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山东大学硕士学位论文 支持异常处理的工作流动态修改研究 研究生王伟 指导教师王海洋教授 摘要 工作流技术是实现企业业务过程建模、仿真优化分析、过程管理与集成，最 终实现业务过程自动化的核心技术。越来越多的企业引入了工作流技术以支持其 商务活动。 工作流技术的研究十分活跃，人们从工作流模型、体系结构、事务，适应性、 异常、安全、语言、形式化、正确性验证、资源管理、开发过程等各方面对工作 流技术进行探讨，并开发出很多原型系统。市场上也出现了很多具有实用价值的 工作流产品。 尽管工作流技术取得了进步，但理论基础的研究还很不够。现有的工作流管 理系统从功能、可靠性、健壮性上与数据库管理系统无法相提并论。有很多因素 限制了工作流的发展，使得工作流达不到实用性的标准，不能大规模的投入应用。 这些因素包括底层模型不完备、系统对异常的处理策略不完善、系统的安全性不 能很好的保证等。 由于技术的不断进步、需求和规则的不断变化、新方法的引进，商务过程模 型也不断的被检查、改善和调整以适应不断变换的环境。当模型修改时，工作流 的某些实例可能还在运行，如何使得工作流正确的执行，这是工作流动态修改要 研究的问题。这时可以有如下策略：1 ) 允许所有的实例按照旧的模型执行，新实 例则遵从新的模型；但是新的实例必须等待所有正在运行实例执行完成后才能开 始执行；2 ) 中断所有正在运行的实例，所有实例按照新的模型重新执行：但是这 样做会给企业带来很大的损失，有些损失是不可接受的；3 ) 改变正在执行的实例， 通过执行一系列补偿或撤销操作，使实例按照新的模型执行。很多动态修改的算 山东大学硕士学位论文 法所遵循的于是第三种处理方法 工作流执行出现异常时，如何最大程度的实现流程的自动处理和恢复，也是 工作流研究中的热点问题。工作流过程本身具有事务特性，而工作流过程的层次化 和执行控制结构，与高级事务模型又非常相似，因此在工作流异常处理中加入工作 流过程的事务特征是相当必要的。研究者也据此提出了事务工作流、高级事务模 型等概念。本文将利用异常处理中任务的执行属性的概念更好的完成工作流的动 态修改。 当前的工作流技术不能对运行中的工作流的动态修改提供足够的支持，这也 是限制工作流更广泛地被接受和应用的一个重要的因素。现有的动态修改策略提 供了支持动态修改的工作流的比较完整的框架，但是这些策略对修改过程中出现 的异常的处理关注的比较少修改过程中出现的异常可能导致工作流处于不一致 状态，甚至在某些情况下导致不可预期的后果，应该得到更多的关注本文所做的 主要工作如下： 1 ) 引入了任务的执行属性的概念 2 ) 定义了新的工作流模型 3 ) 基于定义的工作流模型，提出了一种支持异常处理的动态修改解决方案， 通过在修改过程中增加异常处理机制来实现更可靠的动态修改。 关键字：工作流：动态修改：异常处理 山东大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho fw o r k f l o wd y n a m ic m o d i f i c a t l 0 ns u p p o r t f n ge x c e p t f 0 nh a n d l i n g p o s t g r a d u a t e ：w a n g w e i t u t o r ：p r o f w a n gh a l y a n g a b s t r a c t t h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yi sac r u c i a lt e c h n o l o g yt or e a l i z em o d e l i n go fb u s i n e s s p r o c e s s 、a n a l y z i n go f e m u l a t i o n 、p r o c e s sm a n a g e m e n ta n da g g r e g a t i o na n du l t i m a t e l y t oa c h i e v et h eg o a lo f a u t o m a t i o no f b u s i n e s sp r o c e s s m o r ea n dm o r e e n t e r p r i s e sa d a p t w f m sa sap l a t f o r mt os u p p o r tt h e i rb u s i n e s sp r o c e s s t h er e s e a r c ho fw o r k f l o wi sa n i m a t e d p e o p l ep r o b et h et e c h n o l o g yi nm a n ya s p e c t s ， s u c ha sw o r k f l o wm o d e l ，a r c h i t e c t u r e ，t r a n s a c t i o n ，c o m p a t i b i l i t y ，e x c e p t i o n ，s a f e t y ， l a n g u a g e 、v e r i f i c a t i o no fs o u n d n e s s 、m a n a g e m e n to fr e s o u r c e s 、t h ep r o c e s so f d e v e l o p i n ga n ds oo n t h e ya l s od e v e l o pm e t a - m o d e ls y s t e m st os u p p o r ta n dc h e c ku p t h e i rt h e o r i e s t h e r ea r ea l s om a n yw o r k f l o wp r o d u c t sc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ei n m a r k e t t h o r o u g ht h e r ea r er a p i dp r o g r e s si nw o r k f l o wr e s e a r c h ，t h et h e o r e t i c a lb a s i so f w o r k f l o wi sf a rf r o me n o u g h t h ee x i s t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m sa r en o t c o m p a r a b l ew i t hd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m si nf u n c t i o n 、r e l i a b i l i t ya n ds o u n d n e s s m a n yf a c t o r sr e s t r a i nt h ed e v e l o p m e n to fw o r k f l o w , w h i c hn o wc o u l dn o ts a t i s f yt h e u t i l i t a r i a ns t a n d a r da n dt h e r e f o r ec o u l dn o tb ep u tt ou s e o na l a r g es c a l e t h ef a c t o r s a r ev a r i o l l s ，f o re x a m p l e t h ef o u n d a t i o 工l a lm o d e li su n s o u n d 、t h ee x c e p t i o nh a n d l i n g i l l 山东大学硕士学位论文 s t r a t e g yi sn o ti n t e g r a t e da n dt h es e c u r i t yo f t h es y s t e mi sn o tc o n f o r m e d d u et ot h ec o n t i n u a l l ya c c e l e r a t i n gp a c eo ft e c h n o l o g i c a la d v a n c e m e n t s 、c h a n g i n g r e q u i r e m e n t sa n dr e g u l a t i o n s ，a n di n t r o d u c t i o n o fn e wm e t h o d s ，b u s i n e s sp r o c e s s m o d e l sa l eb e i n gc o n s t a n t l yr e v i e w e d ，i m p r o v e da n da d a p t e dt ot h ec h a n g i n g e n v i r o n m e n t w h e nw o r k f l o wm o d e lc h a n g e s ，s o m eo ft h ew o r k f l o wi n s t a n c e sm a y s t i l lb er u n n i n g n o r m a l l y , t h e r ea r ct h r e em e t h o d s ：1 1a l lc u r r e n ti n s t a n c e sa r e a l l o w e dt oc o m p l e t ea c c o r d i n gt ot h eo l dp r o c e s sm o d e l b u tn e wi n s t a l l c e sa l ep l a n n e d t of o l l o wn e wm o d e l n e wi n s t a n c e sm a yb ep u to nh o l d , u n t i la l lc u r r e n ti n s t a n c e s h a v ec o m p l e t e d 2 ) a c t i v ew o r k f l o wi n s t a n c e sm a yb ea b o r t e dw h e np r o c e s sm o d e li s c h a n g e d a l li n s t a n c e sf o l l o wt h en e wm o d e la i lo v a l a g a i n ；t h i sa p p r o a c hm a yi n c u r l o s s e st ot h eo r g a n i z a t i o n i ns o m ec a s e s ，t h el o s s e sm a yb eu n a c c e p t a b l e 3 ) w ec a n b r i n gt h ei n s t a n c e si nc o m p l i a n c ew i t l l t h en e ws p e c i f i c a t i o n b yu n d o i n g o r c o m p e n s a t i n gs o m eo ft h ec o m p l e t e dt a s k s m a n yd y n a m i cm o d i f i c a t i o na l g o r i t h m s t a k et h et i f f r dw a y w o r k f l o we x c e p t i o nh a n d l i n gi sap i v o ti s s u ew h i c he n s u r eam o r er e l i a b l e p r o c e s s w h e np r o c e s se x e c u t i o ni sw r o n g i ti sn e c e s s a r yt oc o m b i n et h et r a n s a c t i o nf e a t u r eo f w o r k f l o wp r o c e s s ，b e c a u s ew o r k f l o wp r o c e s sh a st h ef e a t u r eo ft r a n s a c t i o na n di t s e x e c u t i o ne o n t r o ls t r u c t u r ei sf a m i l i a rw i t ha d v a n c e di r a n s a c t i o nm o d e l r e s e a r c h e r s p r e s e n tt h ec o n c e p to ft r a n s a c t i o nw o r k f l o w sa n da d v a n c e dw o r k f l o wm o d e l w ew i l l a d a p tt h ec o n c e p to fe x e c u t i o np r o p e r t yo ft a s k st or e a l i z em o r er e l i a b l ed y n a m i c m o d i f i c a t i o no f w o r k f l o w s o n eo ft h em a j o rf a c t o r sr e s t r a i n i n gt h ew i d e ra p p l i c a b i l i t ya n da c c e p t a b i l i t yo f w o r k f i o w si st h a tw o r k f l o wt e c h n o l o g y t od a t ed o e sn o lp r o v i d es u f f i c i e n ts u p p o r tf o r m o d i f i c a t i o no fo n g o i n gw o r k _ f l o w s t h ee x i s t i n gm o d i f i c a t i o nm e t h o d o l o g i e sh a v e p r o v i d e dc o m p r e h e n s i v ef r a m e w o r k st os u p p o r td y n a m i cw o r k f l o w s ，b u tf e wh a s p a i e da t t e n t i o nt ot h ee x c e p t i o nh a n d l i n go f t h em o d i f i c a t i o np r o c e s s e x c e p t i o nd u r i n g 山东大学硕士学位论文 t h em o d i f i c a t i o np r o c e s sw o u l dl e a v et h ew o r k f l o wi na ni n c o n s i s t e n ts t a t eo rq g v e n b r i n gu n d e s i r a b l er e s u l t si ns o m ec a s e s i nt h i sp a p e r , w ed ot h ef o l l o w i n gw o r k 1 )g i v i n gt h ed e f i n i t i o no f t a s ke x e c u t i o np r o p e r t y ； 2 ) d e f i n i n gan e ww o r k f l o wm o d e l ，i n c l u d i n gp r o c e s se x e c u t i o nm o d e l 3 ) p r e s e n tas o l u t i o nf o ri m p l e m e n t i n gm o r er e l i a b l ed y n a m i cm o d i f i c a t i o nb y a d d i n ge x c e p t i o nh a n d l i n gi nt h i sp r o c e s s k e y w o r d s ：w o r k f l o w ；e x c e p t i o nh a n d l i n g ，d y n a m i cm o d i f i c a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：至焦e t 期：2 圣：垒 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权山东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，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 一、 论文作者签名：至l 导师签名：j 红目l 日 期：塑! 堕 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 进入二十世纪九十年代，由于企业之间竞争日趋激烈，越来越多的企业不得 不利用信息技术去支持它们的业务过程处理以适应快速变化的商业环境，提高企 业的工作效率和工作质量与此同时，随着计算机网络及通信技术的发展，各种 面向组织机构的信息系统也得以广泛地使用。在面向企业的信息系统发展过程中， 工作流管理系统逐渐从信息系统独立出来，作为一个通用的支撑工具提供给应用 系统，因此，w f m s 为信息系统的开发提供了一种新的范式。对工作流技术的研究 引起了来自研究机构和产业界学者们的极大关注经过多年的研究和开发，上百 种具有工作流管理功能的商业产品己推向市场。 1 1 工作流的起源与发展 关于工作流的研究可以追溯到八十年代。早期“无纸化办公”的努力就己经蕴 含着工作流管理的思想。只不过受当时客观条件( 如计算机应用的广泛程度、应用 系统的丰富程度、计算机网络的普及程度等) 的限制，实际的效果并不理想。随着 计算机技术的不断发展以及企业政府的实际需求，工作流不断的向前发展。工作 流的发展依次经历了图像处理、文档管理、电子邮件和目录服务、项目支撑软件、 业务过程重构和结构化系统设计工具、事务处理、群件( g r o u p w a r e ) 等发展阶段。 随着计算机技术的普及和网络的广泛应用，工作流技术被越来越广泛的应用于 企业的管理之中，市场上也出现了越来越多的工作流产品。有许多软件厂商提供 各自的工作流软件产品，而且新的产品也不断涌现，用户有很大的选择余地，但 是如果没有可遵循的行业标准，就会使这些产品之间存在巨大差异，导致这些产 品之间不能协同工作。 在这种背景下，工作流管理联盟( w f m c ) 于1 9 9 3 年成立了，它的成立标志着工 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。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。 山东大学硕士学位论文 1 2 工作流的定义 我们列举如下一些有代表性的工作流定义，它们分别从不同的角度对工作流概 念进行了描述，可以使我们对工作流的一些基本特征有一定的理解。 工作流管理联盟( w f m c ) 的定义”1 ：工作流是一类能够完全或者部分自动执行 的经营过程，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 传递、执行； g i g ag r o u p s 定义“1 ：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序 以及由谁来执行它、支持任务的信息流、评价与控制任务模型的跟踪、报告机制； a m i ts h e t h 的定义“1 ：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。用柬执行任务的处理实体可以是人，也可以是计算机系统( 比如邮 递员、一个应用程序、一个数据库管理系统) 。 工作流管理联盟( w f m c ) 对工作流管理系统的定义m 为：工作流管理系统是这样 一个系统，详细定义、管理并执行“工作流”，系统通过运行一些软件来执行工 作流，这些软件的执行顺序由工作流逻辑的计算机表示形式( 过程定义) 驱动。 可见，工作流管理系统通过管理工作活动序列，调用与各种活动步骤相关的人员、 i t 资源，对业务过程提供自动化处理。 以上这些对工作流的定义虽然各有不同，但基本上都达成了这样的一个共识： 工作流是业务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。 这些定义反应了商务过程的以下几个方面： 业务过程是什么( 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； 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( 通过工作流管理系统进行监控) 本文采用w f m c 的标准的工作流定义。 2 山东大学硕士学位论文 1 3 工作流模型 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示由于需 要在计算机环境下运行。所以工作流模型不仅要容易读懂，更要让计算机能够理 解所定义的工作流过程。 理想的工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定义，为建模用户提供定 义工作流所需要的组建或元素等主要特性外，还应该能够清楚地描述任意业务情 况下的工作流适应用户在建模过程中所提出的各种要求，即工作流描述能力要强， 可以描述清楚几乎所有的业务流程类型。 有人提出了对概念模型的四条评价标准： 1 ) 形式化模型定义能够作为现实对象的形式化描述 2 ) 表达能力丰富模型要提供丰富的建模概念，使得有大量约束集合而成的 元素能够在模型中被直接表达出来； 3 ) 最小化模型中的概念不重叠每一个基本概念都有它特定的意义； 4 ) 容易理解不论是领域专家还是普通用户都能够比较容易的理解模型含 义； 在关于工作流问题的各种研究中，建模几乎都是最基本、最主要的问题。各 种不同的模型具有不同的优缺点，它们往往在解决某些特定问题方面有其特殊的 优势。然而，还没有一种模型像数据库的关系模型那样得到广泛的认可，因此工 作流的建模仍然是工作流研究中的热点问题。 我们简单介绍工作流参考模型以及工作流元模型以及其他类型的工作流建模 情况。 1 3 1 工作流参考模型 w f m c 定义的工作流参考模型【刀来源于对普通工作流程序结构的分析，它提 供了工作流管理系统一般的体系结构框架 图1 1 是工作流参考模型，它定义t t 作流系统的组成部分以及五种不同类 型的标准接口，这些接口可使得不同的产品在不同的结构层次上协同工作。 山东大学硕士学位论文 国国 图i - ! 工作流参考模型 工作流参考模型的各个组成部分： 流程定义工具：它为用户提供种对实际业务过程进行分析、建模的手段， 并生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述；流程定义工具同工作流执行服 务交互； 工作流执行服务：它是工作流管理系统的核心部件，它的功能包括创建、管 理流程定义，创建、管理和执行流程实例；一个工作流执行服务可能包含有多个 分布式工作的工作流引擎； 工作流引擎：它是为流程实例提供运行环境并解释执行流程实例的软件部件。 客户端应用：通过请求的方式同工作流执行服务交互的作用，它给用户提供 一种手段，以处理过程实例运行过程中需要人工干预的任务。 被调用应用：是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程序。 管理监控工具：主要指组织机构、角色等数据的维护管理和流程执行情况的监 控，管理监控工具同工作流执行服务交互 接口说明： 接口1 一工作流过程定义接口 工作流过程定义接口是指工作流建模或定义工具与运行时期工作流管理软件 间的接口，也被称为过程定义导入导出接口。该接口转换格式和a p i 调用，从而 支持过程定义信息问得互相转换或过程定义的一部分过程定义是业务流程的形 4 山东大学硕士学位论文 式化描述，由一系列的活动及这些活动之间的关系，过程开始结束条件以及一些 关于个体行为的信息等组成。使用标准的过程定义格式可以把建立阶段和运行时 期的环境进行分离，可以使用以个建模工具来产生过程定义，该定义又可以作 为很多不同工作流运行时期产品的输入因而能够使用户独立的选择建模工具和 工作流运行时期的产品使用标准的过程定义格式也可以为几个工作流机输出过 程定义，这几个工作流机合作来构成分布的工作流执行服务器。 接口2 一工作流客户端应用程序接口 工作流客户端应用程序接口提供了用于客户应用与工作流执行服务交互的 a p i 规范说明，使用这些a p i 可以编写相应的客户端应用程序。接口2 所提供的 功能包括会话的建立与撤销、工作流定义操作、过程控制功能、任务表，任务项处 理功能、过程管理功能、数据处理功能、应用程序调用等功能 接口3 一应用程序调用接口 应用程序调用接口提供了工作流执行服务与第三方软件应用程序之间交互的 标准协议相应的a p i 。因为被调用的应用程序不是w f m s 的固有组成部分，与工 作流执行服务不是紧密相连，因此应该采用一些通用的调用技术来支持应用与执 行服务的交互，如远程过程调用、c o b a r 等，它们统称为“应用代理”接口3 的目标是提供一些标准的服务及相应的a p i 给应用代理使用，这些a p i 的功能包 括：创建会话，活动管理功能、数据处理功能等。在一些更复杂的情况下，异种 工作流机问的协同工作，可能需要在工作留机间传递应用程序调用信息，或者作 为运行时期数据交换的一部分，或者通过在过程定义阶段后导入过程定义来实现。 接口4 一工作流互操作接口 接口4 可使得异种工作流系统中信息与控制流的相互交换。工作流引擎之间 的互操作必须包括两个方面。一方面，要扩展对过程定义或其子集的公共解释， 这是可以实现的；另一方面，在运行时期应能支持多种类型的控制信息的相互转 换，在不同的执行服务器问传递工作流相关数据和应用程序数据。 接口5 一管理和监控接口 接口5 提供了标准化的管理和监控功能。它是独立的管理应用与不同的工作 流领域进行交互的接口，接口中至少应该包含一下类型的操作：用户管理操作、 角色管理操作、审查管理操作、资源控制操作、过程管理功能、过程状态功能。 5 山东大学硕士学位论文 它使得工作流管理系统可以管理和监控一定范围内的工作流执行服务。 2 0 0 4 年大卫霍林斯沃思( d a v i dh o l l i n g s w o r t h ) 在回顾工作流参考模型十 年的历程时指出：工作流参考模型的引入为人们讨论工作流技术提供了一个规范 的术语表，为在一般意义上讨论工作流系统的体系结构提供了基础；工作流参考 模型为工作流管理系统的关键软件部件提供了功能描述，并描述了关键软件部件 交互，而且这个描述是独立于特定产品或技术的实现的；从功能的角度定义五个 关键软件部件的交互接1 3 ，推动了信息交换的标准化，使得不同产品间的互操作 成为可能。 1 3 2 工作流元模型 所谓元模型【7 】，一般是指描述模型的模型。工作流元模型是用来描述所有工 作流模型内在联系的模型。它用于描述工作流模型内部包含的各个对象、对象之 甘j 的关系及对象的属性。元模型的建立。使得多个工作流产品之间可以相互交换 信息。工作流元模型定义属于过程定义的一部分。 图1 2 是工作流的元模型，模型中定义了工作流的组成部分和这些组成部分 间的关系。该模型包含了以下几个基本实体：业务流程定义、活动、转换条件、 工作流相关数掘、角色、相关的应用程序等。 幽1 2 工作流元模型 1 3 3 工作流建模 进入9 0 年代以后市场上已经出现了较多的工作流产品。这些产品基于不同 的工作流模型，有着不同的特点。由于有向图具有简单直观、易于理解等优点， 山东大学硕士学位论文 很多工作流模型都采用了图形化的表示方式来描述工作流。这种方式的不足之处 是不容易描述复杂的过程逻辑，缺乏灵活性。以下我们介绍几种有代表性的工作 流模型。 i b m 公司在2 0 世纪9 0 年代中期推出的工作流产品f l o w m a r k ，这是一种以 基于活动网络的过程模型为基础的产品在f l o w m a r k 中，一个完整的经营过程 工作流过程由一个无自环的有向图构成。f l o w m a r k 的工作流模型是一种典型的基 于活动的i p o ( 输入处理输出) 模型以活动作为构成过程的基本单元，以连接弧体 现过程逻辑，活动的输入数据箱与输出数据箱成为活动输入输出的接口。这一类 模型适合于流程比较固定、异常情况较少的生产性工作流的建立，有利于企业规 范自身的内部流程；但这类模型往往缺乏柔性，对紧急情况的应变能力不足。 w i n o g r a d 与f l o r e s 在“语言行为理论”的基础上提出了一种协作过程的建 模方法。他们认为人的语言不仅能够用来描述各种事物，交流传递一些信息，而 且还能够进行行为的计划与协调一通过语言能够承诺自己未来的行为，同样通过 语言也可以协调自己与他人的合作协作等。协作过程的基本组成元素是一个闭合 的环，它连接了客户方与服务方两类角色。基于语言行为理论的工作流模型由一 系列闭合的工作流环相互连接而成，每个工作流环都被四个语言行为( s p e e c h a c t s ) 分为四个阶段，需求阶段、协商阶段、执行阶段、满意阶段。这种模型支 持层次化建模的能力不足，不适合于固定的企业经营过程，建模人员很难完整明 确的列出双方所有可能的语言行为；但在处理以人的交互为特征的经营过程时具 有明显的优势。 k a g m a rc 等提出了一种活动树( a c t i v i t yt r e e ) 模型，该模型以一个树状结 构来表达工作流过程，从跟节点开始，过程被逐层的分解为由各级子节点所代表 的活动，而活动间的执行顺序则是从左至右逐个分支的进行。 p e t r i 网也被用于建立工作流模型，其中用库所表示活动，变迁表示活动间的 转移。在p e t r i 网中用不同的颜色表示资源，产生了着色p e t r i 网；通过在库所获 变迁中加入时间语义，产生了时间p e t r i 网；v a nd e ra l a s t 则在p e t r i 网的基础上 定义了w f - n e t ，即工作流网，在工作流网中变迁被用来表示活动，而库所则表示 活动的使能条件。 a n d r e a sg e p p e r t 等提出了代理服务模型，它定义了较为精确和严格的形式 山东大学硕士学位论文 化语义，用代理来表示工作流执行中的处理实体，用服务表示所要执行的活动， 代理的行为由e c a ( e v e n t - c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则描述。 工作流不仅仅需要明确的表达经营过程中的活动以及活动间的关系。而且还 要对活动日j 所传递的信息活动的执行、实体活动所需要的资源等方面进行定义， 这样才能够构成一个完整的业务过程模型，因此人们便在工作流模型中加入了描 述数据组织资源的相应部分。比如工作流管理联盟就明确提出了工作流相关数据、 工作流控制数据及工作流参与者角色等概念。在很多工作流产品中也允许用户在 一定范围内定义数据、人员等，为了使工作流模型在描述信息组织与资源上的能 力更强，人们逐渐把相关的描述部分扩充为一个个较为完整的具有一定独立性的 模型。这些模型采用了更为细致的描述方法来描述企业中有关组织资源和信息的 结构，他们辅助过程模型来实现对企业业务过程的全面描述。比较典型的有w i d e 项目中提出的由组织模型信息模型过程模型这三个子模型共同组成的工作流模 型，在组织模型与信息模型中，分别定义了灵活的组织概念与数据类型，来支持 企业复杂的人员组织结构和丰富的数据形式惠普实验室提出一种资源模型，将 人员、组织、硬件、软件等各类资源纳入了一个层次化的树状框架下1 2 】。 为了便于交互和在不同格式的模型之间实现转换，有的模型还提出了规范的 描述语言，我们称之为“工作流定义语言”。比较典型的有w 伽c 推出的 w p d l ( w o r k f i o wp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) ，m mf l o w m a r k 的f d l ( f l o w m a r k d e f i n i t i o nl a n g u a g e ) ，m e t e o r 2 项目定义的w i l ( w o r k f l o wi n t e r m e d i a t el a n g u a g o 等。这些工作流定义语言都有自己特定的语法规范，包括表示符、关键字、文法 规则等。有的还开发了相应的编译器用于生成工作流运行的可执行代码【2 j 1 4 工作流研究中的问题 工作流管理的概念早在很多年以i i 就己提出，但是由于当时计算机技术发展 的限制，一直未能得到充分发展直到最近十几年，随着计算机技术和网络技术 的迅猛发展，以及伴随着市场竞争的加剧，企业对提高生产质量、缩短生产周期 等的强烈要求，使得工作流管理成为企业界和研究领域的热门。 目前对工作流的研究主要集中在以下几个方面： 1 ) 工作流建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确的描述实际的业务流程， 山东大学硕士学位论文 并将其用形式化的方法表述。虽然目| j 有很多种工作流建模方法和工作流模 型产生，如p e t r i 网、代理，服务模型等，但是这些模型的都没有一个底层的 严密的数学模型作为理论基础，在模型的描述能力、完整性、可靠性、一致 性等方面都或多或少有所欠缺，因而不能像数据库系统那样得到广泛的应用， 这大大限制了工作流技术在企业应用中的推广。 2 ) 工作流模型验证和模型仿真：研究如何从理论上验证所建立的模型是合理的， 如何评价所建立的模型的性能和优化模型的方法；研究工作流的仿真方法和 仿真工具，如何确定仿真的内容及性能指标等。这个问题对于企业经营过程 重组问题的研究和实施企业经营过程重组具有重要的意义。 3 ) 异常处理和错误恢复问题：对于工作流管理系统不仅要求它在正常情况能够 发挥作用，更重要的是要求它能够灵活的处理各种异常情况，并且在某个节 点发生错误时能够保证整个系统不会发生崩溃。目前大多数工作流管理系统 都提供了异常情况处理策略、系统容错能力、故障恢复策略、数据保护及数 据恢复方法。由于工作流的执行可能涉及多个不同的应用系统，执行时间长， 分布的地域广，在保特工作流一致性状态等方面还存在很多的问题。 4 ) 企业应用集成：工作流管理系统本身是一个完成过程建模和过程管理的软件 系统，但是为了在企业的实际业务中得到有效的应用，它必须和企业己有的 或购买的其它实现业务的应用系统实现集成，使这些应用系统成为工作流管 理系统中有机的组成部分，而不是像以前那样形成“信息孤岛”。但现在工作 流管理系统所能支持的应用太少，而且在集成方法上没有一个统一的标准， 在很大程度上要受外部应用的限制。现在需要一个标准化的集成框架来支持 对企业常用的分布式应用的集成。 5 ) 分布式工作流：经过几年的发展，工作流管理系统的结构已经由原来的只能 支持单一的工作组环境，发展到现在可以支持企业级( 甚至企业间) 功能需求 的工作流环境。一个工作流实例可以通过局域网、广域网分布在不同的服务 器和客户端，而且服务器的故障所造成影响将被减少到最小。因而，大大提 高了系统的可扩展性、实用性和管理能力。 6 ) 工作流互操作：互操作的研究是伴随分布式工作流而来的问题，主要包括两方 面：工作流模型的互操作和工作流系统的互操作微观层的模型互操作包括研 山东大学硕士学位论文 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、数掘共享的可互操作，以及工作流系统如何嵌入到其他业务 系统中或如何实现与其他异构系统的连接，工作流互操作是工作流管理技术 且i ； 研究中的一大难点。 7 ) 柔性工作流：“柔性工作流”这一名词是相对于传统工作流中的刚性( r i g i d i 啪 太强而言的，传统工作流不支持对工作流实时的动态修改。传统的工作流管 理系统在定义流程时隐含假设了所有的任务的实现和它们之间的协作均能被 事先准确、完善的定义，并且在任务完成之前，业务过程是不变的。现有的 工作流模型缺乏柔性，很难动态适应外界因素的变化。而柔性工作流技术是 指与工作流动态修改相关的所有技术，包括工作流模型正确性分析、动态修 改操作、动态修改的策略、动态修改实现方法、动态修改带来的问题以及如 何解决这些问题等。 1 5 本文的主要工作 本文主要研究柔性工作流，实现了一种更加可靠和实用的工作流的动态修改 算法。尽管底层的工作流模型可能不同，工作流动态修改算法一般都遵循了这样 一种思想：通过撤销或补偿所做的一部分工作，将运行中的工作流实例“回溯” 至一个一致性的状态，使工作流实例按照修改后的新模型执行。然而在“回溯”过 程中，工作流的执行有可能会产生异常，使得工作流处于不一致的状态。 本文主要列举了工作流的异常处理的方法，研究了工作流中任务的执行属性 的概念：基于一个图形化的工作流模型，根据任务的执行属性的概念，提出了一 个具有异常处理功能的动态修改算法，使得工作流实例能有效安全的执行完毕。 1 6 本文的组织与结构 本文第一章为工作流研究概况，包括工作流的起源与发展、工作流的定义、 工作流模型以及工作流研究中的问题： 第二章为工作流动态修改的策略、范围、研究现状； 山东大学硕士学位论文 第三章为工作流异常处理概念、分类、策略、机制及研究现状； 第四章提出了一个在回溯中具有异常处理功能的工作流动态修改的算法，介 绍了该算法相关的工作流过程模型及工作流过程执行模型，详细的算法及算法分 析，该动态修改算法相应的实例； 第五章为结束语。 山东大学硕士学位论文 第二章工作流动态修改研究 工作流系统能够支持多个参与者在多个领域进行协作，为了适应越来越激烈 的市场竞争和不断变化的业务需求，不得不经常对业务流程进行不断的调整，工 作流系统必须能够根据工作流实例实际运行情况的变化而动态地修改、配置和控 制，因此工作流系统的动态修改是非常迫切和必须的。为了提高工作流管理系统 的灵活性，拓展潜在的市场应用领域，工作流的动态修改成为了工作流研究中的 一个热点。 工作流动态修改的目标是研究动态修改过程有多大可能和在何种程度上实现 自动化。深入研究这个问题需要一系列的相关知识：商务过程重组和组织变更； 工作流建模和运行：事务和补偿等。 2 1 动态修改的范围 动态修改包含了很多种不同的工作流变化，每种变化都有其不同的特点。 工作流模型可能会以各种不同的方式产生永久性的或者暂时的变化。变化的 产生可能有三种原i n t 3 5 l ：第一种，过程的改进，包括以更高的效率完成同一个商 务过程；第二种，过程的改革，即以一种完全不同的方式来完成同一个过程。商 务过程重组就属于这一范畴，因为它是“商务过程的新的概念化”；第三种，过程 调整，即调整过程以适应不可预知的变化。所有运行中的工作流实例有些可能会 被影响到，有的则完全不受工作流模型变化的影响。 工作流过程实例的动态修改是为了响应某些临时的变4 9 ( 如组织人员变更、角 色变换) 而对某个正在运行的过程实例进行修改。实例动态修改的影响范围没有 模型修改所引起的影响广泛。 2 2 动态修改的策略 商务过程的变化会对工作流产生不同的影响。当商务过程变化时，根据组织 内部或外部的情况，高层的管理者或顾问会计划、实施、修订和验证工作流的修 改，并逐步扩展到实际操作的层次不同于数据库管理员，工作流管理员 山东大学硕士学位论文 ( w o r k f l o w a d m i n i s t r a t o r , w f a ) 是管理者的建议和策略与其实施过程间的桥梁。 因此，w f a 应该可以将过程定义的变化反映到工作流模型中，并能考虑到对正在 运行中的工作流实例的处理当商务过程的变换反映到工作流中，w f a 可采取的 修改策略有以下几种p 5 】： f l u s h 所有正在运行的实例都可以按照旧的模型完成，但是新的实例会按照新 的模型执行新实例必须等待旧实例按照旧模型完成后才能开始执行当然，两 个模型的定义可以作为两个不同的模型同时并存。例如，移民政策可以根据国家 的新法规修改，修改后适用于在某个日期之后提出申请的人群。同时，以前的申 请者不会受到影响，他们的申请将会按照旧的政策处理。在过渡时期，两套政策 都可以适用。 a b o r t 当过程模型修改时，所有正在运行中的实例都停止执行中断通常适 用于单个实例的调整，比如说，取消一个定购。当然，它也有可能是一个组织突 然变化的结果，例如，一个采购办公室的管理由于计划和过程失误而产生变化。 为了克服这种危机，新的管理系统将会取消所有的采购订单，重新安排预算，引 进新的采购流程。订单的取消将会导致所有运行中实例的中断，并使得所有实例 按照新的流程定义进行。但这种做法将会给组织带来损失，比如，企业可能会因 为突然取消订单而被罚款，企