过程实例进行管 理，本文的模型定义了一些特殊代理，这些代理只具有逻辑意义，最终需要映射到 企业结构中的实际代理，下面分别讨论它们。 1 为了对工作流实例的执行进行管理，特定义以下代理： ( 1 ) 实例创建者：创建过程实例的代理。一般情况下，用户会限制能够使用某 华中科技大学硕士学位论文 个过程定义创建过程实例的代理。 ( 2 ) 实例负责者：对过程实例最终负责的代理。缺省情况下，过程实例的创建 人就是过程实例的负责人，但是也可在过程实例创建后进行修改。 ( 3 ) 任务执行者：正在执行( 或执行过) 一项任务的代理。 以上的代理中，实例创建者和实例负责者对于异常的处理是非常有用的。因为 有了上述代理，在过程实例出现异常时，最不济也可以通知相关的代理。 2 为了管理过程定义，定义以下代理： ( 1 ) 模板设计者：过程定义的设计代理，模板设计者可以修改现存的定义和创 建新的定义。 ( 2 ) 工作流系统管理员：管理一个工作流域的代理，工作流系统管理员定义企 业的具体结构和工作流管理系统中的执行者，同时还定义系统中相应的用户。 3 3 e m 与任务授权的关系 授权是为了赋予一个执行者操纵一个对象的某种权限，在本模型中就是赋予代 理操纵过程中任务的某种权限。为了灵活的对任务进行授权，在本文的模型中，既 可以对任务授权，也可以对超任务授权。任务是过程定义中的一个原子工作单元， 任务不可再细分为子任务，在执行时授权给一个代理负责。超任务是一组相关任务 集合，在更高一层的抽象中，这些任务可被看作是一个工作单元，在执行时统一授 权给一个代理。 任务和超任务最终由经过授权的代理执行。为了顺利执行任务和超任务，工作 流管理系统必须能够： 1 识别可以执行给定的任务的代理集； 2 从该代理集中按照一定的规则为任务实例选择一个代理执行任务： 3 控制该代理在执行时的访问权限； 4 识别代理答应执行的任务集； 5 识别已经被执行了的任务集。 为了满足1 、2 和3 的要求，本文采用角色的概念。一个角色描述了那些能够并且 被允许执行给定任务的所有代理。角色的定义与企业结构的定义是分丌进行的。事 实上，角色是在设计过程时根据需要定义的，在定义角色时根本不需要参考企业结 华中科技大学硕士学位论文 构。例如，在定义一个过程定义时，可能需要定义一个“系统管理员”角色，并赋 予该角色对过程的最高操作权限，但是我们此时并不关心到底谁将担任这个角色， 我们所关心的是：必须有这样一个人来担任这样一个角色。在定义角色时，相同的 角色名可能出现同一个过程定义、甚至不同过程定义的不同任务中。但这并不意味 着该角色在这些任务中拥有相同的权限。相反，依据任务的不同，该角色具有不同 的操作和访问权限。 图3 1 任务授权实体一关系图 通过使用角色对过程定义中的任务进行间接指派，我们至少获得了以下两个好 华中科技大学硕士学位论文 处： 1 过程定义和企业结构相互独立： 2 提供了一种平衡工作负载的手段。 为了执行任务，最终需要把代理映自, j - n 角色，特定代理到角色的映射通过定义 权限信息进行，例如，定义每个代理可扮演的角色集。这种映射不是一一映射，而 是一种m ：n 的映射。需要注意的是，在一些过程和企业定义中，角色和企业功能 可能使用相同的名字。在这种情况下，为清楚起见，仍然区分这两个概念。二者仍 然通过授权关系进行关联。 代理到角色的映射只是对抽象的角色进行了初步具体化，也就是规定了代理的 选择范围。代理的访问权限则在定义角色时定义，可以通过定义一组规则来限制角 色访问信息的权限，从而间接的限制代理访问信息的权限。如图2 1 所示，本文的模 型通过“执行声明”关系将任务和角色关联起来，通过“角色授权”关系指定代理 可以扮演的角色，并在设计过程时定义“执行声明”关系中的成员，通过管理和监 7 控工具指定代理可