（计算机科学与技术专业论文）基于petri网的动态工作流在oa系统中的应用.pdf

独创性声明 删 y 1 8 8 d 芎可。 本人声明，所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：垂抱垩日期：三! 丛笙至旦兰5 f a 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务o ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：盂拖乎导师( 签名) ：溯期：动，f 年箩目2 铲日 摘要 为了适应市场竞争环境，企业需要对业务过程进行重组，规范企业的经营 管理，以达到降低生产成本、提高生产效率的目的。企业如何开发符合不同客 户需求、具有事务处理能力、能够适应各种变化环境的工作流，已经成为工作 流技术研究的一个热点。 目前有各种工作流建模模型，通过对这些模型进行比较，本文采用p e t r i 网 来对流程建模。p e t r i 网具有较强的数学理论基础，能够直观地描述业务流程。 本文改进了一种模型验证算法来验证用p e t r i 网建模的合理性和正确性。 传统的工作流在模型建立阶段，对业务过程进行建模，确定与业务过程相 关的任务、任务之间的流转关系以及相关的数据；流程的执行阶段，在任务执 行者的参与下流程按照预先定义的流转方向进行流转。但现实情况变化复杂， 无法在模型建立阶段就确定所有的情况，因此需要开发出能够适应变化环境的 动态工作流管理系统。本文分析了工作流的动态性，并实现了资源的动态修改 和工作流过程模型的动态修改，讨论了过程模型修改时实例迁移策略、实现了 模型实例的迁移。 目前人们考虑的事务主要是针对数据库的事务处理，而很少考虑工作流管 理系统中的事务处理，流程节点在执行过程中出现一些不可预测异常时不能保 证数据的一致性及原子性，因此研究工作流的事务处理具有较好的实际应用价 值。本文首先介绍了数据库事务处理的实现方法，然后对工作流事务模型进行 了分析，将工作流事务模型和传统事务模型、高级事务模型进行研究和对比。 在高级事务模型的基础上，本文实现了工作流的事务处理，提出了一种自底向 上的失效恢复算法，减少了一些不必要重复的工作，提高了系统运行效率，同 时事务恢复处理用后台代码来实现，因此工作流的事务处理对用户来说是透明 的，减少了用户使用难度。 本文以某中小型企业o a 系统实际项目为研究背景，将基于p e t r i 网的动态 工作流应用于实践。介绍系统中与工作流相关表的设计、各个模块的功能，详 细介绍工作流管理模块的实现方法。本系统应用于该企业中取得了一定的效果。 关键字：p e t r i 网；模型验证；实例迁移：事务处理；o a 系统 a b s t r a c t i no r d e rt oa d a p tt om a r k e tc o m p e t i t i o n , e n t e r p r i s e sh a v et or e s t r u c t u r eb u s i n e s s p r o c e s s e s ，s t a n d a r d i z ee n t e r p r i s em a n a g e m e n t ，r e d u c ep r o d u c t i o nc o s t sa n di m p r o v e p r o d u c t i v i t y h o wt od e v e l o pt h ew o r k f l o w , w h i c hs a t i s f yd i f f e r e n tc u s t o m e rn e e d s , h a v et h ea b i l i t yo ft r a n s a c t i o np r o c e s s i n ga n da d a p tt oc h a n g i n ge n v i r o n m e n th a s b e c o m eah o tr e s e a r c hi nt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g y t h e r ea r ev a r i o u sm o d e l so fw o r k f l o wm o d e l i n g , b yc o m p a r i n ga l lk i n d so f m o d e l s ，w eu s ep e t r in e t st om o d dt h ew o r k f l o w p e t r ih a sas t r o n gt h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no fm a t h e m a t i c s ，w h i c hc a nd e s c r i b et h et r a n s a c t i o np r o c e s si n t u i t i v e l y t i l i st h e s i si m p r o v e sam o d e lv a l i d a t i o na l g o r i t h mt ov e r i f yt h er a t i o n a l i t ya n dc o r r e c t o fu s i n gp e t r in e tm o d e l t r a d i t i o n a lw o r k f l o wm o d e lt h eb u s i n e s sp f o c e s si nt h em o d e l i n gb u i l ds t a g e ， i d e n t i f yb u s i n e s sp r o c e s s - r e l a t e dt a s k s ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h et a s k sa n dt h e a s s o c i a t e dd a t a ；t h ei m p l e m e n t a t i o np h a s eo ft h ew o r k f l o w , w o r k f l o wp r o c e s si n a c c o r d a n c ew i t ht h ep r e - d e f i n e df l o wd i r e c t i o nw i t ht h ep a r t i c i p a t i o no fu s e r s h o w e v e r , c h a n g e si nt h er e a lw o r l di sc o m p l e x , i nt h em o d e lb u i l d i n gp h a s ew e c a n n o td e t e r m i n ea l lt h ec i r c u m s t a n c e s ，t h e r e f o r ew en e e dt od e v e l o pd y n a m i c w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mt oa d a p tt ot h ec h a n g i n ge n v i r o n m e n t t h i st h e s i s a n a l y s e s t h ed y n a m i co fw o r k f l o w , i m p l e m e n t sd y n a m i cm o d i f i c a t i o no ft h e r e s o w c e sa n dp r o c e s sm o d e l ，d i s c u s s e st h ei n s t a n c em i g r a t i o ns t r a t e g ya n dr e a l i z e s t h em o d e li n s t a n c em i g r a t i o n n o wp e o p l ec o n s i d e rt h et r a n s a c t i o nm a i n l yf o rt h ed a t a b a s e ，b u tr a r e l yc o n s i d e r t h et r a n s a c t i o np r o c e s s i n go fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h e nu n p r e d i c t a b l e e x c e p t i o no c c u r si nt h ep r o c e s s ，i tc a n n o tg u a r a n t e ed a t ac o n s i s t e n c ya n da t o m i c i t y , t 1 1 e r e f o r et h er e s e a r c ho fw o r k f l o wt r a n s a c t i o nh a sag o o dp r a c t i c a lv a l u e t h i st h e s i s i n t r o d u c e st h em e t h o do fd a t i v e t r a n s a c t i o n ，a n a l y s i sw o r k f l o wt r a n s a c t i o nm o d e l ， a n dt h e na n a l y s i sa n dc o m p a r e si t 、i t l lt h et r a d i t i o n a lt r a n s a c t i o nm o d e la n da d v a n c e d t r a n s a c t i o nm o d e l o nt h eb a s eo fa d v a n c e dt r a n s a c t i o nm o d e l ，t h et h e s i sp r o p o s e sa s t r a t e g yw h i c hm a k e st h ew o r k f l o wh a st h ea b i l i t yo ft r a n s a c t i o n , p r o p o s e sa b o r o m - u pf a i l u r er e c o v e r ya l g o r i t h mw h i c hr e d u c e su n n e c e s s a r yd u p l i c a t i o no fw o r k a n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h es y s t e m ，i m p l e m e n t st r a n s a c t i o nr e c o v e r yp r o c e s s i n g u s i n gt h eb e h i n dc o d e ，s ot h ew o r k f l o wt r a n s a c t i o ni st r a n s p a r e n tt ou s e r s ，r e d u c i n g t h eu s e rd i f f i c u l t yt ou s e r s p e t r in e tb a s e dd y n a m i cw o r k f l o wi sa p p l i e dt oas m a l la n dm e d i u me n t e r p r i s e s o as y s t e m t h e ni n t r o d u c e st h ed e s i g no fd a t a b a s e ，a l lm o d e l so ft h i ss y s t e m ，t h e i m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wm a n a g e m e n tm o d u l ei nd e t a i l t h i ss y s t e ma c h i e v e s s o m er e s u l t si nt h ee n t e r p r i s e k e y w o r d s ：p e t r in e t ；m o d e lv e r i f i c a t i o n ；i n s t a n c em i g r a t i o n ；t r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ； o a s y s t e m l l i 目录 摘要。i a l s t r a c t i i 第1 章 绪论1 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外研究现状一2 1 3 论文研究内容与实现方法。3 1 4 论文组织结构4 第2 章相关技术5 2 1 工作流技术5 2 1 1 工作流概述5 2 1 2 工作流管理系统6 2 2p e t r i 网概述8 2 2 1p e t r i 网基本概念8 2 2 2p e t r i 网的执行结构9 2 3 动态工作流概述9 2 4 工作流事务模型1 1 2 4 1 传统事务模型1 1 2 4 2 高级事务模型。1 2 2 4 3 工作流事务模型l3 2 4 4 工作流事务和传统事务模型的比较13 2 4 5 工作流事务和高级事务模型中事务的比较1 4 2 5 本章小结1 4 第3 章工作流模型分析15 3 1 工作流模型1 5 3 2 实例建模1 5 3 3 基于p e t r i 网的工作流模型1 6 3 4 模型验证1 7 3 4 1 模型完全性定义1 7 3 4 2 模型验证算法l7 3 4 3 模型验证实现代码1 9 3 5 本章小结2 1 第4 章工作流动态性和事务性的实现2 2 4 1 工作流动态变化的支持2 2 4 2 工作流资源动态性的实现2 3 4 3 工作流模型动态性的实现2 3 4 3 1 模型修改。2 4 4 3 2 实例迁移算法2 4 4 3 3 实例迁移实现代码2 5 4 4 工作流事务处理的实现2 7 4 4 1 子事务的分类一2 7 4 4 2 事务异常处理2 8 4 5 本章小结3 5 第5 章系统设计与实现3 6 5 1 数据库的设计3 6 5 2 系统功能结构4 1 5 3 系统总体实现4 l 5 3 1 行政办公4 4 5 3 2 查询统计4 9 5 3 3 个人助理4 9 5 3 4 公共交流4 9 5 3 5 综合服务4 9 5 3 6 系统维护5 0 5 4 本章小结5 0 第6 章总结与展望。5 l 6 1 总结5l 6 2 展望5 1 参考文献。5 3 致谢5 6 攻读硕士学位期间公开发表的论文及参与项目5 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 随着计算机技术不断的发展，互联网的日益普及，企业之间的竞争也变得 更加激烈。企业为了适应这种竞争环境，必须对业务流程进行有效管理，降低 生产成本，提高生产效率。在这种环境下工作流技术受到了企业的重视，得到 了迅速的发展。工作流是一个热门研究方向，最初阶段主要用于商业应用中， 是一个包含多门学科的新领域。工作流技术将现实业务分解成多个子任务，同 时为每个子任务指定任务参与者，工作流管理系统对其运行状态进行监控和管 理，这样在用户的参与下工作流按照预先定义的流转方向进行流转，从而实现 业务过程的高效运转。 工作流分为两个阶段：模型建立阶段和运行阶段【l 】。在模型建立阶段用工作 流建模工具对现实中的业务进行建模，定义相关的任务，任务之间的依赖关系， 任务参与者以及相关的数据。在运行阶段，工作流在用户的参与下按照预先定 义的规则进行流转。这种静态的工作流模型只适应于规则比较简单、流程比较 固定的业务。然而现实世界是变化多端的，在流程的执行过程中，业务流程和 执行环境随时可能出现变化，这样在模型建立阶段是无法完全预测这些变化的 情况，需要在流程实例执行的过程中对工作流模型进行动态修改，所以工作流 管理系统应该具有处理这种动态变化的能力。目前虽然有很多工作流建模工具， 但是大多数都无法用模型验证算法来验证模型的合理性和正确性。另外，目前 的工作流管理系统中很少考虑工作流的事务处理，流程节点在运行过程中出现 一些不可预测异常时，无法保证数据的一致性和原子性，功能比较完善的工作 流管理系统需要对这些异常有相应的补偿措施，因此在工作流管理系统中考虑 工作流的事务处理是很有研究意义和应用价值的。 根据以上分析，本文用具有很强数学理论基础的p e t r i 网对工作流进行建模 1 2 棚，并改进了一种模型验证算法来验证用p e t r i 网建模的合理性和正确性，同时 将动态性和事务处理引入工作流中，实现了工作流的动态性和事务处理，并应 用与某中小型企业的o a 系统中。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 工作流的概念起源于2 0 世纪7 0 年代，最初主要应用于生产组织和办公自 动化领域【4 1 。当时办公自动化中的各种工作都是通过人工来完成的，纸张作为信 息传递的载体，办公效率比较低，浪费大量人力和物力。随着计算机发展水平 和网络技术的提高，企业为了提高生成效率、构建无纸化的办公环境，一些企 业开始设计应用系统来处理企业中的日常事务，这便是早期的工作流管理系统。 2 0 世纪8 0 年代，最早的工作流管理系统供应商f i l e n e t 和v i e w s t a r 公司， 它们开发的工作流产品代表了当时工作流的发展水平【5 】。商业应用开始使用工作 流管理系统，人们逐步认识到工作流技术的重要性，工作流技术得到快速发展。 到了2 0 世纪9 0 年代，随着计算机和互联网的发展，信息资源分布在不同 异构的计算机上，由过去的集成式环境变为了分布、异构式环境1 6 。分布在不同 计算机上的程序要协同完成某项任务，就需要对其进行监控管理。工作流监控 管理联盟于1 9 9 3 年应运而生，该组织制定了与工作流相关的术语、工作流管理 系统的体系结构，同时于1 9 9 4 年提出了工作流管理系统的参考模型，这代表着 工作流技术发展到了一个比较成熟阶段 7 1 。 进入2 l 世纪，市场经济的竞争变得越来越激烈。企业之间的竞争要求企业 能够迅速地创建业务流程、提高生产效率、降低生产成本、采用项目管理来提 高管理水平。这些都标志着工作流技术越来越受到企业和用户的重视。 目前国外生产上百个工作流管理系统，绝大多数都是应用于企业自动化系 统中，例如将工作流引擎应用于s a p 系统，将工作流技术集成于微软的操作系 统中【3 】。比较前沿的工作流技术可以分为：基于纯x m l 技术和基于w e bs e r v i c e 技术。第一类技术，工作流管理联盟提出了工作流管理系统的参考模型、业务 流程以及工作流管理系统标准。对于第二种技术，m i c r o s o f t 、i b m 、s a p 和s i e b e l 联合发布的b p e l 规范，此规范提出了如何处理输入的信息和将w e bs e r v i c e 组 成控制流的方法【9 】。 国内对工作流技术的研究起步比较晚，一些关键技术仍然处在摸索阶段， 但也取得了一定的进步。国内做得比较好的工作流管理系统有：清华大学研究 中心开发的c i m f i o w 工作流管理系统，该系统包括工作流流程建模、工作流仿 真工具以及工作流的执行系统。在流程建模阶段，创建节点、指定节点类型、 2 武汉理工大学硕士学位论文 节点连接弧线等；工作流仿真工具是虚拟地执行工作流模型，记录虚拟执行产 生的结果，通过对执行产生的结果进行分析，找出系统存在的缺陷和错误，不 断地对系统进行改进和优化，直到达到预期结果为止【l 们。威尔协同办公系统根 据企业的业务流程、知识管理、通过远程软件办公等需求，提供了完善的办公 功能，提高了企业办事效率、规范管理。威尔协同办公系统是用b s 模式开发 的图形化工作流管理系统。在流程建模阶段，用户可以方便、快捷的创建各种 业务流程，能够选择节点的执行者、节点的执行方式、节点的流转模式、角色 和权限的配置等；在工作流运行阶段，它对运行过程进行监控和管理【l 。 1 3 论文研究内容与实现方法 本文在分析国内外工作流发展现状的基础上，提出了基于p e t r i 网的动态工 作流，并将工作流管理系统应用于o a 系统中。本文主要研究工作流建模模型、 工作流动态性的分类、如何实现工作流的资源动态性和模型动态性，以及数据 库和工作流的事务处理。 工作流模型抽象描述了业务过程、业务过程包含的活动、活动的功能、活 动执行前的触发条件、活动完成后产生的结果、活动之间的依赖关系以及活动 流转的条件等。本文利用p e t r i 网对工作流建模，改进了一种模型验证算法，验 证了利用p e t r i 网对工作流建模的合理性和准确性。 工作流的动态修改包括四个方面：( 1 ) 模型修改：工作流模型中活动的添加， 删除，修改，活动之间关系的变化，以及改变弧线方向等。模型修改将影响到 工作流中所有已经开始执行的实例；( 2 ) 实例修改：对工作流的某个实例进行修 改，不会影响到其它的流程实例，也不会改变整个工作流模型；( 3 ) 资源修改： 工作流的参与人员，计算机等资源的修改；( 4 ) 系统修改：工作流管理系统运行 的环境发生了变化。本文主要研究工作流资源的动态修改和模型的动态修改， 提出了模型修改时过程实例迁移策略，迁移正确性的验证。 目前市场上有各种工作流管理系统，但工作流的事务处理能力还比较欠缺， 基于此本文实现了工作流事务处理和数据库事务处理。最后将此系统应用于某 中小型企业的o a 系统中。 本课题的研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 利用p e t r i 网对工作流建模，改进了一种模型合理性验证算法。 3 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 实现了工作流资源的动态修改和模型的动态修改，研究了一种模型动态 修改时实例迁移算法。 ( 3 ) 实现了数据库和工作流的事务处理，提出了一种自底向上的失效恢复算 法，将工作流事务失效处理用后台代码来实现，这样工作流的事务处理对用户 是透明的，用户使用起来更加简单方便。 ( 4 ) 开发了一个b s 模式的基于p e t r i 网的动态工作流管理系统，并将此系 统应用于某中小型企业办公自动化系统中。 1 4 论文组织结构 本文共分为六章，各章总体内容如下： 第1 章为绪论部分。介绍了论文研究背景和意义，国内外对工作流技术的 研究情况，论文研究的主要内容和实现方法。 第2 章为相关技术。首先介绍工作流技术包括工作流和工作流管理系统相 关的概念，然后对p e t r i 网和工作流的动态性进行概述，最后介绍传统事务模型、 高级事务模型、以及工作流事务模型，将工作流事务模型与传统事务模型和高 级事务模型进行分析和比较。 第3 章为工作流模型分析。先介绍工作流模型，然后以请假流程为例，对 其建模，并将过程模型转换为基于p e t r i 网的工作流模型。最后改进了一种模型 验证算法，根据模型完全性定义来验证用p e t r i 网建模的合理性和正确性。 第4 章为工作流动态性和事务性的实现。介绍了工作流对动态变化的支 持，提出了工作流资源动态变化时的策略，研究了一种工作流模型动态修改时 实例迁移算法，对工作流子事务进行分类，实现了数据库的事务处理和工作流 的事务处理，提出了工作流事务异常处理方法和一种自底向上的失效恢复策略， 将工作流的事务处理用后台代码实现。 第5 章为系统设计与实现部分。首先介绍与工作流相关表的设计、用e r 图来描述表之间的关系，然后介绍本文开发的办公自动化系统的系统功能结构， 描述各个模块的功能，并详细介绍行政办公模块中流程管理子模块的实现方法。 第6 章为总结与展望。对本文进行总结，同时分析了本文需要进一步改进 之处和对未来的展望。 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 工作流技术 第2 章相关技术 本节主要介绍了工作流和工作流管理系统的基本概念，通过对这些基本概 念的研究和理解，为工作流管理系统的设计与开发打下基础。 2 1 1 工作流概述 工作流的概念产生于商业应用领域，目的是将现实世界的业务流程分解成 多个子任务，指定子任务的执行者、子任务的规则，在用户的参与下，流程按 照预先定义的规则进行流转，以降低生产成本、提高生产效率。到目前为止还 没有对工作流下一个统一的定义，下面给出几种比较权威的定义。 i b ma l m a d e n 研究中心对工作流的定义：工作流是经营过程的一种计算机 化的表示模型，定义完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括过程中每 个步骤的定义，步骤间的执行顺序、条件和数据流的建立，每个步骤由谁负责 以及每个活动所需要的应用程序【1 2 1 。， g e o r g a k o p o u l o s 对工作流的定义：工作流是将一组任务组织起来完成某个经 营过程，在工作流中定义了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，还可以由一个或一组人与 软件系统协作完成，任务的触发顺序和触发条件用来定义任务的触发、任务的 同步和信息流( 数据流) 的传递【1 2 1 。 工作流管理联盟对工作流定义：工作流是一类能够完全或者部分自动执行 的业务过程，它可以按照为实现完整业务目标而定义的一系列过程规则，在不 同的参与者之间传递文档、信息或任务并执行【”4 1 。 工作流中有两个比较重要的概念：工作流模型和模型实例【l5 1 。工作流模型 是在模型建立阶段创建，由过程模型、组织模型、资源模型以及工作流相关数 据四部分构成。过程模型定义了工作流节点的基本信息：节点名称、节点描述、 节点的执行者和节点之间的依赖关系等信息；组织模型是用来定义企业用户的 组织结构；资源模型用来定义企业中资源的组织结构；工作流相关数据用来定 5 武汉理工大学硕士学位论文 义在流程执行过程中用到的数据【幡1 7 1 。模型实例是指工作流管理系统在运行的 过程中，由用户或计算机发起的，是工作流模型实例化后的结果【1 8 】。工作流模 型是静态的，模型实例是模型的一次执行过程、是动态的。 2 1 2 工作流管理系统 工作流管理联盟对工作流管理系统的定义为：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行【1 9 1 。 目前市场上有多种工作流管理系统，它们之间存在一些差异性，但仍具有 共同的功能。一般可以将这些共同的功能分为：模型建立期功能、运行期控制 功能、运行期交互功能 2 0 - 2 1 】。 ( 1 ) 模型建立期的功能是把现实世界中的业务流程转化为计算机可以识别 的定义，对业务流程进行建模，包括定义相关的节点、节点的执行者、节点执 行的规则以及节点之间的关系。流程定义可以用文本、x m l 文件、图形等来表示。 有些工作流管理系统还支持模型动态修改，即运行期对过程模型进行动态改变。 ( 2 ) 运行期的控制功能是当用户发起流程实例后，工作流管理系统解析定义 的流程模型，并生成相应的实例数据保存到数据库表中，在用户的参与下按照 预先定义的规则执行各个业务节点。 ( 3 ) 运行期的交互功能主要是实现用户与应用程序的交互，业务流程中的节 点需要用户和应用程序共同来完成。同时，运行期交互功能还包括委托权限、 获取节点状态和节点执行历史记录等功能。 工作流管理系统功能之间的关系如图2 1 所示。 图2 1 工作流管理系统功能之问的关系 目前市场上有很多工作流管理系统，可以按照采用的软件开发方法、使用 6 武汉理工大学硕士学位论文 的通信机制以及用户类型对其进行分类田】。 ( 1 ) 根据软件开发方法分类 软件开发方法和编程语言是紧密相关的。编程语言的发展经历了面向过程、 面向对象以及面向智能化三个重要阶段。因此，工作流管理系统也可以分为： 面向过程的、面向对象的、面向智能化的。 起初大部分工作流管理系统都是利用面向过程语言开发的。但是面向过程 的语言不能适应开发业务流程复杂、规模庞大的工作流管理系统，人们进而转 向采用面向对象的语言来开发，从而提高了系统的重用性和健壮性。随着计算 机和互联网技术的发展，工作流管理系统需要工作在异构的分布式的计算机上， 智能体能够适应高度异构的分布式环境下，因此，利用面向智能体的技术来实 现工作流管理系统将成为一种发展趋势。 ( 2 ) 根据通信机制分类 工作流管理系统的关键就是根据工作流模型的定义来执行相应的任务，信 息必须能够在不同组件之间进行交换。根据信息交换的通信机制，有以通信、 文档和流程为核心的三种工作流。以通信为核心的工作流和以文档为核心的工 作流分别用电子邮件和文档技术来实现，只适用于规模比较小、流程比较简单 的工作流管理系统。而以流程为核心的工作流架构于数据库系统之上，能够适 用于大型工作流管理系统的开发。 ( 3 ) 根据用户分类 分为以业务流程为核心的工作流和以应用程序为核心的工作流。以业务流 程为核心的工作流的用户，主要任务是管理业务流程的整个生命周期、对其进 行监控和管理，若监控到异常对工作流管理系统进行修改，循环此过程，直到 没有问题为止。业务流程的模型创建、系统部署、运行、监控流程、发现问题， 对流程模型进行修改，是一个螺旋式的过程。用户需要实现流程的完整性和流 程实例运行的正确性和效率。 以应用程序为核心的工作流通常以获取高的投资回报率为目标。此类型的 工作流用户是应用程序开发人员，该类用户主要以开发各种类型的应用软件为 中心，直接使用以业务流程为核心工作流的用户开发出来的工作流管理系统， 并与他们开发的应用软件进行整合，他们只需要对工作流管理系统有初步的了 解，不需要进行深入研究，降低了开发人员的开发难度，不必重新开发，节省 了开发时间。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 2p e t r i 网概述 2 2 1p e t r i 网基本概念 p e t r i 网是一种图形建模工具，具有异步并发的能力，可以利用p e t r i 网对工 作流建模。p e t r i 网由四种基本元素组成：用矩形表示的变迁、用圆圈表示的库 所、连接库所和变迁的有向弧、用黑点表示的拖肯【2 3 1 。如图2 2 所示。 o 一 库所变迁 曩拖肯 图2 2p e t r i 基本元素 定义l ：三元组p n = ( p t f ) 称为p e t r i 网的充分必要条件剧2 4 】： ( 1 ) p n t = 1 2 f ( 2 ) p u t a ( 3 ) f ( p du ( t x p ) ( 4 ) d o m ( f ) uc o d ( f ) = p u t ，其中d o m ( f ) = x i3 y ：( x ，y ) e f c o d ( f ) = y l3 x ：( x ，y ) f ) ( 5 ) w ：f 一 n l ，1 1 2 ) 是一个指定连接弧权重的函数。 其中p 和t 分别为p n 的库所集和变迁集，f 为连接库所和变迁的弧的集合。 如果弧的方向从库所p 指向变迁t ，则称库所p 为变迁t 的输入库所；如果弧的 方向从变迁t 指向库所p ，则称库所p 为变迁t 的输出库所。t 表示变迁t 的所有 输入库所，t 表示变迁t 的所有输出库所，p 表示库所p 的所有输入变迁，p 表 示库所p 的所有输出变迁。 定义2 ：变迁发生条件 一个变迁能够被激活的条件为：变迁的每个输入库所拥有的拖肯数目必须 满足的条件表示为【2 5 1 ： t 为变迁t 的输入库所集。 v p t ：m q ) 之w q ，t ) 、 定义3 ：变迁发生结果 变迁t 被激发执行后，变迁t 所有输入库所p 减少w q ，t ) 个拖肯，所有的输 8 武汉理工大学硕+ 学位论文 出库所p 增加w ( t ，p ) 个拖剖2 6 1 。形式化表示为： m ( p ) = m ( p ) + w ( t m ( pw ( p ，p ) ，( p f ) i ) 一，f ) ，( p f ) lm ( p ) ，( p 叠t a p 叠t ) 2 2 2p e t r i 网的执行结构 p e l a i 网有四种执行结构，顺序结构，并行结构，分支结构和循环结构【2 7 1 。 如图2 3 所示。 c 时 三 _ 1 j 二卜- 曰 _ 序蚰构 图2 3p e t r i 网执行结构 顺序结构：任务之间是顺序执行的，图2 - 3 ( a ) q b 任务b 在任务a 完成后才 能执行，任务b 完成后任务c 才能执行。 并行结构：图2 3 ( b ) 中任务a 执行后任务b 和任务c 都可以执行，称为a n d 分；任务d 要在任务b 和任务c 都执行完后才能执行，称为a n d 合。 选择结构：图2 - 3 ( c ) 任务a 执行后任务b 或者任务c 被执行，称为x o r 分；任务d 在任务b 或者任务c 执行完后就可以执行，称为x o r 合。 循环结构：图2 3 ( d ) 中任务b 和任务c 可能被重复执行多次。 2 3 动态工作流概述 根据现实的业务流程进行工作流建模时，如果业务流程比较简单而且比较 固定，则对应的工作流模型可以在工作流建模阶段，定义所有的节点和节点的 流转规则。但是，随着工作流技术和企业的不断发展，在工作流的建模阶段无 9 武汉理工大学硕士学位论文 法预知所有节点和节点规则；在工作流的运行阶段，各个节点可能有多种不同 的流转路径。因此，良好的工作流管理系统必须具有处理这种动态变化的能力。 动态工作流技术所要解决的核心问题是支持流程在运行时可以实现过程模 型的动态修改，动态地分配任务执行者，节点失效时有相应的补偿措施以及异 常处理机制。工作流的动态变化可以分为资源的动态变化、过程的动态变化和 应用领域的动态变化三大类【2 8 3 0 】。 资源的动态变化主要是组织模型的变化，组织模型的变化则主要体现在部 门的变化、人员的变化以及角色的变化【3 1 1 。部门的变化是企业为了适应外部环 境的变化，对组织机构进行重新调整；人员变化主要体现人员的调整、离职、 退休、工作能力变化等方面，这样导致企业人员具有的权限也在不断的发生变 化；角色的变化则是指创建角色、删除角色、修改角色属性、删除角色用户、 给角色添加用户。 过程的动态变化可以分为模型改变和实例改变。模型改变是指工作流的模 型发生了变化，包括节点动态性和路径动态性。工作流中节点的动态性主要体 现在流程执行阶段动态增加节点、删除节点，修改节点的属性；工作流中路径 的动态性主要体现在流程执行阶段动态改变执行的路径，添加路径、删除路径 和改变路径方向等。如果在模型修改前，属于该过程模型的实例已经运行，同 一个工作流模型中的不同实例同时运行于工作流管理系统中，而且这些过程实 例处于不同的执行进度，那么就需要将那些实例迁移到新的工作流模型，使得 工作流模型修改前后保持一致性和正确性。目前过程实例通常采取重新启动、 继续执行、迁移执行三种方式0 2 - 3 4 。重新启动策略抛弃所有已经运行的过程实 例，使之按照新的工作流模型从开始节点重新执行；继续进行策略是指已经运 行的过程实例按照旧的工作流模型继续运行，对变化的响应速度较慢、灵活性 较差；迁移策略将已经运行的过程实例迁移到新的工作流模型下执行，对变化 响应速度较快、灵活性较好。实例改变分为：临时改变和演化改变。临时改变 是指只对某个实例或某些实例进行修改，只是改变某个或某些实例的流程模型， 不会影响整个工作流模型和其它过程实例；演化改变是指对某个实例模型修改 时会影响到整个工作流模型，对其它过程实例也会产生影响。演化改变和模型 改变的结果相同，用同样方法来处理p 5 】。 应用领域的动态变化是指工作流管理系统应该能够适应不同的应用领域， 具有处理不同领域的差异性的能力【3 6 1 。具有较好柔性的工作流管理系统应该具 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 备当工作流的应用领域发生变化时，只需要进行简单的配置就可以正常运行， 而不需要重新开发工作流管理系统。 2 4 工作流事务模型 工作流事务处理是为了保证工作流管理系统的完整性和组织性而提出的。 工作流事务是由一系列过程组成的，可能是同一流程实例中的不同过程、不同 实例之间的过程、不同业务流程中的不同过程。工作流管理系统的完整性是指 要保证过程执行时并发访问数据库，能够处理异常等特性。组织性是考虑业务 层，包括部门、角色、任务参与者、系统资源等业务层的数据【3 7 】。传统事务模 型是针对保证数据库数据的可靠性而提出的，自身存在一些缺陷，不能直接应 用于工作流事务模型。通过对传统事务模型进行不断的研究和改进，提出了高 级事务模型，高级事务模型放宽了对数据原子性、一致性、隔离性和持久性四 个特性的要求，但仍然存在一些不足。在高级事务模型的基础上又提出了工作 流事务模型。本节首先介绍了传统事务模型，高级事务模型，工作流事务模型， 然后将工作流事务模型与它们分别进行比较和分析。 2 4 1 传统事务模型 传统事务的概念起源于数据库领域，是为了解决数据库并发访问、数据不 一致和异常恢复等问题而提出的。传统事务具有四个基本特性：原子性、一致 性、隔离性与持久性【3 引。 原子性：一个事务中所有操作要么全部执行、要么全部不执行，不允许只 完成部分操作，如果某个操作出现异常时要撤销已经执行过的所有操作。 一致性：事务执行完成后，必须保证数据库处于一致性状态，而不存在其 它中间状态。如果操作在执行的过程出现异常或失效时，有些操作已经成功执 行，而有的操作未执行则称为不一致的状态，需要对已经执行的操作利用回滚 的机制来实现一致性。 隔离性：一个事务内部的操作及使用的数据必须锁起来，并发事务之间是 相互隔离的、不能互相干扰，隔离性是事务可并发执行的重要保证。数据库管 理系统可以在并发执行的事务间提供不同级别的隔离，隔离的级别和并发事务 的吞吐量成反比关系。 武汉理工大学硕士学位论文 持久性：是指一旦事务执行成功后，对数据库所产生的影响是不会变的， 意味着当系统或介质发生故障时，必须保证已提交事务的更新结果不会丢失。 即能够恢复已提交事务的更新。 2 4 2 高级事务模型 工作流运行过程的执