（计算机软件与理论专业论文）工作流过程模型的层次研究及其分析.pdf

7 .通过扩展的 信牌驱动模型的 控制结构到非确定p e tr i 网 和正则p e t r i 网， 再到一般p e t r i 网的转化， 进一步在 p e tr i 网空间讨论了 扩展的 信牌驱动模型的性质。按照这种方 法对一个业务流程进行定义， 不执行就可发现问 题、 找出关键路径、 进行系统评估。 从而为完善过程定义、 改进工作流程、 进一步提高企业的 工作效率、 降低成本等提 供了 坚实的 理论依据。 8 .描 述了 一 个 过程 定 义、 管 理 和 验 证的 工 具。 它 利 用 扩 展的 信 牌 驱 动 模型 为 某 个 业务 流程方便、友好地建立过程定义， 并能对其中的一部分性质和错误进行验证。该工 具严格按照面向 对象的软件工程原理进行分析、设计和和部分实现:并充分利用 思想， 设计了一个体系结构良 好、 人机界面友好的工作流过程定义工 pa具 关 键 字 ，/ 、 / 了 ，了了 工作流、 工 作 流 管 理 系 统 、 工 作 流 过 程 模 型 、 扩 展 的 信 牌 驱 动 模 型 、 p e tri 网 则 p v 、非确定 p e t r i 网、正 t h e h i e r a r c h i c a l r e s e a r c h a n d a n a l y s i s o f wo r k fl o w p r o c e s s mo d e l abs tract w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m ( wf ms ) i s a s p e c i a l k i n d o f a s y c h r o n i z e d p a r a l l e l c s c w s o ft w a r e . t h i s k i n d c s c w s o f t w a r e c a n u n d e r s t a n d , i n t e r p r e t a n d e n a c t a p r e d e f i n e d b u s i n e s s p r o c e s s ( a l s o c a l l e d p r o c e s s d e f i n i t i o n ) , s o i t d o e s n t n e e d t o d e v e l o p s p e c i a l s o f t w a r e s y s t e m f o r s p e c i a l b u s i n e s s p r o c e s s . t h i s m e c h a n i s m m a k e s i t p o s s i b l e f o r a n e n t e r p r i s e t o q u i c k l y r e s p o n d t o t h e o u t s i d e r e q u i r e m e n t , t o i m p r o v e t h e m a n a g e m e n t l e v e l , t o r e d u c e p ro d u c t i o n c o s t s , a n d t o i m p r o v e t h e q u a l i ty . a ft e r t h e d a t a b a s e m a n a g e m e n t s y s t e m ( d b m s ) a n d u s e r i n t e r f a c e m a n a g e m e n t s y s t e m ( u i ms ) , p r o c e s s m a n a g e m e n t s y s t e m ( p m s ) , o r w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m ( wf ms ) , i s t h e t h i r d t i m e s e p a r a t i o n f r e e l y f r o m o n e a p p l i c a t i o n a n d b e c o m e a v e ry i m p o rt a n t s u b s y s t e m o f o n e a p p l i c a t i o n . t h i s k i n d s e p a r a t i o n s n o t o n l y m a k e t h e s u b s y s t e m p o s s i b l e t o b e s t u d i e d d e e p l y , b u t a l s o m a k e o n e a p p l i c a t i o n e a s y t o b e d e v e l o p e d b a s e d o n t h e m a t u r e s u b s y s t e m s . i t i s i n c r e a s e t h e r e u s a b i l ity t o o . o n e o f t h e k e y i s s u e s i n 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 i s h o w t o s e t u p a w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l t h a t h a s p o w e r f u l p r e s e n t c a p a c i ty , i s e a s y t o u s e , t o e x c h a n g e an d t o f o r m a l i z e . a g o o d w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l i s t h e k e y f o u n d a t i o n t o b u i l d a h i g h fl e x i b l e , r e l i a b l e , u s e f u l , e x p and e d a n d c o o p e r a t i v e w o r k fl o w m ana g e m e n t s y s t e m . r e c e n t l y , t h e r e a r e m a n y k i n d s o f w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l s i n t h e w o r l d . f o r e x a m p l e , t e x t m o d e l s w i t h s y n t a x a n d s e m ant i c s , a c t i v e n e t w o r k g r a p h i c s m o d e l s , s t a t e c h a rt m o d e l s and p e t r i n e t m o d e l s . i t i s s t u d i e d a l l k i n d s o f e x i s t e d m o d e l s a t d o m e s t i c and a b r o a d , an d p u t f o r w a r d t h e h i e r a r c h i c a l r e s e a r c h o f w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l s . i t i s b e l i e v e d t h a t t h e w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l s h o u l d h a v e t h r e e a b s t r a c t l e v e l s : t h e m e t a m o d e l l e v e l ( t h e wp d l m o d e l ) , m o d e l l e v e l ( t h e e x t e n d e d x i n p a i - d r i v e n m o d e l ) and f o r m a l c o n t r o l m o d e l l e v e l ( t h e p e t r i n e t m o d e l ) . b a s e d o n t h e s t u d y o f t h e wp d l a n d p e t r i n e t , i t i s p u t f o r w a r d t h e e x t e n d e d x i n p a i - d r i v e n m o d e l t h a t i s e a s y f o r p r o c e s s e n g i n e e r t o u s e . i t i s a l s o p u t f o r w a r d n o n - d e t e r m i n e d p e t r i n e t and n o r m a l p e t r i n e t , w h i c h a r e e q u a l t o g e n e r a l p e t r i n e t , c o r r e s p o n d i n g t o t h e c o n t r o l p a rt o f x i n p a i - d r i v e n m o d e l . t h o s e t h r e e l e v e l m o d e l s h a v e d i ff e r e n t f u n c t i o n s i n d i ff e r e n t l e v e l s and w o r k t o g e t h e r t o d e s c r i b e t h e b u s i n e s s p r o c e s s c o m p l e t e l y . t h r o u g h t h e r e s e a r c h o f w o r k fl o w f o r m a l c o n t r o l m o d e l , i t n o t o n l y m a k e s t h e w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l b a s e o n s o l i d f o u n d a t i o n , b u t a l s o e s t a b l i s h e s t h e s o u n d t h e o r i e s t o r e s e a r c h t h e c h a r a c t e r s o f w o r k fl o w , t o v e r i f y t h e w o r k fl o w , and t o r e d e v e l o p h i g h q u a l i ty p r o c e s s d e f i n i t i o n . t h i s k i n d o f r e s e a r c h m a k e s a n e w w a y t o m o d e l a n d s t u d y t h e w o r k fl o w p r o c e s s b y t h e a c h i e v e m e n t o f p e t r i n e t t o ana l y s i s , v e r i 勿and s i m u l a t e t h e x i n p a i - d r i v e n m o d e l . t h e c r e a t i v e i d e a s o f m y r e s e a r c h w o r k : 1 . t h r o u g h t h e h ie r a r c h ic a l r e s e a r c h o f w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l , it i s p u t f o r w a r d t h r e e l e v e l s o f w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l s : m e t a m o d e l l e v e l , m o d e l l e v e l and c o n t r o l m o d e l l e v e l . 2 . i t i s p u t f o r w a r d t h e e x t e n d e d x i n p a i - d r i v e n m o d e l t h a t h a s a p o w e r f u l c a p a c i ty t o d e s c r ib e , is e a s y t o u s e , is c o m p a t ib le to th e wp d l , a n d is b a s e d o n p e tr i n e t. 3 . i t i s s t u d y t h e p a ir , n o r m a l p a ir a n d e x t e n d e d n o r m a l p a i r in t h e e x t e n d e d x in p a i- d r iv e n mo d e l . 4 . i t i s p u t f o r w a r d t h e c o n c e p t s o f s y n c h r o n iz e d a r e a a n d a s y n c h r o n iz e d a r e a . t h is im p r o v e s t h e s e m a n t ic o f a n d - j o i n in wp d l . 5 . it is p u t f o r w a rd th e n o n -d e te r m in e d p e tr i n e t a c c o r d in g to t h e c o n tr o l p a r t o f e x te n d e d x in p a i- d r iv e n m o d e l. i t is a ls o s tu d y th e c h a r a c te r s o f th e n e w k in d p e tr i n e t a n d th e r e la t io n s h ip b e t w e e n th e n o n d e t e r m in e d p e t r i n e t a n d g e n e r a l p e tr i n e t. 6 . i t is p u t f o r w a r d t h e c o n c e p t s o f t h e p e tr i n e t w it h e n d t r a n s it io n a n d t h e n o r m a l p e t r i n e t t h e s e k i n d s o f p e t r i n e t m a k e it p o s s i b l e t o d e s c r ib e t h e d e f f e r e n t a b s t r a c t le v e l s o f p e t r i n e t c o r r e s p o n d in g to t h e e x t e n d e d x in p a i-d r iv e n m o d e l . 7 . t h r o u g h t h e t r a n s f o r m fr o m th e c o n tr o l p a r t o f e x t e n d e d x in p a i- d r iv e n m o d e l t o n o n d e t e r m in e d p e t r i n e t a n d n o r m a l p e tr i n e t, a n d to g e n e r a l p e tr i n e t, it is p o s s ib le to r e s e a r c h t h e c h a r a c te r s o f e x te n d e d x in p a i- d r iv e n m o d e l in p e tr i n e t s p a c e . t h r o u g h th is w a y , it is p o s s ib le to f in d th e p r o b le m , to f in d th e k e y r o u t e , a n d to e v a lu a te t h e c h a r a c te r s o f th e p r o c e s s d e f in it io n , b u t it n e e d n t to r u n t h e p r o c e s s d e f in itio n r e a lly . it is p r o v id e th e th e o ry f o u n d a tio n to c o m p le t e t h e p ro c e s s d e f in it io n , to im p r o v e th e p r o c e s s , t o p r o m o te t h e b u s in e s s e f f i c i e n c y , a n d t o r e d u c e t h e p r o d u c t i o n c o s t s . 8 . i t i s d e s c r i b e a p r o c e s s d e f in it io n t o o l , w h i c h c a n e a s i ly a n d c o n v e n i e n t l y e s t a b l i s h t h e b u s in e s s p r o c e s s b y e x t e n d e d x in p a i-d r iv e n m o d e l, w h ic h c a n tr a n s la te t h e b u s in e s s p r o c e s s d e f in it io n to a p e tr i n e t a n d v e r ify a n d a n a ly s is th e p r o c e s s d e f in it io n . t h is t o o l is d e v e lo p e d b y o b j e c t - o r ie n t e d a n a ly s is a n d d e s ig n , a n d b y t h e d e s ig n p a tt e rn i d e a . i t h a s a w e l l a r c h it e c t u r e a n d f r i e n d ly u s e r i n t e r f a c e . k e y w o r d s w o r k fl o w , w o r k fl o w m a n a g e m e n t s y s t e m , w o r k fl o w p r o c e s s m o d e l, e x t e n d e d x in p a i - d r i v e n m o d e l , p e tr i n e t , n o n d e t e r n in e d p e tr i n e t , n o r m a l p e t r i n e t 详细摘要 随 着i n t e m e t/ i n t r a n e t/ e x t r a n e t 的 出 现、 发 展 和 完 善 ， 计 算 机 及 其 应 用 领 域 正 发 生 着 深刻的革命:计算机正朝着小型化、网络化方向发展，即所谓的网络计算机 ( n e t w o r k c o m p u t e r ， 简 称n c ) 的出 现; 计算机的 应用正向 着分布式、 协同 工作的 方向 发展。 这种发 展方向 正迎合了人们在社会化网络中社会化分工及其在协同工作方式下完成某个共同目 标 的实际需求。 计算机支持的协同 工作 ( c s c w) 正是为了解决这类问 题而提出的一种研究课 题， 通过研究它们的共同性质，寻求通用的解决方案。 工 作流管理系统 ( wf ms )是一 类特殊的异步并发的 c s c w 软件。 这种协同工作软件 系统能够理解、 解释和自 动执行或者同参与者交互地执行各种预定义的流程 ( 称为过程定 义) ， 不需要分别为不同的业务流程开发不同的软件， 这就为企事业单位快速响 应外界需求、 提高管理水平、降低成本、提高质量等等提供了一个通用的软件平台。 工作流过程模型按不同 抽象级别应该分为三个层次: 元模型层、 模型层和控制模型层。 三种不同抽象级别的 模型在工作流建模中 起着不同的作用， 他们相辅相成共同 完成对一个业 务流程的建模支持。 本文对每一层次的模型进行了 深入的 研究， 并提出了与w p d l 接轨的、 基于p e t r i 网的扩展的信牌驱动模型， 提出了与扩展的 信牌驱动模型的控制结构对应的非确 定p e t r i 网和正则p e t r i 网的形式化模型， 深入 探讨了每一层模型中的各种问题以及各个层次 之间的关系。 一、研究现状和问题 工作流管理系统是用于业务流程定义、自 动或半自 动地执行和管理的软件系统。它是 一种以 分布式、 异步和并发为主要特征的c s c w系统。 在计算机网络， 特别是i n t e rn e t 环境 下有着广泛的应用前景。 业务流程必须被描述成计算机可识别的形式， 才能由工作流运行服 务解释和执行。 因 此， 工作流管理系统中的 核心问题之一就是要建立一个表达能力强、 使用 方便、 可形式化 ( 或者能 容易地转化为形式化模型) 的工作流过程模型。 一个好的工作流过 程模型是一个具有高度灵活性、 可靠性、 可用性、 可伸缩性和互操作性的工作流管理系统的 关键和基础。 目 前， 关于工作流过程模型的 研究还很不成熟， 各种研究机构和工作流管理系统的开发 机构提出了 各种各样的工作流过程模型 w f m c a , c v s 9 6 , a a 19 6 a , e n 9 3 , m w 9 6 , m wf 9 2 , f w 9 7 , s y x 9 9 , y y h 0 0 ， 这 些 模 型 各 有 千秋， 优 缺点 共 存。 下 面 先 对 他 们 进 行分 类 评 述: 第 一种是正文方式的、 有相应语法和语义解释的工 作流过程模型， 该模型主要解决工作流产品 之间方便地交换工作流定义和互操作的问题。 其缺点是不直观、 使用不方便， 另外由于相应 的语义解释是非形式化的， 不仅容易产生歧义而且也不能用来进行分析和验证。 这类模型有 wt mc的w p d l . i b m f i o w m a r k 的f d l . m e t e o r 2 的wi l 和n i s t的p s l 等。 第二种是基 于图形表达方式的工作流过程模型， 如: 流程图、 状态图、 活动网 络图 等。 尽管它们各自 的 侧重点不同， 但总的 来讲， 这类方法直观、 使用方便， 缺点是表达能力有限、 形式化方面欠 佳。 第三 种是 基于 语言 行为理论 ( s p e e c h - a c t io n t h e o ry ) 的对话式工作流过程模型， 它通 过客户方与服务方之间的对话来描写工作流流程。 其优点是形式化方面好、 定义的流程灵活 多 变， 但 对以 可定 制流程为 主要 特征的工 作流管理系统不很适用。 第四 种是形 式化的 工作流 过程模型。工作流过程的一个重要特点是它可以 包含并行过程， 现有的并行计算模型， 如 c s p , c c s 和p e t r i 网 等理 论模型 对其均 有指导意义。 特别 地， p e tr i 网 是以 异步并发为 研究 对象的理论工具， 非常适于作为工作流过程模型。 但直接用p e t r i 网对实际的 业务流程进行 描述存在如下的 缺点:1 . 很难将数据的 描述与 p e t r i 网的 控制流程和执行规则结合起来， 2 . 在p e t r i 网中 只能描述竞争分支的 情况，但不能描述按条件选择分支的情况， 3 . p e t r i 网 不能 描述多 选多并行分支的 情况， 4 .p e t r i 网没有层次结构， 用p e t r i 网 对实际业务描述将会很复 杂， 有一定的 难度。因此， 有人对p e t r i 网进行了 扩展， 提出了相应的工作流过程模型， 如: v a n d e r a a ls t 等 提 出 的w f - n e t 4 . e l l is 和n u tt 提 出 的ic n 5 、 范 玉 顺 等 人 提 出 的 集 控 网 8 等。但作为p e t r i 网的推广和变形，它们均没有克服 p e t r i 网的缺点3 和 4 ，而且在 wf - n e t 等中引入的显式分支等概念也已 改变了p e t r i 网的性质。 本文对现存的各种工作流过程模型进行了比 较研究， 认为现有的工作流过程模型的研 究比 较混乱， 引 起混乱的主要原因是将不同 层次的 模型混在了 一起。 在建立工作流过程模型 时， 各种层次的抽象都是必要的， 不同层次上的模型应该有不同的侧重点， 他们相辅相成共 同完成工作流系统的建模。 本文将工作流过程模型按抽象级别分为三个层次: 元模型层、 模 型层和控制模型层。 元模型层给出 过程定义的主要成分及其语言描述， 其中 包括各种成分的 语法和语义规定。 元模型层的目 标是建立一种表达能力强、 语义明 确， 可方便地交换过程定 义的过程定义。 模型层要能对元模型中 最根本的特征， 包括数据结构和控制结构进行抽象表 达， 它应该具有易于 使用、 易于过程工程师交流等特征。 利用它可以 使语言的使用者和开发 者对语言的语义有清晰、 深刻的理解和把握。 控制模型层对模型中的控制机构进行了 进一步 抽象， 在这种模型中 可以 利用现有的理论工具对很多有关控制的性质 ( 如死锁、 活性和可达 性等) 进行必要的分析和验证， 它应该是一个抽象级别更高的形式化模型。 本文在上述划分下，深入研究了 工作流过程模型的三个层次。作为第一个层次的工作 流过程模型必须是一个国际标准或者是一个各方都能认可的标准， 该模型的首选应该是过程 定义语言w p d l所描述的元模型。为 此， 本文对它的 语义进行了 深入地探讨和澄清。第二 个层次的 模型强调界面友好、 使用方便和建模元素完整， 现有的大多数工作流过程模型都是 在这个层面上提出的。本文认为它应该是基于wp d l的过程模型， 而不是一个孤立存在的 工作流过程模型， 并在此基础上进行相应的 研究. 第三个层次是过程控制结构的 形式化模型， 它具有更高的 抽象层次， 能反映过程模型中 控制机构的本质。 在这三个层次中， 模型和控制 模型是以 元模型的成份和语义为基础的。 模型要能对过程建模中 重要的和基本的概念和元素 直接表达， 描述能力强， 语义清晰， 能方便指导用户正确地建模，同时， 它的控制结构也应 该能容易 地转化为一个形式化的模型。 本文在研究了wp d l和现存的各种模型的基础上提 出了 一个满足上述要求的“ 信牌驱动式工作流计算模型， ; 提出了 “ 非确定p e t r i 网” 和“ 正 则p e t r i 网” 作为 控制过程的形式化模型。由于非确定p e t r i 网和带结束变迁的p e t r i 网与一 般p e tr i 网 之间 满足一 定条件的 对应 关系 和等价性 h w ? ? ， 这就使得能 利用p e tr i 网 几十年积 累下的理论研究成果， 对用户建立的过程定义中的某些性质进行一定的分析、 验证等。 二、过程定义的元模型wp d l模型 这一层次的模型主要强调全面、完整、极小性、 精确和无二义等特征，并且应具有权 威性和起到规范化及标准化的作用。 工作流管理联盟 ( wt mc ) 为了规范工作流管理系统产品的市场、 增加各产品之间的互 操作性、 使工作流产品有良 好的结构， 特制定了 工作流管理系统的 体系结构和工作流元模型 的 参考标 准，以 及描述该参考模型的 过程定义描述语言 ( 详见 w i m c e ) 。 该 模型是w fl v l c 提供的参考模型， 对工作流产品的开发具有参考和规范作用， 是一个较理想的过程定义元模 型。 工作流元模型和wp d l为工作流过程模型建立了一个统一的、 语义较明 确的模型。 它 作为工 作流管理系 统交换过程定义的 标 准， 有着丰富、 完备、 工作流过程 模型必备的 成分和 相应的 语义。 按照 w im c c 的描述， 工作 流过程模型应该包含活动、 转移、 条 件、 相关数 据、 组织结构、 角色、 应用程序等元素。 我们将其按类分为组织信息、 资源信息和过程信息等三 大部分。 组织信息包括组织机构、 角色、 参与者等信息。 它描述了 一个工作流执行过程的 执行者 或者负责人的相关信息。 组织机构反映了一个组织单位的物理组织信息， 而角色则是一 种逻 辑组织信息， 如分析人员是一种角色， 它所包含的人员 可以是 跨部门的、 有分析能力的人员。 参与者是一个组织机构、 角色和人在一个具体的过程定义中的责任。 工作流过程模型以 参与 者为桥梁将活动与 活动的 执行者 ( 或者负责人) 联系起来， 使得工 作流的执行非常灵活、 不 易受组织机构和人员变化的影响。 资源信息描述工作流在执行过程中需要消耗的资 源、 各种数据信息和使用的应用程序信 息。 数据信息包括相关数据和环境数据。 相关数据与过程的实例有关， 在过程的执行中， 相 关数据可被用于活动和应用的计算中， 并且可用于在它们之间传递信息， 保存中间结果和计 算表达式等。 环境数据是工作流管理系统可用的， 与过程实例无关的数据 ( 不随着过程实例 的产生和消失而生存的数据) 。可通过环境数据与过程实例数据的 交换， 永久保存过程实例 的计算结果。 过程信息通过活动、 转移以 及转移上的条件描述一个业务的工 作流程。 活动可分为一般 活动、路由 活动、 应用程序 ( 自 动活动) 、子工作流、内 置块等类型。活动与活动之间是通 过转移以 及转移上的条件连接和动态执行的。活动的所有输出 转移信息用 s p l i t描述， 它 可分为a n d和x o r 类型。 a n d类型 表示 执行状态从当 前 活动移到 所有条件为真的 转移所 连接的后继活动， 而x o r 类型表示执行状态转移到一个且仅一个后续条件为真的转移所连 接的活动。 所有输入转移信息用j o i n描述， 它也分为a n d和x o r类型。 a n d类型必须 接收到所有与之对应的a n d - s p l i t中为真转移的 信息才能开始执行。 x o r类型检测到有为 真的输入转移就执行。 需要指出的是，w p d l的语义解释是非形式化的， 在a n d - j o i n等成份的 执行中 会有 很多不清楚的问 题。 为此我们详细研究了 它们的确切语义， 并指出了其中的问 题， 为研究和 构造基于w p d l的 信牌驱动模型奠定了 基础。 三、过程定义的模型信牌驱动计算模型 这一层次的模型主要强调描述能力强、对过程定义中常用的元素能直接支持、 基于 w p d l基础上和形式化 ( 或者便于形式化) 等特性。现在流行的 大多数工作流过程模型的 研究应该是属于这一层次的 ( 但未必是基于w p d l 的， 也未必是形式化的) 。 我们在认真研 究了 现存的若干典型工作流过程模型以后提出了信牌驱动的工作流计算模型 y y h 0 0 , wh ? ? 。 在构造信牌驱动模型时， 我们主要注重它的 表达性、与 wp d l的兼容性和控制机 制的严谨性。 “ 信牌”是我国古代官府执行任务的凭证，官员只有接到信牌后才能执行相应的任务， 借助这一概念， 用活动和信牌箱将p e t r i 网中 变迁和位子等概念变成人们容易理解的形式引 入到模型中。 活动表达一项具体的、 可 独立完成的任务， 而把活动的具体内容抽象为功能函 数; 信牌箱是活动之间传递控制信息 ( 信牌) 的中 转站， 活动只有在其前信牌箱中 取到信牌 才可能 执行; 描述 信牌箱与活动之间关系的 转移限 定了 可向 信 牌箱 放信牌的 活动和可从 信牌 箱中取信牌的活动的静态结构; 后继函数 ( 或表达为后继转移的条件) 描述了 动态执行时活 动完成后应给那些信牌箱实际放信牌。 信牌驱动模型 可以 描述现实生活中 顺序、 分支( 选择) 、 竞争、 并行、 循环等等各种各样复杂的 控制流程。 信牌驱动模型是由 控制部分、 数据部分( 相 关数据和环境数据) 和资源部分 ( 主要是人力资源、 应用程序和组织结构信息等) 构成的一 个完整的工作流抽象模型。 在构造信牌驱动模型时， 还对活动和信牌箱进行了分类研究。 如果活动的 完成需要人工 干预， 则称为手工活动， 否则称为自 动活动。 活动还可分为内 置块活动、 子过程活动和活动 组等复合活动。 信牌箱可分为单信牌箱和多信牌箱。 规定了每种类型的活动和信牌箱的明确 含义和适应范围。 对控制结构中的顺序结构、 竞争结构、 并行结构、 分支结构、 多分支结构、 同步结构、 x o r - j o i n合并结构、循环结构等控制结构进行了细致的研究和规范。引入了 a l l - s p l i t . x o r - s p l i t与 a n d - s p l i t三种分支类型和 a l l - j o i n, x o r - j o i n 与 a n d - j o i n三种汇合类型。 提出了同 步区和非同步区等概念和在不同区中使用这些结构的限 制规则。 信牌驱动模型对元模型中 最根本的特征， 包括数据结构和控制结构进行了 抽象。 利用它 可以使语言的使用者和开发者对语言的语义有清晰、深刻的理解和把握。 四、过程定义的控制模型非确定 p e t r i 网和正则p e t r i 网模型 如同关系型数据库需要关系代数作为理论基础一样， 工作流管理系统也需要在理论上建 立过程的形式化模型，以便对信牌驱动模型控制部分的正确性进行分析、验证和性能评价， 以 及重构一个合理、正确、各方面性能优越的业务流程。 p e t r i 网是由c .a .p e t r i 博士于1 9 6 2 年创立的一种对异步、 并发系统进行描述的工具， 它既能描述系统的静态结构， 也能描述系 统的动态行为，是一个理想的系统级的工作流过程模型。 由 于在工作流过程模型中引入了分支结构、 开始和结束活动、 a n d - s p l i t与a n d - j o i n 的各种配对结构等概念，已 经完全改变了原始p e t r i 网的定义、结构和运行规则。 本文仔细 研究了信牌驱动模型和wf - n e t 的控制结构， 提出了非确定p e t r i 网、正则p e t r i 网等理论模 型，讨论了 它们与p e t r i 网以及信牌驱动模型控制部分之间的对应关系。定义了 等价性，并 证明了 它们之间 在这种意义下是等价的。 这些研究使得我们可以 将信牌驱动模型的控制结构 抽象为一个非确定的、 正则的p e t r i 网， 使信牌驱动模型建立在坚实的 理论基础之上， 同 时， 也增强了 信牌驱动模型的模拟、分析能力。 为了 描述这种分支结构，我们定义了非确定变迁， 它的发生规则为: m( s ) 一 w( s , t ) m ( s ) + w ( t ,s ) 或m ( s ) m ( s 卜w( s ,t ) + w ( t , s ) 或m ( s ) m( s ) 若s e * t - t * 若s r t * 一 * t 若s e t * n* t 若 s * t v t * ( 规则i i ) m ( s ) = 且最少有一个s e t * ， 使m ( s ) = m ( s ) + w ( t ,s ) 或m ( s ) = m ( s ) 一 w ( s ,t ) + w ( t ,s ) e 具有非确定变迁的p e t r i 网系统被称为非确定p e t r i 网。非确定p e t r i 网与p e t r i 网 在一定 意义下 是等价的 h w 0 2 卜 为了 描述信牌驱动模型中的开始活动和结束活动， 我们也引入了 带结束变迁的p e t r i 网 系统。 进一步， 我们还定义了只有一个位子的开始标记和只有一个位子的结束标记的正则 p e t r i 网系统。这种规范化的定义为正则p e t r i 网的 层次化描述奠定了 基础。对一个复杂的问 题，可以 按照不同的 抽象粒度在不同层次建模， 一个底层的正则的p e t r i 网系统对应一个上 层的变迁， 这种层次结构， 恰好与工作流、 子工作流和内置快之间的 层次关系一一对应。 从 而，用正则p e t r i 网可以容易地对大而复杂的问题进行建模。 五、本文的组织和内容安排: 第一章介绍了本论文研究的背景，揭示了 研究工作流过程模型的重要性， 提出了工作 流过程模型三层结构的主框架:以wp d l为核心的元模型层、 扩展的 信牌驱动模型层和以 p e t r i 网为基础的 控制模型层。 第二章讨论工作流的元模型 wp d l . 探讨 wp d l作为过程定义标准的工作流过程 模型具备的主要成份和结构，指出 其中存在的问 题和缺点。 第三章讨论工作流的模型 扩展的信牌驱动模型。 该模型以w p d l为基础、以p e t r i 网为背景， 给出 这层模型的结构、 成份和表现形式， 讨论该模型中基本成份的含义、 使用方 法和执行规则。 提出了活动组、静态活动、配对、同 步区等概念， 并给出了a n d - j o i n语 义的严格定义和求同步区的相应算法。 第四章讨论工作流的形式化模型 非确定p e t r i 网和正则p e t r i 网。 讨论了非确定p e t r i 网和正则p e t r i 网的概念、 等价性和相关定理。 还讨论了 优先p e t r i 网的概念， 并利用它探讨 了非确定p e t r i 网和正则p e t r i 网与 一般p e t r i 网之间的等价关系。 第五章讨论扩展的信牌驱动模型到p e t r i 网模型的转换。系统地讨论了 扩展的信牌驱动 模型的 基本控制成份到非确定p e t r i 网 和正则p e t r i 网 之间的转换方法，以及进一步到p e t r i 网的转换方法。 从而可以 将一个以w p d l为基础的 扩展的信牌驱动模型的控制部分转化为 一个形式化的p e t r i 网模型，为下一章的理论分析和验证奠定了基础。 第六章对扩展的信牌驱动模型进行分析和验证。 利用p e t r i 网 这种形式化的工具对扩展 的信牌驱动模型中的死锁、结束问 题、 好状态一定出 现、 坏状态不出 现等问 题进行了 研究， 并给出了 相应的判断算法。 第七章讨 论过程 建模和验证工 具的 设 计。 利用面向 对象的 方法和d e s ig n p a tt e r n 的思 想， 严格按照软件工程的原理开发了过程定义工具。 该工具不仅可以创建过程定义， 还能对过程 定义中出 现的问 题进行检查，并对模型的验证工具等进行了探讨。 第八章对本论文所作的工作进行总结， 与其他的 研究工作进行比 较， 并对今后的研究提 出了进一步的设想。 第一章 引言 1 . 1研究背景 随着计算机网络的发展， 特别是i n t e m e t / e x t r a n e t / i n t r a n e t 的出现、 发展和完善， 计算机 的 应用正向 着小型 化、 分 布 式的 方向 发展。以 大型 计 算 机为中 心的 主 / 从 ( m a in f r a m e / s la v e r ) 型的计算方式正向 着以 计算机为结点的网络协同计算方式转换。 针对这种新的 计算机发展趋 势， 需要研究新的软件以 支持这种基于网 络的、 特别是基于i n t e m e t/ e x t r a n e t/ i n t r a n e t 的计算 方式， 使用户能方便地、 充分地利用各种网络资源进行分布式协同计算。 为了 适应这种环境下软件的快速开发， 特别需要研究相应的 分布式软件开发平台。 因此， 出现了分布式操作系统的 研究、 网 络操作系统的 研究、 分布式数据库、 分布式构件系统的研 究( d c o m , c o r b a , j 2 e e 等) 以 及基于 上述系 统的 概 念级的 分布式系统的 研究， 如: 计 算机支持的 协同工作， 办公室自 动化系统等等。 工作 流管理系统 (w o r k