（计算机软件与理论专业论文）时态工作流模型研究.pdf

摘要 摘要 1 9 9 3 工作流管理联盟的成立和它在次年发布的工作流参考模型标志着r ：作 流技术开始进入相对成熟阶段，涌现卅了久量相关产品。随着食业竞争的由剧和 政府提高效率的迫切需要对工作流产品的时效往、灵活性、口 靠性提出r 更高 的要求。本文研究以提高上作流产品时效性为目的，通过对现有工作流模型在时 间建模方面的扩充和完善，为该问题的最终解决提供理论基础。 本文提出了时态工作流的概念，它强调将时间作为一个维度引入： 作流系 统，全面、系统地研究： 作流系统中各元素及元素间关系的时态特性及其规律。 在此概念指导下，对时态信息的表示及演算、时态工作流元模型、过程模型及其 静态验证等基础问题进行了深入的研究。具体来讲，可分为如下四个方面： 1 ) 时态信息表示及演算。在对时间系统进行分析的基础上，定义了时间点、 时间区间和时间距离三种基本时态元素及其演算，讨论了绝对时间和相对时间问 题。时态信息的形式化表示及其运算的定义，为后续时态工作流中时间信息的描 述和处理提供了严格、规范的基础； 2 ) 建立时态工作流过程元模型。系统、全面地描述了工作流过程的基本概 念及其概念间的联系，将过程中的任务概念分解为业务任务和管理任务。在此基 础上，结合过程和任务的状态图深入、系统地分析了各个元素的时间属性，并最 终形式化地定义了时态工作流过程元模型； 3 ) 建立时态工作流模型。将工作流的基本概念映射为理论模型的基本元素， 提出了能够综合描述过程、信息、资源和应用程序四维信息的时态工作流过程模 型t p w f n e t ，并给出了形式化的定义和模型的动态语义。定义了t p w f n e t 的图 形符号体系以及建模的一般步骤。最后，用u m l 的类图分别描述了另外三个子模 型：信息模型、资源模型和应用程序模型，并分析了其中元素的时态属性； 4 ) 研究过程模型合理性分析和验证的方法。证明了t p w f n e t 与w f n e t 的 结构等价性、自由选择同步t p w f n e t 和良构t p w f n e t 的合理性可以在多项式时 间内判定等结论。在此理论指导下，提出了结构化建模的思想，定义了一组基本 过程结构和建模规则。最后，深入阐述了基于结构化简的t p w f n e t 模型验证方 摘要 法，给出了一组化简规则和化简步骤。对基于可达图的自动化验证方法及其与结 构化简相结合的方法进行了初步的探索。 时态工作流模型的研究使工作流中时间要素的描述和分析更加全面，有助 于促进工作流相关问题( 如：柔性) 的研究，并与时态数据库的研究互相促进a 在该理论指导下开发的时态工作流产品是电子政务、电子商务、企业信息化等领 域的重要基础性平台，具有极大的应用价值。 关键词：工作流，时态信息，元模型，过程模型，模型验证 n a b s tr a c t i t i sas y m b o lo fw o r k f l o wt e c h n o l o g yc o m i n gi n t oam o r em a t u r ep h a s e t h a t 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 lw a sf o u n d e di n1 9 9 3a n dt h e w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e lw a si s s u e ds u c c e s s i o n a l l y m a n yr e l a t e dp r o d u c t s h a v ee m e r g e df r o mt h e n m o r ed r a s t i cc o m p e t i t i o n sa m o n ge n t e r p r i s e sa n d t h ee x i g e n tn e e d sf o rg o v e r n m e n t st di m p r o v et h e i re f f i c i e n c ym a k ei tm o r e i 町p o r t a n tf o rw o r k f l o wp r o d u c t st os u p p o r tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h e r a b i l i t yt oc o n t r o lt i m e ，f l e x i b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y t h i sd i s s e r t a t i o n a i m sa tt h ep r o l e mt oi m p r o v et h ea b i l i t yo fw o r k f l o wp r o d u c t st oc o n t r o l t i m e ，a n di n t e n d st op r o v i d em o r ep e r f e c tt h e o r yt h r o u g he x t e n s i o n sa n d m e n d st ot h ec u r r e n tt i m e r e l a t e dw o r k f l o wm o d e l t e m p o r a lw o r k f l o wi sp r e s e n t e da sac o n c e p ti nt h i sd i s s e r t a t i o n ， w h i c hm e a n st h ew o r k f l o wi nw h i c ht i m ei si n t r o d u c e da sad i m e n s i o n b a s e d o l lt h i s ，t h et e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dr u l e sa b o u tt h ee l e m e n t sa n d t h e i rr e l a t i o n si naw o r k f l o ws y s t e mc a nb es t u d i e dc o m p l e t e l ya n d s y s t e m a t i c a l l y t h i sr e s e a r c ho nt e m p o r a lw o r k f l o wi n c l u d e s ： 1 ) t h ee * p r e s s i o na n dc a l c u l a t i o no ft e m p o r a li n f o r m a t i o n 。b a s e do n t h ea n a l y s i so t lt i m es y s t e m ，t h r e eb a s i ct e m p o r a li n f o r m a t i o ne l e m e n t s a n dt h e i rc a l c u l a t i o n sa r ei n t r d u c e d r h i c hi n c l u d e st i m e p o i n t ， t i m e i n t e r v a la n dt i m e s p a n t h ec o n c e p t so fa b s o l u t et i m ea n dr e l a t i v et i m e a r ea l s od i s c u s s e d t h e s ep r o v i d eap r e c i s ea n dn o r m a t i r em e t h o dt o e x p r e s sa n dh a n d l et h et e m p o r a li n f o r m a t i o ni nw o r k f l o w 2 ) t h ep r o c e s sm e t a - m o d e lo ft e m p o r a lw r k f l o w t h eb a s i cc o n c e p t s a n dt h e i rr e l a t i o n si nw o r k f l o wp r o c e s sa r ed e s c r i b e dc o m p l e t e l y a n d s y s t e m a t i c a l l y t h ec o n c e p to ft a s ki sd e r i d e di n t ob u s i n e s s t a s ka n d m a n a g e m e n tt a s k t h e n ，w it ht h eh e l po ft h es t a t eg r a p ho fat a s k ，t h e t i m ea t t r i b u t e so fe v e r ye l e m e n ta n dr e l a t i o na r ea n a l y s e da n de x p r e s s e d ， a 蛞c r 皇c t a n daf o r m a l p r o c e s s m e t a m o d e lo ft e m p o r a lw o r k f l o wi sc r e a t e d e v e n t u a ll y 3 ) t h em o d e lo ft e m p o r a lw o r k f l o w t h em o d e li n c l u d e sf o u rs u b m o d e l s ： p r o c e s sm o d e l ，i n f o r m a t i o nm o d e l ，r e s o u r c em o d e la n da p p l i c a t i o nm o d e l t h r o u g hm a p p i n gt h ec o n c e p t si nt h em e t a m o d e li n t ot h ee l e m e n t so fp e t r i n e t ，ap r o c e s sm o d e l ，t p w f n e t ，i sp r e s e n t e d ，w h i c hc a nd e s c r i b ep r o c e s s ， i n f o r m a t i o n ，r e s o u r c ea n da p p li c a t i o ni no d em o d e ls y n t h e t i c a l l y t h e f o r m a lp r o c e s sm o d e la n di t sd y n a m i cs e m a n t i c sa r ed e f i n e ds t r i c t l y g r a p h i cs y m b o l so ft h em o d e la n dam o d e l i n ga p p r o a c ha r ea l s od e s c r i d e d f i n a l l y ，o t h e rt h r e es u b - m o d e l sa r ed i c u s s e da n dt h et e m p o r a la t t r i b u t e s o ft h e i re l e m e n t sa r ee x p r e s s e da st e m p o r a li n f o r m a t i o ne l e m e n t s 4 ) t h ea n a l y s i sa n dv e r i f i c a t i o no ft p 盯- n e t s o m et h e o r e m sa r e p r o v e d w h i c hi n c l u d e ss t r u c t u r a le q u i p o l l e n c eb e t w e e nt 冈p - n e ta n d w f n e t t h es o u n d n e s so ff r e e - c h o i c es y n c h r ot p w f n e ta n dw e l l s t r u c t u r e d t p w f n e tc a nb ed e c i d e di n p o l y n o m i a l t i m e 。e t c b a s e do nt h e s e ， s t r u c t u r e dm o d e l i n gm e t h o di sp r e s e n t e d ，w h i c hi n c l u d e sas e to fb a s i c s t r u c t u r eb l o c k sa n ds o m em o d e l i n gr u l e s f i n a l l y ，as t r u c t u r e s i m p l i f i e dm e t h o do fm o d e lv e r i f i c a t i o ni sp r e s e n t e d ，w h i c hi n c l u d e sa g r o u po fr u l e sa n ds t e p s a na u t o m a t i cm e t h o db a s e do nr e a c h a b i l i t yg r a p h i sa l s od i s c u s s e db r i e f l y t h er e s e a r c ho nt e m p o r a lw o r k f l o wm o d e lm a k e si tm o r ec o m p r e h e n s i v e t od e s c r i b ea n da n a l y s et h et i m e r e l a t e dp r o b l e m si nw o r k f l o wa r e a p r o d u c t sb a s e do nt h e s et h e o r i e sw i l lb e c o m ei m p o r t a n tb a s i cp l a t f o m n s f o re - g o v e r n m e n t ，e c o m m e r c ea n de n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o n k e yw o r d s ：w o r k f l o w ，t e m p o r a li n f o r m a t i o n ，m e t a - m o d e l ，p r o c e s sm o d e l ， m o d e lv e r if i c a t i o n i v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源与研究背景 本课题来源于it ) 时态工作流过程模型及其柔性研究( 国家自然科学基金 编号：6 0 5 7 3 1 6 0 h2 ) 时态工作流模型研究( 广东省自然科学基金编号： 0 4 0 0 9 7 4 6 ) 。 1 9 9 3 工作流管理联盟( f m c ) 的成立和它在次年发布的工作流系统参考模 型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) f 1 】标志着工作流技术丌始进入相对成熟的阶段， 涌现出了大量工作流系统产品f 2 】。随着企业竞争的加剧和政府提高效率的迫切需 要，对工作流产品的时效性、灵活性、可靠性提出了更高的要求，目前的工作流 产品不能很好地支持这些特性。要解决这些问题需要工作流基础理论研究的支 持，相关研究也成为当前学术界广泛关注的研究热点。 本文研究以提高工作流产品时效性为目的，通过对现有工作流模型在时间 建模方面的扩充和完善为该问题的最终解决提供理论基础。 1 2 国内外研究现状及分析 工作流模型是对工作流的抽象表示。是工作流在计算机环境下实现的基础。 目前，国内外代表性的工作流过程模型有： 1 ) 基于有向图模型f 3 l ：它用节点表示过程中的活动或者状态，而有向弧则 表示节点闯的时序依赖关系，常见的有：流程图、状态图、活动网络图等等优 点是比较直观、容易理解，缺点是比较简单，不能处理复杂的过程逻辑，缺乏柔 性。 2 ) 基于对话的工作流模型【4 心：w i n o g r a d 与f l o r e s 在语言行为( s p e e c h a c t ) 理论的基础上提出了该模型，这种工作流模型是从客户方与服务方这两个角色 之间的语言行为交互上对工作流过程进行定义的。a c t i o nf l o w 就采用了这种工 作流模型。 3 ) p e t r i 网模型：e l l i s 和n u t t 在p e t r i 网的基础上提出了i c n 模型【6 l ，它 第一章绪论 实际上是高级p e t r i 网的一个引申。这里，库所表示活动，而变迁则表示活动问 的转移。v a nd e ra a l s t 则在p e t r i 网的基础上定义了工作流网w f n e t ”，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。也有学者采用有 色p e t r i 网来描述一个工作流过程【8 】- 【1 1 1 。k h o d a k a r a m 对这一类模型及其相关问 题进行了概括性的描述1 1 2 l 。基于这类模型进行时问约束扩充的研究也非常活跃， 这方面的情况稍后集中讨论。由于p e t r i 网良好的理论基础，这类模型已成为当 前研究普遍采用的工具。 4 ) 基于e c a 规则的工作流模型：p u u s t j r v i 等人提出采用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ) 规则的方法对工作流进行并发控制【1 3 】，可以把e c a 规则看作是系统为保证工作流并发执行而必须满足的谓词条件：a g o h 阐述了一 个基于e c a 规则管理分布式协同工作流的w f m s 架构 1 4 】；胡锦敏等提出工作流模 型是以过程为核心集成了以事务处理相关的其他信息的集成化过程模型【悯，该模 型使用e c a 规则描述触发活动的事件和内部条件，实际上也描述了执行活动的执 行依赖关系，其它类似或扩展的研究还有很多1 6 】 1 9 1 。采用这种模型可以较好地 处理工作流的柔性。 5 ) 多维工作流模型：该类模型不仅明确地表达业务过程中的活动以及活动 间的关系，而且还对活动闻所传递的信息、活动的执行实体、活动所需要的资源 等方面进行定义。许多学者逐渐把工作流相关的描述部分扩充为一个较为完整的 模型。如：w i d e 项目中提出的由组织模型、信息模型与过程模型这3 个子模型 共同组成的工作流模型昭o 】：惠普实验室提出了一种资源模型【2 1 i ，把包括人员、组 织、硬件、软件等在内的各类“资源”纳入了一个层次化的树状框架下。近年来， 该方向的研究非常活跃，李玮等讨论了以资源流为主导的工作流建模方法，提出 称为资源任务网( r t n e t ) 的工作流模型翻。g t - n e t 能够用于描述任务流与 资源流并行的业务过程：胡乃静等基于w f - n e t 提出了资源限制流图彻r f 的工作 流网【2 3 】【2 4 】；周建涛提出了一种可以全面描述过程中控制流、数据流和资源三维 元信息的过程模型三维工作流网3 d w f n ，并给出了基于p e t r i 两化简的工作 流过程语义验证方法【2 5 卜【2 7 1 ；袁崇义先生在他的著作中将工作流模型分为工作流 逻辑网w l n e t 和工作流语义网w s n e t ，分别用来描述工作流的控制结构和与案 例相关的语义，并提出工作流逻辑与案例无关且是有冲突的，案例的显性内容用 第一章绪论 于消解冲突【2 8 1 【2 9 1 ；李海波借助工作流引擎产生的过程实例数据，把工作流引擎的 控制范围延伸到人枧界面上，它扩展了传统工作流引擎的调度思想 3 0 l ：j i n g f u z h o n g 讨论了并行工作流中的资源约柬问题1 3 1 1 ；p i n g - y uh s u 提出了个可以描 述过程、资源、案例、时间四个维度信息的工作流过程模型w f r a p n i n l 。在这种 模型中，变迁的触发需要一定的资源，并且变迁的执行可能对资源的值产生影响。 可以看出，近年来该方向的研究非常活跃，大家已不满足于工作流模型仅仅用于 描述工作流的控制流程。值得注意的是，学术界对“资源”的定义不太统一，上 述有些研究将数据也作为资源，本文的研究沿用v a nd e ra a l s t 的定义1 3 j j f 州。 目前，国内外与时间相关的工作流问题的研究主要集中在工作流的过程建 模上，并基于这些过程模型分析活动过程的时间约束和时序约束1 3 5 1 ，其研究的 且的主要是为了提高工作流实例的执行性能或效率。相关的研究主要有； 1 ) 基于有向图模型的扩展。j o h a n ne d e r 提出了工作流管理中的时间问题， 并基于工作流图模型对各种时间参数的计算方法进行了研究【3 6 】州1 ；j i nh y u ns o n 对相关问题作了类似的研究，并对寻找关键路径、提高性能的方法进行了研究 f 4 2 h 嘲：陶泽也提出了一种寻找关键路径的算法惭j ；j l e o nz h a o 等提出了时间 预测及活动时间分配的模型明，刘丹妮做了类似的研究嗍；p a n a g i o t i s 探讨时 间工作流描述中对不确定性的支持以及基于时态数据库的实现方法 4 9 1 ；h s u 研究 了资源约束及其与时间约束的冲突，并给出了一个冲突检测算法 5 0 ；e l i s a b e t t a 提出了一种基于自动机的时间工作流的分析验证方法1 钉】：其它相关研究还有很多 1 5 2 1 明，这里不一一列举。 2 ) 基于p e t r i 网模型的扩展。s e al i n g 等对w f n e t 进行了扩充，加入时间语 义，提出t w f - n e t 模型( t i m ew f n e t ) 柳，对工作流程中每项活动分配一时间段，任 务实际执行期间应在该时间段内；f e r u c i o 等人研究了时间工作流的有界性和活 性，并对其合理性与传统工作流模型合理性的关系进行探讨i 卯l ；林闯等分定性、 定量两方面讨论了工作流的时间约束，基于时间p e t r i 网引入了一组线性推理算 法解决定量推理闯题，并提出了一个基于e i t l 的时间逻辑工作流模型以定量推理 活动间的时间关系1 5 8 1 。【删；l i nf e n g 等基于时间p e t r i n 讨论了工作流规划和相应 的算法【6 1 1 ；杜栓柱等讨论了时区约束并提出了扩展时间p e t r i 网工作流模型 ( x t w f - n e t ) f 6 2 】；范玉顺的研究团队对时间工作流的元模型、静态分析验证和动态 第一章绪论 性能、可调度性等问题进行了广泛深入研究( 3 5 j 【6 3 l 。【7 3 】：其它相关研究还有很多 f 7 4 h 8 粥，这里不一一列举。 3 ) 基于时态逻辑的过程模型。无论是采用基于有向图的模型还是基于 p e t r i 网的模型，都难以直观表达不相邻活动间的时序、时间约束，应用时态 时序逻辑对工作流过程模型进行描述则可以克服这样的闯题。目前有两种应用的 方法值得关注：一是独立使用时态时序逻辑，一是将它与其它形式化工具相结 合。相关的一些研究参见文献 8 4 - 8 9 。 4 ) 时闾表达基础问题的研究。时闻的形式化表示，工作流中基本要素的时 间属性的种类等问题是工作流时间问题研究的基础问题。目前，这方面的细致研 究还不是很多， 9 0 - 9 4 是一些较典型的文献，其中c o m b i 较全面地分析了工作 流三个维度的时间属性，并指出可以用时态数据库的事物时间和有效时问来存储 这些信息啊，接着进一步细化了过程维任务、连接符的时间属性【9 i 】。其它文献 分别对时间约束的多粒度问题，活动时间约束的类型做了一定分析。本文在第三、 四章时态工作流模型的研究中将借鉴其中的一些成果。 5 ) 其它值得注意的与时间因素相关的研究。g e o r g i a 大学的j o r g ec a r d o s o 等提出了意义更广泛的工作流o o s i h l 题( 时间是服务质量的重要指标之一) 网； c o m b i 提出用时态数据库来管理工作流系统中的时间数据，并就相关问题进行了 研究叫h g q ；分布式工作流、网格工作流中的时间问题近年来受到普遍关注，其 时间问题比传统工作流更加复杂，相关的研究参见文献 9 8 - 1 0 3 。 在工作流技术快速发展的同时，时态信息处理技术取得了较大发展，文献 1 0 4 对此进行了全面介绍，文献 1 0 5 1 0 6 深入阐述了时态数据库的基本理论 和最近进展，这些研究为我们处理工作流中的时间问题提供了新的思路和研究基 础。 综合以上分析，国内外与工作流模型及与时间相关问题的研究存在以下不 足之处： 1 ) 基础模型及问题研究薄弱。主要表现在对时间系统的规范化模型、工作 流元模型及其时间属性研究较少。不同学者建立的时问工作流模型中，日寸间的表 示也是多种多样的，没有规范化的时间表示和时间运算作支持，会给过程模型的 深入分析和实现带来困难。工作流元模型为过程模型提供基础的建模元素，不全 第一章绪论 面系统地描述这些元素及其元素的关系，以及它们的时间属性，只了解局部就进 行过程模型及其时间扩展的研究，就像不知道英文有几个字母就研究词法、语法、 语义一样，或许能解决个别问题，但难以形成科学的体系。 2 ) 非系统性和局部化：目前对工作流时间约束的研究主要集中在过程建模 上，并基于这些过程模型分析活动过程的时间约束和时序约束，主要目的是提 高工作流的执行效率，而对有效性问题的研究比较薄弱。这一问题更多地反映在 工作流的组织模型和信息模型中，一个过程结构正确并不意味着可以顺利运行， 这期间资源、数据都有可能因过期而失效。当前多维工作流模型的研究已逐渐成 为热点，但研究还非常薄弱，在多个维度上考虑时间特性的研究就更加稀少。另 外，现有研究大都是以同一工作流的同一实例为前提的。而对同一工作流不同实 例或不同工作流不同实例的时间相关问题甚少涉及。 3 ) 相关问题研究较少：时间因素的引入对工作流系统的影响是广泛的，目 前的研究集中于时间工作流过程模型上，没有系统地研究时间因素对工作流柔 性、异常处理等相关问题的影响。 本课题的研究是朝着解决上述1 ) 和2 ) 的部分问题的一次探索，即使在内 容上不够全面，也希望在研究的思路和方法上有所突破。 1 3 时态工作流的概念 与其它事物一样，工作流应用也处于个四维时空中。工作流是一种支持多 人进行异地、异步协同工作的技术，但由于网络技术的发展，空间距离因素对工 作流系统的影响很小，这种影响主要转化为对时间要素的影响，如：信息传输延 迟和时区【6 2 9 s 1 。时间因素对工作流应用的影响是广泛和重要的。 a a l s t 将工作流的组成元素分为三个维度：资源( r e s o u r c e ) 、案例( c a s e ) 和过程( p r o c e s s ) ，女口图1 1 所示洋】。在这个三维空间里有三个基本概念任务 ( t a s k ) 、工作项( w o r ki t e m ) 、活动( a c t i v i t y ) 。资源是活动的执行者，它可 以是人、程序或设备的代理，资源具有主动性；案例体现为要处理的数据或叫信 息，它包括应用数据和相关数据【l 】：过程是由一系列任务组成的：任务与案例结 合( 实例化) 叫工作项：工作项与资源结合( 触发) 成为活动，这些概念在学术 界论文里的使用非常不统一，在此加以明确以便作为后续描述的基础。 第一章绪论 r e s o l l r c ed i m e n s i o n c a s cd i m e n s i o n 图1 1 工作流的三维视图 d i m e n s i 0 1 1 在以上视图中增加时间维后，组成工作流的元素并不是多了或少了什么，它 体现在工作流的所有组成元素及其关系都具有了时间属性，就如同世间万物处于 时间维中，每个事物及其事务间的关系都被打上了时闻的印记。基于这种思想， 我们提出了时态工作流的概念。 【定义1 1 】( 时态工作流，t e m p o r a lw o r k f l o w ) 时态工作流就是将时间作 为一个维度引入工作流系统，全面、系统地研究工作流系统中各元素及元素间关 系的时态特性及其规律。i 起这个名字是为了与目前所见到的“时间工作流”、“时问约束的工作流”、 t i m ey o r k f l o w 、t i m e dw o r k f l o w 等区别开来。虽然在既往研究的字面上也少量 出现过“t e m p o r a lw o r k f l o w ”旧陋】【叫，但其含义与本文定义有别或没有明确定 义。文献【3 2 】提到了时间维，但仍然只描述了过程维的时间属性：文献 9 0 】与我 们的想法最为一致，它较全面地分析了三个维度的时间属性，但研究停留在实现 层面上( 用时态数据库管理时间信息) ，没有从模型层面上深入研究，它在时间 信息的规范化表示、元素间关系的时间属性、模型的形式化及其分析等方面都没 有涉及，因此，对时间属性的引入仍是不够全面的。我们希望从这个概念起，建 立起一个完整的理论体系。 我们可以看到目前的研究主要涉及过程维的时间扩展，但不仅仅只是活动或 过程处于时间维中，参与活动或过程的资源( 人或机器的代理) 、案例同样受到 时间因素的影响。时态工作流的研究综合考虑了工作流中所有元素、元素间关系 第一章绪论 的时间属性，并研究这些时间属性对工作流相关性质和问题的影响，如工作流的 活性、合理性，以及异常处理问题、动态变化问题等。值得注意的是：影响工作 流执行的往往不是图1 1 中单一维度上时问因素的作用，而往往是多个维度时问 因素共同作用的结果，而且一个维度的时间属性还会影响其它维度的时间属性。 这在以往研究中几乎无人涉及。 1 4 研究的目标和意义 1 4 ，1 研究的目标与范围 建立时态工作流模型，全面、系统地支持模型元素的时间属性描述，并提 供对模型进行合理性分析和验证的方法，为实现支持时效性的工作流管理系统 ( 盯躯) 提供理论基础。具体来讲，可分为如下三个方面： 1 ) 建立时态工作流过程元模型。系统、全面地描述工作流的基本概念及其 概念间的联系，并分析它们的时态属性是整个建模工作的重要基础； 2 ) 建立时态工作流模型。将工作流的基本概念映射为理论模型的基本元素、 形式化地定义过程模型及其语义并阐明建模规则是整个建模工作的核心。在过程 元模型基础上扩展的组织模型、信息模型、应用程序模型及其时间属性的分析也 是时态工作流模型研究的重要组成部分； 3 ) 提供对过程模型进行合理性分析和验证的方法。过程模型的合理性分析 。 和验证方法是模型在理论上严谨性的重要保证。模型的性能分析和能力规划不在 本文研究范围之内。 其它有关范围的约定： 1 ) 本文研究的模型只支持集中部署的w f m s ，对于分布式w f m s ，虽然本文 中的概念和模型大部分可用，但并不完全支持。如：分布式w f m s 中活动间的数 据传递和控制转移是要耗费大量时间的，而在集中式w f m s 中这些时间延迟是很 小以致可以忽略的； 2 ) 本文讨论的模型是以支持人工协作的w f m s 为目的的，这里的w f m s 不是 一个实时系统。 第一章绪论 1 4 2 研究的意义 当前工作流领域对时间因素的研究主要基于为活动赋予时间约束，通过工 作流过程模型研究分析工作流的执行效率和能力。时态工作流将时问作为一个维 度引入工作流系统，全亟、系统地研究工作流系统中各元素及元素阃关系的时态 特性及其规律，该研究在理论上意义在于： 1 ) 丰富和完善工作流基础理论的研究。时间是事物的一种基本属性。在现 实世界中，许多事实、关系的存在都是与蹿闯相关的。对闯也是工作流构成元素 的自然属性，工作流“在适当的时间能够将适当的信息传递给适当的人用适当的 工具进行处理”，这里不仅活动作为一个整体具有时间属性，参与活动的信息、 人、工具等元素及其关系都与时闯因素相关将时阖维引入工作流领域，全面、 系统地研究组织模型、信息模型和过程模型的时态属性，可以丰富和完善工作流 的基础理论。 z ) 促进工作流植关问题的研究和发展。由于时间是作为一个维度引入的， 它对工作流相关的问题具有广泛的影响。例如：异常处理增加了超时异常，异常 恢复也与时间相关；工作流的柔性研究中，工作流的动态变化与时间密切相关， 结合时态信息和版本管理技术可以更好的处理工作流的灵活性问题：不同工作流 过程合并问题涉及不同工作流实例之间的时间约束。时态元素和时态演算的系统 引入和规范表示有助于这些问题的表达和分析。 3 ) 促迸相关学科的发展。时态工作流与时态数据库密切相关，后者可作为 前者实现的基础，研究前者提出的需求可以丰富后者的研究内容；不同时空对象 间的协同模式是计算机协同工作的重要研究内容，时态工作流的研究可以促进其 研究和发展。 现有工作流产品对时效性的支持非常有限，在时间敏感的关键领域的推广 和应用受到了制约。时态工作流的研究顺应了社会实践对工作流理论提出的新要 求。具有广阔的应用前景： 1 ) 时态工作流产品是电子政务的重要技术基础。随着政府职能向服务型转 变和结构的优化调整，政府部门的工作效率和服务质量日益成为公众的关注焦 点各级政府对内部各项工作设定时限、对外服务向公众做出时间承诺，各项政 策信息也具有很强的时效性要求。现有工作流产品( 如：o a ) 已无法全面满足这 第一章绪论 些应用需求，尤其缺乏对信息时效性的描述和处理，时态工作流产品将是电子政 务重要的基础性平台。 2 ) 时态工作流产品是电子商务的重要基础平台。除了每个商务流程个环节 的时限要求，电子商务还涉及到多个商务流程的时序关联，例如：网上书店系统 中购书流程与送书流程问的时序关系等。在时态工作流平台上开发电子商务系统 将更加简洁高效。 3 ) 时态工作流产品是企业信息化的重要基础平台。在c a m 流程中，时间是 各项活动协调工作的关键因素。企业管理中的各种元素也存在大量与时间相关的 约束，如：i s o 认证企业的员工作为某种角色的有效性是有时间限制的，只有定 期培训考核后才能延续，时态工作流支持人，角色等概念的时效性描述和处理。 总之，时态工作流模型的研究具有重要的理论意义，在此理论指导下开发 的时态工作流产晶是电子政务、电子商务、企业信息化等领域的重要基础性平台， 具有极大的应用价值。 1 5 本文主要贡献及创新点 1 ) 将时间作为一个维度引入工作流系统，即全面、系统地研究过程活动、 案例及资源的时间约束对工作流系统的影响。现有研究关注在控制流相关元素 ( 如；活动) 的时态属性约束下的工作流问题，而对信息及其它资源的时态属性 研究较少，尤其缺乏对所有这些元素的时间属性共同约束下的工作流问题的研 究。提出时态工作流的概念。 2 ) 提出了一个时态工作流过程元模型。通过u m l 建模深入分析了工作流过 程元模型中所有的元素及其关系的时间属性，结合时态信息处理领域的时态信息 元素和演算，形式化定义了时态工作流元模型。 3 ) 综合运用p e t r i 网、e c a 规则和面向对象技术构建时态工作流的过程模 型t p w f n e t 。该模型可以完整描述工作流中的控制流、信息流、资源和应用程 序及其时间属性。给出了t p w f n e t 的形式化定义及其动态语义，定义了t p w f n e t 的图形符号体系以及建模的一般步骤。 4 ) 提出一种过程模型合理性分析和验证的方法瑚e 明了t p w f n e t 与w f n e t 的结构等价性、自由选择同步t p w 卜n e t 和良构t p w f n e t 的合理性可以在多项式 第一章绪论 时间内判定等结论。在此基础上，提出了结构化建模和基于结构化简的t p w f - n e t 模型合理性验证方法。 1 6 本文结构说明 本文的j 下文共分为七章。 第一章绪论。阐述了课题的来源、国内外相关研究、本文的研究目标和意 义、创新点等内容。该章1 3 节定义了“时态工作流”的概念，建议所有读者阅 读，它是理解本文的重要基础概念。 第二章时态信息表示及演算。引入时态信息处理领域的成果，定义了时态 信息元素和一组时态信息演算，它们将用于描述本文模型中元素的时间属性。 第三章时态工作流过程元模型。本章全面、系统地分析了工作流过程定义 及执行期间的基本概念及其关系的时间属性。它为第四章的时态工作流模型、尤 其是过程模型的建立提供基本的模型元素。 第四章时态工作流模型。定义了时态工作流的过程模型、资源( 组织) 模 型、信息模型和应用程序模型，并给出了形式化的过程模型t p w f - n c t 的定义、 模型语义和建模规则。这是本文的核心内容之一， 第五章过程模型的合理性分析与验证。为第四章建立的过程模型提供合理 性分析和验证的方法和理论。 第六章案例研究。通过个电子政务中的案例，验证本文提出的模型及其 分析验证方法。 第七章总结与展望。本文总结以及对今后研究的展望。 第二至五章每一章第一节的引言会概括余绍本章面对的闯题和所用的方 法，最后一节的小结会对本章内容进行评价和总结。 第二章时态信息表示及演算 2 1 引言 第二章时态信息表示及演算 要描述工作流中诸元素的时间属性，必须对时间本身进行量化表示，定义 描述时间的基本元素类型以及基本元素之间的运算关系。本章借助时态信息处理 1 1 0 4 1 1 0 5 1 领域中的相关概念解决这一基本问题。 2 2 时间系统 在自然界中，时间是每时每刻都存在、连续发生且一去不复返的，它在时 间轴上时连续存在的。如果按照现实世界的本来面目来记录时间，则数据量过于 庞大，而且我们往往并不需要现实世界中所有时间的状态。解决这一问题的方法 是建立时间模型。基于对时间轴结构的选择，时间模型主要有四种0 0 5 ：连续模 型( c o n t i n u o u sm o d e l ) 、步进模型( s t o p w i s em o d e l ) 、离散模型( d i s c r e t em o d e l ) 、 恒定模型( n o nt e m p o r a lm o d