（计算机应用技术专业论文）基于工作流的校务管理系统研究.pdf

摘夏 摘要 在日常的校务管理活动中，很多工作都需要多人参与，以共同完成某项任务。 然而现有的校务管理系统在协调多个人员来完成某一个任务方面存在着严重的 不足，严重影响了办公效率。工作流技术拥有流程定制和自动、高效运行的特性， 越来越受到广泛的关注，如何将工作流技术引入到学校的日常业务管理系统中， 已成为各个学校信息化战略的重要任务。 在广泛收集和阅读相关领域研究成果的基础之上，本文首先提出了课题的研 究背景和研究意义，对校务管理系统的发展作了简要的描述。详细分析了工作流 技术及工作流引擎的发展和研究现状及不足，指出工作流引擎是工作流管理系统 的核心组件，工作流的建模方式与工作流引擎所采用的技术息息相关，甚至可以 说工作流的建模方式以及流程定义语言决定了其引擎所采用的技术。 本文采用了基于活动网络的工作流引擎建模方法，所使用的工作流过程定义 语言是x p d l ，其类型是轻量级的工作流引擎。重点分析引擎的工作流模型，包 括组织模型、过程模型和资源模型，其中过程模型是实现整个校务工作流引擎执 行的规则，以设备采购申请为例详述了过程模型的建立过程。重点说明引擎的功 能划分、系统结构和工作原理。 最后对校务管理系统进行了详细的设计和开发，其中包括系统的需求分析、 功能结构、体系结构、开发环境和编码实现，以设备采购申请的流程为例，重点 介绍如何将工作流引擎同校务管理系统有机的结合起来，如业务流程的提取、工 作流程的建模等。 关键词工作流；工作流引擎；x p d l ；校务管理 a b s t r a c t a b s tr a c t m a n yp e o p l et a k ep a r ti nm o s to ft h es c h o o lw o r kt oc o m p l e t eat a s ki nt h ed a i l y s c h o o lw o r km a n a g e m e n t h o w e v e r , t h ee x i s t i n gs c h o o lw o r km a n a g e m e n ts y s t e mi s s e r i o u s l yi n a d e q u a c yi nc o o p e r a t i o no fm a n yp e o p l et oc o m p l e t eat a s k w o r k f l o w t e c h n o l o g yh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o c e s su s e r - d e f i n e d ，a u t o m a t i c a l l ya n dh i g h e f f i c i e n c yf u n c t i o n , i ti sb e c o m i n gb e e np a i da t t e n t i o nt ob ym o r ea n dm o r ep e o p l e h o wt om a k et h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yi n t ot h es c h o o lw o r km a n a g e m e n ts y s t e mh a s a l r e a d yb e c o m et h ei m p o r t a n tt a s ko fm a n ys c h o o lw o r ki n f o r m a t i o ns y s t e m s b u i l d i n g b a s e do nt h eb r o a d l yc o l l e c t i o na n d r e a d i n go ft h er e l a t i v er e s e a r c hp a p e r s ，t h i s t h e s i sp u tf o r w a r dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dm e a n i n g , a n db r i e f yd e s c r i b e st h e d e v e l o p m e n to ft h es c h o o lw o r km a n a g e m e n ts y s t e m p a r t i c u l a r l ya n a l y z et h e d e v e l o p i n g , c u r r e n tr e s e a r c ha c t u a l i t ya n dd e f i c i e n c yo ft h ew o r k f l o wt e c h n o l o g ya n d w o r k f l o we n g i n e w o r k f l o we n g i n ei st h ek e r n e lm o d u l eo f w o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m ，a n dt h em o d e l i n gm e t h o do fw o r k f l o wi sv e r yi m p o r t a n tf o rt h et e c h n o l o g yo f t h ew o r k f l o we n g i n eu s e d i n d e e dw ec a ns a yt h a tt h em o d e l i n gm e t h o do fw o r k f l o w a n dw o r k f l o wd e f i n i t i o nl a n g u a g ed e t e r m i n et h et e c h n o l o g yo ft h ew o r k f l o we n g i n e t h ew o r k f l o we n g i n em o d e l i n gm e t h o do ft h et h e s i si sb a s e do na c t i v i t yn e t w o r k a n dt h ew o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g ei sx p d l ，a n di ti sal i g h t l yw o r k f l o w e n g i n e t h et h e s i ss t r e s sa n a l y z et h ew o r k f l o wm o d u l eo ft h ee n g i n e ，i ti n c l u d e s o 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 dr e s o u r c em o d e l t h ep r o c e s sm o d e li st h er u l e o ft h ee x e c u t i o no ft h es c h o o lw o r kw o r k f l o we n g i n e ，a n dit a k ea ne x a m p l eo fb u ya n e q u i p m e n tt os t r e s sa n a l y z et h ee s t a b l i s h m e n to f t h ep r o c e s sm o d e l i ti ss t r e s sa n a l y z e t h ef u n c t i o n ，s y s t e ms t r u c t u r ea n dw o r kt h e o r yo ft h ew o r k f l o we n g i n e a tl a s t ，t h et h e s i sd e s c r i b e st h ed e s i g n i n ga n dp r o g r a m m i n go ft h es c h o o lw o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ，i ti n c l u d e sr e q u i r e m e n t ，f u n c t i o n ，s t r u c t u r e ，d e v e l o p e n v i r o n m e n ta n dc o d i n go ft h es y s t e m t a k i n gt h ep r o c e s so fb u y i n ga ne q u i p m e n ta s a ne x a m p l et os t r e s sa n a l y z eh o wt om a k et h ew o r k f l o we n g i n ea n dt h es c h o o lw o r k m a n a g e m e n ts y s t e mt o g e t h e r , l i k et h ed e f i n i t i o no ft h eb u s i n e s sp r o c e s sa n dt h e m o d e l i n go ft h ew o r k f l o wp r o c e s s k e yw o r d sw o r k f l o w ；w o r k f l o we n g i n e ；x p d l ；s c h o o lw o r km a n a g e m e n t i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 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 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业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了谢意。 签名：二4 鱼啤日期：2 翌衄 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：奎j 纽j 肇 导师签名： 日期：卫啦 第1 辛绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景和意义 互联网技术的迅猛发展带动着当今社会进入网络时代，计算机网络已成为社 会和经济发展的强大动力，利用网络信息技术实现国民经济和社会的信息化更是 我们国家科教兴国的重要战略【l 捌。因此，学校校务管理应如何主动适应时代的 发展需要，是学校管理者迫切需要解决的一个重大课题【3 】。 随着信息网络科技的发展及教育改革的不断深入，校务管理信息系统的现状 已远远不能满足学校发展的需要，以往面向部门级的应用已不能适应人们对信息 化日益高涨的需求，管理信息系统面临着从部门级的应用升级到面向全校应用的 转型【4 5 1 。新一代的校务管理系统着眼于建设完整统一、技术先进、高效稳定、 安全可靠的基于网络的系统，其总体规划、技术路线、标准规范等因素确定之后， 系统的实施机制和实施过程管理等是保证校务管理系统成功的关键环节【6 ，7 1 。 目前，校务信息管理的计算机化、数据库化和网络化将是建设现代化院校必 不可少的基本条件【4 】，因此，学校管理者迫切需要建立一个基于i n t e r n e t 的校务 管理系统。它可以实现信息的快速传递，发挥处、室、系、校等校务管理的职能， 以改变现有的校务管理效率低下等缺点，全面实现校务管理的网络化、自动化和 数字化。通过校务管理系统的建设和运用，将在很大程度上强化校务管理、提高 工作效率，改进教学质量。 校务管理系统是一个由校务、人和网络等组成的能进行信息教学、科研、服 务信息收集、传递、存储、加工、决策支持、维护和使用的系统【8 】。 本课题将工作流技术应用于校务管理系统，基于n e t 平台和b s 开发模式， 采用分布式三层设计方案，设计开发一个基于w e b 的校务管理系统。本课题的 研究意义在于： ( 1 ) 解决数据的一致性和准确性。通过使用统一的数据库，保证系统中数据 的一致性和准确性。另外，通过引入工作流技术，如果一个业务流程被发起人启 动后，系统就会根据设定的规则在网络中自动执行和转发，人只需要处理信息， 而不必负责流程的流转。 ( 2 ) 具有更好的人机交互能力。人是校务管理中整个业务过程的主体，只有 经过人对公文、数据等信息的处理，流程才有意义。比如对于一个具体的业务流 程，用户收到流程的时候系统可以有提示功能，系统会自动根据用户的职责打开 相应的流程处理界面。如果流程需要用户签字，那么当用户打开流程后就能看到 流程的内容，有能进行网上签字的功能。 北! t 、i i ，j 。t hr 6i 。j ! ：f 一沦芝 ( 3 ) 具有对业务流程监控的方法。即流程当前的位置、被处理情况和状态都 是可监控的。正在被处理的信息可以被更高级的管理员监控，以便于及时发现问 题，对流程属性和流程线路进行修改，实时控制。 ( 4 ) 可以制定常见业务流程的模板，有效减少操作人员的工作量。管理员可 以预先定义出常见的业务流程模板，然后可以根据实际工作的需要进行调整和 修改。 1 2 校务管理系统的发展 校务管理系统的发展大致经历了两个阶段： 一是以单机和独立的业务系统为主体的校务管理系统。这一阶段的校务管理 系统几乎都处于功能间的相互独立状态，大量的数据是以独享方式存在的，没有 实现信息的整合。 二是以局域网和数据库为基础的网络校务管理系统。此时的校务管理系统的 建设以先进的教育思想和基于w e b 的校务管理理念为指导，以现代信息技术为 支撑，以开放式、交互式、共享式为原则，力图建设一个信息安全可靠、传输快 速、分散处理、集中优化、资源共享的校务管理环境。从设计结构上看，大部分 校务管理系统采用了比较适于网络方式并易于升级的b s 结构方式，另有一部分 校务管理软件还维持着c s 的结构。此外，也有一部分软件支持b s 、c s 及l o t u s d o m i n o 多种结构，或在b s 内含其它结构【9 , 1 0 。整体来说，校务管理系统正在 经历着从c s 向b s 结构转变的重大变革。 目前，大部分的校务管理系统都是基于b s 模式的，例如中山大学的校务管 理系统。其系统框架结构图如图1 1 所示。该系统以全局论概念规划设计，面向 全校整体业务，从本质上解决了全局数据共享、流程联动、协同工作、综合查询、 决策支持等问题【l l 】。它的总体设计理念是通过校务管理系统的建设，提高学校教 育信息化的程度、管理水平以及整体综合实力；规范、优化、重构业务流程，实 现资源整合、优化、共享；提供综合分析、决策支持、公共信息服务和一站式服 务。统一门户、统一开发平台、统一用户管理、统一标准和统一数据库。 最近这些年来，大部分大中小学校在事务处理方面已经有了相应的应用软 件，提高了办公效率，但是这些办公软件大多是静态的信息管理系统( i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ，简称m i s ) ，基本上属于客户端服务器软件，不适应i n t e r a c t 的发展和移动办公的需求。而且各部门系统采用不同的数据库管理系统，仅能提 供独立的文档存储、管理、查询、打印，而不能适应各部门之间高效、交互、实 时、协同工作的要求。校园网仍缺少必要的信息传递环节，各部门各自为政，部 门之间无法实现信息的共享和集成，从而难以实现各部门之间的高效率协作，信 2 第1 帝绪论 _ 1 一 息的交流沿袭着传统的人工传递文件的方式，既容易出错，也不利于学校各部门 之间的协同工作和工作流程的跟踪和监控【1 2 1 。在此背景之下，研究开发新型网络 化的面向行政办公校务管理自动化系统，以适应信息处理高效化、智能化的问题 便提到了我们的面前。 口豳 区蟹 圈i * 1 中山大学校务管理系统框架结构 f i g t 脯1 - 1 t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e m a l m g e a n e n t s y s t e m o f s u n y a t - s e n u n i v e 稿i t y 对于学校而言，其组织结构比较庞大，日常工作业务多，大部分工作处理起 来往往牵涉到众多的机构部门。学校内有许多繁琐复杂的流程，这些流程构成了 其日常活动。据统计，在日常工作中，7 0 0 , 6 以上都是有两个或两个以上的员工共 同参与协作的任务吼”l 。一项复杂的工作，往往在不同的阶段需要不同的参与者 来完成相应的工作，直到工作完成。这种经过一个步骤处理后再转往下一站的连 续步骤称之为“业务流”。而且这些业务流可以根据具体的需要随着时间变化 而更改。基于此，找到一个更为有效的应对多样化灵活的用户需求的方法就显得 尤为紧要了而工作流的概念正是由此而提出的，其原理是将日常工作流程以过 程定义的形式固化下来，通过将工作分解成定义好的任务、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，实现经营过程重组、经营过程自动 化使办公管理走向规范化和制度化、减少人工的等待时白j ，缩短周期，达到提 高工作效率和响应时问的目的卅。 13 论文研究内容 本文在广泛收集和阅读相关领域研究成果的基础上，对校务管理系统的发展 进行了分析研究了工作流相关技术的概念和特点等基础理论知识，设计开发了 3 三 i e i t 、i | ，j 7 y t 阳，91y 川一沦乏 一个轻量级的工作流引擎原型，结合校务管理系统，检验工作流引擎的可行性及 健壮性。 其中重点研究内容有以下几点： 1 ) 工作流引擎的工作原理和实现。工作流管理系统成功的关键在于向其输 入的工作流的质量，而工作流引擎是工作流管理系统的核心，所以设计一个高效 可靠的工作流引擎是一个首要的问题。 2 ) 校务管理工作的需求分析和总体设计。校务管理系统是一个相对比较复 杂的业务系统，要充分发挥校务管理系统的作用，为教学、管理和科研服务。另 外，校务管理工作中的业务基本固定，包括设备采购、设备报废、教师请假等业 务流程。 3 ) 基于工作流技术的校务管理系统整合应用与实现。将工作流引擎整合应 用于校务管理系统，使各模块之间具有松耦合的关系。先将校务管理工作的组织 模型和资源模型分别单独建模，通过预先定义好的命名机制给这些模型命名；在 过程建模的时候，根据具体业务流程的实际需要，直接通过资源模型和组织模型 的命名空间调用相应的资源，获取相应的执行角色。 铆基于w e b 的校务管理系统的安全控制。主要是通过用户角色管理来实 现。 1 4 论文组织结构 本文分为5 个章节，具体的内容组织如下： 第1 章，绪论。提出本文的研究背景和研究意义，分析校务管理系统的发展， 最后说明本文的研究内容和方法。 第2 章，工作流相关理论。这是本文的基础理论部分，分析工作流及其相关 技术的发展和基本概念，目前的工作流技术的研究现状和不足，常见的工作流引 擎及其作用和引擎建模方法，工作流管理系统的基本概念、作用、参考模型、设 计过程、研究热点及发展趋势。 第3 章，基于x m l 的工作流过程定义语言。本章也是基础理论部分，介绍 工作流管理系统的过程定义语言x p d l 。说明w f m c 对基于x m l 的工作流过程 定义语言的规范，工作流的元模型。另外，简述另外两种基于x m l 的工作流过 程定义语言b p e l 和b p m l ，并对这两种语言加以简单的分析和比较。 第4 章，工作流引擎设计。本章是重点，也是难点。介绍轻量级工作流引擎 的概念，本文采用轻量级工作流引擎的原因，对校务管理工作进行分析，提出工 作流引擎的工作流模型。重点说明工作流引擎的功能组成、体系结构、工作原理 和接口设计。提出数据库设计、s q ls e r v e r2 0 0 5 的新特性。 4 第1 幸绪论 第5 章，校务管理系统详细设计和实现。分析校务管理系统的业务需求，提 出系统主要功能模块和角色，介绍系统的总体设计，包括系统的功能划分、体系 结构、开发环境等，以典型模块为例说明系统的实现界面。 5 锕2 幸t f t 淹拥关碑论 2 1 工作流技术 第2 章工作流相关理论 工作流技术综合了计算机科学和管理科学中诸多研究领域的原理、方法和技 术，如：数据库管理、面向对象技术、c s 技术、编程语言、图形化用户界面、 系统集成、消息传递、文档管理、仿真等等【1 4 】。 工作流技术作为一个新兴的研究领域，广泛应用于企业管理信息、电子政务、 办公自动化、生产制造、并行工程等领域，是实现业务过程建模、优化、过程管 理与集成，最终实现业务过程的自动化的核心技术【1 5 , 1 6 l 。同时，工作流产品供应 商不断将信息技术、w e b 技术等研究中的最新研究成果应用于自己的产品开发 中，促进了它的普及与应用。虽然目前的工作流产品还存在很多问题有待解决， 但随着工作流技术的进一步发展，它必将在提高企业的效率和竞争力，使企业更 好地适应市场变化等方面起到举足轻重的作用【l7 1 。 2 1 1 工作流技术的发展和基本概念 1 ) 工作流技术的发展 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念，关于工作 流技术的研究最早起源于上个世纪7 0 年代中期办公自动化领域的研究工作。通 过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达 到提高生产组织水平和工作效率、降低成本的目的。工作流技术为企业更好地实 现经营目标提供了先进的手段。 工作流管理源于2 0 世纪8 0 年代初期的表单传递系统。当时，个人计算机作 为信息处理的工具尚未普及，人们为了提高信息、收集、处理、储存、应用、传 递和共享的效率，而希望建立一种无纸化的计算机工作环境，于是一些公司建立 了自己专用的或可商品化的表单传递应用系统，这些系统通常运行在大型机或小 型机上，用于实现日常表单处理的电子化和自动化，这种系统可以看成是现代工 作流管理系统的一个雏型i l 引。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机的普及，计算机网络技术的迅速发展，企 业的信息化程度提高，企业信息资源越来越表现出一种异构分布、松散藕合的特 点。企业的分散性、决策制定的分散性和对日常事物活动详尽信息的需求，以及 c s 体系结构、分布式处理技术的日益成熟，都已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、异构、分布式执行环境，使得相互关联 7 北丘i t 业人譬t 。坝1 。一：位论义 的任务能够高效运转并接受密切监控成为一种趋势。在这种技术背景下，工作流 管理系统也由最初的无纸化办公环境，转而成为同化企业复杂信息、实现业务流 程自动执行的必要工具。这样的一个转变，也把工作流技术带入了一个崭新的发 展阶段，使得人们对工作流从更深层次、更广领域上对工作流展开了广泛的研究 工作【1 9 1 。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 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间的互操 作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口等方面制定 了一系列标准【2 0 1 。 近年来，随着w e b 服务技术的兴起，多个标准化组织制定了各自的和工作 流技术相关的w e b 服务标准，如x l a n g 、w s f l 、b p e l 等。2 0 0 3 年5 月1 6 号，首届“商务处理执行语言( b p e l ) 委员会会议召开，s u n 和o r a c l e 加入o a s i s 组织，至此o a s i s 成员包括m i c r o s o f t 、i b m 、b e a 、s a p 、s i e b e l 、s u n 、o r a c l e 等业界领先大公司，他们致力于建立一个新的网络服务标准，促进商务处理一体 化的自动化进程【2 1 1 。因此基于w e b 服务的分布式工作流成为广大学者、企业的 研究热点，工作流技术得到更进一步的发展。 2 ) 工作流的定义 不同的研究者对工作流的定义各不相同，到目前为止还没有统一的定义。下 面列举了一些有代表性的定义，他们分别从不同的角度对工作流的定义进行了描 述。 w f m c 的定义：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。 i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义：工作流是经营过程中一种计算机 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 对过程中每一个单独步骤的定义、步骤间的执行顺序、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。 g i g ag r o u p 的定义：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。 a l n i ts h e t h 的定义：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) 2 1 1 。 8 钙! 节t f l 汽柙天理i 食 3 ) 工作流技术的基本概念 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：是业务的逻辑或模型，即为达到一项业务目 标，使文件、信息和任务在工作的操作者之间有序传递，各项相关活动 有序实施的一种结构。如设备申购、教师请假等。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：又称工作流模型，是业务流程计算机化的 形式表示，用来支持系统建模和运行过程的自动化。不同的过程模型各 有不同的特点，一个好的模型应该具有比较强的描述能力、易于使用以 及能够适应不断变化的工作环境的要求【捌。 工作流管理系统( w 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 ) ：一种能定义、创 建和管理工作流执行的系统。它可通过单个或多个工作机运行，并能存 储和解释过程定义。 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程中一定逻辑工作的描述。活动是过程执行中的 最小工作单元，其相应的实现要求人和机器的共同参与。 过程活动实例( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e s ) ：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 解释过程定义，生成活动实例，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。一般情况下每一 个活动实例都将表现为一个工作项( w o r k i t e m ，它将由某个或某组用户负 责完成) 。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 0 。 各环节调用的应用程序所处理的数据称作工作流应用数据，其中有一部 分数据将同工作流过程定义一起用于控制工作流的执行。这部分数据一 般称作工作流相关数据。 2 1 2 工作流技术的研究现状和不足 企业通过将工作流技术引入到现有的业务系统中，其好处是非常明显的。例 如，提高企业运营效率、改善企业资源利用、提高企业运作的灵活性和适应性、 提高工作效率、集中精力处理核心业务、跟踪业务处理过程、量化考核业务处理 的效率、减少浪费、增加利润、充分发挥现有计算机网络资源的作用【z 引。实施工 作流将达到缩短企业运营周期、改善企业内( 外) 部流程、优化并合理利用资源、 减少人为差错和延误，提高劳动生产率等目的。 根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制的不同，目前市场上的工作流 产品可大致分为以下四类： 基于文件的工作流系统：这类工作流系统以共享文件的方式来完成任务， 通常包含有c s 模式的图像、文档以及数据库管理系统。代表产品有 9 ，f l 京t 、。t 。顺l ，g - , l 沦上 f i l e n e t 的v i s u a lw o r k f l o w 、i b m 的f l o w m a r k 、i n c o n c e r t 的i n c o n c e r t 。 基于消息的工作流系统：这类工作流系统通过用户的电子邮件系统来传 递文档信息，实现与一种或多种电子邮件系统的集成。代表产品有 n o v e n l l 与f i l e n e t 合作开发的e o s e m b l e 、j e t f o r m 的i n t e m p o 、k e 徊l e 的k e y f l o w 。 基于w e b 的工作流系统：这类工作流系统通过w w w 来实现任务的协 作，它起步较晚但发展迅速，已成为一种最新的市场流行趋势，许多供 应商分别开发新产品或在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。 群件与套件系统：这类工作流系统与前面三种有很大程度的重叠，但却 有必要把他们单独划分成一类。因为这类产品都需要依赖自己系统的应 用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管理、数据库以及文档管 理服务等。他们本身就构成了一个完整的应用开发环境，代表产品有 i b m l o t u s 的l o t u sn o t e s 、m i c r o s o f t 的o m c e 与e x c h a n g e 、n o v e l l 的 g r o u p w i s e 2 4 1 。 虽然工作流技术的应用比较广泛，但其仍处于初期发展阶段，目前还存在很 多不足之处，主要体现在以下四个方面： 工作流管理的定义不明确以及缺乏统一的概念模型。目前工作流管理发 展的状况非常类似于7 0 年代初关系数据模型和e r 模型出现以前数据库 管理系统的发展状况，大家各持己见，没有一个统一的标准，所开发的 产品大部分相互之间不兼容，使得很多用户不愿意使用商品化的工作流 管理产品。虽然w f m c 在工作流概念和接口标准化方面做出了很多努力， 但是这些标准仅仅是停留在技术层次上，而且重点放在语法上而不是语 义上，在概念层次上至今仍没有统一的意见。 目前的工作流系统缺乏健壮性和可用性，没有备份机制和有效的恢复手 段。容错问题基本上没有考虑，系统对于出错的恢复弹性是极小的。一 个大型的企业级工作流管理系统可能包括有几千个用户和几十万个并行 运行的过程，并且分布在一个大型网络的几千个位置，其持续可用性就 非常关键。 目前工作流普遍使用的是c s 系统，其结构有一定的脆弱性，服务器的 错误将导致整个工作流系统的失败。另外，集中式服务容易形成瓶颈， 因此很难对系统性能进行测量。 部分采用c o r b a 或d c o m 实现分布式工作流引擎的系统表现欠佳。工 作流管理系统是一个典型的分布式系统。许多工作流系统采用c o r b a 作为底层支持技术，但是不同厂商的c o r b a 产品之间很难进行互操作， 对于用户来说，如果一旦选定某个厂家的解决方案，就很难再去使用其 1 0 第2 章t 竹：淹幸订共理论 他厂家的产品【2 5 1 。 2 1 3 工作流引擎的概念和功能 工作流引擎是一个为工作流实例执行提供运行服务环境的软件，是工作流管 理系统的核心组件。工作流引擎负责解析、解释工作流过程定义、控制过程实例、 决定活动的执行次序、向用户工作表中添加工作项、调用应用程序、与其他工作 流引擎交互等功能【2 6 l 。工作流引擎的作用不言而喻，就如计算机对于软件的作用 一样，可以说没有它，就没有工作流的一切，再好的流程设计也是无法有效执行 的，所以说它是工作流管理系统的核心组件。 工作流引擎的主要功能是： 1 ) 实例化及执行过程定义：解释企业经营过程的过程定义，根据过程执行 需要的初始条件和执行参数生成过程实例，运行过程实例并管理其运行过程。过 程模型作为企业经营过程的一个模板，可以被执行多次，也可以有多个有关这个 过程模型的实例在同时运行。 2 ) 为过程和活动的执行进行导航：根据过程定义和工作流相关数据，为过 程实例的运行进行导航。如根据过程的进入和退出的条件启动和终止一个过程实 例；根据活动之间的关联和活动的执行条件，决定并行或串行执行后续活动；给 用户提供需要操作的工作流任务项信息；或者根据所需激活的应用程序信息启动 相应的应用程序等等。 3 ) 与外部资源交互完成各项活动：客户应用接口和直接调用应用接口方式。 对于客户应用方式，工作流引擎通过任务项列表管理器对应用的执行进行管理。 任务项列表管理器提供任务项列表供用户进行选择，并记录监督工作项的完成情 况，由用户完成从任务项列表管理器提供的任务项列表中选择相应的任务项，并 在需要的时候调用应用工具完成相应任务的执行，在任务执行完成后，用户需要 修改相关任务项的状态，如置完成标志，供任务项列表管理器使用。对于直接由 工作流引擎启动的活动，由工作流机直接调用相应的应用来完成，这些自动执行 的应用同样需要将合适的预先定义好的应用执行完成情况反馈给工作流机。 4 ) 维护工作流控制数据和工作流相关数据：工作流在执行过程中要维护不 同过程和活动实例的内部状态信息，以及用于协调和恢复的各种检查数据和恢复 重起信息，还包括用户传送的必要的相关数据1 1 9 , 2 7 j 。 2 1 4 工作流引擎建模方法 工作流的建模方式与工作流引擎所采用的技术息息相关，甚至可以说工作流 的建模方式以及流程定义语言决定了其引擎所采用的技术。目前的工作流引擎建 ，i t ：鼻i t 、l i ，人；：t 。缈! t ；：位论文 模方法主要有： 1 ) 基于活动网络的建模方法 这是指以活动和活动之间的关系为基础建立的工作流模型。这是大多数工作 流管理系统采用的工作流建模方法，其特点是用户界面友好，易于理解，并且可 以转化为p e t r i 网模型来进行验证。如目前比较常见的工作流引擎产品s h a r k ，其 流程定义语言是x p d l 。 2 ) 基于形式化表示的建模方法 如基于p e t r i 网的建模方法。在扩展p e t r i 网的基础上，a a l s t 提出了工作流 网的概念，并对应用中的许多问题，如结构特性以及如何将工作流映射到p e t r i 网等进行了研究。a a l s t 还研究了使用p e t r i 网支持企业经营过程重组的问题，提 出了“w h a t ，h o w , a n db yw h o m 的三个阶段。 3 ) 基于对话模型的建模方法 这种工作流模型是从客户方与服务方这两个角色之间的语言行为交互上对 工作流过程进行了定义。它是在语言行为理论的基础上提出的一种基于对话的工 作流模型。 4 ) 基于状态与活动图的建模方法 它介于p e t r i 网模型和图形化模型之间。对于用户，它比p e t r i 网容易学习和 理解，在模型的j 下确性方面，它比图形化模型易于验证【2 引。其欠缺方面是模型验 证比p e t r i 网模型麻烦，可视效果比图形化模型差。如j b p m 工作流引擎。 5 _ ) 基于事务模型的建模方法 事务的概念源于数据库研究领域，用于解决数据的并发访问和出错恢复问 题。在数据库事务模型的基础上，研究人员提出了多种高级事务模型来描述工作 流过程，包括嵌套事务模型、多层事务模型、分支汇合事务模型等。 目前工作流建模的主流方法还是基于活动的建模方法，但是这种建模方法要 与其它方法结合起来，如与基于状态的方法结合，增加模型的语义表达能力，与 事务模型结合，增加工作流的柔性。 工作流引擎有两种执行方式，一种是响应工作流客户端命令而在前台执行， 另一种是被d b m s 的定时任务所调度而在后台执行，它主要用来检查超期的活 动，如果发现有活动超期则执行相应的超期处理过程【2 引。 2 1 5 工作流引擎的研究现状 为了便于交互和存储，工作流模型要用一种规范语言描述，称为“工作流定 义语言 。工作流管理联盟w f m c 首先提出工作流过程定义语言w p d l ( w o r k f l o w p r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) ，它对规范工作流的描述方式起到了重要作用。另外 1 2 霹j2 币i 竹一衍： 1 i 足i l l i 仑 典型的语言有i b mm q s e r i e sw o r k f l o w 的f d l ，w i d e 项目的定义语言w f d l ， 土耳其中东技术大学m e t u f l o w 2 的f l o w d l ，还有一种在c 语言的基础上扩 展得到的c & c o 语言。 工作流管理联盟在其制定的定义语言w p d l 的基础上，于2 0 0 1 年推出x m l 格式的工作流定义语言x p d l 草案，为工作流定义语言的标准化做出了重要贡 献。 s h a r k 作为目前流行的工作流引擎技术，其流程定义语言是x p d l ，而x p d l 的两个最重要的概念是p r o c e s s 和a c t i v i t y 。x p d l 中的a c t i v i t y 是基于u m l1 x 中的活动图的概念。活动图天生的适于工作流程建模，它相对于状态图的一个最 大的优点是容易做并发线程的分义控制，这些并发线程可以同时执行也可以顺序 执行；它还有一个优点是泳道的概念，可以控制工作流引擎中任务的产生。 s h a r k 的整个调度方法基本上是基于w f p r o c e s s l m p l 内的r u n 方法，采用的是 遍历循环的调度机制。s h a r k 是遍历己经完成的活动实例，然后往下推进。 o s w o r k f l o w 引擎技术是有限状态机( f s m ) ，可以把它理解为状态图。 o s w o r k f l o w 的s t a t e 是由s t e p 和s t a t u s 联合表达的，一个s t a t e 就是一个s t e p 中 的某个s t a t u s ，而s t a t e 的转换由a c t i o n 来驱动，类似状态图中的e v e n t ，因为一 个e v e n t 对应一个a c t i o n 3 0 1 。 1 ) 有限状态机f s m 理论 有限状态机f s m 形式化地表示为一个五元组( s ，e ，r ，万，) 。其中s 表示有 限状态集；e 表示为有穷事件输入集；r 表示为非空转移集；万表示为映射函数， 万= s xe 专t ；表示系统初始状态，属于s 。其实丁中的每个元素又可以表 示为一个五元组( s o u r c es t a t e ，t a r g e ts t a t e ，i n p u t e n v e t ，c o n s t r a i n t ，a c t i o n ) 。 其中s o u r c es t a t e 表示该转移的初始状态；t a r g e ts t a t e 表示该转移的目标状态； i n p u t e n v e t 表示来自的非空输入事件或者空；c o n s t r a i n t 表示监护条件及输人 事件参数等约束，a c t i o n 表示转移执行的动作。 2 ) 有限状态机f s m 的状态推导算法 ( 1 ) 系统处于状态瓯。 ( 2 ) 事件到达岛。 ( 3 ) 从当前状态& 的事件触发集& 中查找事件白。 ( 4 ) 如果q 存在于中，则执行步骤( 6 ) ，否则招待步骤( 5 ) 。 ( 5 ) 退出 i = i 1 、比j ：。t 。：m ! l f 一论乏 ( 6 ) 根据映射函数：8 ( s 。，q ) 获取事件处理0 的入口。 ( 7 ) 执行f ，中的a c t i o n 。本地机上a c t i o n 的执行可能会产生数据的变更，触 发了服务器端的数据处理请求。 ( 8 ) 完成状态的转移。 ( 9 ) 该次状态转移结束，系统回到步骤1 ( 但状态已经改变) 3 1 】。 j b p m 的调度机制是吸纳了p e t r in e t 的一些思想，采用t o k e n 来表示当前实 例运行的位置，也利用t o k e n 在流程各个点之间的转移来表示流程的推进。j b p m 结合应用了状态图+ 活动图+ p e t r i n e t 的知识，一个活动图展现一系列的动作， 这些动作组成了活动。j b p m 把a c t i o n 改名为s t a t e 。j b p m 使用的状态图的概念有 t r a n s i t i o n e v e n t 等。当j b p m 试图去启动一个流程的时候，首先是构造一个流程实 例，并为此流程实例创建一个r o o tt o k e n ，把这个r o o tt o k e n 放置在s t a r tn o d e 上，允许在s t a r t s t a t e 执行t a s k ，也允许在s t a r t s t a t e 创建工作任务【3 0 】。 2 2 工作流管理系统 工作流管理系统指运行在一个或多个工作流引擎上，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。 2 2 1 工作流管理系统的基本概念