（计算机软件与理论专业论文）基于petri网的消防建审工作流系统的建模与实现.pdf

中文摘要 摘要 工作流管理是一个被广泛应用并迅速发展的技术，而工作流建模是工作流技 术研究的基础。经过对多种建模工具的比较和分析后，作者将具有坚实的理论基 础和成熟的分析方法的p e t r i 网建模技术应用于消防建筑审核工作流系统。它是一 种基于状态的建模技术，可以方便地进行层次化建模，并可以验证模型的可行性。 这恰恰符合消防建审流程的基本出发点站在企业用户的角度审视和思考流程，即 企业只关心申请所处的状态。因此本文建立了一个基于p e t r i 网的消防建审工作流 模型。此模型更符合从用户需求出发，构建服务型系统的需要。 按国家消防建审相关法律条例规定，本文建立的消防建审总体业务流程具有 一定的通用性，而消防建审工作因地区和组织机构不同而有一定差别。因此本文 利用分层p e t r i 网技术将总体业务流程按层次进行细化和分解，形成消防建筑审批 子流程和消防建筑审核子流程。此方法可以隐藏子网的内部结构和详细描述；可 以使子网的描述并行进行；可以使整个模型具有良好的层次结构。 本文利用工作流网技术，依据消防建审业务建立了消防建审工作流逻辑网； 然后在工作流逻辑上用案例属性中的显性内容来消解冲突，为案例确定实际路径， 从而建立了消防建审工作流语义网；最后工作流管理部分由工作流引擎来完成， 分别建立了工作流管理逻辑网和工作流管理语义网。并对消防建审工作流模型， 按照p e t r i 网的化简规则和检验规则进行有效性、正确性分析验证。 本文以大连市消防支队消防建审工作流系统项目为背景，在对建筑工程消防 监督审核等相关工作充分调研的基础上，设计出基于p e t r i 网建模技术的符合消防 建审工作实际需求的工作流模型，并在系统中应用，取得了良好效果。 关键词：工作流；建模；p e t r i 网；工作流网；消防建审 英文摘要 m o d e l i n ga n di m p l e m e n t a t i o no f p e t r in e t b a s e df i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n gs y s t e m a b s t r a c t w o r k f l o wm a n a g e m e n ti sa w i d e l yu s e da n d a r a p i dd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y , a n d w o r k i l o wm o d e l i n gi st h eb a s i so ft h es t u d yo nw o r k f l o wt e c h n o l o g y t h r o u g ht h e c o m p a r i s o na n da n a l y s i sf o rav a r i e t yo fm o d e l i n gt o o l s ，t h ea u t h o ra p p l i e dt h ep e t r in e t m o d e l i n gt e c h n o l o g yt of i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n gs y s t e m ，w h i c hi sa s o l i d t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n dt h em a t u r ea n a l y s i sm e t h o d i te a r lc o n v e n i e n t l yc a r r yo n m o d e l i n gb yt h el e v e l , a n dc o n f m nt h ef e a s i b i l i t yo f t h em o d e l i ti sas t a t e b a s e d m o d e l i n gt e c h n o l o g y t h e s ef e a t u r e se x a c t l yc o n f o r mt ot h eb a s i cs t a r t i n gp o i n to ff i r e p r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n gf l o wr e m o l d e d ，w h i c hc a r e f u l l ye x a m i n e sa n d t h i n k so v e r t h ef l o wi nt h ee n t e r p r i s eu s e r sa n g l e ，n a m e l yt h ee n t e r p r i s eo n l ye a r e d a b o u tt h e a p p l i c a t i o n ss i t u a t i o n t h e r e f o r et h ep a p e re s t a b l i s h e da p e t r in e t - b a s e dw o r k f l o w m o d e lo ff i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n gs y s t e m t h i sm o d e li sm o r ei nl i n ew i t hu s e r n e e d s ，b u i l d i n gas e r v i c e - o r i e n t e ds y s t e m a c c o r d i n gt ot h er e l e v a n tn a t i o n a ll a w sa n dr e g u l a t i o n sa b o u t f i r ep r e v e n t i o n b u i l d i n ga u d i t i n g ，o v e r v i e ww o r k f l o wh a sc o m m o n , w h i c h t h ep a p e rs u p p o r t e da b o u t f i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n g h o w e v e rt h ef i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n gw o r k h a st h ec e r t a i nd i f f e r e n c eb e c a u s eo ft h ea r e a sa n dt h eo r g a n i z a t i o n s t h e r e f o r et h e p a p e f s u b d i v i d e dt h eo v e r v i e ww o r k f l o wi n t ot w os u b f l o wu s i n gh i e r a r c h i c a lp e t r in e t t e c h n o l o g y , t h a ta r ef i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n gc h e c k i n gs u b - f l o wa n df i r ep r e v e n t i o n b u i l d i n ga p p r o v i n gs u b f l o w t h i sm e t h o dm a y h i d et h ei n t e r n a ls t r u c t u r ea n dt h e d e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h es u b - n e t , d e s c r i b e dp a r a l l e lt h es u b n e t ，e n a b l e dt h ee n t i r e m o d e lt oh a v et h eg o o dh i e r a r c h i c a ls t m c t u r e t h i sp a p e ru s e st h ew o r k f l o wn e tt e c h n o l o g y , e s t a b l i s h e dt h ef i r ep r e v e n t i o n b u i l d i n ga u d i t i n gw o r k f l o wl o g i cn e ta c c o r d i n gt ot h ef i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n ga u d i t i n g w o r k t h e ni nt h el o g i ce l i m i n a t e dt h ec o n f l i c tw i t hd o m i n a n tc o n t e n ti nt h eg a s e a t t r i b u t e ，f o rc a s ed r e wu pa c t u a lf l o w s ，t h u se s t a b l i s h e dt h e f i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n g a u d i t i n gs e m a n t i cn e t w o r k t h ef i n a lw o r k f l o w s t h em a n a g e m e n t p a r t i a l l yt of l o w 英文摘要 t h ee n g i n eb yt h ew o r kt oc o m p l e t e , s e p a r a t e l ye s t a b l i s h e dt h ew o r k f i o w m a n a g e m e n t l o g i cn e ta n dt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts e m a n t i c sn e t a l s ov e r i f i e dt h ef i r ep r e v e n t i o n b u i l d i n ga u d i t i n gm o d e lv a l i da n dc o r r e c t a c c o r d i n gt op e t i is i m p l i f y i n ga n dt e s t i n g r o l e s i nt h eb a c k g r o u n do fd a l i a nf i r ep r e v e n t i o nb r a n c hf i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n g a u d i t i n gw o r k f i o ws y s t e mp r o j e c t , a n db a s e do nf u l li n v e s t i g a t i o nt ot h ef i r ep r e v e n t i o n b u i l d i n ga u d i t i n gw o r ka n do t h e rr e l a t e dw o r k , t h ep a p e rd e s i g n e dap e t r i - b a s e d w o r k f l o wm o d e l w h i c hc o n f o r m st ot h ea c t u a ln e e d so ft h ef i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n g a u d i t i n gw o r k , a n da c h i e v e dg o o de f f e c ti nt h es y s t e m k e yw o r d s ：w o r l d l o w ：m o d e l i n g ：p e t r in e t ；w f _ n e t ：f i r ep r e v e n t i o nb u i l d i n g a u d i t i n g 大连海事大学学位论文原刨性声明和使用授权说明 原创性声明 零入漆重声疆：零论文怒在导雾器夔指导下，独立逡行磅究王掺灏取褥豹残采， 撰写成硕士学位论文：薹置驻蜒塑丝澄陵建童纛篷速丕筮煎建攫墨塞鎏：。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论义中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发袭或来公开发表的成栗。 零声携豹法律责任自零入承担。 论文作者箍名；孪艮函力率弓月2 1 日 攀位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“犬琏海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允毒警论文被套阅和借阏。本人授权大连海事大学可以将本 学经论文豹全零或罄分内容缡入有关数据痒遴磐羧索，遣霉采弱彰秘、缭霉或据 描等复制手段保存和汇编学徽论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属予：保密麟 ， 不保密( 请在以上方糖内抒“一) 论文作者签名糖阮 导师签名：秘 日期：矿7 颦，月) ，f 日 基于p e 啊网的消防建审工作流系统的建模与实现 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 理论背景 伴随着社会信息化的发展，现代企业的集团化规模日益扩大，需要处理的信 息资源也随之飞速增长，企业的经营业务过程也越来越复杂。在计算机软件没有 成为主要业务支持工具之前，通常是使用纸张作为信息载体在不同的业务部门之 间传递，这种方式效率很低，处理方式繁琐，不但要耗费大量的人力和物力，而 且也容易造成信息的丢失或者某个流程的脱节，因此对客户的需要不能及时响应 和反馈，给企业的生产经营带来不利的影响。在计算机得到广泛应用，企业信息 化水平不断提高的情况下，政府和企业迫切需要用无纸化的和计算机自动响应的 方式来取代以前落后的信息运转方式。通常的业务处理流程有：建筑单位的申报 流程、建审工作流程、领导审批流程和公文审批流程等，这些信息处理流程构成 企业以及各行政单位的决策活动。如何方便和高效的进行信息传递是各个业务主 体和计算机软件开发人员十分关心的问题。 工作流的概念是针对日常工作中具有固定程序的活动而提出的一个概念，目 的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这 些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产管 理水平和企业竞争力的效果。在工作流技术日益得到重视的今天，对工作流技术 的研究也正在向更深层次进行。工作流技术的研究发展方向有以下几点：一是为 工作流技术的发展解决理论上存在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化表示 方法等；二是从工作流技术实现的角度探讨利用先进的技术提高工作流管理系统 的性能和可靠性；三是如何从企业的经营过程出发，最大限度地提高企业的经营 效率。 目前，工作流技术还不能取得像其他的技术( 诸如关系数据库技术，w e b 浏览 器，群件平台) 一样的成功，主要是因为它本身的不成熟性限制了其广泛的应用， 这种不成熟性突出表现在工作流的模型描述方面，缺乏一种具有动态自适应性， 支持过程演迸以及过程分析的形式化的数学模型。现有的建模方法大都只对企业 第1 章绪论 业务过程进行静态建模，而激烈的市场竞争和业务环境的动态变化，会引起业务 管理的低效和不一致性，甚至工作流程的灾难性破坏，因而要求工作流模型具有 动态自适应能力。同时，在工作流模型需求特性的形式化描述和验证分析方面也 缺乏必要的研究，目前的工作流模型大部分从直觉出发，以图形语言或者文本语 言来定义工作流过程，这种定义的方式缺乏对过程的分析与评价，用户很难预料 所部署的工作流程会出现怎样的运行结果。针对工作流建模过程中存在的不足， 许多研究者进行了大量的研究，提出了基于有向图、条件化有向图、p c t r i 网、对 象模型、语言动作等的建模方法。在这些方法中，作为描述与分析离散事件动态 系统的模型工具- - p c t r i 网，综合了数据流、控制流和状态转移，能自然的描述 并发、同步、资源争用等系统特性，并且自含执行控制机制，非常适于异步并发 系统的建模。同时，由于p c t r i 网具有严格深厚的数学基础，可以方便的进行模型 的分析、验证。因而，已有越来越多的研究开始使用p c t r i 网来建立工作流模型。 1 1 2 应用背景 网上申报审批系统就借助网络技术的应用，使传统的公民和政府、政府和政 府问的申请、审核、公告、通知等在保证信息安全的前提下通过数字化的方式在 不同部门之间实现瞬时传递，并将政府的各项行政审批业务转移到网上，起到精 简政府机构，提高办事效率的作用，真正做到公开、公正、透明。 从服务对象上看，政府的审批业务可以分为两类：针对组织机构的业务和针 对个人的业务。针对组织机构的业务包括向企业、事业等组织机构发布各种有关 政策、进出口、注册、纳税、工资劳保、社保等方针政策法规，向企事业办发各 种营业执照、许可证、合格证、质量认证等。针对个人的业务包括信息服务、迁 徙户口管理、身份证件等的管理和防伪【9 】。 从审批涉及的行政部门来看，则几乎包含所有公众关系密切、审批业务较为 集中的政府部门。如工商局、司法局、财政局、劳保和社会保障局等。网上申报 审批系统的主要目标对外是对组织机构和个人提供各种行政事务的流程查询、表 格下载、网上填报、批复信息反馈等项服务。对内实现网上审批、时限监督、流 程控制、办公自动化等功能。 网上申报审批的意义在于网上申报审批是行政管理信息化、现代化建设的重 基于p e t r i 网的消防建审工作流系统的建模与实现 要突破口，是应对经济全球化挑战，提高政府工作透明度、办事效率和服务水平 的有力措施，是压缩行政运行成本、减轻企业和基层负担的客观要求，是强化依 法行政从源头上遏制腐败现象发生的有力措施，也是转变政府职能、提高机关工 作人员素质，全面加强新时期政府自身建设的措施之一。另一方面，这些在网络 上运行传输的申报文件以数字化的形式存在，具有易形成、便于修改、存储量大， 传递快速、使用方便等特点，从而节省了人们大量的时间和精力，提高了效率。 消防建审工作流系统的研制旨在综合运用面向对象的软件工程方法、先进的 软件开发技术、完善的安全措施构造一个安全可靠、灵活高效的网上审批领域软 件。采用p e t r i 网建立工作流模型一方面可以利用p e t r i 网建模的优势体现图形化数 据化的特点，另外可以用其化简及检验规则验证模型的正确性，保证系统建模的 正确性，以便于政府业务的形式化表述和企业信息化的顺利进行。此外，以w e b 作为工作流管理系统的底层通讯支持使系统具有开放、一致和方便使用的特点， 使企业中处于孤岛的信息能相互集成。因此，本课题研究的基于p e 仃i 网建模的工 作流系统在工程应用中具有很强的现实意义。 1 2 论文研究的主要内容及意义 工作流技术在现代企业信息化建设和经营重组的过程中起到重要的作用。在 实际应用中，现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性变得越来越显著， 为适应这种环境，工作流系统的性能和可靠性需要得到进一步提高，这其中对工 作流系统进行良好的建模是关键。 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对企业经营过程的抽象表示。工 作流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。一个完善的工作流模型应该完整地提出支持工作流定义的概念，为建 模用户提供工作流定义所需要的组件或元素。理想的工作流模型能够清楚地定义 任意情况下工作流，能够适应用户在建模过程中所提出的各种要求。然而，到目 前为止，虽然人们提出不少有意义、有见解的工作流模型，但从模型的能力上看， 距离理想情况还有一定的差距。 由于工作流系统必须清楚地描述一个经营过程是如何进行的，因此，许多工 作流模型都是从过程定义入手，比如流程图、状态图、活动网络图等等。这一类 第1 章绪论 基于有向图的模型的优点是比较直观，容易理解。但其缺点是比较简单，不能处 理复杂的过程逻辑，缺乏柔性。 p c t f i 网是在2 0 世纪6 0 年代由c a r l a d a mp e t r i 发明的，适合于描述异步的、 并发的计算机系统模型。利用p e t r i 网进行系统建模，不仅有图形的直观性、结构 的层次性，而且还有一套理论方法支持系统的性质分析和品质分析。p c t r i 网作为 系统模拟与分析的一种有效工具已得到广泛的应用，特别是在并发系统的应用中 更体现了p e t r i 网的优势。这是由于p e t r i 网擅长描述并发、冲突、异步和同步等 重要现象，以形式的步骤和严格的理论作为系统分析的基础，从而使得p e t r i 网成 为越来越受人们重视的一种建模工具。 。 因此本文重点研究如何利用p c t r i 网来建立工作流管理系统的模型，并对模型 进行一些必要的性能分析，本文主要工作归纳如下： 1 ) 建立基于p e t r i 网建模技术的消防建审工作流系统模型 给出消防建审工作流逻辑网。然后在工作流逻辑上用案例属性中的显性内容 来消解冲突，为案例确定实际路径，建立消防建审工作流语义网。工作流管理部 分由工作流引擎来完成，分别对应于工作流管理逻辑和工作流管理语义。最后， 建立消防建审工作流逻辑网的对偶网，工作流管理逻辑网。 2 ) 在模型的建立过程中，利用分层p e t r i 网的思想对审批和审核环节进行扩展 可以隐藏消防建筑审批和消防建筑审核子网的内部结构和详细描述；可以使 消防建筑审批和消防建筑审核子网的描述并行进行；可以使整个模型具有良好的 层次结构；可以为系统模型的分解、压缩奠定基础。 3 ) 对基于工作流网的消防建审工作流模型进行验证 利用p e t r i 网建模的优势，即可以利用化简规则和检验规则验证模型的正确性， 从而保证系统建模的正确性，以便于政府业务的形式化表述和企业信息化的顺利 进行。 最后大连消防建审工作流系统可以实现公安消防监督机构对建筑工程项目， 从设计、实施到竣工验收所实施的消防设计审核和消防验收的工作流程的电子化， 实现互连网上的审批和审批查询，达到网上审批、在线查询、数据报送等功能。 4 基于p e 啊网的消防建审工作流系统的建模与实现 1 3 论文结构 本文基于p e t r i 网对工作流管理系统的建模进行了一些理论探讨，内容安排如 下： 第一章为绪论，阐述本论文的研究背景、主要内容和意义。 第二章工作流系统概述，概述了工作流技术的产生和发展，工作流管理系统 主要实施步骤和过程，重点介绍了现阶段的工作流技术发展方向和趋势。介绍典 型的工作流模型。要建立一个良好的工作流管理系统，首先必须生成一个定义良 好的工作流模型。 第三章介绍了p e t r i 网的基本概念和目前常用的一些高级p e t r i 网。对工作流网 的建模方法进行了分析。讨论了四种基本组件及触发机制，分析消防建审管理系 统的主体业务流程，并利用扩展p e t r i 网理论，对其工作流进行层次化建模。 第四章针对消防建审工作流系统建立工作流逻辑网、工作流语义网模型，并 对工作流网进行了必要的性质分析，提出了网系统的化简规则及检验规则。结合 实际的系统进行畅通性的验证。最后给出消防建审模型的角色的层次结构。 第五章消防建审工作流系统设计及实现，将模型应用到了消防建审管理系统 的开发中。通过对系统开发背景的分析，以及业务职能的划分，对系统的功能模 型进行介绍。 第六章结束语部分对本论文所研究的内容及贡献进行了总结，并且对下一步 工作进行展望，提出了对消防建审工作流模型不完善之处的改进想法。 5 第2 章工作流系统概述 第2 章工作流系统概述 2 1 工作流的基本概念 2 1 1 工作流问题的起源 工作流概念起源于生产组织和办公自动化领域。这是针对日常工作中具有固 定程序的活动而提出的一个概念。提出的目的是通过将工作分解成定义良好的任 务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高 办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目树1 1 。在 2 0 世纪7 0 年代，h a m m e r 和他的伙伴z i s m a n 2 】就开始关注办公信息系统的过程研 究。同时，e l l i s 和n u t t 在研究办公信息系统时也指出了办公过程模块开发的重要 性。 在计算机网络技术和分布式数据库技术和多机协同工作迅速发展的基础上， 于8 0 年代中期形成了一种全面支持某些业务流程的集成化的软件( 包) ，把研究 重点放在了过程模块上，这便是早期的工作流管理系统。在e l l i s 和n u t t 研究p c 耐 网的同时，w i n o g r a d 和f l o r e s 提出了一种对话执行模块。许多企业很快认识到业 务流程的处理过程中，纸张可能只能出现一次，而由纸张扫描成的电子文档的处 理过程将全部实现电子化。如果流程的输入本身就是电子化的文档，那么自始至 终在系统中所传递的将完全是存储在计算机磁盘中的数据。由于当时的计算机发 展水平有限，这种面向过程的系统集成技术所实现的功能比较简单。 进入9 0 年代，随着计算机的普及网络的延伸，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，对 日常业务活动详尽信息的需求以及c l i e n t s e r v e r 体系结构，分布式处理技术 ( c o r b a , w w w 9 0 l e ，j a v a ) 的日益成熟1 3 - 6 1 ，都说明了这样一个事实：集中式 信息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得相互关联的 任务能够高效运转并接受密切监控已成为一种趋势。在这种不可抗拒的技术背景 下，工作流管理系统也由最初的创建无纸办公环境转而成为同化企业复杂信息环 境，实现业务流程自动化的必要工具。这样的一个转变，把工作流技术带入了一 个崭新的发展阶段，使得人们从更深的层次，更广的领域上对工作流展开了研究。 6 基于p e t r i 网的消防建审工作流系统的建模与实现 2 1 2 工作流的基本概念 目前对工作流没有完全统一的定义，对工作流的不同理解形成对它不同的定 义。几个有代表性的描述分别来自于工作流管理联盟( w f m c ) ，g i g ag r o u p ， p e o p l e s o f t ，i b m a l m a d e n ，a m i ts h e t h 和国内专家范玉顺教授对它的定义。 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 ，w f m c ) 给工作流下的定 义是 7 1 ：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进行传递与执行。 g i g ag r o u p 给工作流下的定义是i s ：工作流是将一组任务组织起来完成某个业 务目标的处理过程。它涉及到工作流任务的触发顺序和触发条件。每个任务可以 由一个或多个软件系统完成，也可以由一个或一组人完成，还可以是由一个或多 个人与软件系统协作完成。任务的触发顺序和触发条件用来定义并实现任务的触 发、任务的同步和信息流( 数据流) 的传递。 p e o p l e s o f t 公司给工作流下的定义是 9 1 ：工作流是一个用来实施经营过程实践 的机制。 i b ma l m a d e n 研究中心给工作流下的定义是【1 0 】：工作流是业务过程的一种计 算机化的表示模型。它包含完成整个过程所需用的各种参数。这些参数包括对过 程中每一个步骤的定义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤 由谁负责以及每个活动所需的应用程序等。 a m i ts h e t h 给工作流下的定义是1 1 1 】：工作流是涉及多任务协调执行的活动，这 些任务分别由不同的处理实体来完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可 用多种形式来进行定义，包括在文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、一条 消息、以及一个计算机程序，用来执行任务的处理实体可以是人，也可以是计算 机系统( 如；一个应用程序、一个数据库管理系统等) 。 w m pv a n d e r a a l s t 给工作流下的定义是【1 2 】：工作流是一系列工作的偏序集。 工作的序列可以有多种方式，如：工作x 与y 满足x y ，当且仅当x 在y 开始 之前就已经就绪。 清华大学的范玉顺教授给工作流下的定义是【1 3 l ：工作流是一种反应业务过程 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。 第2 章工作流系统概述 虽然不同组织或个人给出的定义不同，但本质上差别并不大。一个工作流包 括一组活动及它们之间的连接关系，还包括过程、过程的启动和终止条件，以及 对每个活动的详细描述，如：活动的执行者、相关的应用程序、需要和产生的数 据等。工作流所要解决的问题是：使工作流在多个参与者之间按照某种预定义的 规则传递文档、信息，使任务的过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标， 或者是促使此目标的实现。可以把它理解为定义了相互关系的任务序列，它是实 际业务过程的抽象化表示。 2 2 工作流管理系统 w f m c 给工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m c ) 下的定义 是：工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流的定义和管理，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彳亍【_ 7 l 。 清华大学的范玉顺教授给工作流管理系统的定义是【1 3 l ：工作流管理系统是支 持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系统。 工作流管理系统是实现工作流的定义、创建并管理其执行的一套软件系统。 它运行在具有一个或多个工作流引擎( 又称工作流机) 的平台上，这些引擎可以 对过程定义进行解释、与工作流的参与者( 包括人或软件) 进行交互，并根据需 要调用其它的r r 工具和应用，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。 从较高层次上抽象地考察工作流管理系统，可以发现所有的工作流管理系统 都提供了3 种功能【1 4 1 ： 1 ) 建立阶段功f i g ：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； 3 ) 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r r 应用工具 之间的交互。 图2 1 给出了工作流管理系统三个主要功能之间的关系。根据图2 1 给出的工 作流管理系统的特征，下面对主要功能分别进行介绍。 8 基于p e “网的消防建审工作流系统的建模与实现 图2 1t 作流管理系统的特性 f i g 2 1w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mp r o p e r t i e s 2 2 1 过程建模 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。在 这个阶段，利用一个或多个建模技术与工具，完成实际的经营过程到计算机可处 理的形式化定义的转化。所得到的定义通常可称为过程模型、过程模板、过程元 数据或过程定义。因此，工作流建立阶段主要完成过程建模工作。在w f m c 定义 的工作流管理系统中，将过程建模得到的结果统称为过程定义。 过程建模是经营过程分析与经营过程重组的重要基础。过程建模主要解决如 何根据过程目标和系统约束条件，将系统内的活动组织为适当的经营过程的问题。 过程建模方法学为企业经营过程建模提供了一套完整的建模语言，并为流程的描 述提供必须的逻辑顺序结构，如对顺序、分支、汇合、条件、循环、并行等逻辑 的描述。有很多方法可以进行工作流( 过程) 模型的定义与描述，本文第3 章将 详细讨论已有的典型工作流模型。 2 2 2 工作流运行控制 过程建模生成的工作流模型将由工作流执行服务软件进行实例创建，并控制 其执行过程。工作流执行服务对使用工作流模型描述的过程进行初始化、调度， 监控过程中每个活动的执行，并在需要人工介入的场合完成计算机应用软件与操 9 第2 章工作流系统概述 作人员的交互。这样，工作流执行服务实现了模型中定义的经营过程与现实世界 中实际过程之间的关联。实现关联的核心功能部件是工作流管理软件，又称为工 作流机。 实际企业应用中，应用软件和操作人员是完成经营业务工作的主体，而工作 流机通过过程定义和活动之间的顺序控制实现这些独立功能实体间的集成，从而 使整个企业经营活动成为一个协调运行的整体。现在，多数企业的实际应用都是 在具有分布性和异构性的计算机网络环境中运行，为了支持这类企业的生产经营 过程，作为工作流管理控制软件的工作流机同样需要在分布异构的环境中运行。 对工作流机的分布性要求客观上是由企业的实际运行环境决定的，工作流管理系 统可以采用不同的方法来满足企业应用对于分布性的要求。工作流管理系统的分 布性可以分为分布式的工作流用户和应用接口、分布式工作流机和分布式工作流 模型三种主要的分布方式。 2 2 3 工作流管理系统中的人机交互 工作流管理系统的运作过程中，人和应用是完成整个业务过程的主体。工作 流定义工具、工作流执行服务和任务表管理器都是为完成业务过程和支持人员工 作提供的运行环境和工具。具体说来，在整个工作流执行中，不同的操作人员需 要完成的工作大约可分为以下几种： 1 ) 模型定义：创建、修改和发布企业的业务过程模型； 2 ) 人机交互：按照工作流任务管理器提供的任务项，完成具体的业务处理工 作； 3 ) 系统运行状态监控：检查、监视系统的执行情况，对于系统中出现的意外 情况进行紧急处理，如终止、恢复某个过程实例的执行，改变某个活动的状态使 得整个系统能够继续执行等。 2 2 4 工作流管理系统的分类 目前的商用工作流软件，其系统的应用框架无外乎c s 或扩展后的三层结构， 往往通过提供一个较为标准的工作流管理系统实施框架，对活动所涉及的流程进 行监控与管理【1 5 1 1 1 6 1 。 目前的商用工作流软件大致可以分为以下四类： 1 0 基于p e t r i 网的消防建审工作流系统的建模与实现 1 ) 生产型工作流系统：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。 2 ) 管理型工作流系统：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。 3 ) 设定型工作流系统：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。 4 ) 协作型工作流系统：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。 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 7 l ： 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。 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。 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 e b 的支持。 4 ) 群件与套件系统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。 第2 章工作流系统概述 2 2 5 工作流管理系统的实施 工作流管理系统的着眼点是面向市场、面向客户，其目标是在整个企业的业 务层提高企业的业务处理水平、强化企业的市场意识、提高对市场的应变能力。 因此，要实施工作流管理系统首先要在战略层次上对企业的业务目标进行分析， 确定企业的战略目标和组织要求。 完成了企业战略目标分析和工作流实施战略后，工作流管理系统才能够进入 真正的实施阶段，工作流管理系统在实际系统中的应用一般分为三个阶段，即模 型建立阶段、模型实例化阶段和模型执行阶段。图2 2 给出了工作流管理系统的应 用的三个阶段。模型建立阶段通过利用工作流建模工具完成企业经营过程模型的 建立，将企业的实际经营过程转化为计算机可处理的工作流模型。模型的实例化 阶段为每个过程设定运行所需的参数，并分配每个活动执行所需要的资源( 包括 资源、人、应用) 。模型执行阶段完成经营过程的执行，主要的任务是完成人机交 互及应用的执行，并对过程与活动的执行情况进行监控与跟踪。 产融鲠其它辘裂 过程j 一程鄂 系绕舒蠛盟一缎膳户 图2 2 工作流管理系统实施的三个阶段 f i g 2 2 t h r e es t a g e s o f w o r k f l o w m a n a g e m e n t s y s 蛔_ i i i m p l e m e n t a t i o n p l a n 工作流管理系统的具体实旌与企业经营过程重组和经营过程的变化是密切相 关的。使用工作流管理系统的目的就是提高企业的柔性，并且能够根据市场的变 化不断改进其业务过程，因此其相应的工作流模型也需要不断的进行改进。图2 3 给出了工作流管理系统实施的循环图。图中数字1 到6 表示了工作流实施过程的 一个基本循环，其中工作流结构与路由数据是一切工作的信息基础。 基于p e t r i 网的消防建审工作流系统的建模与实现 图2 3 工作流管理系统实施的循环图 f i g 2 3w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi m p l e m e n t a t i o nc y c l ec h a r t 1 ) 通过对企业现有的业务流程、业务规则、管理规章等进行分析，总结得到 企业的现有业务流程模型； 2 ) 采用b p r 工具对现有的业务流程模型进行分析，并利用工作流建模工具或 者其它b p r 工具对现有的流程进行抽象与整理，得到现有系统的工作流模型； 3 ) 4 ) 对该工作流模型进行仿真，找到存在的问题，并结合企业的战略目标 或者经营思想、市场情况、客户需求，对模型进行改进，得到优化的业务过程的 工作流模型； 5 ) 将该模型投入实际运行，得到运行的结果； 6 ) 对运行的结果进行分析，发现存在的问题，进一步改进工作流模型。 有关工作流管理系统的功能及实现的详细介绍可参考【1 3 】【1 8 】【1 9 】【2 0 】。 2 2 6 工作流管理系统体系结构 市场上存在各种各样的工作流产品，但很容易建立工作流系统的总体实现模 型。图2 4 为工作流管理联盟提出的工作流参考模型的体系结构图1 1 8 】。这个参考模 型的体系结构给出了抽象的工作流管理系统的功能组成部件和接口，它能够满足 工作流管理系统和产品所应该具有的主要功能特征，可为实现工作流产品之间的 互操作提供公共的基础。 第2 章工作流系统概述 从图中可以看出，工作流管理系统主要由三类构件组成，它们分别是： 1 ) 软件构件：负责工作流管理系统不同组成部分功能的实现； 2 ) 系统定义和控制数据：工作流管理系统中被一个或多个软件构件使用的数 据； 3 ) 应用与应用数据：对于工作流管理系统来说，它们不是工作流管理系统的 组成部分，而是属于外部系统和数据，它们被工作流系统调用来完成整个或部分 工作流管理的功能。 图2 4 工作流管理系统的体系结构图 f i g 2 4w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t m ep l a n 2 3 工作流参考模型 通过辨识工作流体系结构中的各类接口，由工作流体系结构发展到工作流参 考模型，以实现各个层次中产品的互操作。所有工作流系统包含一组公共组件， 它们以规定的方式交互；每个公共组件显示出不同层次的功能。为了实现工作流 产品间的互操作，必须确定接口标准和数据交换格式。根据这些接口可以构建一 1 4 基于p e t r i 网的消防建审工作流系统的建模与实现 组不同的互操作场景，以适应各种产品的需求。 图2 5 给出了工作流管理联盟提出的工作流参考模型蝎】。 图2 5 工作流参考模型 f i g 2 5w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l w f m c 提出的工作流参考模型，涉及到的三类数据。 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) ：工作流执行服务，工作流机通过内 部的工作流控制数据来辨别每个过程或活动实例的状态。这些数据由工作流执行 服务工作流进行控制。用户、应用程序或其它的工作流机工作流执行服务不能对 其直接进行读写操作，它们可以通过向工作流执行服务工作流机发消息请求获得 工作流控制数据的内容。 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：工作流管理系统通过工作流相关 数