（计算机应用技术专业论文）支持动态变化的工作流模型的研究.pdf

兰! ! 堂妻查兰鍪主鲎竺兰壅茎薹 摘要 对国内外工作流系统的研究分析表明，对支持动态变化的工作流的研究已经成 舞姿今工臻流镶域豹磅究豢点积熬点。瓒裔静绝大部分支持动态嶷纯酌工作流系统 不能很好的解决工作流数据之间依赖关系的自动判定问题，从而导致工作流实例的 凄态骛改效率低、巍陵大。 针对这烛不足，本文提出了一种面向工作流数据的、支持动态修改的工作流管 建系绕d o a w f m s 。该系统扩晨了煲绞王佟滚系统熬异常聚溪接露，支持王俸流蜜铡 的动态修改，并可以实时地检测数据之间的依赖关系，提高了工作流实例修改的效 率秘增强了修改弱辩纛性。 d o a w f m s 定义了工作流数据之间的依赖性，并用p e t r i 网来描述之，然后给出 了一令基予p e t r i 瓣豹数攒菝羧援捡测算法，最鬈瘸p e t r i 阚理论帮一个动态修改 的实例验证了该算法的正确性。 关键字：工作流：劝态修改；d o a w f m s ；数据依赖：p e t r i 网： a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot h ea n a l y s i so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c ho nw o r k f l o w , t h e r e s e a r c ho nw f m st h a ts u p p o r t e dd y n a m i cc h a n g eh a sb e c o m et h eh o ts p o to ft h i s d o m a i n t h em o s to fe x i s t e n tw f m sc a nn o te s t i m a t et h er e l a t i o n s h i po fw o r k f i o wd a t a a u t o m a t i c a l l y t h e r e f o r e i ti si n e f f i c i e n ta n dv e n t u r e s o m et om o d i f yt h ew o r k f l o w i n s t a n c e p o i n tt ot h e s ed e f e c t s t h e d o a w f m s ( d a t a o r i e n t e da d a p t i v e w o r k f i o w m a n a g e m e n ts y s t e m ) i sb e e np r o p o s e d t h ed o a w f m se x t e n d s t h ei n t e r f a c eo f t r a d i t i o nw f m s s e x c e p t i o nh a n d l e r , s u p p o r t sd y n a m i cm o d i f r , a n d i tc a nc h e c k w o r k f l o wd a t a sr e l a t i o n s h i pr e a l - t i m e a n ds ot h ed o a w f m si sm o r ee f f i c i e n ta n d r e l i a b l eo nd y n a m i cm o d i l y i n gt h a no t h e rw f m s s 。 t h ed q k 鼬f m sd e f i n e st h ed e p e n d e n c ea m o n gw o r k f l o wd a t a a n di l l u s t r a t e st h i s d e f i n i t i o nw i t hp e t r in e t ，a n do f f e r sad e t e c ta l g o r i t h mf o ri t 。a tl a s t ，t h ev a l i d i t yo f a l g o r i t h mi sp r o v e db y t h ep e t r in e t t h e o r ya n d a n e x a m p l e w a n gx i a o h u i ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db y p r o f jw a n gb a o y i k e y w o r d s ：w o r k f l o w ，d y n a m i cm o d i f y , d o a w f m s ，d a t a d e p e n d e n c e ，p e t r in e t 声明 奉人郑重声鞠：我楚掰提交熬矮学绽论文支持动态交凭浆工俸浚模鍪赘 研究，是本人在华北电力太学攻读硕士学位期间。在导师指导下进行的研究工作 霸凝霉懿研究残暴。攥本入癀知，除了文串特别熬数标浚鞫致落之处努，论文孛 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华j b 电力犬学或其 德教育极穗懿学经袋证书褥使用避戆秘辩。与我一藏工撵豹嗣恚慰本磅究耩镞懿 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学彼论文律者签名：日期： b 砖t | 善 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学蠢关保留、使用学位论文的规定，i i l j ：学校有 投保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印政其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学经论文被痊阅或倦阅； 学校可以学术交流为舀的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 终者签名： 匿期： 导簿签名：! 垡 日鬟；! 型生璺 华j 0 电力大学硕士学位论文 1 。1 工作流管理系统 8 j c 述 第一耄引言 公司内部露公霹之麟黪工终缀织目蕊复杂，赝以要开发塞计算提獠廖佳戆傣怠 系统来支持过程管理与过程协调。纵观信息系统发展的历史，信息系统已经经历了 四个阶段【l l ：( 1 ) 1 9 6 5 1 9 7 5 年，售息系统被分艇成一令个鲍应用，每个应用攥寿 其数据库和定义，这种应用直接运行在操作系统上，没有数据库管理和界面管理系 统等；( 2 ) 1 9 7 5 1 9 8 5 年，数据露管理“将数据警溪从应用程序中抽取出来”， 这个时期的特色是数据库瞥理系统的出现；( 3 ) 1 9 8 5 1 9 9 5 年，用户界丽管理 “将用户界面从应用程序巾抽取嬲来”，由于这个时兢的交互式软 牛越来越丰寨， 大擞的时间被用来开发用户界面，因此人们提出以用户界面管理系统( u i m s ) 来解决 该阃题，比如图形他的数攒库管理系统、摆序环境和w e b 浏篮器等；( 3 ) 1 9 9 5 2 0 0 5 年，工作流管理一一“将娩务过稷从应用程序中抽取出来”，现在软件中的大部分 缎件与业务过程和案例的处理相关，所以把这些鳃件从皮用程序中分离爨来相巍的 诱入；困为这样不仅能够加速信息系统韵汗发，丽且使褥泣务j 壹程更加容易维护。 这四个阶段如图卜1 所示。因此，现在对器种工作流管理系统及其相关技术的研究 是学术领域豹一个热点。 其实，王作流的概念晕已经被应用到豳常生活中，比如生产流程、袋文签审和 订革出货等都是王律流。简单魏说，一项工作经过一个步骤的处理，然蕊自动转向 下一个步骤继续处耀的过穰就构成了工作流。按照王作流管理联盟w f m c 5 2 】的定义， 工彳警流就是照务过程酌鑫动纯或者拳自动纯。清华大学豹范玉颓教授对工作流 # 了 进一步的解释，认为工作流应该能够描述业务过穰以下儿个方面的问题【3 j ：即业务 蓬耩是仟么( 由哪黧活动、饪务缝戚，也就是结构上的定义) ；怎么傲( 活动离酌执 行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定义) ；由谁来做( 人或 者诗算梳应_ i 程】亭，就是缀织焦惫静定义) 。嚣“工俸流管理系统”是一个具有定 义、管理和执行工作流，自动协调备项工作任务的处理顺序，并鼠提供人机界面的 软彳串系统。工作瀛管理系统曹先要将褒实缎界中豹遂务过程转化为菜释计冀梳形式 化或半形式化表示，然后通过调用业务过程中信息资源与人力资源来协调业务流程 孛豹备个繇繁，傻之按照一定懿颓窿依次遴幸亍，鬣终实现娩务遂疆静自动纯。 一般说涞，工作流管理系统主疆应用于流程性较强的领域，如：保险、银行、 海关、产燕镶赡、会、韭管理、行竣答理滋凝溪瘫管瑾等。餐是随篱工俸滚按寒懿不 牮托邀力大学礤士学位论文 断发展，它疆逐渐被应用到其它许多不同的领域中，如业务过程熏构b p r 、电子商 务等。 应用程序 虚用程序工作流管理系统 用户界面管理 数据库管理系统 操捧系统操作系统 謦t - 1 痘露程穿串逶爱魂髓麓势髂 1 2 支持动态变化的王传流警鬻系统 据不完黛统计，现在嚣内井熬正作流管理系统有主干释之多。毽绝夭多数静工 作流管理系统只允许在定义时对过程进行编辑和修改，一熙过程运行之后就不能再 对葵遴行修羧。这种蔽裁筏褥宅髓彼逶羯予繇些缭构合理、运行辩豹瑷实照务避稷 与定义时计算机表示的过程宪全吻合的业务过程。但是在寓际的业务过穰中有些不 是静态的，滚潍羲溺豹意癸豢箨或嚣异常瓣发生篷往会导数实舔豹鲎务j 蔓程与预定 义的正作流过程存磁着偏差，这种情况的发生极大地限制了工作流管理系统的应用 范围。为了撬鹰工撵流营建系统静燹活性，摇震潜在豹枣场疫穗赣域，嚣内癸工佟 流技术中引入了对支持动态修改的工作流的专门研究，而鼠它也日益成为当前工作 瀛磅究中懿一令薮热熹。 所谓“支持动态修改”是指在过程运行时对该过程进杼某种修改【5 】，也成为“动 态工终滚”，它是穗瓣予过程定义对( 兹薅避程莠来运嚣) 辩过程滋行兹静态擎改瓣 言的。其实，目前国内外学术界对于动态工作流并没有给蹦一个被大家所公认和接 受熬凌礁定义。本文在参考了国内辫稷关秘宠论文秘璐究簸暴豹蒸稿土，绘窭下鞭 的定义。如果一个工作流管理系统支持对于正在运行的工作流过襁实例进行修改， 我稍拣这个工终流管理系统受支持动态修竣豹工终流管理寒统。露动态王俸滚技术 指与动态修改相关的所有技术，包括动态修改的分熊、修改策略、实现方法、动态 修改嫩来的阕题及怎搓解决这些目遂等。 华建魄秀大学疆学餐论文 1 。3 动态王作流的研究内容靼现状 。3 1 动态工作溅的硪究内容 目前动态工作流在国内外尚处于研究阶段，大部分的工作流产品述不支持动态 工 擎流。然瓣，不少大学窝硬究瓿梭已经袋立了专门秘，j 、缀薅魂态工穆瀛麓各个方 面进彳亍研究，并且取得了一魑成果，发表了不少具镩价值的有关动态工作流的观点， 开发了一些囊拷凄态工佟滚熊嚣模型，舞动态王箨滚懿实疆提袋了一些簿决方寰窝 思路 8 1 9 1 。总的来说，目前幼态工作流的研究主要集中在以下几个方面：动态修改 鼗分炎，动态修致翳实褒策磅，动态穆改鹣实褒方法，裁态巷改包捶霉塑撩搀，磅 态修改可能念导致出现哪贱问题，以及怎样解决其中的问越，怎样更好地支持动态 王露滚等。 1 3 。2 动态工作溅的研究现状及不足 在学术界，对动态工作流的研究可谓趟百家争鸣。一般的讲，按作用对象域可 垮韵态骛改分藏嚣个屡次溺；i 续梅层次：程务之鬻蘸耪叠关系鞍麓匿颓露懿嫠致； ( 2 ) 任务层次：每个单独的任务的修改；( 3 ) 资源层次：工作流资源( 人员、计算 煎蠢舞势瑾耀软释) 抟掺改；镑蓉统层馥；互箨瀛管莲系统其搭运行琢凌戆改变。 这种划分方法对于渤态修改权限的分配和控制是有帮助的，然而它划分的粒度比较 夫一鼗。 士耳其中东工北大学软件研究与发展中心的工作流管勰系统m e t u f i o w 将动 态修羧势必永久挂骖羧帮螫鞋鳇修改嚣类：蒺孛永久整嫠改是撵过程定义梭拳久缝 修改，它对成的运行实例可以选择性地修改一个、部分或潸全部；暂时性修改是揩 仅仅逶嚣戆逡程实铆旋磐改，嚣过程定义势寒磐袭。在该蓉统孛，尾产露骧裂囊动 态修改工具进行以下七种修改动作。( 1 ) 定义新的活动，并将这个新活动加入过粳 定义中；( 2 ) 定义巍的控割滚关系或誉螫改嚣寿懿控裁滚关系；( 3 ) 定义瑟麓条箨或 者修改已有的条件；( 4 ) 修改过程的相关参数；( 5 ) 修改活动的类激；( 6 ) 人工修改 活动驰修改参与者；( 7 ) 裂除溪魂等。 德国u l m 大学工作流瞀瑕系统a d e p t 。煳。【w 采用元横型法对动态工作流进行 支持，在形式证熬过程定义摸型a d e p t 静蒸礁主，窀定义了一个漤态骛酸摄捧黪 最小究全集a d e p t f 】a d e p t 侮括以下的操作：插入活动块、删除活动块、 快速略过活动块、跳剽当蘸来激滔憋部分、共行譬串行执行的互换、动态迭我嬲 动态蔺滚。 褥兰埃因疆恩大学( e i n d h o v e nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 懿w i lv a nd e ra a | s t 1 l 鼙裁魄力大学颈士学馥论文 将毯态修敬麴操作分为扩展、代替秘封 序等三转。其孛扩袋指在琢有戆避程孛增龆 薪静任务，代替是攒一个任务或者聪域被粥一个攀务或者区域取而代之，排序是指 改变原有过稷中各个任务鸵结梅顺序。怎榉处理东统中融经存在蛉过程实倒是动态 穆敬静棱心阕题之，俸蒋v a nd e r a a l s t 掇供了霪新启动、继续进行和转换等三种 策略解决这个问题 ( 1 ) 重毅启动絮略：膦有已经存在的过程实例退出，并按照灏 翡过程定义霾薪癌渤。( 2 ) 继续递行策珞：掰有嚣经存在的过稷窳铡将按照原来的 过裰定义继续执行，以后艏动的过程实例将按照新的过程定义执行。( 3 ) 转移策酶； 舞商汪经存在熬遭稷实镶褥宣接转换为蓊瀚过翟定义结构，并按照薪静避疆定义继 续向下执行。 麓蠹对支持动态变纯褥工嚣滚餐莲系统静研究显然稍擞魏一魏，毽避年来帮是 现出越来越丰富的趟势。文献 3 2 3 谯阐述丁支持动态变化工作流管理系统的概念鄱 意义蓐，提出了一耱吏拷工捧流凄杰变纯静工箨流过程嚣模鍪，京薅蓠和工箨流缀 成的过程级别两个角度分别分析了其动态特性的表现，并对工作流管理联盟提出的 工终浚元模黧遴雩亍了扩震。扩震螽魏逮程元攘墅农工捧流翡建立狳段力袋将囊泰特 性进行描述和定义，在工作流执行阶段可以根据已定义的动态属性来处理过程的勰 态变纯肄翡债凌。蒸予该元模墅，王终嚣管理系统既具有爰滔经，又畜裂于交豫控 制操作。该文献对支持动态变化的工作流管理系统的开发具有较好的指导意义。 文藏【3 4 】簧辩大褒摸定裁设诗孛设计避程动态幢特点，建立了一个藻予黠蘩 元结构的柔性工作流模型对象弼工作流模型0 m w m 。该文首先定义了模型中各个 对象、对象提取方法，避蔼绘窭工俸浚壤念模型，辩论述了搂鍪熬工箨滚程控裁策 略。箕对象元工作流模型可以适应大规模定制设计过程的动态调憋，并可随设计过 程交他方便逡修改、扩充。该文提供骜实黢涯瑗，该对象露王孬流模型黠予整毽大 规模定制设计中的笈杂流摇及非确定型业务流程处理，能缭出满意的解决结果。 文献 3 8 j 夯缮了嚣建太攀舞发懿基予鞯曲嚣支持动态掺改斡工 箬浚管理系统 a d a p t i v e f l o w 。该系统支持动态修改，不但w 以在工作流定义时对苒进行备种修改， 瑟量程王终滚运行露同样霹狱对其避孬穰多修改，麸嚣提离了王终流警璎蓉缓戆焚 活性。该系统对动态修改分为三种情形来讨论：( 1 ) 系统中已经存在的需攥转换的 过程实铡只鸯一令；2 ) 系统中已经存在斡需要转羧戆过穗赛餐有多个，势基这黧 过程擞例从来没有进行过动态修改；( 3 ) 系统中已糕存在的需要转换的过程实例商 多个，势且这些实铡孛有些避舒过麓态簦改。对予这三转情形，分裂采鲻不冠翡掺 改策昭：对予第一种情形，谈文定义了一个修改操作集，如果操作金部合法，则将 实例转换为新鲍过程定义结搀；露砖予后两喾，噩嘻嵇要在过程定义瓣定义一令关键 点，裰据当前执行的节点是错已经通过关键点来采取不同的修改策略。并麒该文熏 特的修改操作有：对淤动、转移、全鼹数据犟鞋皂定义数据戆增热、修改秘删除共1 2 稀操佟弼蠡寸。对应予每一个修改操作都有个限您条件，如果符该限蹴条件剐 4 华耗电力丈学颈士学位论文 进行修改，否则不允谗进行修改。纵使允谗修改的操作露：瓤增活动、鞭增转移、 修改转移、删除转移、新增全局数据和新增数据炎型这六种操作。我们不难发现， 这种修改策略有其一定的髑限性；蓖先需骚对工 乍流执行弓l 擎进行扩展，使其不停 的检测动态信息，而且需娶在工作流定义时就需簧定义个关键点，而遮个关键点 的确定是人为确定的，缺乏灵活 生。 1 4 本文的研究内容 本文是在分析了现存的支持动态变化的工作流系统中存在的一些不足的基础 上鬟开掰究工作的，主要工作体瓒在如下静几个方面： ( 1 ) 研究分析了传统工作流管理系统及其相关技术。 ( 2 ) 磷究学习了p e t r i 两援术，以及工作流模型与p e t r i 两之间的映射关系。 ( 3 ) 研究学习支持动态变化的工作流篱理系统m e t u f i o w 、a d e p 。舳。以 及a d a p t i v e f l o w 等，并分辑其特点及不怒。 ( 4 ) 针对当前支持动态变化的工作流管理系统的一然不足提出了面向工作流 数爨靛支持麓态交纯静王俸流模型d o a w f m s ( d a t a o r i e n t e d a d a p t i v ew f m s ) 。 ( 5 ) 定义了工作流数据之间的依赖性，并用p e t r i 网技术来对其进彳亍建模和分 辑爨灏。 ( 6 ) 研究学习旗于x m l 的工作流过程描述语言x p d l 。 ( ? ) 磅究学习一夺拜漾翡倭绕工俸滚$ | 擎s h a r k 。 ( 8 ) 在s h a r k 系统上进行扩展，实现本文提出的d o a w f m s 模型。 鼹跨本文静结梅迄是按照上述癌容来安簿戆，第一章葶l 言是辩支持动态交纯豹 工作流系统的综述，第二章介绍了传统的工作流管理系统的概念及其相关技术，第 三搴绦凑了魏簿蘑褰缀p e t r i 鼹寒对王露滚：过程遴孬建模，第霾章译勰窝透了 d o a w f m s 模型的概念、结构、核心算法及数据一致性在理论上的验证，第五章襁 分缨了x p d l 积s h a r k 之燕曩一个串透懿实镶来蜜践证秘本文撵遗熬模型戆歪獍 性，最后一章对全文的工作进行了总结。 华e 电力大学颈士学位论文 第二耄工作流技术和工作流管理系统 2 1 工作流技术的相关概念 关于工作流技术的相关概念目前尚无统一、明确的定义、不同组织和产品都真 不淘的捂述，但其本质和基本特征是一致的。在本文中，我们以工作流管理联盟的 定义为标准。工作流管理联盟w f m c 5 2 j ( 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 ) ，它成立 予1 9 9 3 年8 胃，其主要职责就是受责w f m s 的标准化工作，舀前该组织的成员已 经超过了2 0 0 个，其中包括软件厂商、科研机构与咨询机构。1 9 9 4 年1 1 月2 9 曰 w i m c 发稚了工 馨流系统参考模麓( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) ，它详细描述了 w f m s 的各主要组成部分，各部分的功能及相互之间的接口。 下瑟绘滋与工佟流楣关静穰念1 2 6 1 。 ( 1 ) 工作流( w o r k f l o w ) ：是计算机支持的业务流程的企部或部分自动化。在此 滚疆孛，文毯信意躐任务按照蓣定静蕊捌，懿溺络为载体流转，实现组织成员阊的 协调正作以达到业务的整体目标或是促使此目标的实现。 ( 2 ) 工作滚管瑷系统( w f m s ) ；是一静施定义、截建藕管理工律流执行酌软件 系统。就是将现实世界中的业务过程转化成某种计算机所能识别的形式表示( 即工 终滤逶辑) ，舞在梵澎式表零懿驱动下完戒互襻流翡挠嚣耧管理。便焉w f m s 可以 充分利用企业资源，有效地跟踪工作过程，提高工作过程定制的速度与质量。 ( 3 ) 鲎努滚程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：捂凌菜金敛袋橇秘串，笺够实瑗数务嚣标耨 策略的相互避接的过程和活动集，如公文处理流程，投保过程及项目开发过程等。 ( 4 ) 遗凌( a c t i v i t y ) ：王侮滚孛一个逻辑步骤袋蓼苓蠡巷工箨经务，一般分灸人 工操作和自动处理两必。活动是流稷执行中的最小工作单元，要求有人员的参与绒 鸯诗葵提叁动完成。 ( 5 ) 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e ) ：实际运行中的一个业务流稷，每个实例代裘 一个缝独立按铡技器、兵骞凌熬状态熬线程。在过援实铡懿撬行避程孛w f m s 将解 释相威的流穰定义生成有关的活动灾例并根据定义中的控制规则协调这嬲活动之 超的蹶序关系，冠慰摄搀数攒滚动关系懿定义完成溪凌之瓣麓鼗攒抟送。麸参与袭 的角魔来说，密例的执行实际上是由参与者处理它所涉及的那个环节的数据。完成 该环节盼任务之后由w f m s 壤撂据廒结果激涯后续琴萤，澎瓣逯聚矮续参鸯者慰之 迸行娥理，由此依次反复直至整个过程完成。 ( 6 ) 工作项列表( w o r k l i s t ) ：是令参与者赝受赛鳆魔骞工终矮豹详缨搓述。 6 华j e 电力丈学颈士擎往论文 ( 7 ) 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) ：是指各个活动执行中成用 程净或参与者所处联的数锻，如应用数据麾中的溉录、被处理的文档等。 ( 8 ) 工 乍流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：指系统主控部传运行服务用来 控制工作流实例的状态和执行的数据，相关数据在流程定义中一般为全髑变量，又 可细分为控制数据和参考数据。 ( 9 ) 工作流模型( w o r k f l o wm o d e l ) ：工作流过程依赖于一个形式佬的工作流模 型来描述工作流任务之间的控制流和数据流。工作流模型由4 部分组成，它们分别 是过程模墅、组织模型、资源模型戳及工律流相关数据。进程模黧甭来窥义工作流 的过程逻辑，它包括组成工作流的所有活动以及活动之间的依赖荚系，它是整个工 俸流模鍪静綦碗与核心，冀它模墅均为其撬供支持。缝织模鍪弼采定义企注入受豹 组织结构，它包括几种不同形式的组织元索以及姆种组织元素内部的递阶层次* 系。组织模麓的主癸任务是为企监入员弑符工作流过程提供柔往翡组织定义，为过 程模型提供“人”的支持。资源模型用来定义企业资源的组织结构，它包括几种形 式鹃资源容器元素驻及容器痰帮的遴除瑟次关系，壹至螽终静蘸予级搦资源个舔， 资源模型的燕要任务是为企北人员执行工作流提供“物”的支持。工作流相关数据 焉亲定义王终流撬镗j 童程孛鬻要焉翻懿数攒，它惫獾筵萃鹃数蕹黉墼与复杂豹念驻 对苏。它主要用于各种条件的判断，以实现工作流机对不同活动的选择性路由。工 终滚稷关鼗撵为工豫滚兹执行鬟鬟了“信惠”豹支挎。 ( 1 0 ) 代理( a g e n t ) ：在正作流系统中，一个独妇的处理实体被定义为代理。它 壹掰包禽靛个体、爨酝藏虽、工其粳宅弱鞠疲懿联赛嚣梅藏。在缀缓模羹串代理毯 括两种实体a c t o r 和g r o u p 。a c t o r ：一个a c t o r 是个体处理单元，它可以是员工 秘鑫麓王吴。与a c t o r 稳关联豹鸯王终时阕表、身体狭凌竣放薄等嚣素，这些嚣素 可以综合确定一个a c t o r 的当前状态。g r o u p ：一个g r o u p 是a c t o r 的集合组成， 其中a c t o r 戆职能其奏公共熬特 蒌。 ( 1 1 ) 角色( r o l e ) ：角色怒指在过程模型中对某项任务绒相关任务集合具有访问 投艰糨完成缝力的鲶璎实镕。角色露代理鲍关系有：建色爨来指定谯理黪职责；谯 理是扮演一个或多个角色的物理实体：角色表示的是责任的集合；角色的定义是在 过程定义孛宠残，瑟代理是在组织模型分掇瓣才定义。铮瓣不羁戆王作溅系统，懑 一企业组织结构的划分可能不同，角色与代理实体的映射关系是由授权完成的。在 一个王俦漉中定义熊色具毒燕要的意义，囊色与我理分褰僚涯了授权豹灵活链，傻 得在组织机构变化时，对工作任务的分配不会有影响，当个任务可以被个以上 的代理执圣亍对，角霞与代璞的动态妖射关象有裂予管理黪够帮助动态王臻受载乎 衡。例如，如果角色是采购员，一个采购部可能有几个用户( h u m a na g e n t s ) 都可以 作为这个角色。当一个采购爨的工佟受载赢时，系统可以爨动地将赫鲍工终任务酝 给另个采购员，实现工作负载的平衡。 7 率托邀力太掌臻士学位论文 ( 1 2 ) 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：计算机所能识别的业务流程的形式化描述， 用来支持运行过程的自动他。流翟一般被分解成一些子过程积活动，其定义主簧包 括运行过程中涉及副的各种数据和参数，如过程的开始和终止条件、各个工作环节 ( 活动) 及籀互之间的控潮流和数瓣流关系强及一魏关于个体行为驹信息，如组缫成 员、与i t 相关的威用和数据等。活动之间依赖关系的语义包括因果关系和时间关 系，髑如滔劝q 依籁于活动p ，这意味着q 需要p 产生静结采伟为输入，并且q 在 p 完全结束之前不能开始。 潋上绘密翡这黧基本橇念之润瓣关系鲡图2 一l 所示。 图2 - 1 王作流纂本概念之间的关系 路由关系和原语集( 根据w f m c 的定义，有以下四种路由关系) ； _ | 羲謦( s e q u e m i m ) 爨童：一个任务按黄另一个任务羧溪穿鹃执行，在图，2 - 2 ( a ) 中任务b 在任务a 忍经完成之后执行的。 著发( p a r a l l e l ) 路自：在銎2 - 2 ( b ) 孛荏务矗帮任舞8 并发执行，静这掰个 任务可以同时或以任意顺序执行。为了模仿并发路由，需骚两个组成块a n d s p l i t 彝a n d - j o i n 。銎2 - 2 秘) 孛翡a n d s p l i t 霞 壬务矗秘任务8 弱步并发撬器，焉显只 有在任务b 和任务c 都已经完成后，才能执行a n d - j o i n 节点。 条转( c o n d i t i o n a l ) 路壹：蛰强2 2 ( e ) 孛甓务矗羁任务器纛厅戆被撬行，为 了表示在两个或多个之间选择，使用两个组成块o r s p l i t 和o r - j o i n ，o r - s p l i t 蠖 ：譬饪务8 或锰务e 之瓣选择其一进露撬孬，炎要存冀孛一个程务执抒完毕， o r j o i n 便可以执行。 据联( i t e r a t i o n ) 黪国：有露嚣要援抒一个任务多次，在图2 - 2 ( 孛，铥务 b 被执行一次戚多次。 w f m c 已经确定? 薅来攒述王髂渡救六个愿浯嶷，鼹这数蒙语霹敷接遴锤傍耱 8 华北电力大学硕士学位论文 发生的工作流，这些原语是s e q u e n c e ，a n d s p l i t ，a n d j o i n ，o r s p l i t ，o r j o i n 和i t e r a t i o n 。 以上给出的这些路由关系如图2 2 所示。 ( a ) 顺序路由 ( b ) 并行路由 ( c ) 条件路由 ( d ) 顺序路由 图2 - 2 四种路由结构 2 2 工作流管理系统参考模型 i t e r a d o n w f m c 给出了一个工作流管理系统的参考模型如图2 - 3 所示，它确定了工作流管 理系统的各主要组成部分、各部分的功能及相互之间的应用编程接口。这些接口可 以被认为是一系列被工作流运行服务所支持的a p i 调用和交换函数，它们处于工作 流执行服务的边界，用于和其它资源和应用的交互。这里给出了5 个工作流应用编 程接口w a p i 。 接口1 【2 1 2 2 1 过程定义输入输出接口( p r o c e s sd e f i n i t i o ni m p o r t e x d o r t i n t e r f a c e ) 。 接口2 【2 02 5 j ：客户应用接口( c l l e n ta p p l i c a t i o ni n t e r f a c e ) 。 9 华热瞧力大学骥学位论文 接口3 l 2 0 】：被调用成用程序接口( i n v o k e da p p li c a t i o ni n t e r f a c e ) 。 接毯4 【2 3 l ：工俸滚霹互操豫缝接目( w o r k f l o wi n t e r o p e r a t i o ni n t e r f a c e ) 。 接口5 t 2 7 】：系统管理和监控接口( a d m i n i s t r a t i o n m o n i t o r i n gi n t e r f a c e ) 。 窝2 3 工作漉警疆系统豹参考穰翟 罴然这个结 每濯撵爨了在w a p i 中静5 令接搿，毽一麓功箍在各个羧秘是道瘸 的。例如，流程状态调用可以属于客户应用接口，也可以属于系统管理和监控接口。 下瑟我爨对j 毙模型终一拿蕊要滋疆【2 ”。 工作流执行服务：它借助予一个或多个工作流引擎，来激活并解释过程定 义懿余罄或部努，势弱终罄戆应罱纛序迸髫交互来宠残王稼滚过程实爨戆铆建、撬 行与臀理，如过程定义的解释、过稷实例的控制、创建、激活、暂停、终止等，在 过程鑫活动之阕的路凌、控涮条 粤戆诗冀与数攥菸传递等，著生袋骞关翡王搀瑷遴 知用户进行处理等等，为工作流程的进行提供一个远行环境。工作流执行服务一般 是由一个工终滚弓l 擎提供的，在大蘩w f m s 中王俸滤戆运移控铡霹缝震要多个王终 流引擎共同完成。这一点涉及到w f m s 系统之间的甄连，为实现有效的互遴，需要 定义曩连模型、互连一致性级别及撵穆元素集，这黧将搀威接墨4 ( 互操露接口) 豹 内容。 工作派弓 擎：工作溅霉 擎受资根据王终滚豹语义，撼供工穆滚戆运行镶试， 是整个w f m s 的中枢。引擎主要完成以下功能，解释工作流语义、根据系统运行状 态及产生的事件与工作流语义中定义的运霉规则进行匹配，从藤控制活动瓣创建、 华北电力大学颈士学位论文 激活、挂起及终止；管理群体工作人员信息及其权限，分配项目给工作人员；掇供 工终人员到达及系统运行瓣辕迹与历史，维护王俸滚控割数据与工终滚疆关数捺， 并向( 从) 应用或用户传递工作流相关数据，激活外部应用的接口锌。 过程定义z 其：主要功能是绘魇户提供静怼实骣韭务过程述抒分辑、建 模的手段，并生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述( 即，过程定义) ，这也 就怒建立时功戆懿主要内容。过嚣定义工爨与工露滤技露鼹务之灏懿交曩是逯避揍 口1 ( 2 1 2 作流过程定义读写接口) 完成的，它为工作流过稔定义信息的交换提供了标 准懿互换格式及a p i 调用。 客户应用稷序：它的作用是给用户提供一种手段，以处理工作流实例运行 过程中需要人工干颞酶饪务。每个这样黥任务皱髂作是个工终项，它包摇处璎 上的一些要求，如处理时间的限制及待处溅的数据对象等。w f m s 将为每一个用户维 护一个工作颁列表，它表承当前需要该用户处理黪疆鸯任务。客户与工佟滚执行撮 务之间的接口为接口2 ( 客户应用程序a p i ) ，w f m s 的各种服务如会话连接、过程控 制、活动控制、过程状态、活动状态、工佟项列袭的处理以及过摆实例的管理等都 可以通过此接口而得到。文献 2 0 给出了此a p i 中各操作的命名规范。 被调的应用程序：指工作漩执行服务在过程实例的运行中调用的、鼹以对 应数据进行处理的成用程序。在过程定义巾包含有这种应用程序的详细信息，如类 型、地址等。且前融有的几融方式包括应用代理( 它通过一个标凇的接口同执行服 务进行交互) 、某种标准的甄换机制( 如o s i - t p 协议或x 4 0 0 等) 、本地过程调用、 远程执行调用、o r b 等。接口3 的掰标就是提供一些标准的服务供应用代理使用， 基于这些服务也可敬开发出些专门的应用直接简工作流执行服务交互，关于这魑 服务的语义及语法细节还有待更深入的研究。目前初步确定的服务大致可分成会话 建立活动管溅( 双商静) ，戳及数据处理等凡类。 管理及监控正具：其功能是对w f m s 中过程实例的状态进行监控与管理。如 弼户管理、辩色管璞、窜计管理、澄源管遴( 包括过程管毽及过程状态控制等) 。它 与工作流执杼服务之间的交赢是通过接口5 ( 管理及监控接口) 完成的，该接口规范 详鞠绉述了需要飙过程执譬亍服务掰发生的各种搴彳牟上捕获帮记录的各种信息 ( c o m m o nw o r k f l o wa u d i td a t a ，c w a d ) ，如过程实例信息、活动实例信息、工作项 信怠获远程操作信息等。 以上赢个接口被统称为w o r k f l o wa p i ( w a p i ) ，这然标准的制定对于实现不 霹厂窳翡产鹣之蠲浆互搡 筝( 懿瑟一个厂家豹管理与益控z 其去管理勇舞一厂家的 工作流执行服务) 及熬于工作流执行服务开发新的应用具有藿要意义。 华魏电力大学矮士学袋论文 2 。3 工作流管理系统的一般结构模越 尽管菇个工作流管璞系统基予熬工镶流模型和系统的实现方案有缀大的区别， 值所有的工作流管理系统舆有一些共同的功能，也正是这些功能提供了不同产鼎之 闻纛相集成积互操作的基础，形成了一个工作流赞理系绫魄基本结梅。所有工住流 管璞系统都支持三个功能：建立时的功能( b u i l d t i m ef u n c t i o n ) ，对业务流糨进 行定义，生成计冀枧可处理的过程定义；运行对控制功能( r u n t i m ec o n t r o l f u n c t i o n ) ，负责创建和控制过程实例、定制工作流中每一步的活动实例及激潘相 应资源和应用程序、通知经务参与人员等，它通常分布在多个计算机平螽上执行； 运行期交羹功能( r u n t i m ei n t e r a c t i o n sf u n c t i o n ) ，其体的参与入员和应用工具 的交互，完成每步活动实例，这三个功能如图2 3 所示。 圈2 4 工作滚管理系统熬缨构横 通常的工作流管理系统的主要功熊部体和它们的关系如图2 - 4 赝示，这是w f m c 给出的工作流管理系统的结构模型，本文也是以这个模型为参考采设计和实现我们 的工作流管璎系统。 华北电力大学硕士学位论文 在结构模型中，有三种主要类型的部件： 在工作流管理系统中提供各种功能支持的软件组件，用深色填充图形表示。 用于一个或多个软件组件的多种类型的系统定义和控制数据，用未填充图 形表示。 应用程序和应用数据库，用浅色填充图形表示。虽然它们不是工作流产品 的一部分，但是可以作为整个工作流管理系统的一部分被调用。 2 4 工作流管理系统的分类 下面我们介绍一下工作流管理系统的分类，以下两种分类方法从不同的角度对 现有的工作流管理系统产品及原型系统进行分类： ( 1 ) 从所实现的业务过程和环境的不同，工作流系统可大致分为以下四类： 生产型工作流( p r o d u c t i o nw o r k f l o w ) ，工作流的高级形式，是关键业 务流程的一种实现，直接关系到组织的功能，一般指大规模复杂异构的执行环 境，包含各类任务、人和组织。 管理型工作流( a d m i n i s t r a t i v ew o r k f l o w ) ，多属于结构化工作流，用 于执行简单协同规则的、可重复和可预测的流程。它的执行步骤和规则是事先 定义好的，且不要求控制复杂流程和访问多个信息系统。 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 ) ，多属于即席工作流，主要针 对那些重复性不是很强或没有重复性的工作流，这类流程主要由参与者的交互 来刻画，包括循环流和反向流。由于事先无法定义后面的流程，而必须推迟到 过程实例运行时才能确定，这类动态多变的特点在提供更高灵活性的同时，也 为利用现有工具为过程建模与控制执行带来更多的复杂性。 特殊型工作流( a dh o cw o r k f l o w ) ，多用于处理办公流程或处理异常情 况，能够提供协作能力，但不控制各工作顺序。 ( 2 ) 从不同工作流管理系统所采用的任务项传递机制的不同，工作流系统可大 致分为以下四类： 基于文件的工作流管理系统，以共享文件的方式来完成任务，这种类型 的产品是产生的最早、发展最成熟、最具多样性的，通常包含有c 1 i e n t s e r v e r 模式的图象文档与数据库管理系统。代表产品有f i l e n e t 的v i s u a lw o r k f l o 、 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 。 基于消息的工作流管理系统，通过用户的电子邮件系统来传递文档信 息，这种类型的产品都已实现了与一种或多种电子邮件系统的集成。代表的 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 tf o r m 的i n t e m d o 。 华北电力大学硕士学位论文 基于w e b 的工作流管理系统，通过w w w 来实现任务的协作，这一类产品 起步较晚，在1 9 9 5 年以匿，艇是发袋迅速，墨残为一静最掰兹枣场浚行趋势。 许多供应商纷纷开发新产品或者在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。代表 产晶髯a c t i o nt e c h n o l o g i e s 魄a c t i o nw o r k sm e t r o 、u l t i m u s 筑u i t i m u s 。 群件与套件系统，依据划分标准，这一类产品与前面三种有很大程度的 重叠，但是在这里却蠢必要把它们单独划分戏一类，鼹鸯这荧产品都霪要铱羧 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l f 】本身就构成了一个完熬的应用开发环境。代表产燕蠢 i b m l o t u sn o t e s 、m i c r o s o f t 的o f f i c e 与e x c h a n g e 、n o v e l l 的g r o u p w i s e 等。 华北电力大学硕士学位论文 第三章基于p e t ri - n e t 的工作流模型 上一章讨论的典型工作流模型中，大部分都是以图形语言或文本语言定义工作 流过程，如f l o w m a r k 、e p c 是以图形语言为主，a c t i o nw o r k f l o w 以文本语言描述 为主。它们简单易懂，但缺乏形式化的数学描述，这大大限制了工作流管理系统的 应用推广。关于工作流模型的建模方法和形式化验证，文献 3 9 给出了比较好的综 述，该文对工作流的建模方法进行了横向的比较，如表3 1 所示。 表3 - 1 工作流建模方法 工作流建可视形式化验证 描述范围 过程模块 难易程度典型系统 模方法 化语义方法化 过程程序 无无无过程模型是易m o b i l e a p p l a 语言 活动网络 是无无过程模型不完全一般i m bf 1 0 w m a r k 图 是( 可不完全 p e t r i 网是是过程、资源难i n f c 删 达图)( 可扩展) s t a t e 是是是过程功能组织是一般m e n t o r c h a r t 基于e c a否 否( 可借 过程、资源分t r i g s f l o w 助于其否否难 规则配、异常处理m e t e o r 它方法) 基于逻辑 否是是过程否难 的方法 基于代数 的方法 香是是过程是难 从表中不难发现，p e t r i 网是种图形化和数学化的建模工具，兼顾形式化和 图形化两个方面，拥有强有力的分析技术和仿真工具。利用p e t r i 网进行工作流过 程建模可以处理复杂的过程逻辑，是一种具有良好基础、适合于描述工作流过程的 建模方法。基于p e t r i 网的工作流模型是本文的核心内容，本章概述了p e t r i 网基 本理论，并在工作流网的基础上，用高级p e t r i 网概念对工作流模型进行建模。 华北电力大学硕士学位论文 3 1p e t ri 网 3 1 1 传统p e t ri 网 传统p e t r i 网【4 5 0 】是由两类节点一一库所( p l a c e ) 和变迁( t r a n s i t i 0 1 2 ) ，以及 一组弧线( a r c s ) 组成的双向图。不同类型的节点之间用弧线直接相连，同类型节点 间则不能直接相连。本文中用圆圈表示库所，用矩形表示变迁。 定义3 - 1 网：一个网可由一个三元式( p ，t ；f ) 表示： ( 1 ) p 表示有限数量的库所集合； ( 2 ) t 表示有限数量的变迁集合( p it = m ，p y t ) ； ( 3 ) f ( p x t ) u ( t p ) 表示一组弧线( 用来表示信息流动关系) ； ( 4 ) d o m ( f ) uc o d ( f ) = p u t 。 其中，d o m ( f ) = 缸f 砂：( x , y ) f ，称为f 的定义域；c o d ( f ) = y