（计算机应用技术专业论文）基于频繁增长的工作流过程挖掘研究.pdf

摘要 y1 0 0 7 9 , 3 工作流管理系统要求能够清楚的表达出业务过程的工作流设计，通常工作流 设计非常费时且容易出现错误。过程挖掘的方法从已经发生的业务日志记录中提 炼出工作流模型，能方便地设计工作流管理系统。 工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，是为了在先进计算机环境支 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。工作流的生命周期包括工作流设计、工作流配置、工作流执行、工作 流诊断四个阶段。传统工作流管理方法存在的一个问题是；设计阶段工作通常由 业务专家具体执行，并力求体现企业管理层改进当前业务流程的思想。实践证明， 建立一个工作流过程模型是一项复杂和耗费时间的工作，而且建立的过程模型往 往不能与实际过程完全相符。 工作流挖掘技术不是一个工作流设计的工具，但它对充分理解现有业务过程 执行情况有很大的帮助。工作流挖掘的目标是：倒转过程，收集和利用运行数据， 从而支持工作流设计和分析。通过多年的信息化建设工作，很多组织都拥有或大 或小的传统信息化管理工具，如：管理信息系统( m i s ) 、企业资源计划( e r p ) 、客 户关系管理( c r m ) 等。大多数信息系统都能够记录事务数据，这些运行数据记录 了长时间的业务过程具体执行情况，可以用来生成一个描述业务过程的模型。 工作流挖掘的起点是收集和处理工作流日志。本文对工作流日志定义是任务 序列( 二元组) 的集合。文中提出的定义在保留必要日志信息的基础上，简化了工 作流日志的形式，除此以外，还对日志相关概念做出了定义。 目前，工作流挖掘技术的一个难点是：怎样挖掘出更多有价值的过程信息。 对于一组工作流日志，以往挖掘算法的处理方法均是对其整体进行挖掘处理，而 在实际生产生活中，很多业务过程往往会随时间变化、环境变化、业务变动而发 生变化。 本文针对以往工作流挖掘技术对日志挖掘受噪音数据影响比较严重，而且挖 掘效率比较低的缺点，引入了挖掘效率较高的f p t r e e 算法，利用f p t r e e 算法对 日志中的数据进行剪枝和排序，生成f p t r e e ；然后再对f p t r e e 进行搜索，得出 节点之间的频繁依赖关系：最后将搜索得出的频繁依赖关系传给w f - g r a p h 生成 i 算法。w f g r a p h 由变迁和它们之间的有向弧组成，它是w f - n e t 的简化形式。为 了分解研究，本文中把w f n e t 中的库所省略了，得到w f - g r a p h 后，在变迁之间 添上库所就形成了w f n e t 。 挖掘生成工作流图，首先要求得w f - g r a p h 的结构，然后计算w f - g r a p h 中各 元素的动态描述。本文首先介绍了这两步工作的思路，然后给出了算法描述。 原型系统实现了本文描述的工作流图的挖掘生成算法。该系统是用j a v a 语言 开发的，开发平台是e c l i p s e 。该系统能够对符合本文工作流日志定义的工作流日 志进行挖掘，输出动态工作流图。 关键词：数据挖掘；挖掘算法；工作流；过程挖掘；工作流日志；频繁增长模 式 i i a b s t r a c t w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mr e q u i r e st h ee x p l i c i td e s i g no ft h ew o r k f l o w st h a tc a n e x p r e s st h eb u s i n e s sp r o c e s s g e n e r a l l ys p e a kc r e a t i n gap r o c e s sd e s i g ni sv e r y t i m e 。c o n s u m i n ga n de r r o rp r o n e p r o c e s sm i n i n ga i m sa te x t r a c t i n gi n f o r m a t i o nf r o me v e n t l o g st oc a p t u r et h eb u s i n e s sp r o c e s sa si ti sb e i n ge x e c u t e d ，a n di ti sv e r yc o n v e n i e n tt o d e s i g nt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m t h ew o r k f l o wi sac o m p u t e rm o d e lt h a tc a ns h o wt h eb u s i n e s sp r o c e s s i tb u i l d sf o r s u p p o r t i n gt h ec a r r y i n go u to p e r a t i o np r o c e s si n t e g r a t i o na n dp r o c e s sm o b i l i z a t i o nu n d e r t h ea d v a n c e dc o m p u t e re n v i r o n m e n t ，a tt h es a m et i m ei tc a nb ei m p l e m e n t e db yt h e w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m t h ew o r k f l o wl i f ec y c l ec o n s i s t so ff o u rp h a s e s ：w o r k f l o w d e s i g n ，w o r k f l o wc o n f i g u r a t i o n ，w o r k f l o we n a c t m e n ta n dw o r k f l o wd i a g n o s i s i nt h e t r a d i t i o n a la p p r o a c ht h ed e s i g np h a s ei su s e df o rc o n s t r u c t i n gaw o r k f l o wm o d e l ，w h i c hi s t y p i c a l l yd o n eb yab u s i n e s sc o n s u l t a n ta n di sd r i v e nb yi d e a so fm a n a g e m e n to n i m p r o v i n gt h eb u s i n e s sp r o c e s s e sa th a n d c r e a t i n gaw o r k f l o wd e s i g ni sc o m p l i c a t e d t i m e c o n s u m i n gp r o c e s sa n dt y p i c a l l yt h e r ea r ed i s c r e p a n c i e sb e t w e e nt h ea c t u a lw o r k f l o w p r o c e s s e sa n dt h ep r o c e s s e sa sp e r c e i v e db yt h em a n a g e m e n t t h ew o r k f l o wm i n i n gt e c h n o l o g yi sn o tj u s tat o o lo fw o r k f l o wd e s i g n ，b u ta l s oi ti sv e r y u s e f u lf o ru n d e r s t a n d i n gt h ec u r r e n tb u s i n e s sp r o c e s s e s t h eg o a lo fw o r k f l o wm i n i n gi st o r e v e r s et h ep r o c e s sa n dc o l l e c tt h ed a t aa tr u n t i m et os u p p o r tw o r k f l o wd e s i g na n d a n a l y s i s s i n c et h ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o nh a s b e e nc a r r i e do ni nm a n yo r g a n i z a t i o n sf o r s e v e r a ly e a r s ，t h eo r g a n i z a t i o n sh a v et h e i ro w ni n f o r m a t i o ns y s t e m s ，s u c ha sm i s ，e r p a n dc r m i nm o s ti n f o r m a t i o ns y s t e m st r a n s a c t i o n a ld a t ai sr e g i s t e r e d t h ei n f o r m a t i o n c o l l e c t e da tr u n - t i m ec a nb eu s e dt od e r i v eam o d e le x p l a i n i n gt h ee v e n t sr e c o r d e d t h eb e g i n n i n go fw o r k f l o wm i n i n gi st oc o l l e c ta n df o r m a tt h ew o r k f l o wl o g t h ep a p e r d e f i n e dt h ew o r k f l o wl o ga sas e to ft a s ks e r i e s t h ed e f i n i t i o nc o n t a i n st h en e c e s s a r y i n f o r m a t i o no ft h el o gw i t has i m p l ef o r m a l w ea l s od e f i n e dt h er e l a t e dc o n c e p t i o n s a tp r e s e n ti ti sac h a l l e n g et oe x p l o i tm o r ei n f o r m a t i o ni nas e to fw o r k f l o wl o g t h e f o r m e rw o r k f l o wm i n i n gm e t h o d st y p i c a l l yt a k et h ew o r k f l o wa saw h o l e b u ti n p r a c t i c e i m a n yb u s i n e s sp r o c e s s e sm a yv a r yw i t ht h ec h a n g eo ft i m eo re n v i r o n m e n t a i ma tt h ed e f e c tw h i c ht h ew o r k f i o wm i n i n gt e c h n o l o g yi sa f f e c t e db yt h en o i s ea n d h a v el o w l ym i n i n ge f f i c i e n t i nt h i sp a p e rw et a k ead i f f e r e n tp e r s p e c t i v ew i t hr e s p e c tt ot h e p r o b l e m sr e l a t e dt ot h ef pt r e ea r i t h m e t i cw h i c hu s es u c ha r i t h m e t i ct op r u n ea n ds o r ti n o r d e rt op r o d u c ef pt r e e t h e ns e a r c ht h ef pt r e e t og e tt h ef r e q u e n c y d e p e n d e n c e r e l a t i o n s f i n a l l ys e n ds u c hr e l a t i o n st ow f - g r a p ha n dm a k et h ea r i t h m e t i c t h ed i r e c t i o n a l a r c sw h i c hv a r yd u r i n gt h ew h o l ec o u r s ec o n s i s to ft h ew f g r a p h t h ew f g r a p hi st h e s i m p l ef o r m a to ft h ew f n e t i no r d e rt or e s e a r c hc o n v e n i e n t l y , t h ep a p e rp a s s e so v e rt h e t r a n s a c t i o n s a f t e rg e t i j n gt h ew f t g r a p h w ec a ng a i nt h ew f - n e tt h r o u g ha d d i n gt ot h e p l a c e i fw ew a n tt oc r e a t et h ew o r k f l o w - g r a p hb ym i n i n g ，i tn e e d st w os t e p s ： ( 1 ) h a v et h es t r u c t u r eo ft h ew f - g r a p h ； ( 2 ) c a l c u l a t et h ed y n a m i cd e s c r i b eb e t w e e nt h ee a c he l e m e n t ； f i r s t l yt h ep a p e ri n t r o d u c e st h em e t h o do ft h et w os t e p s s e c o n d l yg i v et h ea l g o r i t h m d e s c r i p t i o n w ed e s i g nt h et e s ts y s t e mt oi m p l yt h em i n i n gp r o c e s sa l g o r i t h m t h ew h o l es y s t e m d e v e l o p su s i n gj a v al a n g u a g e ，t h ep l a t f o r mi se c l i p s e s u c hs y s t e mc a nc o m p l e t et h e m i n i n go fw o r k f l o wl o gw h i c ha c c o r dw i t ht h ew o r k f l o wl o gd e f i n e di nt h ep a p e r a tl a s t o u t p u tt h ed y n a m i cw o r k f l o wg r a p h k e yw o r d s ：d a t am i n i n ga g o d t l l m ；w o r k f l o wm o d e l ；p r o c e s sm i n i n g ；w o r k f l o w l o g s ；f r e q u e n t p a t t e r ng r o w t h 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包括其他人或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名张- 悖椎日期：丝堕：每：7 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名 豸接t 协谁 导师签名：日期： 狮；。占 基于频繁增长的工作流过程挖掘 引言 2 0 世纪8 0 年代以来，工作流管理技术的出现和发展，迅速满足了企业组织结 构重组与先进制造战略实施的客观需求。对企业利用工作流方法进行业务过程的 建模和深入分析，不仅可以规范企业的业务流程，发现业务流程中不合理的环节， 从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。 因此，工作流技术的研究对促进企业管理的规范化和信息化有重要的现实意义。 过去的十年间，大量的工作流管理技术被应用于企业实际运作，如s t a f f - w a r e 、 m mm q s e r i e s 和c o s a 等工作流管理系统为企业流程管理提供了强有力的工具 瞄4 ，但在实际的运用中也存在一些不足，首要的问题就是模型的设计。由于以下 三个方面的原因，使得企业设计的商业流程与实际的业务流程存在差异：首先， 商业流程通常由人工设计，使得模型带有主观化；其次，一部分设计的流程由于 效率低下，在实际中很少执行，需要优化；最后，环境的变化使得部分流程不再 适合企业的需要。工作流管理系统是由预先建立的工作流模型所驱动，工作流模 型对于企业信息系统的设计也起着至关重要的作用。传统的工作流建模方法需要 投入大量的时间，一般是由商业顾问和管理者共同完成，他们对模型的理解往往 会影响模型的质量，因此探索一种更有效、更准确的工作流模型建模技术具有非 常重要的现实意义。工作流管理系统日志中包含商业流程各个活动的执行过程， 可以利用这些更为“客观”的信息建立工作流模型。 本课题所研究的一种工作流模型挖掘技术利用模型运行阶段的工作日志信息 为模型维护与再设计提供支持，同时避免了传统的工作流建模方法的一些缺点。 本文在这一背景下，在w e i j t e r s 和a a l s t 研究的基础上，假设不存在工作流模型， 通过工作流程日志挖掘来构造具体的过程模型，提出了一种基于f p t r e e ( 频繁增 长模式) 的工作日志挖掘方法。 本文分为七章，第一章介绍了本课题研究的背景、工作流技术的意思、工作 流技术的发展趋势和本课题研究的内容和意义；第二章介绍工作流定义及相关基 本概念；第三章主要介绍了工作流模型、工作流建模的概念和涵义，以及当今常 用的几种工作流建模方法；第四章讨论工作流日志，给出一种简单的日志描述形 墨量塑茎垄堡塑三堡塑望堡丝塑 式和本文对工作流目志的定义；第五章主要介绍了本文在工作流挖掘过程中引入 的高效的挖掘算法f p t r e e 方法的概念和原理；第六章探讨了基于频繁增长模式的 工作流挖掘方法及其实现的过程，并介绍了实现该算法的原型系统；第七章对本 文研究的内容进行了概括，并且提出所做不足之处，待下一步深入研究解决。 2 基于频繁增长的工作流过程挖掘 1 1 研究背景 第一章绪论 自2 0 世纪7 0 年代以来，世界市场已经由传统的、相对稳定的市场逐步演变 成动态的、多变的市场，企业之间的竞争也由过去的局部竞争演变成为全球范围 内的竞争。同行业之间、跨行业之间相互渗透、相互竞争日趋激烈，竞争的同时 企业所面临的社会、经济、制造环境与客户需求等问题也发生了巨大的变化，为 了摆脱这一困难，必须为企业寻求新的经营理念。 2 0 世纪8 0 年代以来，工作流管理技术的出现和发展，迅速满足了企业组织 结构重组与先进制造战略实施的客观需求。对企业利用工作流方法进行业务过程 的建模和深入分析，不仅可以规范企业的业务流程，发现业务流程中不合理的环 节，从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。因此，工作流技术的研究对促进企业管理的规范化和信息化有重要的现实 意义。 随着计算机的普及和网络的延伸，现代企业的信息、资源越来越表现出一种 异构、分布、松散耦合的特点。企业的分散性、决策制定的分散性日益明显，企 业日常业务活动的需求信息日益提高，c l i e n t s e e r 体系结构和分布式处理技术 ( c o r b & w w w ，o l e ，j a v a ) 的广泛应用，都说明了这样一个事实：集中式信息 处理的时代即将过去，取而代之的将是大规模的异构分布式信息处理与应用执行 环境。在这种大规模的分布式环境下高效运转相互关联的任务，并对执行的任务 进行密切监控己成为一种发展趋势。在这种技术背景下，工作流管理系统成为同 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 工作流技术带入一个崭新的发展阶段，1 9 9 3 年成立的工作流技术的标准化组织 一工作流管理联盟( 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 ) 标志着工作流技术在计算 机应用研究领域之中被明确地划分出了自己的一席之地，同时也使人们从更深的 层次、更广的领域上对工作流展开了研究。 在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发也进入更为繁荣的 1 基于频繁增长的工作流过程挖掘 阶段，更多更新的技术被集成进来，如：文件管理系统、数据库、电子邮件、移 动式计算、1 n t e m e t 服务等都己被容纳到工作流管理系统中。工作流产晶的市场 每年以两位数字的速度迅猛增长，据统计，市场上的工作流产品1 9 9 7 年约有7 0 多种，工作流市场的增长率超过3 5 ，而且随着计算机技术的发展，工作流产晶 的供应商又及时地将新的技术融入工作流中，提高产品性能，使工作流技术得到 不断的完善。作为支持企业经营过程重组( b p r ) 、经营过程自动化( b p a ) 的- - 种手 段，工作流技术的研究日益受到学术界与企业界的重视。 1 2 工作流技术的意义 工作流技术是实现企业业务过程建模、业务过程仿真、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自动化的核心技术。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，它可以作为指导企业实旆计算 机管理信息系统的模型。 作为一种过程建模和过程管理的核心技术，工作流技术可以与其它应用系统 有效结合，生成符合企业需求的各种业务管理系统。与普通的应用软件系统的最 大差别，采用工作流技术作为核心开发的业务管理系统最大的特点是具有高度的 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。 1 3 工作流技术的发展趋势 目前，工作流技术领域的研究热点主要集中在： ( 1 ) 工作流过程建模 包括工作流过程模型和过程描述语言方面的研究，前者是对业务流程的计算 化描述，概括了实现流程所需的各种必要信息，如：流程开始和结束条件、组成 该过程的各个步骤、步骤间的信息传递规则以及所需调用的应用工具等等。模型 一般通过文本或图形化的过程描述语言来实现。目前，己提出了许多具体的模型 和描述语言，有待进一步的统一，w f m c 在规范化方面起了很大的作用。此外， 2 基于频繁增长的工作流过程挖掘 基于各种形式化工具，对工作流模型性能进行分析和评价，也是建模过程中极为 关键的一环。 ( 2 ) 基于w e b 的工作流 随着w w w 的迅猛发展和普及，许多w f m s 产品开始支持各种各样基于 w e b 的应用，支持w e b 的优势不仅在于不需要安装特定的客户端软件，而且便 于系统资源的统一管理。目前的产品还仅限于允许在浏览器中初始化和控制工作 流。随着将来更多技术的支持，在i n t e r n e t 上包含多个w 曲工作流服务器的跨企 业的工作流系统必将成为现实。 ( 3 ) 工作流中的移动计算 目前w f m s 体系结构大都集中于c l i e n t s e r v e r 模式，客户与服务器间的实 时连接、频繁交互势必造成网络拥塞和资源瓶颈，支持移动计算的分布式环境就 是在这种背景下提出：移动客户只需周期性地与工作流服务器建立连接，接受工 作任务或提交工作结果，从而减轻系统和网络的负荷，极大地提高远程办公的效 率。移动a g e n t 技术为工作流管理的移动计算提供了强有力的支持。 ( 4 ) 分布式工作流 工作流管理系统从支持单个工作组环境开始，现在逐步提高到企业级的功能 需求，这样单个工作流程就要允行跨越广域网上的多个服务器和客户端，通过并 行计算、资源共享、分布操作使其可扩展性、可管理性得以充分体现，然而，随 之而来的是需考虑分布式系统的安全性和互操作性。 ( 5 ) 工作流互操作 互操作的研究主要包括两方面； 1 ) 工作流模型的互操作和工作流系统的互操作，微观层的模型互操作包括 研究单个模型内或多个模型间的活动可互操作性，以及如何检测、分析产生的冲 突，并提供可行的解决方案； 2 ) 宏观层的系统互操作则包括系统内部协议定义、程序接口、数据共享的 可互操作，以及工作流系统如何嵌入到其他业务系统中或如何实现与其它异构系 统的连接，工作流互操作是工作流管理技术目前研究中的一大难点。 ( 6 ) 工作流事物管理 事务管理是数据库技术中的一个重要概念。每个事务具有a c i d 特性，即 3 基于频繁增长的工作流过程挖掘 原子性( a t o m i c i t y ) 、一致。胜( c o n s i s t e n c y ) 、独立性( i s o l a t i o n ) 和持续。陛( d u r a b i l i t y ) 。 事务交易管理充分保证了数据操作、数据存储、系统管理的正确性、可靠性和可 管理性。目前高级事务模型己在各个领域得以应用，但在现有的工作流产品中还 不能显式地得以支持。 1 4 本课题研究内容及意义 信息技术改变了企业传统的运作方式，在过去的十年间，大量的工作流管理 技术被应用于企业实际运作，如：s t a f f w a r e , i b mm q s e r i e s 和c o s a 等工作流 管理系统为企业流程管理提供了强有力的工具，但在实际的运用中也存在一些不 足，首要的问题就是模型的设计。由予以下三个方面的原因，使得企业设计的商 业流程与实际的业务流程存在差异： f 1 ) 商业流程通常由人工设计，使得模型带有主观化； ( 2 1 一部分设计的流程由于效率低下，在实际中很少执行，需要优化； ( 3 ) 环境的变化使得部分流程不再适合企业的需要。 为了在急剧变化的环境中保持竞争力，企业需要不停地对现有的流程再设 计。工作流管理系统是由预先建立的工作流模型所驱动，工作流模型对于企业信 息系统的设计也起着至关重要的作用。传统的工作流建模方法需要投入大量的时 间，一般是由商业顾问和管理者共同完成，他们对模型的理解往往会影响模型的 质量，因此探索一种更有效、更准确的工作流模型建模技术具有非常重要的现实 意义。工作流管理系统日志中包含商业流程各个活动的执行过程，可以利用这些 更为“客观”的信息建立工作流模型。 本课题所研究的一种工作流模型挖掘技术利用模型运行阶段的工作日志信 息为模型维护与再设计提供支持，同时避免了传统的工作流建模方法的一些缺 点。本文在这一背景下，在w e i j t e r s 和a a l s t 研究的基础上，假设不存在工作流 模型，通过工作流程日志挖掘来构造具体的过程模型，提出了一种基于f p t l e e ( 频繁增长模式) 的工作日志挖掘方法。具体进行了如下几方面的研究： ( 1 ) 给出了“工作流日志”明确定义； ( 2 ) 对a j j m w e i j t e r s 提出的基于工作流日志的工作流挖掘技术进行了总 结提炼，给出算法描述； 4 基于频繁增长的工作流过程挖掘 ( 3 ) 针对现有工作流挖掘技术对目志中动态信息、关注不足的缺点，提出基 于工作流日志的动态生成工作流网模型； ( 4 ) 根据动态工作流的定义，提出基于f p t r e e ( 频繁增长模式) 动态工作流 网的生成算法； ( 5 ) 开发实现了本文提出的基于频繁增长模式动态工作流网生成算法。 1 5 本文的结构 第一章介绍了本课题研究的背景、工作流技术的意思、工作流技术的发展趋 势和本课题研究的内容和意义。 第二章介绍工作流定义及相关基本概念，包括工作流及工作流管理系统、工 作流模型、工作流建模、工作流生命周期概念，然后介绍了基于f e t r i 网的概念 工作流网( w f n e t ) 模型。 第三章主要介绍了工作流模型、工作流建模的概念和涵义，以及当今常用的 几种工作流建模方法。 第四章讨论工作流日志，给出一种简单的日志描述形式和本文对工作流日志 的定义。 第五章主要介绍了本文在工作流挖掘过程中引入的高效的挖掘算法f p t r e e 方法的概念和原理。 第六章探讨了基于频繁增长模式的工作流挖掘方法及其实现的过程，并介绍 了实现该算法的原型系统。 第七章对本文研究的内容进行了概括，并且提出所做不足之处，待下一步深 入研究解决。 5 基于频繁增长的工作流过程挖掘 2 1 基本概念 2 1 1 工作流 第二章工作流与工作流网 到目前为止，工作流仍没有完全统一的定义。工作流管理联盟( 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 ，w f m c ) 给出的工作流定义【1 】是：工作流是一类能够完全 或者部分自动执行的业务过程，它根据一系列过程规则，文档信息或任务能够在 不同的执行者之间传递和执行。 工作流中两个最基本的元素是活动与活动之间的连接关系，活动对应于业务 过程中的任务，主要是反映业务过程中的执行动作或操作；活动之间的连接关系 代表了业务过程的规则和业务流程。一个工作流就是一个用一组连接关系组合起 来的一组活动组成的一个反映企业业务过程的模型。 2 1 2 工作流管理系统 2 。1 2 1工作流管理系统的定义 w f m c 给出的工作流管理系统的定义【1 】是：工作流管理系统是一个软件系 统，它完成工作流的定义与管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推 进工作流实例的执行。 工作流管理系统是支持企业业务过程高效执行并监控其执行过程的计算机 软件系统。通常，工作流管理系统是指运行在一个或多个称为工作流机的软件上 的用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者( 用户、 应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。它不是企业的 业务系统，在很大程度上，工作流管理系统为企业的业务系统的运行提供一个软 件支撑环境，非常类似在单个计算机上的操作系统，只不过工作流管理系统支 持的范围比较大、环境比较复杂而己。 6 基于频繁增长的工作流过程挖掘 2 1 。2 。2 工作流管理系统的分类 根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类： ( 1 ) 管理型工作流( a d m i n i s t r a t i v e w o r k f l o w ) ：在这类工作流中活动可以预定 义并且有一套简单的任务协调规则。 ( 2 ) 设定型工作流( a dh o cw o r k f l o w ) ：与管理型工作流相似，但一般用来处 理异常或发生机会比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的用 户有关。 ( 3 ) 协作型工作流( c o l l a b o r a t i v ew o r k f l o w ) ：参与者和协作的次数较多。在 一个步骤上可能反复发生几次直到得到某种结果，甚至可能返回到前一阶段。 ( 4 ) 生产型工作流( p r o d u c t i o nw o r k f l o w ) ：实现重要的业务过程的工作流， 特别是与业务组织的功能直接相关的工作流。与管理型工作流相比，生产型工作 流一般应用在大规模、复杂的和异构的环境下，整个过程会涉及许多人和不同的 组织。 根据底层实现技术，可将工作流产品分为三类： ( 1 ) 以通讯为中心：以电子邮件为底层的通讯机制。这种类型的工作流管理 系统适合于协作型工作流和不确定型工作流，而不适于生产型工作流。 ( 2 ) 以文档为中心：基于文档路由，它同外界应用的交互能力有限。许多基 于表的管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。 ( 3 ) 以过程为中心：这种工作流系统对应生产型工作流。它们一般建立在数 据库之上，有自己专用的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。 根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制的不同，市场上的工作流产品又可 以划分为四类： ( 1 ) 基于文件的工作流系统以共享文件的方式来完成任务项传递。这种类型 产品开发得最早、发展最成熟、其产品品种较多。代表产品有f i l e n e t 的v i s u a l w o r k f l o w 、i b m 的f l o w m a r k 、i n c o n c e r t 的i n c o n c e r t 。 ( 2 ) 基于消息的工作流系统通过用户的电子邮件系统来传递文档信息。这种 类型的产品一般都提供与一种或多种电子邮件系统的集成接口。代表产品有 n o v e l l 与f i l e n e t 合作开发的e n s e m b l e 、j e t f o r m 公司的i u t e m p o 、k e y f i l e 公司 的k e y f l o w 。 7 基于频繁增长的工作流过程挖掘 ( 3 ) 基于w e b 的工作流系统通过w w w 来实现任务的协作。这一类产品起 步较晚( 在9 5 年以后) ，但是发展迅速，其市场前景十分看好。许多供应商纷纷 改进原有产品或开发新产品以增加对w 曲的支持。代表产品有a c t i o n t e c h n o l o g i e s 公司的a c t i o n w o r k sm e t r o 、u l t i m u s 公司的u l t i m u s 。 ( 4 ) 群件与套件系统虽然这一类产品与上面介绍的三种产品在任务传递方 式上有很大程度的重叠，但是在这里却有必要把它们单独划分成一类，因为这一 类产品都需要依赖于自己系统的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全 管理、数据库与文档管理服务等，它们本身就构成了一个完整的应用开发环境。 代表产品有i b m l o t u s 公司的l o t u sn o t e s 、m i c r o s o f t 公司的o f f i c e 与e x c h a n g e 、 n o v e l l 公司的g r o u p w i s e 。 2 1 2 3 工作流管理系统的结构模型 工作流管理系统的功能从较高的层次上来抽象，可以分为3 方面，这也是所 有的工作流管理系统都提供的三种功能【3 6 】： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能； ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定运行环境下，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； ( 3 1 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与i t 工具间 的交互。 图2 - 1 是工作流管理系统三个主要功能之间的关系。 8 基于频繁增长的工作流过程挖掘 图2 - 1 工作流管理系统三个主要功能之间的关系 为完成上述功能，工作流管理系统需要考虑众多因素，w f m c 提供了一个 工作流管理系统的体系结构模型f 1 】，如图2 - 2 ，包括过程建模工具、过程定义、 工作流执行服务和工作流引擎、工作流控制数据、工作流相关数据、任务表和任 务表处理程序、应用程序和应用数据等。 图2 - 2 工作流管理系统体系结构模型 9 基于频繁增长的工作流过程挖掘 ( 1 ) 过程建模工具：它被用来创建计算机可以处理的业务过程描述，可以是 形式化的过程定义语言或对象关系模型，也可以是简单地规定用户问信息传输的 一组路由命令。 ( 2 ) 过程定义：包含了所有使业务过程能被工作流执行服务执行的必要信 息。这些信息包含起始和终止条件、各个组成活动、活动调度规则、各业务的参 与者需要做的工作、相关应用次序和数据的调用信息等。 ( 3 ) 工作流执行服务和工作流引擎：工作流执行服务也称为执行环境，包括 一个或多个工作流引擎。工作流引擎是工作流管理系统的核心软件组件。它的功 能包括解释过程定义、创建过程实例并控制其执行、调度各项活动、为用户任务 表添加任务项、通过应用程序接口a p i ) 调用应用程序、提供监督和管理功能等。 工作流执行服务可以包括多个引擎，不同工作流引擎通过协作共同执行工作流。 ( 4 ) 工作流控制数据：指被工作流执行服务和引擎管理的系统数据，如工作 流实例的状态信息、每一活动的状态信息等。 ( 5 ) 工作流相关数据：指与业务过程流相关的数据。使用这些数据确定工作 流实例的状态转移，如过程调度决策数据、活动问的传输数据等。工作流相关数 据既可以被工作流引擎使用，也可以被应用程序调用。 ( 6 ) 任务表和任务表处理程序：任务表列出了与业务过程的参与者相关的一 系列任务项，任务表处理程序则对用户和任务表之间的交互进行管理。任务表处 理程序完成的功能有：支持用户在任务表中选取一个任务项重新分配任务项，通 报任务项的完成，在任务项被处理的过程中调用相应的应用程序等。 ( 7 ) 应用程序和应用数据：应用程序可以直接被工作流管理系统调用或通过 应用程序代理被间接调用。通过应用程序调用，工作流管理系统部分或完全自动 地完成一个活动，或者对业务参与者的工作提供支持。与工作流数据和相关数据 不同，应用数据对应用程序来讲是局部数据，对工作流管理系统的其他部件说是 不可见的。 1 0 基于频繁增艮的丁作流过程挖掘 2 2 工作流生命周期 2 - 3 工作流生命周期示意图 工作流的生命周期包括工作流设计、工作流配置、工作流执行、工作流诊断 四个阶段 4 1 ，如图2 3 所示。设计阶段的主要任务是构建工作流模型。配置阶段 主要是根据设计好的工作流模型，在工作流管理系统中进行具体配置，以使系统 按照业务模型执行。在执行阶段，工作流实例被系统执行；同时，工作流系统还 可以生成记录业务过程运转情况的系统日志。诊断阶段可以为设计阶段提供输 入，从而使工作流生命周期成为一个循环的过程。 传统工作流管理方法存在的一个问题是：设计阶段工作通常由业务专家具体 执行，并力求体现企业管理层改进当前业务流程的思想。实践证明，建立一个工 作流过程模型是一项复杂和耗费时问的工作：不仅如此，建立的过程模型往往不 能与实际过程完全相符。 存在的另一个问题是：生命周期的重点往往集中在设计和配置两个阶段，很 少有组织收集其工作流系统的运行数据进行诊断，并作为再设计的输入。 2 3 工作流参考模型 工作流管理联盟( w f m c ) 提出的工作流参考模型【1 】如图2 - 4 ，它从另一个 角度说明了工作流的体系结构、应用接口及特性，主要目的是为了实现工作流技 术的标准化和开放性，着重说明了五类接口： 接口1 ：工作流服务和工作流建模工具间的接口，包括工作流模型的解释和 基于频繁增长的工作流过程挖掘 读写访问。使用标准定义接口具有很多好处。首先，它实现了建模环境和运行境 的分离，使用某种建模工具创建的模型可以运行在不同工作流产品上。其次，它 使得多个工作流产品可以协同工作，共同构成一个工作流执行服务，并运行根据 同个过程模型所生成的过程实例。 图 2 - 4 工作流参考模型 接口1 的a p i 主要覆盖了以下几个方面的功能：通信建立、工作流模型操 作、工作流模型对象操作。 接口2 ：工作流服务和客户应用之间的接口，这是最主要的接口规范，它约 定所有客户方应用和工作流服务之间的功能访问方式。接口2 主要定义了以下几 个方面的功能：通信建立、工作流定义操作、过程实例管理功能、过程状态管理 功能、任务项列表任务项处理功能、数据处理功能、过程监控功能、管理功能 和应用程序激活。 接口3 ：工作流引攀和应用间的直接接口。这里的应用程序是不需要人工参 与的自动应用，因而此接口的工作只需包括通信建立、活动管理功能和数据处理 功能。 接口4 ：工作流引擎之间的互操作接口。为了实现工作流引擎之间的互操 作，需要提供如下功能的w a p i ：连接的建立、对工作流模型和其中对象的操作、 过程实例控制和状态函数、活动管理函数和数据处理函数。 1 2 基于频繁增长的工作流过程挖掘 接口5 ：工作流引擎和工作流管理工具之间的接口。主要是为了实现对工作 流的管理和监视，包括以下方面：资源控制、角色管理、用户管理、过程实例的 管理、状态管理、审核管理。 参考模型中各部分功能如下： ( 1 ) 工作流执行服务 由一个或多个工作流引擎组成( 在分布环境下，由多个工作流引擎组成) 提供 了过程实例执行的运行环境，工作流执服务的主要功能是： 1 ) 解释流程定义，生成过程实例，并管理其实施过程； 2 ) 依据工作流相关数据实现流程活动导航，包括顺序或并行操作、期限安 排等； 3 ) 与