（计算机软件与理论专业论文）基于uml的工作流建模研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 工作流技术是当前计算机应用领域的一个研究热点，利用工作流技术对企业进行业务 过程的建模和分析不仅可以规范化企业的业务流程，发现业务流程中不合理和低效的环节， 进而对企业的业务过程进行优化重组，达到全面提高企业运作效率的目的，而且所建立的 业务过程模型本身就是企业非常重要的知识库和规则库，可以成为指导企业实施计算机信 息化管理的模型。因此，深入研究和大力发展工作流技术对于促进企业管理规范化、信息 化，从而对提高经济效益有重要的现实意义。 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，它溶入了软件工 程领域的新思想、新方法和新技术，采用一套成熟的建模技术，除了最常用在建立软件系 统模型之外，还可以用于描述机械系统、企业结构、商业系统等等，可以对任何具有静态 结构和动态行为的系统进行建模。 工作流建模技术一直是工作流技术研究的重要课题之一，国内外研究人员已经在这方 面提出了许多有价值的方法，本文分析了传统的工作流建模方法，指出了传统工作流建模 方法存在的不足，并对u m l 的建模能力进行了分析，结合工作流管理系统的系统结构和 u m l 的特点以及在分析其它工作流建模理论的基础上，对利用i j m l 进行工作流建模进行 了分析研究，并提出了一种基于扩展的u m l 活动图的工作流建模方法。 本文的主要研究工作及创新如下： 1 研究了当前的工作流建模方法，分析了传统的工作流建模方法存在的问题，对u m l 活动图的建模能力进行了研究； 2 对利用u m l 进行工作流建模进行了研究，给出了工作流建模的流程，从用例视图、 活动视图、状态机视图和交互视图四个方面给出了基于u m l 的工作流建模方法，并作了具 体的分析； 3 提出了一种基于扩展u m l 活动图的工作流建模方法，把在过程模型中涉及的主要 内容分成三类，分别是控制信息、活动、触发信息，并对业务过程中的控制信息、活动、 触发信息进行了扩充，并进一步讨论了该方法存在的优势； 4 用非形式化的语义定义了基于扩展l i m e 活动图的建模方法的建模元素、路由结构、 建模规则及执行规则，并用形式化的语义加以定义。 本文的最后总结了本文的研究成果，指出了不足和下一步的研究工作。 本文提出的基于扩展u m l 活动图的工作流建模方法通过对u m l 活动图的扩展，丰富 坐查! 至蔓查兰塑主兰堡堡塞 了活动图所描述的业务元素的多样性，增加了数据流和对工作流模型的结构化分析，拓宽 了原有表达方式的局限，可以从最基本的角度来刻画整个业务过程，既能清楚地描述整个 过程的业务信息，又不至于让系统显得纷繁复杂。 关键词：工作流；工作流模型；过程定义；u m l 活动图 中图分类号：t p 3 0 2 l i 一 些奎堕垄奎兰堡主兰篁笙壅 r e s e a r c h e so nm o d e l l i n go fw o r k f l o wb a s e do n t h eu m l a b s t r a c t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi st h er e s e a r c hh o t s p o ti nc o m p u t e ra p p l i c a t i o nd o m a i n e n t e r p r i s e b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n ga n da n a l y s i si n - d e p t hw i t hw o r k f l o wt e c h n o l o g yc a nn o r m a l i z e e n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s ，f i n dt h ei r r a t i o n a la n di n e f f i c i e n ts e c t i o n ，t h e no p d m i z ea n dr e g r o u p t h eb u s i n e s sp r o c e s s ；i m p r o v et h ee f f i c i e n c yr o u n d l y a n de n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e li s a l s ot h ei m p o r t a n tr e p o s i t o r ya n dr e g u l a t i o n sw h i c hc a ni n s t r u c te n t e r p r i s et oi m p l e m e n t c o m p u t e ri n f o r m a t i o n a lm a n a g e m e n t m o d e l t h e r e f o r e ，s t u d y i n gd e e p l y a n da d v a n c i n g e n e r g e t i c a l l yw o r k f l o wt e c h n o l o g yh a v eai m p o r t a n tr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c ew h i c hc a np r o m o t e n o r m a l i z a t i o na n di n f o r m a t i z a t i o no fe n t e r p r i s em a n a g e m e n t ，t h e ni m p r o v ee c o n o m i c e f f e c t i v e n e s s u m li sak i n do fl a n g u a g e ，w h i c hi sw e l ld e f i n e d ，e a s i l yt oe x p r e s s ，p o w e r f u la n dc a nb e c o m m o n l yu s e d i th a st h en e w m e t h o da n dn e wt e c h n i q u eo f t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g i ta d o p t s as u i to f m a t u r em o d e l i n gt e c h n i q u e i tc a nb eu s e dt od e s c r i b et h em a c h i n es y s t e m ，e n t e r p r i s e f r a m e w o r ka n db u s i n e s ss y s t e ma sw e l la ss e tu pt h ec o m m o n l yu s e ds o f t w a r es y s t e mm o d e l i n g i tc a r la l s ob u i l dt h em o d e l i n go fa n yk i n ds y s t e m ，w h i c hh a st h es t a t i cs t a t es t r u c t u r eo rd y n a m i c s t a r ea c t i o n w o r k f l o wm o d e l i n gt e c h n o l o g yi so n eo ft h ec o r ep r o b l e m si nt h ea r e ao fw o r k f l o w t e c h n o l o g y r e s e a r c h e r sh a v eg i v e nu s al o to fv a l u a b l em e t h o d s t h i sp a p e ra n a l y s e st h e t r a d i t i o n a lw o r k f i o wm o d e l i n gm e t h o d s ，p o i n t so u tt h ed r o pa n dl a c ko ft h e ma n da n a l y z et h e m o d e l i n ga b i l i t yo f t h eu m l a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e so fm o d e l i n gt h ew o r k f i o ww i t hu m l a r e d o n eb a s e do na n a l y z i n gf u n c t i o n so fw f l v i sa n dt h ea b i l i t yo fu m l a tl a s t ，b r i n g sf o r w a r da k i n do f w o r k f l o wm o d e l i n gm e t h o db a s e do ne x t e n d e du m l a c t i v i t yd i a g r a m t h em a j o rr e s e a r c hw o r k sa n di n i t i a t i v ep o i n t si nt h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 r e s e a r c h i n gt h em e t h o d so fc u r r e n tw o r k f l o wm o d e l l i n g ，a n a l y z i n gt h ed e f i c i e n c yt h a t e x i s ba n dc a r r y i n go na n a l y s i st ot h ea b i l i t yo f u m la c t i v i t ym o d e l l i n gd i a g r a m ； 2 g i v i n gd e t a i l e da n a l y s i sa n dr e s e a r c hi nu s i n gu m l t om a k et h ew o r k f l o wm o d e l ，g i v i n g t h ef l o w o f w o r k - f l o wm o d e l l i n ga n ds h o w i n gt h eb a s i cm o d e l l i n gm e t h o dw i t hu m lf r o mf o u r a s p e c t s ，t h e ya r eu s i n gc a s dv i e w , a c t i v i t yv i e w , s t a t em a c h i n ev i e wa n di n t e r a c t i v ev i e w a tl a s t 山东师范大学硕士学位论文 g i v i n gt h es p e c i f i ca n a l y s i s ； 3 b r i n g i n gf o r w a r dam e t h o do f w o r k f l o wm o d e l i n gb a s e do nt h eu m la c t i v i t yd i a g r a m ， d i v i d i n gt h em a i nc o n t e n ti n v o l v e di nt h ep r o c e s sm o d e l i n gi n t ot h r e es p e c i e s ，t h e ya r ec o n t r o l i n f o r m a t i o n ，t o u c h i n go f fi n f o r m a t i o na n da c t i v i t y , e x t e n d i n gt h e ma n dg i v i n gt h ea d v a n t a g e so f t h i sm e t h o d 4 d e f i n i n gt h em o d e l i n ge l e m e n t s ，r o u t i n gs t r u c t u r e ，m o d e l i n gr u l ea n de x e c u t i n gr u l eo f t h en e ww o r k f l o w m o d e l i n gm e t h o d i nn o n - f o r m a l i z e da n df o r m a l i z e dm e t h o d l a s t l y , g i v eas u m m a r yo ft h i sp a p e r , p o i n to u tt h es h o r t c o m i n ga n dp r e v i e wt h ef o l l o w i n g j o b ， t h ee x t e n d e do ft h eu m l a c t i v i t yd i a g r a me n r i c h e st h ev a r i e t yo ft h eo p e r a t i o ne l e m e n ti n t h ea c t i v i t yd i a g r a m ，i n c r e a s e st h ed a t as t r e a ma n dt h es t r u c t u r e da n a l y s i so f t h ew o r k f l o wm o d e l ， a n da d d st h ee x p r e s s i o nm a n n e r i tc a nd e p i c tt h ew h o l e o p e r a t i o np r o c e s sf r o mt h eb a s i cp o i n to f v i e w b e s i d e so f t h i s i tn o to n l yc a n d e p i c tt h eo p e r a t i o ni n f o r m a t i o no f t h ep r o c e s sd i s t i n c t l y , b u t a l s oc a nm a k et h es y s t e ml o o kl e s sn u m e r o u sa n d c o m p l i c a t e d k e y w o r d s ：w o r k f l o w ；w o r k f o wm o d e l ；p r o c e s sd e f i n i t i o n ；u m la c t i v i t yd i a g r a m c l a s s i f i c a t i o n ：t p 3 0 2 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，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( 注：如没有其他需要特别声 明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名： 时培芳聊擗1 钔u l 吒 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 匡l 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂 查l 可以将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 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 时碡一暑 签字日期：2 0 0 6 年，月隐目 聊擗 兹o 吃 签字日期：2 0 0 年妇c 占日 山东师范大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 工作流是从英文单词w o r k f l o w 翻译而得来。单词w o r k 表示工作或者任务，单词f l o w 的含义是流动、流程或者流量等。f l o w 反映了一种变化以及变化的过程，它本身的含义比 较抽象，但是当它与某个具体的过程相联系时就有了具体的含义。在企业的经营管理与生 产组织中，用活动及活动之间变化的过程表示的业务流程就是工作流。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有程序的固有常规活动而提出 的一个概斜4 ”。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，达到提高办事效率、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1 2 】。 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 s 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 ) 的日 益成熟，都说明了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己成为一种趋势。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、更为广阔的领域上对工作流展开了研究。 工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( 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 ，简称 w f m c ，是负责工作流技术标准化工作的国际权威组织) 于1 9 9 3 年成立。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的划分出了自己的一席之地，相应的概念与 术语也得到了人们的承认。在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发进入 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。 工作流模型是业务过程的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【3 j 。由于工作流需要在计算机环境下运行，因此建立相应的工作流模型是必不可少 的，而且，工作流模型是对工作流的抽象表示，它的好坏直接关系到整个工作流管理系统 - ( w o r k f o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的优劣。因此工作流建模方法的研究是整个工作流技术研 1 些查! 亘垄查堂塑主兰垡丝塞 究中首要盼关键问题。理想的工作流模型应该能够清楚地定义任意情况下工作流，能够适 应用户在建模过程中所提出的各种要求以及在工作流模型执行过程中也能够动态修改并能 应对一般的异常情况。目前，虽然人们基于多重考虑从多个角度提出了多种工作流建模方 法，但是从模型的描述能力、适应性、健壮性以及柔性上来看，距离这一理想目标还有相 当的距离。 工作流技术是实现企业业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优化、业务过程 管理与集成，从而最终实现业务过程自动化的核t l , 技术，所以大力发展并推广工作流技术 对于促进我国企业管理规范化和信息化有重要的现实意义。 1 2 本文的主要内容和组织结构 本文主要研究了基于u m l 的工作流建模方法，并对u m l 进行了相应的扩展，共分六 章，各章安排如下： 第一章绪论。介绍了本文的研究背景和组织结构。 第二章u m l 和工作流技术概述。对u m l 和工作流技术进行了研究和探讨，并指出了 u m l 在工作流建模方面存在的优势。 第三章工作流过程建模方法。分析了常用的工作流建模方法和研究现状，指出了当前 工作流建模方法存在的不足，并对u m l 活动图的建模能力进行了深入的分 析。 第四章基于u m l 的工作流建模。对利用u m l 进行工作流建模进行了分析研究，给 出了工作流建模的流程，从用例视图、活动视图、状态机视图和交互视图四个 方面来阐述工作流建模方法，给出了具体的分析。 第五章一种基于扩展u m l 活动图的工作流建模方法。提出了一种基于u m l 活动图 的工作流建模方法，并阐述了该方法的建模元素、路由结构、建模规则及执行 规则，用形式化的语义加以定义。 第六章总结与展望。总结本文所做的工作，并对下一步的工作做了展望。 2 山东师范大学硕士学位论文 2 1 工作流技术概述 2 1 1 工作流的定义 第二章u m l 和工作流技术 自从二十世纪八十年代出现工作流技术以来，不同的研究者对工作流分别提出了不同 的定义，但到目前为止，对于工作流的概念人们仍然没有达成统一的意见，没有一个统一 而标准的定义。下面列举一些研究工作流问题的组织和学者的有代表性的定义，它们分别 从不同的角度对工作流概念进行了描述： 1 工作流管理联盟的定义：根据工作流管理联盟的定义，工作流是一类能够完全或者 部分自动执行的经营过程，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【4 。 j 2 g i g a g r o u p 的定义：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、每一步由谁负责以及每一个活动所需要的应用程序【5 】。 3 a m 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，这些任务由不同的处 理实体完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可以以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、一条信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【6 j 。 4 w m ev a i ld e r a a l s t 的定义：工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多 种方式，比如工作x 与y 满足x y ，当且仅当x 在y 开始之前就已经就绪口1 。 5 i b m a 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一个活动所需 要的应用程序嗍。 6 g e o r g a k o p o u l o s 的定义：工作流是将一组任务组织起来完成某个经营过程。在工作 流中定义了任务的触发顺序和触发条件。每个任务可由一个或多个软件系统完成，也可以 由一个或一组人完成，还可以是由一个或多个与软件系统协作完成。任务的触发顺序和触 发条件用来定义并实现任务的触发、任务的同步和消息流( 数据流) 的传递1 9 。 w -4 以上这些对工作流的定义，是用非形式化语言对工作流所进行的描述，虽然各有不同， 山东师范大学硕士学位论文 但基本上都达成了这样一个共识： 工作流是经营( 业务) 过程的一个计算机实现，并包括以下几个本质的问题，即业务 过程是什么( 由那些活动或任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么做( 活动间的执行条件、 规则及需要交互的信息，也就是控制流和数据流的定义) 、由谁来做( 人或计算机应用程序， 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) 。 研究和实践表明，工作流实质上是一个活动流和资源流并行的业务过程，对资源流管 理是工作流管理追求的一个关键性的指标【l 。 2 1 l2 工作流过程定义 根据w f m c 的定义，过程定义是业务过程的一种表示，这种表示具有支持自动操纵( 例 如建模或者被工作流管理系统执行) 的形式。过程定义包含活动的网络以及它们之间的关 系、表示过程开始和终止的规则以及关于单个活动的信息( 例如参与者，相关的应用程序 和数据) 等。 过程定义可以用于： 1 作为模板，用于在过程执行期间生成过程实例。 2 用于系统仿真。 3 作为监控和分析执行过程的基础。 下面根据w f m c 给出的元模型，简单介绍过程定义的主要组成部分。 i 活动 一个过程定义包含了一个或多个活动，在每一个活动中都包含一些逻辑的工作，这些 工作被资源( 由参与者说明) 和或计算机应用( 由应用程序说明) 处理。 活动包括自动活动和人工活动两种。自动活动能够被w f m s 自动调用和执行，不需要 人的干预。尽管真正执行该活动的可能是其他的程序或服务，但对于用户来说，该程序或 服务是完全隐藏的。因此，在建模阶段，可以认为该活动是由w f l v i s 执行完成的。 另一种活动是手工活动。手工活动无法自动执行，需要人的参与。 活动可以是一个子工作流，这时，活动是到另一个过程定义的引用或调用。有时；需 要工作流的相关数据在调用和被调用的过程之间传递。 通常的活动是执行一些任务的活动，还有一类活动是伪活动，伪活动不处理任何任务， 它只是简单的在输入转换和输出转换之间进行路由决策。由于伪活动同转换密切相关，因 此将在转换一节详细讨论。 一个同活动关系密切的对象是最后期限( d e a d l i n e ) 。最后期限是一个基于时间的约束， 4 些查塑垄查兰塑主兰堡堡塞 它要求在这个特定的时间点到达之前，活动必须完成，否则，将采取相应的应对措旌。 活动包括前缀条件和后缀条件。前缀条件被w t m s 评估，用于确定一个过程或活动是 否应该开始；后缀条件也被w t m s 评估，用来确定一个过程或活动是否已经结束。 2 转换 活动通过转换相互联系。基本的路由转换结构包括： ( 1 ) 顺序：顺序是指两个或多个活动的实例依次执行，只有前一个活动结束时，后一个 活动才能开始执行；所有这些活动共享同一个线程。 ( 2 ) 并发：并发是指两个或多个活动的实例在一个过程实例中同时进行，每一个活动实 例使用一个单独的线程。一个并发通常开始于一个a n d s p l i t ，结束于一个a n d j o i n 。 ( 3 ) 转换条件：转换条件用来选择不同的执行路径，它是逻辑表达式。转换条件被w i m s 评估，用来决定转换的路由。在x p d l 语言中，使用x o r - s p l i t 和x o r j o i n 类型的转换， 也就是说，转换的各个分支中有且只有一个能够被w f m s 选择。 ( 循环：循环是指一个活动被反复执行，直到满足一定的条件时才退出。 3 数据 在一个工作流系统中有三种数据： ( 1 ) 应用数据：应用数据是指应用程序独有的数据，它不能被w f m s 访问：也就是说， 它对于w f m s 的控制和路由机制是不起作用也是不可见的。因此，在过程定义中，不考虑 应用数据。 _t ( 2 ) 工作流相关数据：工作流相关数据被w i m s 用来确定状态转换。它通常用在前缀和 后缀条件、转换条件中。它既可以被活动中的应用程序操纵，也可以被工作流引擎操纵。 ( 3 ) 工作流控制数据：工作流控制数据是被w f l v i s 管理的数据。这些数据只存在于w f m s 内部，无法被应用程序访问。它通常用来表示工作流系统的当前状态。 在工作流建模过程中，只需要考虑工作流相关数据。 4 参与者 参与者是指执行工作流活动实例的资源。通常情况下，参与者是指具有各种权限或扮 演各种角色的人。这些参与者依靠一些应用程序或服务，完成属于他们自己的任务。在传 统的工作流建模过程中，通常在图形化构造时期忽略参与者，而将活动简单的看作可以被 任何参与者完成。在后面可以看到，由于活动图中具有泳道这一机制，因此可以十分轻松 地建模参与者。 5 事件 事件是指一些特定条件的出现，它导致w f l v l s 采取一个或多个动作。一个事件有两部 5 山东师范大学硕士学位论文 - - - i 这些条件导致了特定动作的 分组成：一个是触发器，它是预先定义的一系列触发的条件， 执行；另一个是动作或响应，它是对一个触发条件的响应。 事件既可以被w f l v i s 直接捕捉，也可以被特定的应用程序处理。 2 1 3 工作流管理系统 工作流管理联盟认为，工作流所要解决的主要问题是使在多个参与者之间按照某种预 定义的规则传递文档、信息或任务的过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标，或者 是促使此目标的实现；而工作流管理系统( w f m s ) 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动下完成工作流的执行和管理。w f m c 给出的关于工作流管理系统的定义是”l ：工作流管理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。从计 算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，简称c s c w ) 研究的角度来 看，w f m s 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、协同编辑系统等) ，向着 支持形式化、结构化协作的进一步发展。 工作流管理系统与传统的信息系统相比具有很多优势，首先，通过跟踪工作流各个活 动的状态，自动协调由人或应用程序完成的任务以实现业务的自动流转特性：其次，工作 流管理通过分隔过程逻辑和业务逻辑来提高系统的灵活性，提高软件重用和异构软件的集 成【1 1 】。 2 1 4 工作流管理系统特。眭 w f m s 是对工作流运行进行管理，但是并不包含对工作流活动执行的功能，工作流活 动的执行完全是由与工作流管理系统通过工作流a p i ( 应用编程接口) 相连的人和应用程序 ( 即系统所处的环境) 来完成，准确的说是由应用程序自动完成或者是由人操作应用程序 来完成，即w f m s 通过与其外部环境进行交互来完成工作流活动的执行。因此，工作流管 理系统是一种反应型的系统( r e a c t i v es y s t e m ) 1 2 7 1 。 反应型的系统是一个与其环境不断进行交互的系统，其目的是维持与其环境自寸交互而 不是得到个最终的运算结果i 挖】。反应型的系统与其环境是并发执行的，在反应型系统中， 必须要区分一个活动是由系统执行还是由环境来执行。反应型系统最重要的特性就是它与 所处的环境具有持久的交互性，它总是被动的处于等待环境触发的状态中，然后根据不同 6 山东师范大学硕士学位论文 的触发对环境做出不同的响应。 工作流管理系统在运行过程中也需要同所处的环境不断的交互以完成它的功能，符合 反应型系统的特性，所以工作流管理系统是一种反应型的系统，并且具有以下的特性 1 3 ： 反应性：反应型的系统能与它所处的环境并发执行并可以通过对外部环境所产生的输 入事件进行响应实现交互，这种响应叫做反应。对于w f m s 来说，这种响应就是启动外部 环境去执行新的工作流活动。 协作性：w f m s 自己不能执行活动，它仅仅协调外部环境中的人或应用程序来执行活 动，并且，在分布式工作流系统中，各分布工作流管理系统需要相互协作来共同完成整个 工作流的执行。因此w f m s 应该具有协作性，根据工作流过程模型定义来协调执行实体( 人、 应用程序) 或分布工作流管理系统对工作流活动的执行顺序。 开放性：w f m c 为了实现异构工作流管理系统之间的互操作以及工作流管理系统内部 组件之间很好的集成而定义了标准的工作流a p i ( 应用编程接口) ，另外w f m s 的运行必须 要和外部环境进行交互完成，这些都说明w f m s 是一个开放的系统。 基于此，在为工作流建模时就要充分考虑w f m s 的特性，选择能够描述反应型系统的 建模方法和工具，这样才能建立符合需求的良好的模型来。 2 1 5 - 2 1 2 作流管理系统模型 工作流管理系统的概念起源于2 0 世纪8 0 年代初，工作流管理联盟对工作流管理系统的 定义为：工作流管理系统是一个软件系统，它负责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过程实例的执行。不同的工作流管理系统具有不同的应用 范围和实旌方式。1 9 9 4 年1 1 月，工作流管理联n ( w f m c ) 发布了工作流管理系统参考模型， 如图2 1 所示： 7 山东师范大学硕士学位论文 ，_ _ - 。_ 。_ 。_ - - - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ - - - _ - - _ _ - _ _ _ _ 一 图2 1 工作流管理系统模型 该模型定义了一个基本的工作流管理系统所需要的过程定义工具、工作流执行服务、 其他的工作流运行服务、客户应用程序、被调用应用程序和管理及监控工具六个基本功能 构件，并且制定了功能构件之间的接口标准。下面对模型的几个重要部件做进一步的分析 与研究。 1 过程定义工具 过程( p r o c e s s ) ：指一个业务流程，该流程可能包括计算机实现的部分和手工实现的部 分；工作流( w o r k f l o w ) ：过程中计算机实现的部分；活动：组成整个过程的一个具体步骤； 实例：组成过程或活动的一次运行称为一个过程实例或活动实例。通过过程定义工具，用 户对实际业务过程进行分析、建模，并生成业务过程可被计算机处理的形式化描述。过程 定义工具产生过程定义数据，供工作流执行服务实例化工作流时使用。过程定义的方法是 工作流管理系统的一项非常重要的内容。一个好的定义方法不但应该有能力解释所有系统 涉及的业务流程，而且应该易于理解与使用。 2 工作流执行服务 工作流执行服务的主要功能是：通过解释过程定义数据，完成工作流实例的创建，控 制实例流程的执行；生成有关的工作项通知用户进行处理；调用相关程序进行工作流数据 的处理。工作流执行服务通常由一个或多个工作流引擎支撑，多引擎的处理情况是每个引 擎处理过程中的若干个活动或一个活动由多个引擎协调处理。在网络环境中，这些工作流 引擎可能集中在同一个物理位置上工作，形成集中式的系统，或者分布在不同的物理位置 上，：形成非集中式的系统。此外，不同的工作流引擎还必须具备相互通信的能力，这些引 r 山东师范大学硕士学位论文 擎可能属于一个非集中式的工作流系统，也可能属于两个或多个工作流系统。 工作流执行服务完成对工作流应用数据、工作流相关数据、工作流控制数据的处理。 3 工作流客户应用 工作流客户应用的主要功能包括两方面，第一，接受来自于工作流执行服务的工作项 列表，把列表中的每一个工作项传送到相应的用户界面，提醒用户进行处理；第二，向参 与者提供完成业务工作的手段，可以通过内嵌的客户程序，也可以通过外部的应用程序。 4 工作流被调应用 工作流被调应用是完成实际业务工作的具体应用程序，它本身并不属于工作流管理系 统，但工作流管理系统必须研究如何与这些应用程序进行通迅，其中包括应用程序的调用， 数据的传递等。 5 管理和监视工具 管理和监视工具负责监控工作流的执行，察看和改变工作流的活动状态。 工作流参考模型定义了工作流应用程序结构之间的接口，这些接口允许程序在不同层 次上的交互操作。所有的应用程序都包含了相互作用的应用部件，不同的产品其部件的作 用能力不同，为了完成工作流产品之间的交互操作，对其部件接口和数据交换格式进行标 一 一 准化就非常必要。根据接口，可以构建不同的交互操作情况，识别市场上不同层次产品的 性能。 2 2u m l 概述 2 2 1u m l 的发展 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) n r a t i o n a l 软件公司的三位面向对 象专家g r a d y b o o t h 、j a m e s r u m b a u g h 和i v a rj a c o b s o n 于1 9 9 7 年1 月正式提出，并提交给美国 面向对象行业的管理组织( o m g ) 审核，又经多年的积累而形成的一套基于面向对象的建 模技术。同年1 1 月，u m l1 1 被o m g 接纳为行业标准推出。在1 1 版本正式通过后，u m l 进 入修订阶段。0 m g 设立修订任务组( r t f ) ，广泛征求公众意见，对u m l 进行修改。经过 小型编辑修订，推出1 2 版本；经过两次小型技术修订，于1 9 9 9 年6 月推出1 3 版本，于2 0 0 1 年2 月推出u m l1 4 版本，该版本精心设计了行为和过程的语义，还特别为行为语言、执行 建模行为和过程的语言定义语义，但没有定义语法。行为或过程模型称为行为建模。经小 型修订，o m g 建立了u m l1 x ( 即1 4 x 或1 5 ) ，又经大型修订，建立了u m l 2 0 版本【1 4 l 。2 0 版本重点强调可扩展性、语言体系结构、模型管理和行为语言语义，使u m l 的表示性更好， 9 山东师范大学硕士学位论文 更为精确。 2 2 2u m l 的模型图 i m ，是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，它不仅统一了 b o o c h 、r t m a b a u g h 和j a c o b s o n 的表示方法，而且对其做了进一步的发展。它溶入了软件工程 领域的新思想、新方法和新技术，采用一套成熟的建模技术，广泛适用于各种应用领域。 u m l 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，除了最常用在建立软件系 统模型之外，还可以用于描述机械系统、企业结构、商业系统等等，可以对任何具有静态 结构和动态行为的系统进行建模。 u m l 主要包括下列两类图： 一类是静态模型图。静态模型图描述了的是系统的与时间不相关的属性和行为。静态 模型图包括类图、对象图、构件图和配置图。其中： 类图：类图描述的是类和类之间的相互关系。类之间的相互关系包括：关联 ( a s s o c i a t i o n ) 、依赖( d e p e n d e n c y ) 、泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 以及实现( r e a l i z e ) 。 对象图：对象图描述的是对象之间的关系，也可以理解为系统在某一个时刻的图像。 对象图是在比较具体的层次上描述，比如描述一个系统的各个类的对象是如何组合的。对 - 一 象图没有类图那么复杂，对象的表示和类相似，只是在名字域要标明对象名和所属类名， 两者用冒号分隔，属性域要标识出属性的具体值，对象之间的关系都是用实线段相连。现 在很少将对象图独立画出来，一些c a s e 2 1 2 具，虫l l r a t i o n a l r o s e 2 0 0 2 就没有提供对象图。 构件图：构件图描述系统中的构件以及构件之间的依赖关系，构件图是在很具体的层 次描述系统的物理结构。构件图有以下几个主要的模型元素：构件、接口、依赖关系。 配置图：配置图描述任何基于计算机的应用系统的物理或逻辑的配置。它可以描述系 统硬件的物理拓扑结构和在此结构上执行的系统软件，也能描述系统节点的拓扑结构和通 信路径、节点上运行的构件、构件中的逻辑单元等。 另一类是动态行为模型图，动态行为模型图描述了系统随时间变化的行为。动态模型 图包括：用例图、状态图、活动图、顺序图和协作图。 用例图：用例图从用户的角度来描述系统的行为和特征。用例图一般是用来进行系统 的需求分析的工具。用例是系统的一个功能单元，描述了参与者与系统发生的一次交互行 为。例如：银行的a t m 自动提款机系统，用户提款就是一个用例。用例图有以下几种模型 元素：用例( u s ec a s e ) 、参与者( a c t o r ) 、关联关系( a s s o c i a t i o n ) 、包含关系( i n c l u d e ) 、 扩展关系( e x t e n d ) 以及泛化关系( g e n e r a l i z a t i o n ) 。 1 0 山东师范大学硕士学位论文 顺序图：顺序图通过描述对象之间的交互来表达被描述对象的行为。顺序图重点强调 对象交互的时间性、顺序性。顺序图有一定的结构，可以将顺序图看成一个二维坐标，纵 向上表示的是不同的对象，横向上是顺序的时间。顺序图常用的模型元素有：对象( o b j e c t ) 和消息( m e s s a g e ) 。 协作图：协作图描述在一定的语境中一组对象以及用来实现某些功能的对象之间的相 互作用和对象之间的关系。协作图可以看成是在对象图的基础上，加入了对象之问的消息 通讯以描述对象之间的交互。与顺序图不同，协作图重点是在空间上描述对象的交互。协 作图除了具有对象图的模型元素之外，就是加入了消息( m e s s a g e ) ，消息是对象之间的通 讯，从而实现对象的交互。 状态图：状态图以状态的概念描述对象、子系统、系统在生命周期中的各种行为，简 单的说就是一个状态图只描述某一个对象( 可以是类、程序模块、系统) 的行为。通过状 态图可以知道一个对象、子系统、系统的各种状态及其收到的消息对其状态的影响。世界 万物都有可以描述的状态，因此都可以通过状态图来描述他们的行为，状态图具有很强的 表达能力。状态图有以下几种常用的模型元素：状态( s t a t e ) 、转换( t r a n s i