（计算机应用技术专业论文）基于web工作流管理系统的设计与研究.pdf

长春t 业人学硕 学位论文 摘要 随着信息技术的发展，管理信息系统在企业的日常工作中发挥着越来越多的作用。 人们要求企业的信息系统能够适应不断变化的业务需求，能够实现人们之间、用户与 企业之间以及企业与企业之间的信息交换与共享、协同工作及至科学的管理与决策。 8 0 年代中期发展起来的工作流技术，能够很好的满足这种需求。工作流管理系统的主 要目标是通过调用相关的信息资源与人力资源来协调业务流程中的各个环节，使之按 照一定的顺序依次进行，从而实现业务流程的自动化。本文介绍了工作流技术及工作 流管理系统的定义、基本特征、工作流的研究现状，在参考了当前多个工作流管理软件， 并且研究了大量关于业务流模型文献以后，对业务模型在工作流管理系统中的应用进 行了研究，对业务模型在工作流系统中的应用方面，提出了“业务基本模型”法。模 型综合了大量业务流程的特性，总结其模型的特点，使业务流程在工作流中的重复利 用率大大提高，使用户更快捷、更清楚的定义业务流程，文中深入介绍了业务基本模 型的特点并提出了模型可能遇到的问题及一些解决方案。 最后，为了实现上述的业务模型，分析和研究了以“业务基本模型”为基础的w e b 工作流管理系统。 关键词：工作流，业务流模型，工作流管理系统 长存t 业人学珂。学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，m i s ( m a n a g e m e n tl n f o r - m a t i o n s y s t e m ) p l a y sm o r ea n dm o r er o l e si ne n t e r p r i s e t h ep e o p l er e q u e s tt h ei n f o r m a t i o ns y s t e m o ft h ee n t e r p r i s ea d a p tw i t ht h ec o n s t a n t l yc h a n g i n gs e r v i c ed e m a n d s ，a n dr e a l i z et h e i n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n ds h a r i n g , t h ec o l l a b o r a t i o nw o r ka sw e l la st h es c i e n c e m a n a g e m e n ta n dt h ed e c i s i o n - m a k i n gb e t w e e nt h ep e o p l e ，t h eu s e ra n dt h ee n t e r p r i s ea sw e l l a st h ee n t e r p r i s ea n dt h ee n t e r p r i s e s t h ew o r kf l o wt e c h n o l o g y , w h i c hh a sd e v e l o p e df o r m t h em i d d l e8 0 s c a nw e l lm e e ts u c hn e e d s t h ew o r kf l o wm a n a g e m e n t s y s t e m sm a i nt a r g e t i st oc o o r d i n a t ea l lo ft h el i n k si nt h es e r v i c ef l o wt h r o u g ht r a n s f e r r i n gt h er e l a t e d i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa n dh u m a nr e s o u r c e s ，a n dt om a k et h es e r v i c ef l o wc a r r yo ni nc e r t a i n o r d e rt or e a l i z a t i o nt h ea u t o m a t i o no fs e r v i c ef l o w t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ed e f i n i t i o n sa n d t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew o r kf l o wt e c h n o l o g ya n dt h ew o r kf l o wm a n a g e m e n ta sw e l l a st h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no ft h ew o r kf l o w a f t e rs t u d y i n gt h ec u r r e n tw o r kf l o w m a n a g e m e n ts y s t e ms o f t w a r ea n dr e s e a r c h i n gt h em a s s i v el i t e r a t u r eo ns e r v i c ef l o wm o d e l ， t h i sa r t i c l er e s e a r c h e dt h ea p p l i c a t i o no fs e r v i c em o d e li nt h ew o r kf l o wm a n a g e m e n t s y s t e m o nt h ea s p e c to ft h ea p p l i c a t i o no ft h es e r v i c em o d e li nt h ew o r kf l o ws y s t e m , t h i s a r t i c l ep r o p o s e d t h es e r v i c eb a s i cm o d e l i n g ，w h i c hs y n t h e s i z e dm a s s i v ec h a r a c t e r i s t i c so f s e r v i c ef l o wa n ds u m m a r i z e di t sm o d e lc h a r a c t e r i s t i c ，t og r e a t l ye n h a l l c et h er e d u n d a n tu s e r a t i oo ft h es e r v i c ef l o wi nt h ew o r kf l o wa n dm a k et h eu s e rd e f i n i t et h es e r v i c ef l o wm o r e q u i c k l ya n dc l e a r l y t h i sa r t i c l et h o r o u g h l yi n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs e r v i c eb a s i c m o d e la n dp r o p o s e dt h ep o s s i b l eq u e s t i o n sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n sw h i c ht h em o d e l m e e t s i no r d e rt or e a l i z et h es e r v i c em o d e l ，t h i sa r t i c l ed e v e l o p e dt h ew o r kf l o wm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do nw e bw h i c ha n a l y z e da n dr e s e a r c h e dt h ew e bw o r kf l o wm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do n t h es e r v i c eb a s i cm o d e l i n g k e y w o r d s ：t h ew o r kc l a s s ，t h es e r v i c ef l o wt h em o d e l ，t h ew o r kf l o wm a n a g e m e n t s y s t e r n i i k 存t 业人学硕i 学位论文 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，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本声明的法律成果由本人承担。 论文作者签名：刹湃 1 3 期：御1 年弓月弓旧 k 备t 业人学碗l 学位论史 第一章绪论 1 1 课题与背景 随着工作流管理系统的应用普及，人们逐渐认识到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b s 体系结构、分布式处理技术的日益成熟，都说明了 这样一个事实：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。 但是在现阶段的工作流管理系统中，业务流程模型的定义和使用还存在着各司其 职，通用性差，利用率低的特点，如何定义通用的、高效的业务流程模型成为制约工 作流管理系统发展的一道难题。基于这种情况，如何解决业务流程模型通用的问题成 为工作流模型发展研究的一大课题。 本文研究的工作流管理系统是以业务流的基本模型为基础的，优点是提高了模型 的利用率和通用性。本系统具有如下特性： 总结了基本业务流程模型 归纳总结了业务流程中模型的基本特点，归纳出常用模型的几种类型，提高了业 务模型的利用率，简约了工作流程的定义。 系统的多节点、多路径信息传递与返回的同步异步工作流模型 系统适应了b s 体系的要求，实现了分布式的处理，实现了系统的公开性、协同性、 复杂性，流程会在多种类型的参加者之自j 反复互动，既有同步，也有异步。 工作流中的节点之间可以是并行、串行、选择三种工作顺序 工作流的业务流程模型的各个节点包括了并行、串行、选择三种工作顺序符合 了实际工作的要求，适应了工作流系统的要求。 1 2 研究现状与方向 工作流是通过计算机软件进行定义、执行并监控的经营过程，而这种计算机软件就 是工作流管理系统。这个定义区别了工作流与一般的工作流程：前者需要借助计算机 软件来完成，并完全在软件系统的控制之下；而后者则没有这种约束，其中的某些步 骤可能也需要用到计算机，但这只不过是局部的计算机应用，整个过程是不在计算机 控制之下的。 1 2 1 工作流模型研究 工作流模型必须有足够丰富的描述能力来表达所需的工作流实体及其相互关系， 并且要求易于处理和对分布式处理的支持。一种模型描述是使用类似过程语言的逻辑 长春t 业人学碗l 。学位论文 和实体描述语言，将工作流写成一段语言程序，活动、数据和逻辑关系等在过程内部 加以描述；另外一种方式是将活动或逻辑从过程逻辑中抽出，形成独立的实体对象“1 ( 逻辑关系可以作为活动对象的内部属性，也可以单独作为独立的对象) 。工作流建模 的常用建模语言：1 ) 描述了一种过程建模语言b m l 嘲；2 ) 基于扩展p e t r i 网的控制与集 成网c 困的工作流模型描述。1 ；3 ) 扩展了c 0 r b a i d l 的工作流定义语言w i d l “1 ；4 ) 模型 的面向对象的设计实现方案”3 ；5 ) 在工作流元模型的基础上提出的描述t c i m s 等复杂应 用中的各种工作流。以上模型主要讨论了其任务结构和任务间的跃迁结构。w f m c 也相 应的推出了包括y 3 1 l 在内的多种通用的工作流模型描述语言。 1 2 2 业务流模型研究 业务流模式是业务流程中公共的、抽象的、为大多数人所承认的、可以被重用的 逻辑单元。根据实际的业务可分为顺序模式、并行交叉模式、排它选择模式、简单合 并模式、多重选择模式、非同步的多实例模式、推迟选择模式等多种模式。 1 3 存在缺陷与下一步研究方向 缺乏复杂数据类型表达能力； 模型定义语言及其处理方式专用、难懂： 对分布、异构环境的适应能力差； 对调用外部应用的支持和用户任务的支持有限； 并发访问和出错处理与恢复能力不强； 不同w f m s 间缺乏互操作性； 缺乏工作流的分析、仿真和纠错工具。 w f m s 下一步研究工作主要集中于以下几个方面m ： 探讨更灵活的过程模型，扩展工作流模型的描述能力： 研究分布式w f m s 体系结构及其数据管理，提高系统性能和可扩展性： 开发基于w e b 的w f m s ，增强多个工作流系统的协同工作能力； 提高工作流系统之间的互操作； 研究c o r b a 或a g e n t 技术与工作流技术的结合，提高系统的的可重用性、灵活性； 事务型w f m s 提高系统的失败恢复能力和正确性； 将工作流技术内置到企业应用软件包中，扩展其功能和工作流的应用范围。 研究工作流的运行时动态重构支持能力； 研究智能化和目标拉动的w f m s ： 提高对同步协作的支持； 增强对移动用户的支持，提供灵活的用户交互方式： 开发工作流模型的分析和仿真工具等。 长存下业j i 学耐! i ：学位论文 1 4 本课题的研究的主要内容 业务流基本模型的建模； 基于w e b 的工作流管理系统； 业务流基本模型在工作流管理系统中的应用。 1 5 课题的研究意义 本文主要目的是对业务流模型在工作流系统中的应用进行研究，创建以基本业务 流模型为基础的适合国内业务流程特点的跨平台管理系统，并为其提供良好的解决方 案。 长春t 业人学顾l 坞 位论文 第二章工作流技术概述 2 1 工作流技术的发展和定义 2 1 1 工作流技术的发展 8 0 年代初期，在p c 机尚未作为信息处理工具而出现的时候，纸张是各行各业中 进行日常业务活动所不可替代的载体，包括表单、文件、信函、技术资料等在内的各 类与企业密切相关的文档都是以纸张的形式在各个部门之间进行传递的。这种古老的 载体在信息的处理、组织、存储以及查询检索方面都是低效的。因此，人们希望出现 一种无纸化的、计算机应用的工作环境，用于实现日常表单处理的电子化与自动化， 这种系统可以看成是现代工作流管理系统的一个雏型。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早 的一批工作流产品供应商。他们把图像扫描、复合文档、结构化路由( s t r u c t u r e d r o u t i n g ) 、实例跟踪、关键字索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全 过程支持某些业务流程的集成化的软件( 包) ，这便是早期的工作流管理系统。很显 然，这种增值性质的集成化软件系统为企业简化与重组自己的关键业务流程提供了一 种非常合适的方案。而且，由此我们还可以看出，工作流从最初的诞生之日起就是作 为一种面向过程的系统集成技术而出现的，只不过限于当时的计算机发展水平，它所 集成的功能较为简单而己。 进入9 0 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、松散藕合的特点，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 霄、o l e 、j 2 e e ) 的日益成熟，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的创建无纸办公环境 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、更广的领域 上对工作流展开了研究”1 。 2 1 2 工作流的定义 十几年来，不同的研究者对工作流分别提出了不同的定义。到目前为止，人们对 于工作流仍没有完全统一的定义，我们列举一些有代表性的定义，它们分别从不同的 角度对工作流概念进行了描述。 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 ) 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、 4 长存t 业人学颅i + 学位论文 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阳1 。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的工作流定义 工作流是将一组任务( t a s k ) 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。每个任务可以由一个或多个软件系统完成，也可以由一个 或一组人完成，还可以由一个或多个人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、任务的同步和信息流( 数据流) 的传递“。 我国清华大学范玉顺教授，吴澄院士等人的定义 工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，它是为了在先进的计算机环境支 持下实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模 型1 。 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，但基本上都达成了这样的一个共识：工作流是经营过程的一个计算机实现，而工 作流管理系统就是这一实现的软件环境。这些工作流的定义分别反映了经营过程如下 几个方面的问题，即经营过程是什么( 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，也就是组织角色定义) 、做得怎样( 通过工作流管 理系统进行监控) 。 2 1 3 工作流技术的定义 ( 1 ) 路径：工作流的流经途径，在公文信息中指公文从一个地方流转到另一个地方 的顺序。 ( 2 ) 规则：工作流中相关的有关各种状态的信息和进入下一个路径的条件等。 ( 3 ) 角色：工作流中某个人或某个职务的逻辑代表。根据建模的需要，各个角色可 以有不同的权限。 ( 4 ) 活动：工作流中的一个步骤或称环节。包括的信息有：开始和结束的条件、参 与该步骤的用户角色、完成此活动的数据、限制条件、外部程序等。 ( 5 ) 流程实例：工作流流程中的一次执行。它首先解释相应的流程定义，生成有关 的活动实例，并根据一定的限制条件和规则协调处理各个活动实例。流程实例的实质 是用户调用相应的外部程序处理他负责完成的数据，然后由工作流系统根据处理结果 激活后续流程。 工作流的上述原理，符合了办公信息系统对管理文档信息的要求。应用工作流技 术，系统就可以根据不同时间、不同地点的文档流转的不同要求动态地处理文档。这 就大大减轻了办公人员和其他工作人员的办公负担，将各种角色的办公人员联系起来。 长奋t 业人学硕f ：学位论文 2 1 4 工作流的功能 在工作流技术系统中，所有的活动都是以流程定义为基础展开的。流程定义的构 造、修改、交换涵盖了工作流系统中的所有活动。以流程定义的活动为标志，将工作 流系统的活动分为三个功能： ( 1 ) 流程定义。它是利用流程定义工具( 如某种脚本语言或形式化的语言文法，这 些工具以便于计算机处理的方式来对工作流流程进行描述) 对业务流程进行形式表示， 包括工作流流程的步骤、每一步骤的活动和使工作流顺利完成的所有信息。流程定义 实际上是一个建模过程，用户利用系统提供的可视化的建模工具对实际业务流程进行 建模，并得到形式化的表示。 ( 2 ) 运行期控制功能。在工作流的动态运行过程中对工作流流程进行控制。运行期 的控制由工作流引擎协调进行。工作流引擎能够解释流程定义，控制流程实例的运行 ( 包括路径的修改、工作项的增减等) 。更高级的应用还包括用户利用流程定义工具 的修改功能动态地修改流程定义。 ( 3 ) 交互功能。在动态运行过程中与用户和外部程序进行交互。工作流系统在需要 时用工作流引擎与外部程序进行交互，调入外部程序运行。 2 2 基于w e b 的工作流技术 工作流技术是新兴的信息技术，目前其主要的一个应用领域就是对办公业务进行 流程控制。电子公文流转的最基本的功能是对文件的管理，包括公文的起草、核稿、 签发、报告的审批、传阅、计划的制定，公共信息交流、信息通讯等等都可以用工作 流技术来解决。应用工作流技术，为系统提供了一套直观的工作流程控制方法，即使 对计算机技术不熟悉的办公室人员，也可以利用可视化的环境实现对文件流转、业务 流程等办公流程的控制。 近年来，随着i n t e r n e t 的普及和网络技术的发展，工作流技术在才真正发展起来。 它通过网络平台，使不同地区的用户不仅可以同服务器进行交互，而且可以同网络上 的任何一名用户交互。可以说，建立在加i n t e r n e t 上的基于w e b 的工作流技术为电子 公文流转的发展提供了新的技术支持。一个基于w e b 的应用工作流技术的可以采用高 度开放的不同于主从结构和b s 结构的系统结构。办公室的工作人员只要在客户端安 装了浏览器，就可以成为“虚拟办公室”的一员。在进行办公业务处理时，工作人员 在浏览器端操作，业务处理在服务器端完成。同样，工作人员在浏览器端进行工作流 的定义、构造、执行等操作，而工作流的真正运行和控制由服务器完成。这种新型结 构体系的优越性首先体现在它兼顾了集中处理和分布处理的优点：用户在不同地域的 终端操作，而处理在服务器完成。其次实现了信息的高度共享。由于采用同样的结构、 同样的网络协议，网络实现了逻辑上的统一，信息的交流、组织、共享得以实现。另 外，系统的可维护性得到提高。w e b 技术的应用是一种“瘦客户”方式，系统的维护升 6 长春_ t 业人学硕i 学位论文 级在服务器端完成，系统的客户端只安装浏览器，这使系统的可扩展性和操控性大大 提高。 2 3 工作流管理系统 2 3 1 工作流管理系统的定义 工作流管理系统( w f m s ) ：是一种能定义、创建和管理工作流执行的系统。它可通 过一个或多个工作流机来运行，并能解释过程定义、与工作流参与者交互，有关工作 流基本概念间的联系( 如图2 1 所示) 。 图2 1 工作流管理系统基本概念图 2 3 2 工作流管理系统的主要功能 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“。它与工作流执行者交互，推进工作实例的执行，并监控工 作流的运行状态。尽管不同的工作流系统可以采用不同的实现技术和环境，但各系统 依然显现出一定的共性，提供了实现异构系统间集成和互操作能力的基础。从最高层 次上看，所有的w f m s 都提供了以下三大功能，如图2 2 “2 1 所示。 k 奋t 业人学硕 + 学位论文 图2 - 2 工作流主要功能图 建立功能：利用一种或多种系统分析、建模和定义工具，将业务流程转换成能被 计算机处理的过程定义。过程定义可采取文本、图形或形式语言等来描述。 运行时过程实例化与控制功能：负责解析过程定义、创建过程实例和控制实例运 行、调度过程中各种活动步骤，必要时调用激活相应的人员或外部应用。 运行时与用户和应用工具的交互功能：负责与用户或者应用工具交互，以完成不 同的活动步骤中的任务。 2 3 3 实施模型 如图2 - 3 “3 1 所示，不同w f m s 在具体实施模型上也具有一些共同的主要功能模块以 及模块间的接口。通用实施模型一般包括以下三种部件： 8 长春t 业人学坝 ：学位论文 图2 3 工作流管理系统实施模型图 囹软件构件 口系统控制数据 e ：j 外部产品，数据 提供工作流系统内部功能的软件部件； 被一个或多个软件部件使用的过程定义与系统控制数据； 外部应用程序和数据库，虽然它们不是工作流产品的一部分，但它们可被工作流 产调用以提供所需要功能而成为工作流系统整体的一部分。 下面分别对各个功能模块的作用做进一步的详细说明： 过程定义工具：用于创建可被计算机处理的业务过程描述，这可以是形式化过程 语言或对象关系模型等，在更简单的系统中也可以是规定在参与用户间传输信息 的脚本或路由命令。 过程定义：包含了所有业务过程能被工作流执行服务执行的必要信息。包含开始 9 | 乏奋t 业人学硕i 学位论文 和完成条件、活动集及其调度导航规则、用户任务、可能被调用的外部应用引用 以及工作流相关数据等的定义。 工作流执行服务：负责解析过程定义，创建过程实例、调度活动任务、必要时向 用户工作表中添加工作项和调用外部应用工具等。工作流执行服务可由一个或多 个工作流引擎来完成，工作流引擎是w f m s 的核心软件部件，不同引擎通过协作共 同完成过程实例的执行。工作流执行服务维护或使用系统控制数据和相关数据， 它们被用于记录实例运行状态、记录以及控制过程实例中活动步骤的调度、条件 计算等。此外，工作流执行还通过访问组织角色模型数据和外部应用以实现运 行时活动执行者灵活、动态的后期邦定功能。 工作流控制数据：被工作流执行服务和引擎管理的数据，包括正在执行的过程和 活动实例的内部状态、用于失败恢复的检查点和恢复重启信息等，它们可以集 中存储，也可以分布在各工作流引擎上。 工作流相关数据：指由应用程序产生或修改，且能被工作流引擎访问，用于过程 导航或其它控制决策的一类应用数据，例如活动调度决策数据、活动期间传输数 据等。 应用程序和应用数据：应用程序可以直接被w f m $ 调用或通过代理被间接调用以自 动完成特定活动任务或对用户参与任务的执行提供支持。与工作流相关数据不同， 应用数据是直接对外部应用程序处理的数据。虽然必要时工作流系统可能负责这 类数据在应用程序之间的传输，但它是应用程序的局部数据，对工作流系统其他 部件是不可见的。 工作表：工作流的执行需要用户的参与，而不能保证用户永远在线，所以工作流 引擎将需要用户完成的任务作为工作项存放于用户工作表中。 工作表处理器与用户界面：工作表处理器通过访问工作表实现用户与工作流执行 服务间的交互，其主要功能包括支持用户从工作表中选取工作项、重新分配工作 项、提交或取消工作项的执行、调用必要的应用工具。用户界面负责用户对话的 外观和界面面操作控制。 管理操作：提供对工作流的修改、跟踪、统计和评估以及系统的启动、停止等管 理操作。 2 3 4 工作流参考模型 一个大组织机构必须同时采用多种不同的w f m s 去满足复杂业务过程的需要，而不 同的机构也选择不同的系统以满足其业务管理的要求。这就形成了w f m s 上的异构性， 必须实现不同类型w f m s 互连操作，将它们纳入到统一的框架之中，在不同的位置与领 域发挥其各自的优势和作用。为此，w f m c 发布了工作流参考模型，描述了系统的有关 概念和主要组成部分及其功能和相互间的接口( 如图2 3 “”所示) 。 0 k 春t 业人学硕 ：学位论文 图2 - 4 工作流参考模型图 各接口说明如下： 接口l ：工作流执行服务和建模工具间接口：包括工作流模型的解释和读写访问； 接d 2 ：t 作流执行服务和用户之间的接口，它约定所有客户应用和工作流服务间 的功能访问方式； 接口3 ：工作流引擎和外部应用间的调用接口； 接口4 ：不同工作流管理系统之间的互操作接口； 接口5 ：工作流执行服务和工作流管理工具之间的接口。 长存t 业人学硕j 学位论文 第三章工作流建模技术概述 3 1 工作流建模技术概述 工作流模型是对业务过程的抽象表示，是w f m s 的重要基础。由于企业业务流程的 复杂性和多样性，要求工作流模型能够完整地定义任意情况下的工作流，能够适应用 户在建模过程中所提出的各种要求。由于工作流必须首先描述清楚一个企业业务流程， 因此，大部分工作流模型首先是指过程定义。 工作流管理联盟给出过程定义的概念为：过程定义是业务流程的形式化描述，用 于支持系统建模和运行过程的自动化“。过程定义由活动( a c t i v e ) 及这些活动之间 的关系，过程开始、结束条件，需要调用的应用，相关的数据，以及一些关于个体行 为的信息，如组织成员等组成。工作流管理联盟提出了一个过程元模型定义了相对简 单的过程定所需的一套基本实体“。 工作流过程定义 过程定义实体提供了用于过程内部其它实体的上下文信息，是过程本身的容器， 同时定义了过程的初始返回参数等执行或管理信息。 工作流过程活动 一个过程定义包含一个或多个活动。活动是业务过程中一个逻辑的工作单元，它 表示由资源和或应用程序共同处理的工作。一个活动有包括输入、输出、执行者、 约束条件的结构框架。 3 2 常见的几种工作流建模技术的分析与比较 3 2 1 姬t e o r ：基于c o r b a 分布式体系结构 随着0 0 技术的成熟，面向对象的分布式w f m s 逐渐增多，如0 p e n f l o w 、巴西的 w o n d e r 等，这里仅介绍g e o r g i a 大学基于c o r b a 的分布式w f m s - m e t e o r 。用户使用流 程设计器生成格式化流程存放在流程模型：且流程实例化时，运行代码产生器按照流 程定义，对流程的各个活动编译产生对应的任务管理器和任务，任务管理器包含有本 项任务的所有调度信息，包括任务的启动结束条件、执行规则、任务路由信息等， 任务管理器控制任务的执行，在当用户提交时，负责激活下游的各项任务管理器；流 程执行用户通过执行相应的编译任务( t a s k ) 而实现与w f m s 的交互，并完成相应的工 作。 m e t e o r 体系结构的优点在于：编译制导，执行效率高且系统可以方便地集成各种 现有的应用，易提供灵活的出错处理控制机制：无集中的工作流引擎，流程调度分散 于每个任务对应的任务管理器中，系统可扩展性高，能适应大量吞吐、海量数据的需 求。但其缺点在于：编译制导，一方面实现困难；另一方面更重要的是流程定义隐藏 1 2 | 乏存t 业人学硕i 擘位论史 在任务管理器和任务中，当流程需要修改时，更改不能快速地在各个流程实例中反映 出来，流程演化( e v a l u a t i o n ) 困难：缺乏分布式信息监控的工具，用户想了解整个 工作流域内的信息困难，没有利用c o r b a 的事务处理服务器；缺乏安全管理机制和互 操作机制。 3 2 2 基于永久消息队列的分布式w f m s e x o t i c f m f q 是i b m 的产品，它基于永久消息队列机制实现了w f m s 的分布调度和 信息的分布存储( 无需d b m s 的支持) 。用户在流程定义节点上设计流程模式，激活的 流程模式被系统按照模式所对应的分布策略编译成各个独立的流程模式段，然后系统 把各编译好的模式段发送给对应节点。每个节点有一个节点管理器( n o d em a n a g e r ) 节点管理器在收到编译的模式段后为每个流程创建一个流程表并启动一个流程线程及 创建消息队列。当流程线程在自己的消息队列中检测到需要实例化的本地活动时，流 程线程负责为活动实例创建活动实例线程并在本地实例表中记录实例状态信息。实例 完成后实例线程负责向后续活动所在节点发送活动实例激活消息。 f m f q 的优点在于：通过永久消息队列，避免了现有的w f m s 产品需要集中d b m s 支 持的系统瓶颈问题；实现了调度的全分布。缺点在于：缺乏强有力的对分布式流程调 度的监控机制，安全管理较困难；系统的事务处理和并发控制实现较困难。 3 2 3w i d e ：基于分布式主动数据库技术的w f 峪 w i d e 是基于分布式主动数据库技术的工作流管理系统。w i d e 是由西班牙、意大利 和荷兰等国的五个合作单位协同开发的工作流管理系统，主要目的是利用分布式数据 库和主动数据库技术来实现工作流管理，并提供先进的、面向应用的软件产品。w i d e 对 异常处理进行了充分研究，它使用主动规则技术描述异常情况及其处理方法。w i d e 定 义了替告、工作流运行异常和组织异常等三种情况，并分别设计了不同的异常处理策 略和函数。最简单的方法就是采用e c a ( e c t i o n - c o n d i t l 0 n a c t i v e ) 技术来实现，即 当事件发生时，在条件满足情况下执行某个动作。w i d e 将系统对异常情况的发生、判 断和处理方法写成一条条规则，记录在数据库中。当事件被激活时，系统根据所记录 的规则进行处理。 3 2 4d a r t f l o w ：基于多a g e n t 的w f m s a g e n t 技术是最近人工智能领域内新兴的一项技术，由于它适合于复杂、异构、动 态、离散问题的求解，在许多领域( 如电子商务、移动通信、虚拟企业等等) 得到了 应用。w f m s 也是一个复杂、异构、动态、离散的系统，因而人们自然想到利用a g e n t 技术来实现w f m s ，a g e n t 技术主要通过三种方式在w f m s 中应用，第一种，把a g e n t 作 为协作执行者，为不同的角色和任务建立不同类型的a g e n t ，它是一种基于角色的a g e n t 设计，通过封装领域相关系统而实现a g e n t 间的通信与协作；第二种，把a g e n t 技术 长春t 业人学硕j 学位论文 作为构建柔性工作流引擎的基础，这种方法中流程定义与经典定义方法相同，a g e n t 技术被用来实现柔性分布式功能服务，代表系统有m o k a s s i n 北卡罗来纳州立大学的 w f m s 及达特茅斯学院的d a r t f l o w ；第三种，利用移动a g e n t 技术实现流程的迁移，这 种方法实现了流程的迁移，但却使流程的演化变得困难。 这种体系结构的优点在于：智能化程度高，可以适应复杂的流程需要，且系统无 集中的调度引擎，实现了调度的全分布，扩展性较好，但其缺点在于编译方式使流程 定义与流程实例隐性结合，流程演化困难，实现技术复杂，且a g e n t 支撑技术不够成 熟。 3 3 工作流建模方法 目前，工作流系统的建模方法主要有数据流程图( d f d ) 、功能i d e f 系列、p e t r i 网和统一建模语言u m l 、活动网络等。数据流程图可理解性强，有较好的计算机化能力， 但是缺乏抽象机制；功能语言i d e f 系列可以非常清晰地、分层次地用图形描述过程的 功能，但是缺乏动态分析能力；统一建模语言是通用的标准建模语言，用于可视化描 述和构造软件系统。u m l 在提供了大多数面向对象核心概念的同时，还提供了扩展方 案，使得人们可以使用u m l 方便地定义大多数领域中的复杂系统：p e t r i 网是c a r la d a m p e t r i 博士在1 9 6 0 年提出的研究系统及其成员相互关系的数学模型，它在描述顺序、 并发、冲突等动态行为能力上表现出明显的优势，既有严密的数学基础，又有直观的 图形表示，更有p e t r i 网工具进行动态的分析与模拟。对于分布式工作流系统这样一 个具有高度复杂性和并发性的系统，p e t r i 网在分析系统的动态能力方面是非常优秀 的，但是p e t r i 网建模时经常会出现结点过多的问题；基于活动网络的过程模型将一 个完整的经营过程表示为一个有向图。有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务， 节点间的连接弧代表过程中的控制流和数据流。比较有代表性的为i b m 公司于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 。基于活动网络的过程模型将过程中执行的每 个活动作为模型中的基本元素，符合人们的思想。它的特点是简单、直观、便于理解、 适合流程比较固定、异常情况较少的生产型工作流的建立；但该模型缺乏柔性，也缺 少数学模型的支持。 1 4 长春t 业人学硕 ：学位论文 第四章业务流概述 4 1 业务流定义 业务流的概念是d o c s i s 协议f d l , c 层运作的核心。业务流提供了一种实现上、下行 管理的机制。业务流管理是理解和应用d o c s i s 协议的一个难点和关键。 4 2 业务流与工作流的主要区别 工作流程，也就是对工作流的优化，包括内容有内部信箱、消息公布、审判流程 等。而业务流是对业务流程的优化与固化，包括对企业拥有的各种资源的系统整合。 两者是完全不一样的东西。 业务流实际上是企业资源计划，不同的开发商有不同的设计思路，不同的用户也 有不同的需求，一般业务流在企业运用中包含分销、制造、财务三大部分，所以业务 流系统是m r p ( 制造资源计划) 的延续，更准确的说业务流是以m r p i i 为核心。目前更多 的是概念产品，如财务软件加上进、销、存就变成了业务流。从理论上说业务流可能 涉及的模块有：预测、订单管理、销售分析、采购管理、仓库管理、库存控制、生产 计划( m p s ) 、产品数据管理( p d m ) 、物料需求计划、能力需求计划( c r p ) 、分销需求 计划( d r p ) 、车间控制( s f c ) 、流程作业管理、质量管理、工资管理、人力资源等等 近三十个模块。 业务流与工作流有本质上的差别，业务流倾向于业务管理。 4 3 业务流基本模型 业务流模型是办公事务中所包含的任务体及其执行规则的形式化。而在这众多的 业务流模型中还存在着公共部分，我们称这种公共部分为”业务流模式”。业务流模式 是流中公共的、抽象的、为大多数人所承认的、可以被重用的逻辑单元。在面向对象 的程序设计中，模式由于能大大提高工作效率而被广泛使用。在工作流模型中也可抽 象出模式。 1 ) 顺序模式：只能一个一个按顺序执行的工作方式。 2 ) 并行交叉模式：在过程的某一点，一个线程变成多个可并行执行的线程。而 在这种模式中满足文件的会签等业务是一种同步控制方式。 3 ) 排它选择模式：在流程中的某一点，根据结果或流程控制数据，从多个分枝 中选定一个路径。 4 ) 简单合并模式：在流程中某一点，将多个可选分枝聚合而不同步。 5 ) 多重选择模式：在工作流的某一点，根据判定或工作流控制，选择一个或多 个分枝。 6 ) 非同步的多实例模式：在某一时刻，流程中的某个活动可能会创建多个独立 长春t 业人学硕 。学位论立 的、可并发执行的实例。 7 ) 推迟选择模式：在某一刻，几个分枝中的一个被选中，但选择不是显现的。 8 ) 交叉并行路由模式：在流程中，一组任务可以任意顺序执行，且组中的每一 任务仅被执行一次。活动顺序在运行时决定，在一个活动完成之后才能决定下一活动， 且没有两个任务在同一时刻执行。 9 )里程碑式模式：任务的节点的可用性取决于特定的状态条件，即任务只有在 某一里程碑已经到达且还没有过期的时候才可被激活。 1 0 ) 取消活动模式：取消一个案例，即取消流程实例。它用于禁止另一任务的执 行。 4 4 业务流基本模型的拓展 业务流程中，各个活动被不同的业务系统执行，或者活动的结果由不同的企业而 来，我们称它是“虚拟流程”。一个虚拟流程本身可以是另一个虚拟流程的一部分。 虚拟流程的执行跨越多个应用系统和企业，其中的活动可以有多种路由组合形式( 如 图4 一l 所示) ( 1 ) 链式关系：每个业务系统处理不同的业务逻辑，相对独立，不同业务系统之 间仅传递数据和时序控制信息即可。这种组合形式最简单，最基本。 ( 2 ) 嵌套子流程：也称为同步调用，它以某业务系统内部业务流程为主体( 主流 程) ，将某些任务外包给其它业务系统执行，这些任务在其它业务系统中也可作为流 程存在( 子流程) 。嵌套子流程的主要特点是主流程以任务的形式封装了整个子过程， 主流程在调用或启动子流程后，需等待子过程返回的执行结果，然后才能继续进行， 这有点类似于递归结构。 ( 3 ) 异步调用：与嵌套子流程类似，区别在于主流程与子流程的互操作方式不同： 主流程执行到特定点后，启动( 请求) 某子流程，之后，它并不等待子流程执行完成 并返回结果，而是继续与子流程并行、独立地执行，直到达到特定同步点后，接收子 流程返回的信息。 ( 4 ) 对等关系：活动步骤几乎均匀地分布于不同应用系统中执行，系统间的通信 频繁，并需要对这种分布式流程统一控制和协调。一般而言，这种活动组合方式在系 统管理、安全性、执行恢复等问题上较难处理。 ( 5 ) 并行同步：主要用来描述业务系统间存在数据和控制依赖的情形。如图4 1 ( e ) 所示，流程a 中活动a 3 的执行需要流程b 中活动b 4 以前的某些执行结果，反之亦然。 1 6 ! 三j 童二些查兰竺! ! ：兰些堡兰 ( a ) 链式关系 圈? 囫 ( c ) 异步调用 ( b ) 嵌套子过程( 同步) ( d ) 对等关系 图 ( e ) 井行同步 图4 _ l 业务流程基本模型图 1 7 长存t 业人学碗f 学位论文 第五章业务流基本模型解决方案 5 1 链式关系 顺序模式：只能一个一个按顺序执行的工作方式。 在处理多请求的过程中，可以模仿消息队列的方法采取等待队列和非入队d 队列的 方式，同时对请求的级别也加以声明，这样可以提高系统处理的速度和效率。 5 2 嵌套子流程 嵌套子流程：流程中的某一点嵌套着其他流程，嵌套又分为同步方式和异步方式 两种。如何处理嵌套流程可以仿效分布处理的方式进行处理。 5 3 对等关系 5 3 1 排它选择模式 排它选择模式：在流程中的某一点，根据结果或流程控制数据，从多个分枝中选 定一个路径。即只允许一个请求被处理，而其他请求都处于等待中。特点是操作简单，