（计算机应用技术专业论文）基于知识的工作流管理系统模型研究与实现.pdf

摘要 工作流管理系统w f m s ( w o r k f l o w m a n a g e m e n t s y s t e m ) 是计算机集成制造系统及企 业资源规划研究领域的一个重要分支， 它已经被实践证明能够大大提高管理过程的效率， 所以已经被广泛应用于办公自 动化、 计算机辅助设计、 群件应用及业务流程重组等领域。 但是， 目 前对于工作流管理系统的研究主要停留在具体的应用上， 尚不存在一种完备的、 通用的体系结构。虽然国际工作流管理联盟也为此制定了标准， 但它所关注的仅仅是抽 象的顶层结构， 并没有涉及到底层模块的详细设计。 同时， 现有的工作流管理系统大都缺 乏灵活性和可扩展性， 在流程模型的表示机制及系统的控制上缺乏柔性，无法自 动适应 流程在实际执行过程中的变化，这在一定程度上阻碍了系统的发展。因此构建灵活的、 能够自 适应的、智能化的工作流管理系统模型已成为工作流研究工作的重点。 由于传统的工作流管理系统在模型的表述及过程控制等方面并不具备实现 “ 智能 化” 的机制， 为了实现灵活的、 智能化的系统， 必须将人工智能领域中的技术与工作流 管理系统相结合， 按照人工智能中智能化系统的模型表示及控制方法对系统的模型进行 重新定义，使其在 “ 底层”机制上就具备实现智能化的能力，为进一步 “ 智能化”的实 现及研究打下基础。 人工智能技术与系统开发技术的结合， 也是现代系统与传统系统区 别的重要标志。 基于此， 本研究将人工智能中具有完备理论基础的专家系统的相关理论、 技术与工 作流技术相结合， 论述了二者在模型表示上的一致性， 按照专家系统中智能化系统的表 示及控制方法对系统的模型进行了重新定义， 提出了基于知识的工作流管理系统总体模 型，系统由过程定义工具、规则库管理模块、工作流引擎、 推理机、工作流解释机及数 据库模块所组成。 进一步探讨了 模型中各功能 模块的 组成和作用， 系统的 执行及控制方 法， 如冲突消解策略等，并利用实际的案例开发证明了系统的可行性。 实践证明， 采用 这种新的模型表示方法能够有效增加系统的柔性， 解决流程过程僵硬、 对环境变化缺乏 适应性的问题，为进一步的继续研究打下良 好的基础。 关键词:工作流模型 工作流管理系统 专家系统 w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m i s o n e o f t h e m o s t i m p o rt a n t a s p e c t s o f t h e r e s e a r c h i n i n t e g r a t i o n m a n u f a c t u r e s y s t e m . a n d i t h a s b e e n p r o v e d t o i m p r o v e t h e e f fi c i e n c y o f m a n a g e m e n t p r o c e s s . s o i t h a s b e e n u s e d i n o f f i ce a u t o m a t i c , a u t o c a d a n d s o m e o t h e r a r e a . b u t t h e r e s e a r c h i n w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m i s m a i n l y f o c u s o n a p p l i c a t i o n , t h e r e i s n o c o m m o n s t r u c t u r e . t h e i n t e rn a t i o n a l w o r k fl o w l e a g u e e s t a b l i s h a s t a n d a r d , b u t i s f o c u s o n t h e t o p a b s t r a c t l e v e l , i t d o e s n t m e n t i o n t h e c o n c r e t e l y d e s i gn. n o w t h e w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m h a v e a li m i t a t i o n i n t h e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r o c e s s m o d e l , a n d i t h a s b e c o m e a n o b s t a c l e i n d e v e l o p o f t h e s y s t e m . s o t h e m o s t i m p o rt a n t t h i n g i s t o b u i l d a n a g ili t y a n d i n t e l li g e n ce m o d e l . b e c a u s e t h e t r a d i t i o n w o r k fl o w s y s t e m h a v e n o f o u n d a t i o n i n i n t e l l i g e n c e , t o b u i l d t h e i n t e l li g e n ce s y s t e m a n d s o l v e t h e p r o b l e m o f p r o ce s s m o d e l , m u s t r e d e fi n e w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m m o d e l u s i n g a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n ce t e c h n o l o g y , s o t h e s y s t e m w i l l h a v e t h e a b i l i t y t o i m p l e m e n t a r t i f i c i a l i n t e l li g e n ce i n t h e f u n d a m e n t a l . u s i n g a i t e c h n o l o g y i s a n i m p o r t a n t m a r k o f t h e m o d e m s y s t e m . b e c a u s e t h e r e a r e m a n y t h e o r i e s i n t h e r e s e a r c h o f t h e e x p e rt s y s t e m , t h i s a rt i c l e d i s s e rt a t i o n t h e c o n s i s t e n c y o f w o r k fl o w m a n a g e m e n t m o d e l a n d e x p e rt s y s t e m m o d e l , d i s c u s s t h e w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m m o d e l b a s e d o n k n o w l e d g e , t h e m o d e l i n c l u d e t h e p r o c e s s d e f in e t o o l s , r u l e s m a n a g e m e n t t o o l s , w o r k fl o w e n g i n e , w o r k fl o w c o n s e q u e n c e m o d u l e , w o r k fl o w in t e r p r e t to o l s a n d d a t a b a s e s y s t e m m o d u l e . t h e m o d e l m a k e w o r k f l o w m a n a g e m e n t s y s t e m h a s a b i l i t y t o i m p l e m e n t i n t e l li g e n ce , a n d e x p l a i n t h e f u n c t i o n o f e a c h m o d u l e i n s y s t e m a n d t h e w a y t o c o n t ro l t h e s y s t e m . i t h a s b e e n p r o v e d t h a t t h i s s o l u t i o n c a n i m p r o v e t h e a g il it y o f t h e w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m m o d e l a n d s o l v e t h e p r o b l e m o f fr e e z e p r o c e s s w h i l e b u i l d i n g t h e s y s t e m , a n d i t w i ll b e c o m e t h e f u n d a m e n t a l f o r t h e o t h e r r e s e a r c h i n t h e f u t u r e . w o r k fl o w m o d e l ; w o r k f l o w m a n a g e m e n t s y s t e m ; e x p e r t s y s t e m 独创性声明 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己经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东北师范大学或其他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谢意。 学位论文作者签名二 童 斗 或 红 日 期 : 7 a o s . ) . ” 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位 论文的规定，即:东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权东北师范大学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、缩印或其它复制手段保存、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:指导教师签名 期 : 再2 s - - 3 0 日 期: 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 引言 随着计算机在日 常工作中的广泛应用， 人们的许多工作己 越来越多地依靠计算机而 得以 完成。与此同时， 各种类型的信息系统也被广泛地使用来支持这些工作。 但这些系 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、 以协同完成某个共同的任务方面有着比 较严重的不足。 这也就是工作流管 理系 统( w o r k f l o w m a n a g e m e n t s y s t e m w f m s ) 自 进入9 0 年代以 来吸引了 来自 研究 机构与 产业界广泛关注的重要原因。 工作流技术作为一种过程建模和过程管理的核心技术， 可以与其他应用系统有效地 结合， 生成符合企业需求的各种业务管理系统， 如办公自 动化系统、 项目 管理软件、 p d m 系统、客户关系管理系统、供应链管理系统、e r p 系统等。这些采用工作流技术作为核 心开发的业务管理系统的最大特点，也是这些系统与普通的应用软件系统的最大差别， 是它们具有高度的灵活性，可以按照企业的具体需求，快速灵活地生成应用软件系统， 并且在客户业务过程发生变化时，迅速地进行重组来满足客户的需求。 因此工作流技术是实现企业业务过程建模、 业务过程方针分析、 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的自 动化的核心技术。 对企业利用工作流方 法进行业务过程的建模和深入分析不仅可以 规范化企业的业务流程， 发现业务流程中不 合理的环节， 进而对企业的业务过程进行 优化重组， 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管理信息系统的模 型。 在深入分析企业需求基础上建立的企业业务模型可以 在最大程度上提高企业实施 e r p或者其他管理信息系统的 成功率m 。它的出现也促进了 企业的计算机应用水平上升 到一个新的阶段， 即从支持企 业功能实现的 事物处理系 统发展到支持企业实现经营目 标 的业务处理系统， 所以，也有人将工作流管理系统称为企业的业务操作系统 ( b o s ) a 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。 目 前， 工作流技术的研究与应用在我国尚处于起步阶段， 虽然已经有不少研究人员 从不同的角度开展了工作流管理及其相关技术的 研究， 但是， 有关工作流管理系统研究 和应用中的许多关键技术问题还处于探索阶段。 如工作流过程模型的描述及工作流系统 的控制方法， 工作流模型与其他模型的集成方法等都是人们关心的问题。 国际工作流管 理联盟虽然为此制定了标准， 但它所关注的 仅仅是抽象的顶层结构， 并没有涉及到底层 模块的 详细设计。 同时 ， 现有的 工作流管理系统大都缺乏灵活性和可扩展性， 在流程模型 的表示机制上缺乏柔性， 这在一定程度上阻碍了工作流管理系统的发展。因此构建灵活 的、能够自 适应的、智能化的工作流管理系统模型己成为工作流系统研究工作的重点。 由 于传统的工作流管理系统在系统模型的表述及过程控制等方面并不具备实现“ 智 能化”的机制，为了实现智能化的系统， 必须将具有成熟理论基础的人工智能领域中的 技术与工作流管理系统相结合， 按照人工智能中智能化系统的模型表示及控制方法对系 统的模型进行重新定义， 使系统在“ 底层” 机制上就具备实现智能化的能力，为进一步 “ 智能 化”的实现打下基础。 人工智能( a i ) 技术与系统开发技术的结合， 也是现代系统 与传统系统区别的一个重要标志。 在信息处理方面， 许多学者将其引入到了 数据库、 信 息系统的 研究中， 在主动数据库、 主动信息系统等领域进行了 深入的探索， 并都取得了 不错的成果， 这对我们在其它领域的 研究具有非常大的借鉴意义。由于人工智能中专家 系统的 理论从提出 至今，己 经经历了 几十年的时间， 其理论和实践都己 经相当 成熟， 在 控制和推理方面的优势也很突出，因此， 利用专家系统的 优势和特点，将其合理地运用 到工作流管理系统中， 构建基于专家系统的工作流模型及管理系统， 使得工作流程的控 制和管理更加有序有效， 将具有很大的理论价值及应用价值， 也将提高企业管理的整体 水平。本文将其与工作流系统相结合，论述了二者在模型表示及控制机制上的一致性， 在工作流元模型的基础上提出了 基于知识的工作流管理系统模型， 并进一步探讨了 模型 中各功能模块的组成和作用，系统的执行及控制方法。 第一章 工作流管理系统概述 1 . 1 工作流管理系统产生的背景 c i m s ( c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m s ， 计算机集成制造系统) 这一 概念由 美国的j o s e p h h a r r i n g t o n 博士于1 9 7 3 年首次提出，而开始得到重视并大规模 实施则是在十年之后。 其背景是美国2 0 世纪7 0 年代的传统产业政策发生偏差， 过分夸 大了第三产业的作用，而将制造业， 特别是传统产业，贬低为 “ 夕阳工业” 、 “ 生锈了的 皮带” 。 这导致美国制造业优势的衰退， 并在8 0 年代初开始的世界性石油危机中暴露无 遗。 此时， 美国才开始重视制造业， 并决心用其信息技术的优势夺回制造业的珊主地位， 认为 “ c i m s , n o l o n g e r a c h o i c e ! . 作为计算机集成制造系统 ( c i m s ) 及计算机支持的协同工作( c s c w ) 研究的一个重要 方向， 工作流管理的主要目 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。 1 . 2 工作流管理系统的相关概念 在讨论w f m s 之前， 需要说明工作流的概念。 如果数据库系统像受人尊敬的智者讲述 的条理清晰的故事， 那么工作流就像一群乳臭未干的小子在大谈各自的 “ 哲理”。 之所 以这样讲，这是因为工作流系统还处于技术发展曲线上的初级阶段 ( 如图1 - 1 )。在这 个发展领域我们将面临一个激动人心的阶段。 为了描述这一点， 可以 和关系数据库系统 ( r d b m s ) 做一个对比。当在软件开发团队中 谈论r d b m s 时，大部分人会有一个清晰的 概念， 在你和他们交流的时候， 人们会通过轻微的点头表示认可或理解你所说的。 可当 使用工作流术语讨论工作流时， 他们会摇头表示不同 意，因为每个人对工作流术语都有 不同的理解。 根据负责w f m s 标准化2作的“ i作流管理联盟”( w o r k f l o w m a n a g e m e n t c o a l i t i o n w f m c ) 的定义， 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w f m s 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 驱动下完成工作流的 执行和管理e 者一一石协一a p e a k o f 时w6 ( ( t a t 叼) 4 %翎 抽成 只 a比创翻 说 m 峨t l r it y 图1 - 1 工作流系统与关系数据库系统的发展曲线 下面的一些概念将帮助我们对工作流和工作流管理系统有一个更好的认识。 1 . 2 . 1工作流模型( 也称作是过程定义) 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，不同的w f m s所实现的工作流模型是各不相同的，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” 方式完成的，因此导致修改工作流程上的困难，在 后来的w f m 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 ) 、 对 象模型、 语 言 动作( l a n g u a g e a c t s ) 理论、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有一个可视化的业务过程建模工具， 以使用户能够以比较直 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， 不同的过程模型各有 其不同的特点， 一个好的模型应该具有比 较强的描述能力、易于使用、易于修改以 便能 够 适 应 不 断 变 化 卿哗拜 境 的 要 求 ， 如 图1 - 2 所 示 是 一 个 业 务 过 程 的 有 向 图 表 示 ， 其 中 各 节 点 表 示 过 粗 中 的 各 个 环 节 ， 而 有 向 边 则 表 示 流 程 的 控 制 流 动 关 系 与 数 据 流 动 关 系 (4 ) 图1 - 2一个业务过程的有向图表示 4 1 . 2 . 2活动 是工作流过程中的一个逻辑步骤或环节， 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， 完成此活动所需的应用程序或数据，以 及关于此活动应如何完 成的一些限制条件( 如时间上的限制等) ， 在图1 - 2 中 所示的工作流程一共包含有五个不 同的环节， 分别表示的是一个审批过程中的不同步骤。 1 . 2 . 3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。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) ，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他所涉及的那个环 节有关的数据进行处理， 处理完之后由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， 这部分数据一般被称作是工作流相关 数据。 1 . 3已有系统的分类 根据工作流过程本身的特点、 系统建模的方式、 所使用的底层支撑技术以 及工作流 过程的执行方式等的不同可以将现有的几百种具有工作流管理功能的商品化软件产品 及原型系统进行相应的分类如下闭 : 结构化的与即席的 结构化工作流指的是在实际工作过程中会反复重复、 严格按照 某个固定的步骤进行的 业务过程， 定义此种工作流所需要的 各种类型的信息 可以 通过对 业务过程进行详细的分析而得到， 从而得到完整的过程定义并在以 后的应用过程中反复 使用，大量的办公程序， 如公文处理、审批等都属此类，即席工作流则是针对那些重复 性不是很强或没有重复性的工作流程的， 关于这类流程执行所需的有关参数( 如参加者 等) 事先无法确定， 而必须推迟到过程实例运行时才能确定， 同时在执行过程中间还可能 会发生一些意外的情况，这种动态多变的特点在提供更高灵活性的同时， 也为过程的建 模与执行带来更多的复杂性。 面向 文档的与面向 过程的 前者的侧着点在于将电 子形式的文档、 图像等在有关人 员之间进行分发， 以便能够得到不同人的处理与审阅，现有的文档管理与映象管理系统 均属此类， 在面向 过程的w f m s 中， 工作流被描述成一系列执行环节， 与各环节相应都有 待处理的数据对象，各环节的数据对象可以按不同的方式分发到其它环节中去， 如可以 将数据对象的值作为控制条件、或者依此数据对象组装成其它的数据对象等，高端的 w f m s 一般都属此类系统。 基于邮 件的 和基于数据库的 前者使用电子邮 件来完成过程实例执行过程中消息 的传递、 数据的分发与事件的通知， 低端的系统所使用的经常就是此种方法， 它可以 充 分发挥电 子邮件系统在广域环境下的数据分发功能， 但整个系统 将运行于一种松散祸合 的 模式下， 在基于数据库的w f m s 中 ， 所有的 数据都保存在某种类型的d b m s 中， 过程的 执 行实际上就是对这些数据的查询与处理，高端的大规模系统所使用的一般都是此种方 法。 任务推动的与目 标拉动的 前者指的是从过程的开始一个环节一个环节逐步地执 行， 当某个活动实例被处理完之后， 后续的有关活动将被创建并被激活， 由此直至整个工 作流程的完成， 这是目 前大多数面向 过程的w f m s 所使用的 执行方式，而在目 标拉动的 w f m s 中， 一个业务流程被看成是一个目 标， 过程实例执行时， 该目 标将被分解得到多个相 互之间按一定约束条件关联起来的可执行的多个环节， 其中各环节还可以当 成是子目 标 而进一步进行分解，在各环节均执行完毕之后， 整个过程也就完成了，目 标拉动是一种 全新的执行方式， 下一代的w f m s 将具有此种特征。 1 . 4工作流系统的目 标领域 使用 工作流系 统的目 的 之一 是 作 为 企 业应 用系统 集成 ( e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o n i n t e g r a t e ) 的平台。 在当前大部分企业级i t 架构中， 各种各样的 异构( h e t e r o g e n e o u s ) 应用和数据库运行在企业内网中。 在这些系统被应用到组织时，都有一个清晰的目 标。 例如， 客户管理、文档管理、 供应链、 订单、 支付、资源计划等等。 让我们称这些系统 为专门 应用 ( d e d i c a t e d a p p l i c a t i o n s )。 每一个专门 应用都包 含它们所支持业务流程 的领域知识。这些专门 应用中的自 动化流程，被拼装到企业中更大的非自 动化流程中。 每当一个这样的专门应用安装并投入使用， 都会带来涉及其他多个应用的新功能需求。 企业应用系统集成 ( e a i ) 就是通过使用多 个专门 应用满足软件新书求的方法。有时， 这只需要在两个应用之间提供数据通讯的通道。 专门应用将很多业务流程硬编码在软件 中。 可以 这么说， 在你购买专门 应用时， 你是购买了一组固定的自 动化业务流程。 而工 作流管理系统是不必事先知道问 题域的 相关信息的。 工作流系统 将业务流程描述作为 输 入并管理流程实例的执行， 这使得它比 专门应用更灵活 ( 当然你也要花精力编写业务流 程的规格化描述)。 这就是为什么说工作流系统和专门系统是相互补充的。 工作流系统 可以 用来管理全局的业务流程。 如果专门 应用支持你所需要的 业务流程， 那么使用专门 应用。 在此讨论的工作流系统的 第一种使用方式就是: 结 合所有的专门 应用， 使用工作 流系统构建一个e a i 平台。 工作流系统能 够发挥很大价值的 第二种使用方式是: 协助 涉及多人相关任务工 作 流软件的开发。 为了 达到这个目 的， 大部分工作流系统都有一 个方便的机制， 来生成执 行任务的表单。 对于专注于i s o或者c m m 认证的组织， 采用这种方式使用工作流系统能 够显著提高生产率。 不用将过程用文字的形式写在纸上，工作流系统使你通过流程定 义建模实现过程的自 动化 ( 如使用基于w e b 的应用)。 工作流系统的第三种使用方式是: 将工作流引擎嵌入到其他应用中。 在前面我们谈 到， 专门 应用将指定问 题域相关的业务流程固化在软件中。 开发专门 应用的公司也可以 将工作流引擎嵌入到他们的软件中。 在这里， 工作流引擎只是作为一个软件组件， 对于 应用的最终用户是不可见的。 将工作流引擎嵌入到应用中的主要原因是为了重用 ( 不重 复发明轮子)和应用软件的可维护性。 1 . 5 w f m c 参考模型 各种不同类型的w f m s 系统各有其不同的特点， 例如所运行的环境、 所适用的领域等 都各不相同， 对于一个大的机构而言， 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不同的产品去满足其业务管理的要求， 这些应 用上的特点要求各种不同类型的w f m s 应该能够实现互连和互操作， 以便它们能够被纳入 到一个统一的 框架之中 ， 在不同的位置与领域发挥其各自的优势与作用。 因此不论是从用户的角度来讲， 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， 按照此种标准来决定一个 w f m s应该包含哪些组成部分， 各部分应提供 哪些标准的服务，按照此种标准开发出 来的w f m s 将能够满足上面所提出的要求。 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，w f m c的全称是 w o r k f l o w m a n a g e m e n t c o a l i t i o n 江作流管理联盟 ) ， 它 成立于1 9 9 3 年8 月 ， 其主 要职 责就 是负责 w f m s 的标准化工作，目 前该组织的成员己 经超过了2 0 0 个， 其中包括软件厂商、科研机 构与咨询机构，1 9 9 4年 1 1月 2 9日， w f m c发布了工作流系统参考模型( w o r k f l o w r e f e r e n c e m o d e l ) ，它详细描述了工作流系统的有关概念， 并在此基础上给出了w f m s 的各主要组成部分、各部分的功能及相互之间的接口，如图所示: 过 禅定 义 工r a 遨 :,x : 妇 寸 的决 力能 一 一 一 一 一 一 一 询 布 户戍 拜 垂巨二 门 同用 用 歌 刃二 功 图1 - 3工作流管理系统参考模型 下面我们对此模型作一个简要说明。 够显著提高生产率。 不用将过程用文字的形式写在纸上，工作流系统使你通过流程定 义建模实现过程的自动化( 如使用基于w e b 的应用) 。 工作流系统的第三种使用方式是：将工作流引擎嵌入到其他应用中。在前面我们谈 到，专门应用将指定问题域相关的业务流程固化在软件中。开发专门应用的公司也可以 将工作流引擎嵌入到他们的软件中。在这里，工作流引擎只是作为一个软件组件，对于 应用的最终用户是不可见的。将工作流引擎嵌入到应用中的主要原因是为了重用( 不重 复发明轮子) 和应用软件的可维护性。 1 5w f m c 参考模型 各种不同类型的w f m s 系统各有其不同的特点，例如所运行的环境、所适用的领域等 都各不相同，对于一个大的机构而言，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不同的产品去满足其业务管理的要求，这些应 用上的特点要求各种不同类型的w f m s 应该能够实现互连和互操作，以便它们能够被纳入 到一个统一的框架之中，在不同的位置与领域发挥其各自的优势与作用。 因此不论是从用户的角度来讲，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，按照此种标准来决定一个w f m s 应该包含哪些组成部分，各部分应提供 哪些标准的服务，按照此种标准开发出来的w f m s 将能够满足上面所提出的要求。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，w f m c 的全称是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 ( 工作流管理联盟) ，它成立于1 9 9 3 年8 月，其主要职责就是负责 w f m s 的标准化工作，目前该组织的成员已经超过了2 0 0 个，其中包括软件厂商、科研极 构与咨询机构，1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，w f m c 发布了工作流系统参考模型( w o r k f l o w r e f e r e n c em o d e l ) 。1 ，它详细描述了工作流系统的有关概念，并在此基础上给出了w f m s 的各主要组成部分、各部分的功能及相互之间的接口，如图所示： 图卜3 工作流管理系统参考模型 下面我们对此模型作一个简要说明。 7 过程定义工具主要功能是给用户提供一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( 过程定义) ，这也就是业务过程建立时 的主要内容，过程定义工具与工作流执行服务之间的交互是通过接口( 工作流过程定义 读写接口) 完成的，它为工作流过程定义信息的交换提供了标准的互换格式及a p i 调用 嵋】 图卜4 工作流软件中的流程定义 工作流执行服务它借助于一个或多个工作流引擎，来激活并解释过程定义的全部 或部分，并同外部的应用程序进行交互来完成工作流过程实例的创建、执行与管理，如过 程定义的解释、过程实例的控制( 创建、激活、暂停、终止等) 、在过程各活动之间的遍 历( 控制条件的计算与数据的传递等) ，并生成有关的工作项通知用户进行处理等等，为 工作流程的进行提供一个运行时环境。 客户应用程序它的作用是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，每一个这样的任务就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 f m s 将为每一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。 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。 窨 管理及监控工具其功能是对 w f 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) ， 它与工作流执 行服务之间的交互是通过管理及监控接口完成的， 该接口规范详细描述了需要从过程的 执行过程所发生的各种事件上捕获和记录的各种信息( 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( 如用一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 . 6当 前研究热点 同其它标准一样， w f m c 参考模型给出的只是w f m s 的各个功能部分， 而没有给出任何 实现的细节，实际构造一个 w f m s时有许多具体的技术细节需要仔细加以考虑以便满足 w f m s 向大规模工作流管理方向发展所需的高度的灵活性、 可用性、 可伸缩性、 可靠性以 及互操作性等方面的要求， 围绕这些要求， 目 前关于w f m s 的研究主要集中在以下几个方 面。 1 . 6 . 1更为灵活的过程模型 人们对于w f m s 批评最多的莫过于其“ 僵硬” 的过程模型， 这使得用户在某些情况下 ( 如发生某种特殊情况) 不得不越过w f m s 而用其它方法( 如手工方式) 来完成有关的工作， 这一点主要是由于目 前已有系统建立时的过程定义与运行时的过程执行脱节， 而致使预 定义的过程模型不能很好地反应实际的业务流程， 由于对过程定义及过程实例动态修改 将会带来一系列的困难， 因此需要寻找更为灵活的工作流过程形式化表示方法及过程的 执行策略川 。 1 . 6 . 2面向对象的w f m s 面向对象( 0 0 ) 的思想反映了人类思维的一般特征( 从特殊到一般及从一般到特殊) ， 进入9 0 年代， 基于这一思想而发展起来的各种技术， 如o o a , o o d , o o p 等在计算机领域得 到了广泛的应用，随着w f m s 研究的不断深入， 00思想也被引入进来， 逐渐形成了面向 对 象的w f m s ( o o w f m s ) ， 关于o o w f m s 的研究有两个不同的层面， 其一是指w f m s 本身的实现 使用了o o p 的方法， 即将w f m s 系统中的 各种元素以 对象的形式加以 描述， 并在某种环境 下加以实现，另一个方面是关于面向 对象的过程模型， 即使用面向对象的方法来完成业 务过程的分析建模， 并得到相应的对象表示。 1 . 6 . 3智能化的w f m s e l l i s 曾 经指出: 人工智能( a i ) 所使用的 经常是启发式或扩张性的方法， 这 种方法使 得系统中的信息能够随人机交互过程的进行而动态增长( 学习过程) ， 而不是在开始就将 系统中所有的信息都定义好，从这个意义上讲， a i 的方法将最能够满足群件的要求。 w f m s 系统作为群件的一种似乎 更能体 现上述论断的正确性， 就业务过程的建模而言， 由于许多参数需要到过程开始被执行时才能确定， 或者需要根据实际情况的变化而动态 地变化， 同时由 于建模者一般不可能考虑到所有的情况， 因此静态建模得到的过程模型 也必然是不完善的， 另外要求建模者对所有的业务过程逐个建模对他们而言也将是一项 繁重的工作。 考虑到用户的工作过程实际上是业务过程的具体体现， 因此可以 通过实例学习的方 法完成业务过程的自 动建模， 这要求w f m s 系统本身具有学习的功能， 能够从各用户的实 际工作中( 如开始对某些数据的处理， 并指定将处理结果传递给另外的用户继续处理， 如 此直至最后一个用户指示此过程的完成) 提取出各种参数而得到相应的过程定义。 第二章专家系统概述 专家系统( e x p e r t s y s t e m简记e s ) 也称为基于知识的系统， 是人工智能的一个最为 重要的应用领域。 专家系统产生于6 0 年代中期， 经过二十多年的 科学研究， 理论和技 术日 臻成熟， 其应用得到了飞速发展。 它开辟了计算机求解非数值问 题的有效途径。已 成为世界各国最热门的竞争性研究课题，至今， 世界各国己 经在医疗诊断、化学工程、 语音识别、图像处理、金融决策、信号解释、地质勘探、石油、军事等领域研制出了大 量的实用专家系统。其中不少系统在性能上已 达到甚至超过了同领域人类专家的水平， 己经产生或正在产生巨大的经济效益和社会影响。 在专家系统理论和技术研究方面， 也 在不断向人们提出新的研究课题，如不精确推理、元知识、元控制、知识的深层表示、 混合知识表示、 并行推理机制等te e 2 . 1什么是专家系统 要定义专家系统首先要回答 “ 专家” 、 “ 专家的能力” 、 “ 专业知识”三个基本概念。 顾名思义， 专家是指在某一专业领域内 其专业知识与解决问题的能力达到很高水平 的学者。 从事多年人类专家行为研究的科学家p . e . j o h n s o n 曾这样详细地描述了专家的 特征: “ 专家是这样一类人，因为他们经过了严格训练并积累了丰富的经验，从而能做 一些其他人所不能做的事。 专家不仅技术娴熟， 而且工作稳妥高效。 他们拥有大量知识， 而且具有将他们所知道的知识运用到具体问 题和任务中的诀窍和避开失误的方法。 他们 擅长于把遇到的问 题归结为已熟悉的问 题类型， 同样擅长于从许多不相关的信息中发现 问题的本质。 ” 专家的能力指专家对某一领域问 题的理解及解决问 题的技能。 专业知识一般可分为两类: 公开知识和个人知识。 公开知识包括定义、 事实和理论， 这些往往收录在教科书或文献中。 专家知识不仅仅局限于公开知识， 他们还经常使用公 开知识之外的个人知识。 而这些个人知识来源于专家本人的积累和经验。 一般也称为试 探性( 或启发性) 知识。 试探性知识能够使专家在需要时做出合理的猜测， 识别最有希望 获得成功的求解途径，并且有效地处理错误和不完全的数据。 那么什么是专家系统? 目 前尚无统一的、精确的、公认的定义。产生这种状况的因 素很多，主要原因是专家系统是一个新近的 研究课题，其严格的内 涵与外延尚未形成， 其次由于各个应用领域的特点不同、 人们研究专家系统的出发点不同， 看待问 题的观点 不同， 追求的目 标不同。 导致对专家系统的定义存在不一致的看法。 此外，专家系统的 发展史是各种系统不断进化的历史， 人们在不同时期对专家系统有不同的理解，也是造 成专家系统具有多种定义的一个因素。 鉴于上述原因，这里给出一种目 前比较通用的定义。 1 1 所谓专家系统就是利用存储在计算机内的某一特定领域专家的知识， 来解决过去需 要人类专家才能解决的现实问 题的计算机系统。 从结构组成的角度来看， 专家系统是一 个由 存放专门领域知识的知识库， 以 及一个能选择和运用知识的推理机组成的计算机系 统19 1 专家系统与传统程序的根本区别在于前者使知识库和运用知识的推理机相互独立。 从程序设计方法学的角度来看，传统程序的设计方法可以 写成: 数据+ 算法二程序 而专家系统的设计方法为: 知识+ 推理=系统 2 . 2专家系统的功能与结构 专家系统的功能和结构随所处理的任务类型各不相同。 有些可以 作为用户的“ 顾问” 来解答某个特定领域的困 难问 题，有些可以作为专家的 “ 学生” ，随着专家经验不断积 累而获得新知识以增添或完善所拥有的知识;有的则可以作为 “ 专家”或 “ 教授” ，向 用户传授某个领域的知识，以教育学生或训练新手。 2 . 2 . 1专家系统的 功能 根据定义，专家系统应具备以 下几个功能: 1存储问题求解所需的知识。 2存储具体问 题求解的初始数据和推理过程中涉及到的各种信息， 如中间结果、目 标、子目 标以及假设等。 3 . 根据当前输入的数据， 利用已 有知识，按照一定的推理策略，去解决当 前问题， 并能控制和协调整个系统。 4 . 能够对推理过程、 结论或系统自 身行为做出 必要的解释， 如解题步骤、 处理策略， 选择处理方法的理由、系统求解某种问题的能力、系统如何组织和管理其自 身知识等。 这样既便于用户的理解和接受，同时也便于系统的维护。 5 . 提供知识获取， 机器学习以 及知识库的修改、 扩充和完善等维护手段。 只有这样 才能更有效地提高 系统的问 题求解能力及准确性。 6 . 提供一种用户接口， 既便于用户使用， 又 便于分析和理解用户的 各种要求和请求。 这里强调指出，存放知识和运用知识进行问题求解是专家系统的两个最基本的功 能。 2 . 2 . 2 专家系统的 结构 专家系统的结