（计算机科学与技术专业论文）动态适应性工作流关键技术研究与应用.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 动态多变的客观世界要求工作流管理系统支持业务流程的动态变化。如何使工作流管 理系统具备灵活性和自适应能力是目前工作流技术研究的重要内容。 本文主要研究工作漉在过程级积资源级的适应性闯题，即如何处理工作流运行过程中 业务逻辑发生的变化和资源模型的变化。主要内容包括以下几个方面： 酋先，提出了一种支持动态变化的工作流模型，并对工作流过程模型建立了正确性约 来标准。该模型根据动态变化对工作流运行的影响范滔，分别从四个子模型展示了其对动 态变化的支持。 其次，讨论了对工作流过程模型动态变化的处理，提出了一种根据修改点的偏序关系 自动为修改前工作流模型的各个节点生成迁移规则的方法。工作流引擎根据生成的迁移规 则以及工作流实例的执行路径，动态处理过程模型的各种变化。 然后，利用a i 规划理论解决了工作流执行语义在建立阶段的不确定性问题。提出了 一个工作流规划算法，该规划算法能够根据任务痒中的任务语义搜索劳生成能够到达尽标 的任务偏序序列。工作流弓l 擎只需解释执行规划器动态生成的任务序列就可以完成工作流 实例的执行。 最层，根据对各级动态变化的处理方法，我们设计并基本实现了一个支持动态变化的 适应性工作流原型系统。 关键词：工作流，动态变化，适应性，动态修改，规划 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t d y n a m i cc h 雒g e so fb u s i r 撑s se n v i r o 嬲e 珏t sr e q 证r e sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s s u p p o n i n gd y n 蛐i cw o r k f l o wc h a n g e sd u m i n gt h ee x c u t i o no fw o r k n o w h o wt oi m p r o v et h e d y n a r n i ca d a p t a i i o no f w o r k n o w i sa ni m p o r t a i 】tr e s e a r c ha s p e c to f w o r k f l o wt e c h n 0 1 0 蹦 t h i sp a p e rm a i n i yd i s c u s st h ep r o b 】e mo ft h ea d a p t a t i o no fw o r k n o wa tl e v e lo fp r o c e s sa 珏d r e s o u f c o s ，w h i c hi sh o wt od e a l 州mt h ed y n a m i cc h a n g e so fb h s i n e s sp r o c e s sa n dr e s o u r c e s d u r i n g 娃l ee x c u t i o no f 、r k n o w f i r s t l y ，、v ep r o p o s e daw o r k n o wm o d e lt h a ts u p p o r t st h ed y n a m i cc h a n g e sa n ds e tu pa c o r r e c 订l e s sr e s t r i c t i o no fw o r k n o wp r o c e s s 。t h i sm o d e ls e to u th o wt os u p p o r td y n a m i ce h 罐g e s 矗o mf o u r s u b m o d e l o fi ta c c o r d i n gt ot h ee x t e n tt h a tt l l ed y n a h l i cc h a n g e si n 矗u e n c et h e e x c u t i o no f w o r k f l o w s e c o n d l y ，w ep r o p o s e dam e t h o dt 1 1 a tc a nb u i l du pt m n s f e rm l e so fe a c hn o d ci no l dw o r k f l o w m o d e la u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt ot h ep a r t i a ls e q u e n c eo fm o d i n e d d e sa n d 也ee x c 撒i o np a t h o f w o f k f l o w ， t 魏i r d i y ，w ph a v es o l v e dm ep r o b i e mt h a tt h es e m a r i t j co fw o r k f i o wi su n c e r t a i na tm e w o r k f l o wm o d e l i n gs t a g eb yt h ea ip l a l l n i n gt e c h n o l o g y w ea l s op m p o s e da l la l g o r i t l l mo f w o r k 日0 wp l a n n i n gt h a tc a i lb u i l dp a n i a ls e q u e n c eo ft a s k 、v h i c hc a nr e a c l lm e 驴a la c c o r d n gt o 也es e m a t i c 汹t 豁kd a t a b a s e w o 矗f l o ws y s t e ! mc a nc o m p l e t 。t h ee x c u t i o no fw o r k 蠡o wo n l yt o e x p l a i na n de x c m et h cs e q u e n c eo f t 韶k 蛳m ep l a i l i l i n gm a c l l i n ep m d u c e f i n a l l y ，b a s e dm em e t h o d st h a td e a l sw i 1t h ev a r i e dc h a n g e s 疳o mt h ef o u ra s p e c t so f w o r k f l o wm o d e l ，w eh a v ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e daw o r k f l o wp r o t o t y p es y s 把mt h a ts u p p o n d y n 黼i ca d a p t i v ew o 虫f l o w k 碍w o r d s ：w o r k 嚣ow ，d y n a m i cc h a n g e ，a d a p t a t i o n ，d y n a m i cm o d 硪c a t i o n ，p l a i l n i n g i i 国防辩学技术大学研究生院学位论文 图目录 图2 1 工作流的三维结构 图2 2 工作流管理联盟的工作流元模型 图2 3 工作流管理系统的特性 国2 4 工作流遭程管理和a i 规翔之间的比较 图3 1 工作流过程模型组成实体 图3 2 缰织模型结构图 图3 3 资源的树：状结构图 图3 ，4 工作流相关数据模型鼹 图3 5a d a p t i v e w f 工作流模型的缎成结构 图3 ，6p c 机装配图 图4 1 工作流模型版本树 图42 迁移策略的自动生成算法 图4 ，3 旧、耨工作流过程模型图 图5 1 工作流规划中的任务语义描述图 图5 2 _ i 作流生成的规划算法 图5 3 规划生成的任务序列图 图5 4 基于规划的。工作滚执行机制 图6 1a 妇p t i v e w f 的体系结构一 图6 ，2 工作流引擎的结构图 图6 | 3 活动实例状态转换图 图6 4 实例迁移体系结构 图6 ，5 工 乍流任务分配过程 。6 1 0 1 6 1 9 一2 0 2 2 2 3 一2 4 3 2 3 6 3 7 4 l 4 2 4 4 4 5 4 8 4 9 4 9 5 0 5 2 国防辩学技术大学研究生院学位论文 独创性声明 本人声明辫呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究王作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其德人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术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谢意。 学位论文题目：越查垂廑性三丝通差筵挞盎壁嚣曼座援 学位论文作者签名：垫竺叠日期： 西年，；月哼日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行捡索， 可以采用影印、缩印线扫描等复制手段保存，汇编学位论文， ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目： 叠盔建虞蓬三佳速羞缝鼓盔叠塞童廛盥 一 学位论文作者签名：堡堡蔓日期：j 硝年膳月j 7 日 吖， 作者指导教师签名： 蠡互一 曰期： 一，年j t 月2 孑日 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一肇绪论 壤。嘻庭怒冬磷巍鹜荣 遴天2 0 整纪9 年我，髓罄圣 。葵撬与黼络技术麓逐速发矮，黪鬟蹩京l 琏 。强e t 应覆嚣 益静及的情凇下，现代企业的供感系统的分瘴性、姆构性和自治性的特鬣越来越显著，褶 盛戆企l k 蹙崽褒源瞧分毒在雾提熬诗冀瓤环境孛，臻慧瀑乏滴戆连接表溪基较鼗耩会蕊褥 点，这样懿僚息蓉缎环壤简称 a 撩环境( 异擒、鑫渗、分帮) 。企、监貔臻蹙嚣熊分数瞧 窝决策截惠过程筑分黢瞧姆往疆蕊礁萎，霹基鬻娆磐添动谨缨傣怠麓霭袋嚣叠鼹裹； e l i 张裙e 蹦体系缩构和分帮式处理披术( e 0 r b a 、w w w 、0 l 嚣、，a v a ) 的广泛应掰， 都说明了这样一个搴实：集中式铸感处理驰时饯印将成为避去，取疆代之毂姆是大勰攘夔 舞构分布式傣恩处理与应髑执行环蟪。在这种大规耩冉勺分稚式环境下赢散避转相豆关联的 任务，并且对执行驰任务进行密切监控已戚为耱发鼷趋势。在遮瓣按术背景下，工佟滚 管蘧系缓邈囊簸瓷翡餐建无羝办公琢襞，转嚣残蠢麓豫金渣袈杂嚣麓，嶷蕊筵务渡摆窭动 执行豹必簧工撼。这群静一个转交，挺工撵流技术辩入了个崭新豹发熊黔段，使褥大铂 飙鬟深戆怒搛、更广熬领域对王佟浚技术震开了磷巍。 目前，谯垒球稳丽内，斑工傺流的技术研究以及捆关的产品开发进入了相当繁泶的除 段，更多要耩缝羧术禳集斌避寒，文侮管莲系统、数攥簿、嚷予鸯g 辞、移秘斌诗葵、i n t e 讯或 骚务等罄鑫较容熊剿工传淡餐联系统之中。箨为支撩企、监经薄过疆羹鬃 b u s i 辩s s # 瓣c e s s 辑。穗g i n 嚣赫g ，銎 r ) 、曼营过疆蠹韵纯( 酝娃璋s sp 琊e # 耋sa 撼。麟鑫羲。娃，嚣淞) 兹一静手段， 工干算流技术的礤究威用弱益受到学术界与企娩界的懿谶。许多大学和研巍机构也致力于工 俸滚按术熬逡步发震，开袋了一蓉裂爵窕矮箨，敢褥了鬣蔫懿藏祭。 随着企蛾竞争的艇剧和敢府撼嬲效率豹追切需鼗，企她对业务避稷羹缒( b p r ) 日益 耋魏，棼望邋过它璎强鑫受糖力帮竞争鸯；蕊 j 逶遭对工搀流壤垄遴嚣援验霹菠壁躐项嚣 援划及盈势流穰瓣不舍瑾之处，经造多次修敬秘孬设计焉可疆建立激嚣离效摊台瑾熬建努 滚糕。丽醴，骏麝黪行葭职翡转变移缝魏谖整选嚣癸避嚣辫门薰怒、渡务调夔，滋程霞 化等工作。鳓此，工作流管瑷系统必颁具有谯执行阶段动态修改过稷模型以懑成业务过程 救变位，并对正在执行竣工作滚进行动态调整鞋适应巷萋孛变化懿熊力，帮爨戆。 王稼漉管璎系统的鬃德主要体现程琵个方霞筘。l ： ( i ) 遗撵煞柔瞧：藏麓疆甄多令执行蹒经串逸撵一令抵嚣。钎霹臻些然够蓣巍秘遵 翼鬻豹清瑷，在建模阶段遂行定义，弑行辩掰根据潮断条件选耩执行即可。 ( 2 ) 当媳瓣的粱性不能满足黼求时，裁嚣要动态修改工作滚模型，工佟演实侧褥校 摇修改后鹃z 彳窜瀛模熬运孬。因此工作流静适应往就燮得菲常必要了。 为了使工作流披术更加逡台现代业务应用的特点，如傅挺离工作滚管理深绞躲避寝瞧 蠛冀霞露工体滤技术疆究懿主要热赢之，赫惫工 萋滚氇蠹诧产生。韵态王挥滚主要霹究 虿丁百一一 阐防科学技术大学研究生院学位论文 解决工作滤过程各种动态变化阅题的技术和工具。 鬣前，工作流管理系统的适应性主要体现在如下四个层次上 32 】：业务环境方面的适应 性( 能够适应于不同的业务环境需求和领域的变化) 、过程级适应性( 对工作流模型和活 动的结构变化及演进变化的适应) 、资淫级适应性( 对资源部件、组织模型以及数据模型 的变化的适应) 、软件级的适应性( 系统本身的可重构性) 。 虽然动态工作流得到越来越多的工作漉厂商和工作流理论研究者的关注，他们分别从 不阀的角度提出螽己的解决方案，这些方法也在一定程度上增强了系统的灵活性。但是这 些方法一般从特定的角度出发，解决其中特定的问题，缺乏对系统整体灵活性的支持，两 且很多方法还只是停留在理论研究阶段，离具体实现还有很大距离，在正确性和实用性方 面有定的缺陷。另一方面，由于工作流适应性问题的复杂性等原因，工作流的适应性研 究还远远不能满足实际闻题的需要，这给工作流的实际应用和大规模的推广带来了很大的 限制。 1 2 本文的主要王作 本文以工作流在过程级和资源级的适应性为主要研究内容，同时还研究了工作流方向 的一些其他问题，包括工作流模型、异常处理等。工l 乍溅适应性研究是本文的核心工作和 本文的主要组织线索。本文从多个角度对工作流的适应性问题进行了研究，主要内容包括： ( 1 ) 工作流在建立阶段对动态性的支持，即提出了一种适应于动态变化的四维工作 淡模型：过程模型、组织模型、资源模型和相关数据模型。该工作流模型除了支持一般的 业务逻辑外，还支持工作流动态特性的描述。这主要包括能够支持业务逻辑的动态变化， 描述不确定性业务逻辑和组织模型、资源模型的动态变化。 ( 2 ) 工作流过程模羹的动态交化的处理。在流程执行阶段，当对工作流实例进行动 态修改、对原有的工作流模型进行修改或创建了新的工作流模型时，正在执行的工作流实 例会受到各种变化的影响。这就需要对工作流实例进行特定的处理，以动态适应工作流模 型的变化。为此，我们定义了动态修改操作集及其约束，并提出了一种根据工作流模型动 态修改操作艇关联节点之闼的偏序关系，自动为修改前模型的每个节点生成相应的迁移规 则的方法，我们称之为迁移点法。受交亿影响的工作流实例根据当前的执行路径选择相应 的迁移规则，著按照此规则实现工作、凌实例的迂移。同时，我们将工你流实例的动态修改 闽题转化为工作流过程模型的动态修改问题，并使用迁移点法对进行处理。 ( 3 ) 利用a i 规划思想解决了建立阶段的不确定性问题，即利用a i 规划技术为不礁 定的业务逻辑动态地生成确定的过程模型。定义了工作流过程模型中任务的语义，并根据 该语义提出了一个工作流规划算法。该算法能够根据工作流实例的当前状态和要达到的昆 标自动地生成建摸时不能确定的任务序列。这种方法打破了传统的通过人工干预处理“黑 盒”问题的局限，掇高了处理不确定问题的自适应能力。 ( 4 ) 实现任务的动态分配。提出了动态任务分配策略以处理组织结构籀人员的动态 第2 负 国防科学技术犬学研究生院学位论文 调整，并实现了对已分配好的任务的动态调整。 ( 5 ) 异常处理及错误恢复。 ( 6 ) 从以上几个方面的适应性入手，设计并实现了适应性的工作流原型系统，使其 能够自动地处理工作浚运行过程中的各秘动态变化。 本文将我们所设计实现的适应性工作流原塑系统统一称为a d a p t i v e w f 。 本文的主要避步点有： ( 1 ) 提出了一个适应性工作流管理系统的实现框架。该框架能够很好造处理工作流 过程模型的动态变化和资源模型的动态变化问题，为企业建立适应性工作流管理系统提供 了重要的参考依据。 ( 2 ) 迁移点法实现了工作流实例的自动迁移，避免了需要人工干预完成实例迁移的 局限。该方法根据修改点的很净关系为修改蔻工作滚模型各个节点自动生成迁移规则，并 根据工作流实例的执行历变选择相应的迁移规剡，使得完成实例迁移时工作流实例的回退 补偿工作尽可能少，并解决了一些相关工作存在的问题( 详见4 2 5 节) 。 ( 3 ) 将a i 规划理论弓l 入工作流管理系统解决了工作流过程模翟的不确定语义问题， 打破了需要人工干预完成“黑盒”到“白盒”转化的现状。同时，该思想打破了传统工作 漉的鹾阶段执行极制，为建立真芷动态的工作流指明了方向。 1 3 论文结构 文章的后续部分组织如下：第二章分绍了工作流和动态工作 j | c 技术的概念及研究现 状；论文的第三章介绍了支持动态变化特性的工作流模型，从过程模型、组织模型、资源 模型和楣关数据模型四个方面分别介绍了其对工作流动态变化特性的支持。在此基础上， 第翻章详细介绍了过程模型的适应性问题以及a d a p t i v e w f 中支持的动态修改操作及规 则，并设计了一个工作流实例迁移规则自动生成的算法；第五章将a i 规划思想引入工作 滤技本解决了工作流在建模阶段的不确定性闯题，透过对任务语义的建立，设计了一个能 够自动生成工作流任务序列的规划算法；第六章介绍在前面几帮的理论基础上设计并实现 的支持工作流自适应特性的工作漉朦型系统，即a d a p t i v e w f ，并介绍了该系统的体系结 构，以及对各种动态变化的处理。 第3 页 蜀防科学技术大学研究生院学位论文 第二章动态工作流技术概述及相关研究现状 2 1 1 工作流的基本概念 2 。1 工作流概述 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定流程 的系列活动而提鼬静一个概念。其目的是逶过特定的工作流建模机制将日常工作中的固 定流程抽象出来，然后再按照一定的规则对这个抽象出来的工作流程模板进行管理和腋 控。工作流使业务流程尽可能地自动化执行，只有需要人工处理的缝方才报给相应的人员 处理，这样就达到了提高工作效率、降低生产成本、提高企业竞争力的目的。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w o r k n o wm a n a g o m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 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( w a p i ) 等方面制定了一系列标准。 不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义。工作流管璞联 盟绘出的工作流定义“是：工作流是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、信息藏任务b 够在不闰的执行者之间进行信息传递与执行。 关于工作流的两个基本概念是过程横型和过程实例。过程模援( 在有的文献中也称为 过程定义、过程模扳、过程元数据等，本文中统称为过理模型) 定义了业务过程中任务的 执行顺序、执行任务所用的数据和资源，其中确定这些顺序关系的元素被称为是路由。过 程模型实例化后的结果是过程实例。个保险申请、一批订单、一张税务申报单等都可以 产生一个过程实倒，它一般由外部用户产生，也讶以由企业内部成员( 内部用户) 产生， 工作流管理系统因为定时和特定事件触发等原因也会自动产生过程实例。在过程实例中， 任务对应的实例口q 做工作项，例如“登记一个税收账单”、“发送传囊给客户”等。绝大 部分韵工作项需要被分派资源执行，个资源可以是一个计算机应用程序( 例如会计系统、 邮件管理系统) 或者是一个具体的人( 例如雇员、主管) 。已分派特定资源执萼亍的工作项 称为活动。 第4 受 国防辩学技术大学研究生院学位论文 图2 1 工作流的三维结构 由图2 1 可以看出，工作流可以通过模型、实例和资源三要素进行研究。图中的点表 示了这三者之间的关系，而工作流则是这三者的结合体。 2 1 2 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。工作流管理系统 建立阶段的功能主要是完成经营过程的计算机化的定义，也就是完成过程建模的任务。在 这个阶段，剽用一个或多个建模方法及相应的建模工具，完成实际的缀营过程到计算机可 以处理的形式化定义的转化。 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滤 所需要的组件或元素等主要特征外，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，即工作流描述能力强，可以描述几乎所有的业务 漉程类型。然丽，到目翦为止，人们虽然提出了不少有意义、有见解的工作流模型，但从 描述能力上看，距离这一理想情况尚狠遥远。 文献 1 1 】中给出了对概念模型进彳亍评价的四条标准为： ( 1 ) 表达能力丰富：模型要提供丰富的建模概念，使得由大量约束集合而成的元素 能够在模型中被赢接表达出来。 ( 2 ) 容易理解：无论是领域专家还是普避用户，都能够比较容易地理解模型含义。 ( 3 ) 最小化：模型中的概念不能重叠，每一个基本概念都有它特定的意义。 ( 4 ) 形式化：模型定义能够作为现实对象的形式化描述。 在大多数情况下，概念模型都提供相应的图例表示，因此，我们认为还应该再加上对 图例的要求，如易读性、完整性。 第5 页 国防科学技术丈学研究生疏学位论文 在迸入9 0 年代以后，市场上出现了较多的工作流产品，人们开始对工作流摸型进行 深入的研究。许多工作流模型来自不围的工作流产品，有些模型则来自专门的研究项鼙或 者奁接由菜个学者提出。由于工作流首先必须描述清楚一个经营过程是怎样进行的，因此， 许多工作流模型都是从过程的描述入手，比如，沆程图、状态图、活动网络图以及k e l l e r 等人提出的e p c m 模型( 事件过程链模型) 等。这一类基于有向黼模型的优点是比较直观， 容易理解。一般情况下，图中的节点表示过程中的活动或者状态，丽有向弧则表示节点间 的执行依赖关系。不少工作流产品采用了这种类型的模型，僵其缺点是比较简单，不能处 理复杂的过程逻辑。 元模型( m e t a m o d e l ) 是用来定义语义模型的构造( e o n s t n l c t ) 和规则( r u l e ) 的，遥 常称为定义表达模型的语言的模型。工作流元模型是指对工作流建模语言中的基本元素和 规则进行抽象，并加以一般性描述，用来指导工作流管理系统的过程建攘“。工作流的元 模型是用于描述工作流内部的各个元素、元素之间关系及元素属性的。工作流元模型通常 涉及相互关联的3 个子元模型，即： ( 1 ) 过程定义元模型：模型元素用于定义业务过程，控制工作流的执行； ( 2 ) 组织梳构元模型：描述单位、部门、人员的组织关系以及所担当的角色； ( 3 ) 相关数据元模型：工作流“生产”和“消费”的数据以及它们的流动关系。 工作流元模型的核心是过程定义元模型。工作流模型由各个活动构成。活动之间通过 连接弧连接。每个活动在执行的过程中可能会用到各神工作流相关数据，在具体执行时还 需调遐钋部应用程序。如果是需要人工参与执行的活动，工作流在冀具体执行时需分派给 工作流参与者。这个元模型规约出元素类型的一个基本集合，这些元素类型适合于相对简 单的过程定义，工l 乍沆开发人员根据需要对该元模型进行适当的扩展。工作流管理联盟提 出的工作流元模型如图2 2 所示： 图2 2 工作流管理联盟的工作流元模型 第6 页 国防辩学技术犬学研究生院学位论文 2 1 3 工作流管理系统 工作溅管理系统是一个软件系统，它完袋工作流的定义和管理，并按照杰计算机中预 宠定义努您王佟滚逻骥推进工俸滤实镶懿挟零亍f l 】。王 擘滚管理系统提供了三耱功戆： 固建立除段功艉：主要考虑王捧流过翟及稿美潺鹚豹定义帮建模功能。 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过程 中活动的排序和调度功能。 运行阶段躲人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与r r 戍掰工其之间的交 互。 嚣2 0 绘寝了王终渡管莲系绞三个主要凄筢之润秘关系： 过程设计与定义 过程实例化与控制 天爨交夏 囊舒 黼2 3 工作流管理系统舟句特性 以w f m c 工彳乍漉参考模型为慧础实现静传统工作瀛管理系缝中，避稷只能在建立融 麓定义露骖浚，运行过程中不会发生交纯，遗程摸燮溺定嚣缺乏黍缝。避稷实爨巍嚣遘程 中，相对 ：e 辏稳定的过程摸霆灵活斑变的能力不足，一里过程运行环境发擞变化，国现与 模型中的内容不匹配的情况，工作濂实铡往往困无法适应过程模型的燮化黼不能继续执 行。另一方灏，一个过程实例的执行可能需要耗费大黛的资源和时间。如果过程无法执行 下去时，筒荦嬲方法是将过程实例取消，然蜃修改过稷模型并重掰运行工作流实恻，这将 导致资源秘辩瓣鲶疆大浪费。露量在菜些壤提下，这摹孛取演是不竞诲懿。赋予工痿滚壤羹 一定豹动态特没，使箕能适应避瑕运行基兹、环臻弱。蠹下文鲶改变，执行不溺翡搡律蠹容， 最终完成、业务流程，将大大提高工作流系统对实际情况的适应能力。 第7 委 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 。2 动态工作流技术 2 。2 ，l 动态工作流技术的概述 以往工作流管理系统只允许在建模时对过程进行编辑和修改，一且过程运行之后就不 能再对其进行修改。这种限制使褥它们仪仪适用于那些结孛句合理、运行对现实的业务过程 与建模时计算机表示的过程完全吻合以及不需要动态扩煨的业务过程。但是现实世界复杂 多变，在业务过程实际执行过程中，其应用环境经常出现新的法德规则、新的市场需求、 毅的技术等特例情况。雨在建立阶段时完全预知这些特倒情况是不可能的，并且对建模人 员来说也是不可接受的。此外，实际的业务过程中还可能存在不是静态的，难以预测的意 外事件或者异常，这往往会导致实际的业务过程与预定义的工作流过程存在着偏差，这种 情况的经常发生极大地限制了工作流管理系统的应用范围。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，应该在保证工作漉基本特性的前提下，研究如何提高工 作流系统的灵活性，增强适应各种环境变化的能力。动态工作流正是为此目的提出的。 “动态工作流”这一名词起源于“动态修改”。所谓动态修改是撂在过程运行时对该 工作流过程模型进行某种修改，宅是相对于工作流建模对( 此时过程并束运行) 对过程进 行的静态修改而言的。其实，目前国内外学术界对于动态工作流并没有给出一个大家公认 和接受的明确定义。通俗地说，如果一个工作流管理系统支持对正在运彳亍的工作流过程进 行修改，我们称这个工作流管理系统为支持动态修改的工作流管理系统，简称动态工作濂 系统。而动态工作流技术指与动态修改相关的所有技术，包括动态修改分类、动态修改策 略、动态修改实现方法、动态修改带来的问题及怎样解决这些问题等，简称动态工作流。 工作流管理系统为了对动态修改以及不期望的情形和错误进行充分的柔性处理，就需 要支持动态工作流的自适应特性。逶应性工作流除了要提供类 娃当前工作流的过程支持功 能井，还耍能够处理过程( 流程) 变化。v a l ld e ra a l s t 按照变化的影响范围将过程的变化 分成两大类f 4 0 】： ( 1 ) 描时变化( a d m o cc h a i l g e s ) ：该变化只影响一个流程实例或一类流程实例，并 不影响流程。导致特别变化的原因是：错误、稀少事件的发生、用户的某个特别指令等。 异常通鬻会带来这融变化。一个比较典型的例子就是，当情况比较紧急时，需要跳过某个 或某些任务执行以减少整个实例的执行时间。 ( 2 ) 演进变化( e v o l u t l o n a r yc h a l l g e s ) ：该变化对应流程的结构闯题，即工j 乍流过程 逻辑发生了交化。在某个时亥4 ，系统中的某个工作流发生变化，则正在运行的该工作流 的实例都要受到影响。导致演进变化的主攫琢因是：、业务策略发生变化，业务过程重组甄 结果，外部条件的永久性修改等。 临时变化的一个最显著的特征就是它并不影响定义的流程，只是l 乍用予工作流实例 上。由此，就可能产生很多闯题。对于流程实例发生的变化，有可能是由于外部条件发生 第8 更 国防科学技术大学研究生院学位论文 了变化导致不能按照原有的计划进行( 比如在医疗流程中，若对某个病人进幸亍了菜种治疗， 但他对所开的某种药过敏，则必需停止当前的所有执行) ，也有可能是由于某个条件不能 被满足致使某个节点不能正常执行。这就说明了临时变化的种类是多种多样的，如果不加 眼制的话，很可能会出予出现各种各样的异常雨使系统瘫痪。所以，工作流管理系统很难 决定哪种类型的交纯是允许的。同时，由于特别变化的多样性，要预见所有可能的工作漩 变化几乎是不可能的。这对正确处理峨时变化造成丁巨大困难。 演进交化剐是要更改流程的定义，它通常影响新的流程实例，但也要影响旧的流程实 例。在更新流程时，对已经存在的1 日流程实例的处理主要有四军中方法： ( 1 ) 重新启动：所有已存在的流程实例都被终止，并按新的流程重新启动流程实例。 这样就保证了在任何时刻，同一流程的所有实例都保持与该流程的一致性。但对于大多数 的工 乍流应用来说，由于工作的时间和开销比较大，熏新启动工作流实例是不可敬的。 2 ) 终止流程实例：所有己存在的工作流实例都被终止，并不再被处理。这是与现 实需求不一致的。 ( 3 ) 继续执行流程实例：每一个流程实例都与一个特定的工作流版本相对应，新的 工作流过程模穗并不影响旧的流程实例。当前的许多工作流产鼎都支持这种版本机制。但 该方法仍然存在若不足：i 居的流程实例不能参考改进后的路由定义。蔺时，如粟工作流的 定义频繁更新，则管理众多的版本信息将成为一个相当复杂的问题。 ( 4 ) 迁移工作流实例：熄现存的工作漉实例迁移到瓶定义的工作流上，也就是说， 工作流实例矗接受到演进变化的影响。 在这四种方法中，由于第一、二两种方法的不可行性，加之第四种方法的复杂性，现 阶段工作流管理系统采用最多的是第三种方法，帮采用敝本机制处理工作流模型变化( 演 迸变化) 。业务过程发生变化时，相应地生成一个工作流模型的新版本。系统中的每一个 工作漉实例都鸯一个与之对应的工作漉模型版本跟它对应。当莱个工作流模型生成新的版 本时，之前某个版本的工作流实例仍然按照其原先的工作流版本继续执行。这种版本机制 在很多情况下是很实用的。例如：一个滤出时闻比较短的管理过程就比较适合采用版本梳 剖。 但是，在某些实际应用中，我们并不希望正在执行的工作沆实例按照1 目的工作流模型 的路由执行，这时就不适宜用舨本机制来处理工作流的变化淹题。在这种情况下，第四种 方法就显得尤为重要了。就拿分期付款来说，它的周期一般是2 0 到3 0 年。如果每年该过 程频繁地变化，这就会导致该过程的很多版本圈融运萼亍。为了有效地管理这些流程版本信 息，同时又减少开销，我们必须要将当前活动的版本( 被工作流实例使用的版本) 数量控 制在一定的数量上，尽量是越少越好，那么就需要将一些日版本的工作流实例迁移到耨版 本上执行。事实上，在很多情况下，我们必须将工作流实例迁移到新的工作流模型上执行。 虽然动态工作流得到越来越多的工作流厂商和工作流理论研究者的关注，他们分别从 不回的角度提出自己的解决方案，但由于工作流适应性闯题的复杂性等原因，工作流豹适 第9 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 应性研究还远远不能满足实际问题的需要，这给工作流的实际应用和大规模的推广带来了 很大的限制。 2 2 2 基于a i 规划的动态工作流 目前，动态工作流技术主要是基予2 1 1 3 节分绍的两除段工作 瀛管理系统的概念提出 的，它主要强调对静态建立的工作流模型在运行阶段的动态变化的处瑾。其实，真正的动 态工作流应该是动态建立、动态运行的，这就要求工作滚管理系统能够提供动态建立工作 浚过程模型的功能。根据a i 规划的思想，可以动态建立工作流模型。 从a i 的视角来看，a i 规划可阻很有效地充当这种工具，可以用来支持动态工作流中的过 程定义、动态适应性、问题恢复、j 蠕喇过程的动态定义等。因为a i 规划提供了过程中活 动相关知识的陈述性表示以及有效的过程模型的生成手段。同时，在应用了规划或部分规 划后，a i 规划可以通过对预见的情形进行显式推理来提供有效的监控。另外，当过程的执 行出现问题时，可眺通过重新规划处理异常。 从本质上讲，a i 规划技术的工作方式和工作流技术中的执行方式存在很多相似之处。 工作流中业务过程非常类似于a i 援划中存储的规划模扳或者层次任务网络( h t n ) 。业务过 程实例剩类似于a i 中的瓶翔解。不过，从术语上讲，“规划”概念本身在工作流和a i 这 两个领域中具有不同的含义。工作流中的规划包括资源的分配、民标的启动时闻和完成时 闯的约束等，对应到a i 中则表示生成个带资源和时序信惠的观翔，即是a i 规划和调度 技术的整合。圈2 4 简单地对这两种技术进行了比较，虚线对齐的阶段可以粗略地看成等 价。 前面的章节对工作流管理的几个阶段已经进行了详细的介绍，在本节我们主要对a i 规划进行阐述。 ： 工作流管理： 鲥规划 域建模瞄 组织结构和过程i；，r 、 建模 ， i一 一一一一一j ! 规划 翼 一；，一j 一二= _ = 二二二二活动的 一有序集合 过程规划调度 0 一一1 ，一一j 1 一f 一- 一。 给活动赋予 ? 一一资源和时序信息 执行( e l l ：l c t m c n l ) 执行 e x e c t l t i o n ) j 一】；一。 图2 4 工作流过程管理和a i 兢划之间的比较 a i 规划关注的是动作有序集合的确定，这些动作将由规划器从潢足绘定条件的初始状 态开始执行，终止于满足给定尽标条件的状态。一个过程是活动有序集合的描述。一个规 第1 0 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 划是到达给定目标的相关活动的描述，是一个实例化的过程。a i 规划提供了多种技术来产 生规划，但是主要有两种方式对域进行规约。种是s t r j p s 风格舰划，操作子由原子动 作组成，规划器通过组合实例化的动作来为给定目标生成规划：另一秘是分层任务网络 ( 丁n ) 规划，其核心思想是分层分解。h t n 规划中，用来描述褥题的初始规划被视为所需 完成任务的高层描述，通过动作分解寐改进规划。每个动作分解将一个高层动作还原成低 层动作的偏序集，直到规划中只剩下原始动作。h 1 n 将规划视为是动作描述更具体化的过 程，而不是一个从空动作开始构建动作描述的过程。h r n 兢划中域的描述本质上是过程的 描述。通过对过程的参数化描述进行规约，支持过程的自动装配和实例化以形成规划达到 绘定目标。h 1 n 描述积工作流中使用的规划模板很相似，h t n 方法似乎比较适合描述该 域。 一般来说，整个阅题可以分为以下几个阶段： ( 1 ) 建模：寻找一种合适的方式来描述进行规划的世界和问题。规划问题的表示主要 包括状态、动作和目标。 ( 2 ) 娥划：寻找动作的有序集合，使得从初始状态开始执行能够到达一个满足目标条 件的状态。这些动作的顺序未必完全确定，规划关心的是集合中动作之间的逻辑依赖，例 如，动作a 可能导致行动b 的蓠置条件满足，那么a 在b 之前执行。规划可以采取臼底 向上的方式连接动作直到初始状态和终止状态之间的差距得以消除( 如s t i u p s 方法) 。或 者，可以采取自顶向下、逐步糙化的方式，直到规划能表达成可执萼亍动作( 如 n 方法) 。 ( 3 ) 调度：一个规划表达了个能够到达目标的动作的有序序列。调度决定了与规划 一致的哪个动作序列将被实际采纳，每个动作在哪个时间片执行。通常，这些选择基于效 率度量的形式，铡如执行的全部时淄。同样，调度处理对每个动作( 活动) 的资源分配情 况，这样资源就不会过度消耗。传统上，规划和调度是两个不同领域，但是现在呈集成趋 势。考虑到应用背景是工作流技术，本文也把规划和调度看成一个整体。 ( 4 ) 执行：这个阶段需要考虑的一个问题是动作并不一定会到达预期的结果，所以需 要监控。如果通过比较预期事 牛和实际事件丽发现出入，则需要进行规划修复。如果背离 很大或者根本不可能修复，则需要丢弃该瓶划并生成新的规划。 表2 1a i 规划和工作流之阔的概念映射 a i 规划工作流 建模十规划和调度建模和调度 执行( e x e c u t i o n )执行( e n a e t m e m ) 动作活动、任务、 初始状态 组织机构、资源 目标业务目标、服务提供。 从图2 4 中，我们可以看出工作流过程( 模型) 非常类似于a i 规划。表2 1 给出了这 第1 l 页 露貔辩学技术大学骚究生藏学位论文 两个矮域悫一黧藿爱概念之闻映射荧琴。把a l 撬剡技术虚雳至l 工俸流羧零箍架中最大好 处是：不同级别( 图2 4 右侧标出的连线) 控翩流和数据流是连续的。道程管理通常把整 个过程看作从邀鳇定义到执萼亍的嚷一路径，没有( 自动) 反馈，丽a i 可以搬大地帮助处 理不同级剐的爨动反馈。 2 ，3 动态王律流按寒静磷究现状 目前，许多学者都致力于与邋应性工作流相关问题的研究。与动态变化有关的问题很 难处理，现有的工作流管理系统都还没有彻底地解决该炎问题。根据参考文献 1 5 ，市场 中只有l n c r a c h 、t o a m w a r ef l o w 游仅寄麴几摹申商业王 擘流管理系统鼹够部分支持翔户动 态骖毅执行中茨浚疆。在翡决工俸流麓态交霞遥踅露，圭簧熬滚点葶瑟耋熹还蹩集孛在遗瘦 往方法，蒋爨楚工作漉实剿受餮影响酌情援。国癌舞静徽多研究者都对戴键獭了一些方法， 比较典型的有： l e i p z i g 大学的研究项目“a d a p t i v ew o 舢o wm a n 麟e m e n t ”提出了一个熬子规则的方 法泉检测逻辑锩误事件，并实现了麟向事件翡工作流照遥感【l ”。分为三令步骤：( ) 事 锌管理嚣凌定在工 擘滚环境中发生瓣事 孛戈翳类事件。( 2 ) 接翻a g e n t 决定哪些工终滚 实爨受弱该逻辚镄误事传戆澎稍。( 3 ) 一个鑫适痘a g e 嫩受蠹处理受影璃豹工作滚翡逶 应性问题。例如：通过移除或籀入活渤使得工作流熊够熙好地处理由逻辑锚谈事件造成酶 新情形。 对于过程实例执行过程中的各种动态交化，一般的工作流系统都作为舜常情况进行处 理【嘲 2 9 j 。参考文黻 2 9 3 就提出利耀嚣c a ( e v e 瞰。e o 珏d i t i o 小a c 垃。匐翘刚，针对斑瑰变化要求瓣 弱不弱毒主嚣暴爝不藏躲雾鬻楚瑗繁螓。毽是在缀多 耋熬下，这筵动态交化都憝正常翡监务 需求，把它们帮作为业务异常进行簸理，本身就不自然。简且如果趱户经常通过异常处瑾 这秘不规范的方式去操作后台数据，会严重影响系统的稳定性和强用性。瓣次为了在出现 异常时能用砸确的梳翎处理，需要程建立过程模型时指定各种异常处理靓则，这对建模入 员来说也是不小的负担。 支羧【3 餐对凌态色莲疫鲍工俸流系统蘑要宠藏瓣功# 遴行芗概菇，可分恣9 秘渡凌： ( 1 ) 髓够动态缝修改和编制工律溅：l 建程模型；( 2 ) 工圣簧滚的执行模型可鞭鬣鬣：遴嚣部 分执季亍、指导燃执行和强制执行； 3 ) 能够先活动、瓷源、a g e n t s 和a f t 觚拈分门剩类地 建立模型，保证在运行时有可选择性，并保证整个过程的一致性；( 4 ) 热宵自反性：工 乍滚过程在执行赡能够访问自己，并瓣自己的原模型黧颛修改；( 5 ) 根据避程实铡对过 簇搂壅送行演交；( 6 ) 能够逻辑分辫个过程模型；( 7 ) 瓣够嚣建过程片段毒珏缀 串瘁； ( s