（机械设计及理论专业论文）pdm环境下的动态工作流管理技术的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 面对越发激烈的竞争环境，企业业务流程的种类越来越多，流程的执行也变得无 法预测，从而直接导致了企业对于工作流系统在流程运行时可改变性的要求。而目前 p d m 提供的流程管理不具备流程执行层的可改变性，已不能满足新环境下企业的需要。 本文针对这个问题，对能支持运行时改交的动态工作流技术进行了初步的研究，提出 了一个动态工作流模型s m a r tf l 0 w 。 以s m a r tf l o w 为基础，从控制流和数据流两个方面详细讨论了动态工作流系统 的节点控制关系，用户数据的组织方式；并针对s m a r tf l o w 的流程执行，提出了流 程节点的执行规则和边的标识规则。 研究了由于流程的动态改变而带来的新问题运行时错误。并提出一组约束规 则，以保证动态的改变不会破坏流程结构的正确性和流程数据的完整性，从而维护了 动态工作流系统的正确性和一致性。 提出了基于过程定义的动态改变操作的实现方法。并对其中的两项关键技术：兼 容性校验和流程实例的迁移提出了解决方法。 为了实现工作流系统的动态扩充，提出了基于s m a r tf l o w 的流程扫描机构 修改意向，并详细讨论了针对流程实例的实例修改意向和针对流程模板的经验修改意 向。 最后，在相关理论研究的基础上，在i n t e p d m 上进行了原型系统的设计与开发。 关键字：动态工作流系统流程管理产品数据管理 一。 1 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i tf a c e st ob ee v e nm o r ek e e nc o m p e t i t i o ne n v i r o n m e n t ，t h en e wc h a r a c t e r i s t i ch a s a p p e a r e di n t h eb u s i n e s sp r o c e s so fe n t e r p r i s e s ，t h e r ea r em o r ea n dm o r ek i n d so ft h e b u s i n e s sp r o c e s s t h ee x e c u t i o no ft h ep r o c e s sb e c o m e su n p r e d i c t a b l et o o a l lt h ec h a n g e s l e a dt ot h ee n t e r p r i s e sn e wr e q u e s t w o r k f l o ws y s t e m sc h a n g e a b l ea b i l i t ya tr u nt i m e w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mt h a tp d mo f f e r e dd o e s n th a v ec h a n g e a b l ea b i l i t ya tf l o w r u n n i n gl a y e r , t h e r e f o r ei ti sn o ts u i t a b l et ot h en e w e n v i r o n m e n to ft h ee n t e r p r i s ep r e s e n t l y t h i st h e t i sf o c u s d so nr e s e a r c ho fw o r k x f l o ws y s t e mt h a ts u p p o r tt h ed y n a m i cc h a n g ea tr u n t i m e a n dad y n m a i cw o r k f l o wm o d e l s m a r tf l o wi sp r o p o s e d b a s e d0 1 1s m a r tf l o w ，w ed i s c u s sf l o wc o n t r o l l i n ga n do r g a n i z a t i o nw a yo fu s e r s d a t ao f d y n a m i cw o r kf l o wi nd e t a i li nt w or e s p e c t so f d a t af l o wa n dc o n t r o lf l o w ；a n df o r t h ee x e c u t i o no fs m a r t f l o w , w e p u tf o r w a r dn o d ee x e c u t i o nr u l ea n de d g ei d e n t i f i c a t i o n r u l e t h i sp a p e rh a ss t u d i e dt h en e w p r o b l e mb r o u g h tb yd y n a m i cc h a n g eo ft h ep r o c e s s r u n t i m ee l l o r p r o p o s eag r o u po fc o n s l r a i n tr u l e s ，s oa st oe u s u ed y n a m i cc h a n g ec a n n o t d e s l l o yp r o c e s se x a c t a e s se n dp r o c e s si n t e g r a l i t yo fd a t u mo fs t r u c t n r e ，m a i n t a i ne x a c t n e s s a n d c o n s i s t e n c yo f d y n a m i c w o r k ：f l o w s y s t e m w eh a v ep u tf o r w a r dt h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o do fc o u r s e d e f i n i t i o nb a s e dd y n a m i c c h a n g em e a n s a n d t ot w ok e yt e c h n o l o g yo ft h em e t h o d ：t h e c o m p a t i b l ec h e c k - u pa n d m i g r a t i o n o f t h e p r o c e s si n s t a n c e ，w eh a v ep u tf o r w a r dt h es o l u t i o n f o rr e a l i z ed y n a m i ce x p a n s i o no ft h ew o r 姐o w s y s t e m , f l o ws c a n n i n gm a c h i n e c h a n g es u g g e s t i o nw a sp u tf o r w a r db a s e do ns m a r tf l o w a f t e r w a r d st w ok i n d so fc h a n g e s u g g e s t i o n a r ed i s c u s s e di nd e t a i l ：h t a n c e c h a n g es u g g e s t i o na n de x p e r i e n c ec h a n g e s u g g e s t i o n f i n a l l y , o nt h eb a s i so fr e l e v a n tt h e o r e t i c a l d e v e l o p m e n to f t h ep r o t o t y p es y s t e mo ni n t e p d m k e y w o r d s ：d = 删cw o r k f l o ws y s t e m , w o r k f l o w m a n a g e m e n t , p d m 独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除文中己经标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的 研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：叛龛 日期：m 妒年中月；o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在 本论文属于 不保密回。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：弛隽 日期：渺p 年争月；一日 年解密后适用本授权书。 指导教师签名：- f l 日期：k ￥年仁月；p 曰 华中科技大学硕士学位论文 1 1 研究背景 1 绪论 信息技术的发展和全球经济一体化的进程加速使企业面临的生存环境越来越严 竣。为了求得生存，企业必须具有在无法预测的、持续快速变化的竞争环境中生存、 发展并扩大其竞争优势的能力，也就是必须具有敏捷化竞争的能力i i j l 2 j 。一方面，随着 市场竞争的日益激烈，新产品的开发周期变得越来越短，新产品的获利时间也相应缩 短；另一方面，激烈的竞争使得企业间的模仿行为普遍存在，产品的外在特性，甚至 于一些内在特点都很容易被模仿，从而使技术本身不再成为长久的竞争优势。 然而，企业管理过程和产品开发过程的组织方式是很难被仿制的1 3 j ，于是，许多企 业将注意力集中于以最有效产品开发和生产的组织方式，通过产品开发过程和过程的 重组保持竞争优势。过程重组主要表现在新产品开发过程重组和生产管理组织重组两 个方面，尤其前者更具吸引力。如果说依靠生产管理过程最优化，通过程序控制的办 法可以取得一个稳定并略有增长的利润的话，而通过优化产品开发过程可以带来的效 益增长则可能是数量级的变化。因此，进入2 1 世纪后，业务流程，尤其是新产品开发 的效率必将成为企业的核心竞争力。优秀的流程将使成功的企业与其他竞争者区分开 来。 9 0 年代出现了许多先进的管理思想和技术来提高企业的敏捷性【4 j 。管理思想有业务 过程重组( b p r , b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n 蛐g ) ，目的是使企业内部业务过程更加灵活 和高效，使企业组织结构更加灵活；新技术则体现在大量涌现的工作流管理系统 ( w f m s ，w o r kf l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，目的是进一步提高业务流程的执行效率。 而集成了流程管理予系统的p d m 系统则在企业中获得了广泛的使用。 作为企业信息化的平台，产品数据管理( p d m ，p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) 正风靡全 球。它是随着c i m s 技术的不断深入发展和应用规模的不断扩大而出现的。产品数据 管理集数据管理、网络通讯和过程管理于一体，为企业提供了一种宏观管理和控制所 有与产品相关信息的机制。据统计【5 1 ，p d m 能将企业的产品设计周期平均缩短5 0 左 右。p d m 一般都包含文档管理、产品结构管理、用户管理等静态数据管理模块；而企 业级的p d m 更提供了流程管理、产品配置管理、项目管理等模块，其中流程管理、项 目管理则是对产品数据的动态流动的管理，体现了p d m 对于企业业务流程管理的有力 支持。p d m 不仅将企业的数量庞大的各种异构的电子数据管理起来，大大减少了设计 人员查找数据的时间，更重要的是它还将这些数据的流动管理起来，使企业对于内部 华中科技大学硕士学位论文 各种业务流程的执行状况，结果，异常情况有一个清晰的了解，从而可以更加高效地 完成各业务流程，使产品开发的效率得以显著的提高e 而面对当今瞬息万变的市场，企业自身的产品开发，制造管理也变得愈发复杂，经 常会有一些难以预料的突发事件。这样企业自身的业务流程便失去了过去所具有的稳 定性【6 。这时，传统的p d m 流程管理就难以满足企业的需要了，因为这些p d m 的流 程管理的设计实现都基于以下两点：业务流程已被充分优化并且长时间内都不会发生 变动；流程在执行过程中不会发生使流程偏离模板设定方向的意外事件。 综上所述，目前的p d m 的流程管理已不能很好地满足企业的要求了，由此研究开 发p d m 环境下支持执行时修改的动态流程管理将十分必要。本文将对动态工作流技术 进行研究，并将研究成果应用于p d m 流程管理子系统的开发。 1 - 2 工作流管理技术的出现背景与发展历程 工作流概念最早起源于办公自动化系统，它是人们为了提高办公效率，针对工作 中具有固定程序的常规任务提出的一个概念，目的是把一些繁锁的重复工作交由计算 机自动执行，让办公流程得以加速完成。工作流自动化会为企业及各类组织的业务开 展带来极大的便利和效益，所以工作流管理技术被纳入计算机支持协同工作( c s c w ) 领域，并作为一个研究分支。随着世界经济一体化的加深，知识经济时代的来临，世 界范围内基于信息技术的市场竞争日趋激烈。为了增强竞争力，现代企业决心让企业 内部或企业之间的工作流程实现自动化，将传统的以职能为基础的组织结构和运作机 制转交为以过程为中心的管理模式，从而使过程的信息集成成为了这场改革的中心问 题。为了解决这个问题，业界把注意力投到了作为实现信息集成有效途径的工作流管 理技术上。近年来，一方面高性能微机的普及、网络通讯技术及软件技术特别是分布 式软件技术( 如c o b a rd c o m ，j a v a 等) 的发展使得工作流管理的实现有了足够的支 持：另一方面，b p r , e r p ( 企业资源重组计划) 的提出和实旃为工作流管理技术的发展提 供了极大机遇，使工作流管理技术得到快速发展唧。现在工作流管理技术己应用到多个 领域，如制造业、通讯部门、政府、银行业、保险业等等。随着i n t e m e t 的高速发展， 工作流管理技术己被应用到w e b 上，具体的应用如网上办公、网上招标、网上教学等 等。 一直以来，有许多应用程序是针对单一任务设计的，如编辑软件、作图软件或数 据库查询系统等，这些软件一般给个人使用，以完成某项单一工作。当今企业关注更 多的是整个业务过程的顺利完成，而非某几项单一工作的完成。面对业务过程的需求， 这些只能完成单一工作的应用程序显得力不从心，比如一个过程必须顺序完成三项任 2 华中科技大学硕士学位论文 务，分别使用应用程序八b ，c 完成，由于应用程序之间没有联系，它们无法知道另一 项任务的完成情况，更不知整个业务过程的执行情况。在这神情况下，许多在经营中 有复杂业务过程的企业急需能够监督、控制业务过程的执行和支持业务逻辑的技术和 工具，这些需求直接导致t i 作流管理系统的产生。并在过去的四十年中获得了很大 的发展：在六十年代，信息系统是一个具有特定的用户界面和处理具有特定格式数据 的独立应用程序( a p p l ) ；在七十年代，数据从应用程序中分离，使用数据库管理系统 ( d b m s ) 来管理，从而减轻了应用程序处理数据的负担；在八十年代t 用户界面也从 应用程序中分离，由用户界面管理系统( u t m s ) 统一管理；在九十年代，工作流管理系 统成为信息系统中的重要成员，与一般的应用程序不同，它支持业务过程，成为集成 不同应用程序功能的粘合剂i s 。工作流管理技术的主要特点是过程自动化，包括人与机 器活动的联合，特别是多个应用程序的交互。 1 3p d m 中的流程管理 1 3 1p d m 简介 p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) 技术的研究开始于8 0 年代初， 它是在计算机辅助技术( c a x ，包括c a d ，c a m ，c a p p 和c a e 等) 广泛应用以后兴起 的新技术。 计算机技术出现以后，在产品设计和制造过程的各个环节都得到了广泛应用，出 现了c a d ，c a m ，c a e p , c a e 和m r pi i 等各种计算机辅助( c a x ) 技术，c a x 技术极大 地提高了人们处理产品数据的能力。另一方面，从产品数据管理的角度来看，c a x 技术 的应用又给企业带来了许多新问题。据c i m d a t a , d hb r o w n 和g a r t n e rg r o u p 三大咨询 公司研究发现：应用c a x 技术的企业，工程技术人员有6 7 到7 5 的时间并没有在做 他们本应做的技术工作。这些时间他们在干什么? 3 0 的时间花费在查找所需的产品数 据，其它时间则在开会、协调、等待。另外美国e d s 公司的调查表明：企业需要花 费3 0 左右的产品开发时间来协调各个部门之间的关系。也就是说，c a x 技术带来的 高效率很大程度上被查找产品数据、部门间的协调等问题所抵消。 导致这些现象的根本原因，是采用c a x 技术以后引起的高效率的信息处理能力与 落后的信息管理手段之间的矛盾。传统的、基于图纸和手工的信息管理手段已经无法 满足以c a x 技术为基础的生产方式的需要。新生产方式要求与之相适应的信息管理手 段。现代企业中，产品模型通过应用c a x 技术建立，其特点是产品数据数字化，所有 产品信息( 包括零部件的几何模型、工程图纸、力学分析数据、工艺文件和加工程序等) 华中科技大学硕士学位论文 都以文件的方式存在。以计算机网络为纽带、正确传递“电子文档”是新型生产模式 下产品信息交流手段的主要特征。这种新的信息交流方式给企业带来了许多新的信息 管理问题。为了解决这些问题。人们开始研究新型生产方式下产品数据的管理技术， 即p d m 技术。 在1 9 9 5 年2 月，主要致力于p d m 技术和相关计算机集成技术的国际咨询公司 c i m d a t a 公司总裁e d m i l l e r 在p d m t o d a y 一文中定义p d m 为( 这是较为公认的、并且 被广泛引用的定义) ：“p d m 是一门用来管理所有与产品相关的信息( 包括产品规范、 电子文档、c a d 文件、产品结构、存取权限信息等) 和所有与产品相关的过程( 包括工 作流程的定义与管理等) 的技术”。 而g a r t n c rg r o u p 公司的d h u r d i c k 在1 9 9 5 年9 月所作的c i m 策略分析报告中把 p d m 定义为：“p d m 是在企业范围内为设计和制造构筑一个并行化产品协作环境 ( c o n c u r r e n ta r t - m - p r o d u c te n v i r o n m e n t ，即由供应、工程设计、制造、采购、市场与销 售、客户等构成) 的关键使能器。一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维 护设计意图的人在整个产品生命周期自由共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸 与数字化文档、c a d 文件和产品结构等”。 总之，p d m 可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、 过程和资源进行一体化集成管理的技术。 1 3 2 p d m 中的流程管理 p d m 既是产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a ，也是产品开发管理( g e m e m ) p r o d u c t d e v e l o p i n gm a n a g e m e n t ) ，产品从有市场需求到最终消亡的整个生命周期中，一般要 经过设计、工艺、制造、维护、回收等阶段，不同阶段都要产生和使用不同的产品数 据，而且这些产品数据的来源和经历的流程各不相同。 要实现更短的产品上市时间，要更快的完成产品的交型设计，要保证更好的产品 质量，这些都离不开产品数据的高速、有效的流动，由此，立足于产品生命周期管理 的p d m 必须提供灵活、高效的管理手段，将所有与产品相关的流程管理起来。 虽然不同的p d m 产品提供的流程管理模块可能存在较大的差别，如在用户界面、 实现方法、底层通讯等方面，但在功能上一般都提供以下三个方面的支持：构造时功 能，运行时控制功能，运行时交互功能。下面分别给予具体说明。 1 构造时功能 它负责定义和组织企业的业务过程以及过程中的每一个任务。在这个阶段将现实 世界的业务过程转化为某种计算机的形式化或者半形式化表示。在p d m 的流程子系统 4 华中科技大学硕士学位论文 中一般提供流程模板的概念。流程模板的功能就是准确定义一个流程模式，它由一组 任务及任务闻的控制关系组成。其具体内容有：流程所包含的一组任务，任务之间的 拓扑关系，每个任务的执行人，执行人对任务中的数据对象的权限，任务的通过方式 等。如图1 1 所示为一个简单的签字流程所对应的流程模板。 ， l 、 图1 1 流程模板 从图中，我们可看出所定义的简单签字流程包含了四个任务：设计、校对、审核、 发布，任务间的有向箭头表明了任务执行的先后顺序限制。对于每个任务都包含一组 属性，如图中给出了设计任务的属性示例。需要说明的是，对任务执行人的设定一般 都有多种方式，如按角色指定，按机构指定，或直接使用用户名来指定。另外除去流 程的第个任务外，其余任务的执行人都可以是多个用户，比如校对任务的执行人就 可能是两个人。这样当实际的流程实例执行到校对步骤时，流程的数据对象将分别传 给两个执行人，两个执行人都可以对设计任务中完成的数据，如图纸，进行校对工作。 在任务执行人超过一个入的情况下，任务通过方式就会发生作用。若校对任务的通过 方式设为一票通过，则两个执行人中的任一个认为通过，则校对任务完成；而若将校 对任务的通过方式设为全票通过，则必须该任务的所有执行人都认为通过，该任务才 算完成。 通过流程模板的定义，可以使企业根据自身业务流程的需要，不断调整流程管理 系统，使之能适应企业不断变化的内部环境。 2 运行时控制功能 它负责创建、删除及控制过程，激活相应的资源和应用，完成一个任务到另一个 任务的控制转移，将任务通知发给任务参与人员等。该部分是工作流管理系统的核心。 ( 1 ) 流程实例的执行。 华中科技大学硕士学位论文 流程实例即具体业务流程在流程管理系统中的一次执行。当用户发起一个流程时， 它会先创建一个流程实例并提示用户选择一个流程模板，然后根据流程模板的内容来 初始化流程实例，初始化的信息包括：流程实例所包含的任务，任务之间的拓扑关系， 每个任务的执行人，流程实例的当前状态，流程实例相关的数据信息等。而当流程的 第一步的执行人完成自己的工作后，他就可以向系统提交自己的工作。系统接到用户 的提交信息后，便会取被提交任务的直接后续任务，然后将流程相关的数据和流程执 行的通知同时发给这些直接后续任务的执行人。后续任务的执行人完成工作后再次提 交，流程实例就会再次向前推进，直到流程执行完毕。 ( 2 ) 流程实例的状态。 流程实例从被创建到消亡会经历若干不同的状态。一般流程实例的状态有以下几 个：流程开始、运行状态、冻结状态、等待状态、流程终止、完成状态。流程实例在 执行过程中，可能会在这些不同状态之间多次转换。流程实例的状态及状态间的转换 规则如图l - 2 所示。流程管理系统会根据流程实例的状态来控制流程的执行，如对处于 冻结状态的流程，系统会将流程相关的任务锁住，从而使当前任务的执行人不能修改， 同时也不能对流程做任何操作，如提交，回退等；而当流程实例的状态由冻结状态返 回到运行状态时，系统又会对相关的数据进行解锁操作，恢复当前任务执行人对流程 的操作权限。 图1 2 流程状态图 3 运行时交互功能 就是在工作流的运行中，工作流管理系统与用户( 工作流参与者和管理人员) 及外部 应用程序进行交互的功能。 p d m 的流程子系统一般都提供过程定义，过程执行，过程监管，数据集成，权限 管理等功能模块。通过这些模块，为用户创造了一个比较完备的工作流执行环境。用 户可以十分方便地参照企业内业务流程的变化来定义新的或修改已有的工作流，并在 执行前选择符合自己需要的流程模板。 一。 6 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = ；= = = $ = = = = = = = 自= = = ；= = = = = = = = 目一 这样的工作流系统表现出了一定的柔性，但由于它只能处理事先定义好的执行路 径，所以又有一定的局限性，故将这种柔性称为静态柔性。而能支持运行时修改流程 实例的工作流系统才具有动态柔性，即真正的动态的工作流系统。 1 4 课题的提出和本文的工作 作为企业的信息平台软件，p d m 系统提供了丰富的功能模块，可以管理所有与产 品相关的数据和所有与产品相关的过程，已有的p d m 系统也在一定程度上满足了企业 对于产品数据和开发过程管理的要求。然而随着企业规模的扩大、业务过程的复杂化、 市场需求的快速变化、各种新技术的不停涌现，企业的工作流执行失去了以往的稳定 性，并且越来越显现出一种随机性，不可预测性，它们常常需要在运行的过程中进行 某些修改以快速响应执行环境的需求【6 l 。这样，静态柔性的工作流管理系统已不能满足 企业当前的需要了，p d m 要向前发展就必须能够支持动态的工作流管理系统。 本课题的目的是在已有的p d m 的流程管理的基础上开发出能够支持流程运行时 动态修改的流程管理系统，从而实现p d m 环境下的动态工作流管理，其意义是： ( 1 ) p d m 目前所支持的静态流程系统，不能支持运行时的动态调整。而当今企业 内的业务流程非常复杂，难以预测，在流程运行的过程中通常会发生一些意外的事件， 对于这些“异常”，静态的流程系统往往无法有效解决。所以实现p d m 的动态流程管 理对于解决目前企业的业务流程管理问题有着重大的现实意义。 ( 2 ) 实现基于p d m 的动态工作流管理系统，对于p d m 系统本身也是一个重大的 功能提升。 作者在攻读硕士学位期间，系统地阅读了有关工作流管理的文献，参加了两项大 型企业的p d m 项目，主要负责p d m 系统的定制开发工作，具体完成的工作有：东风 柳汽的产品配置模块、东风柳汽的变更流程管理模块、东风柳汽的三维c a d 系统集成、 桂林橡胶机械厂的三维系统集成、桂林橡胶机械厂的变更流程管理模块。通过深入企 业调查，对企业在信息化方面的实际需求有了深入了解。 本文完成的工作主要有： ( 1 ) 提出了支持运行时改变的动态工作流模型s m a r tf l o w ，并从控制流和数据流 两个方面进行了详纲的讨论。 ( 2 ) 针对s m a r t f l o w 的流程执行，提出了节点的执行规则和边的标识规则。 ( 3 ) 研究了由于流程的动态改变而带来的运行时错误，并分别针对流程在控制结 构和传递的数据两个方面可能存在的问题，提出相应的约束规则，以保证动态工作流 系统的正确性和致性。 华中科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 研究了动态工作流系统中动态修改的具体实现方法，提出了基于过程定义的 动态修改方法。 ( 5 ) ，研究了基于过程定义的动态修改方法中的关键技术：兼容性校验和流程实例 向新流程模板的迁移，分别提出了解决的方法。 ( 6 ) 为了实现工作流系统的动态扩充，提出了基于s m a r tf l o w 的流程扫描机构 修改意向。 ( 7 ) 在相关理论研究的基础上，在i n t e p d m 的基础上进行了原型系统的设计与开 发。 1 5 论文的章节安排 本文的章节安排如下： 第一章介绍本文的研究背景、研究目的和意义，并简要分析p d m 环境下流程管理 的应用现状。 第二章先简要介绍了工作流技术及工作流相关的概念，在此基础上详细讨论了 s m a r t f l o w 的流程建模、流程执行及流程正确性和一致性等流程管理的核心问题。 第三章则对动态工作流技术的实现问题，如动态修改的实现，流程模型的动态扩 充等进行了详细的论述。 第四章详细介绍了基于h a t e p d m 的支持动态修改的原型系统的设计和实现。其中 包括系统框架，对象实现，数据库表的设计等。 第五章结合一个具体的流程运行实例，验证了研究成果的可行性和实用性。 第六章对全文的工作进行了总结并对以后的工作做出了展望。 华中科技大学硕士学位论文 = 一一：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = # = 2 1 工作流技术概述 2 1 1 工作流相关概念 2 动态工作流管理系统 工作流( w o r k f l o w ) 是为提高工作效率而提出的，目前尚无统一、明确的定义。“工 作流”是外来词，其对应的英语有两个词：“w o r k f l o w ”及“w o r kf l o w ”。前者侧重 于技术上的讨论，后者侧重于思想上的研究。当前的许多讨论和研究都集中于前者， 尤其是工作流软件方面；而对于后者，许多著作只是原则上的定性描述。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 ) 将i 作流描述为：业务流程的全部或部分自动化， 在此过程中，文档、信息或任务按照一定的过程规则流转，实现组织成员间的协调工 作以达到业务的整体目标。 图2 1 表示了与工作流相关的概念及其联系。 。 业务流程 夕、弋 图2 1 工作流概念关系图 蝴( b m i n e s s p r o c e s s ) ：在功能确定的组织结构中，能够实现业务目标和策略 的相互连接的过程和活动集。例如，项目开发过程、文档送审过程等。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务流程的形式化描述，用来支持系统建模和运行 过程的自动化。过程可分解为一系列子过程和活动，其定义主要包括描述过程起始、 9 华中科技大学硕士学位论文 终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信息，如组织成员、与i t 相关的应用和 数据等。p d m 流程管理子系统提供的流程模板即是过程定义的一个具体实例。 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程逻辑步骤的工作任务( 本文以下将称活动为任务) 的描述， 一般分为手工操作和自动处理两类。活动是过程执行中可被工作机调度的最小工作单 元，要求有人或机器的参与。 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 s ) ：一种能定义、创建和管 理工作流执行的系统。它可通过单个或多个工作机运行，并能存储和解释过程定义。 过程艏动实例( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e ) ：实际运行中的一个过程或活动。每个实 例代表一个能独立控制执行、具有内部状态的线程，可被外界通过标识进行存取。 2 1 2 工作流管理系统参考模型 l 。工作流参考模型的作用和意义 w f m s 巨大的潜在市场和广阔的应用领域( 如办公、电子业务、c i m s 等) 吸引了越 来越多的科研机构与软件厂商投入到这方面的研究和开发中。据不完全统计，目前通 用w f m s 及声称具有工作流功能的系统已有几百种之多，其中包括a c t i o n w o r k f l o w ， v i s u - a l w o 心l o ，f l o w m a r k ，u l d m u s ，0 m - n i d e s k 以及i n c o n c e r t 等。国内目前也开始 出现这方面的研究与开发【7 】。 各种不同类型的系统各有其不同的特点，例如所运行的环境、所适用的领域等都各 不相同。对于一个大的机构而言，一种w f m s 可能并不能满足某个复杂的业务过程中 所有环节的需要。同时不同的机构会选择不同的产品去满足其业务管理的要求。这些 应用上的特点要求各种不同类型的w f m s 应该能够实现互连和互操作，以便它们能够 被纳入到一个统一的框架之中，在不同的位置与领域发挥其各自的优势与作用。 医此不论是从用户的角度来讲，还是从开发者的角度来讲，都迫切需要一个大家 都共同遵守的标准，按照此种标准来决定一个w f m s 应该包含哪些组成部分，各部分 应提供哪些标准的服务。按照此种标准开发出来的w f m s 将能够满足上面所提出的要 求。在这种背景下，w f m c 关于w f m s 的参考模型就应运而生了。 2 w f m c 的工作流参考模型 w f m c 的全称是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 ( i 作流管理联盟) ，它成立于t 9 9 3 年8 月，其主要职责就是负责w m s 的标准化工作。目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 日，w f m s 发布了工 作流系统参考模型 匝o w r e f e r e n c em o d e l ) 9 。它详细描述了工作流系统的有关概念， 并在此基础上给出了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。如 l o 华中科技大学硕士学位论文 图2 2 所示。 图2 2 w f m c 的工作流参考模型 工作流参考模型【1 0 】是从一般的工作流应用程序结构中提取出来的一组编程接口， 它使不同的工作流管理系统能够在不同的级别上协同工作。在图2 2 中的五个接口定义 t7 - 作流内部及不同的工作流系统之间的互连和相互操作。 ( 1 ) 接口一 工作流定义工具通过它与工作流执行服务交互，是工作流过程定义的读写接口， 为工作流过程定义的交换提供标准的互换格式及a p i 调用。不同的工作流系统通过此 接口相互交互各自的流程定义。 ( 2 ) 接口二 用户与工作流执行服务之间的接口，其功能包括会话连接、过程控制、活动控制、 过程状态、活动状态、工作项列表的处理、流程实例的管理等。客户应用程序或工作 列衷处理器通过它与工作流执行服务进行交互，决定流程的状态和走向。 ( 3 ) 接口三 提供一些标准服务供应用代理( 执行服务通过应用代理同被调应用交互) 使用，功能 包括： 会话建立：执行服务同应用程序( 或应用程序代理) 建立会话、解除会话。 双向活动管理：工作流引擎一 应用程序( 代理) ，包括开始、暂停恢复放弃一个活 动( 仅在异步活动中有效) ；应用程序( 代理) 一 工作流引擎，包括通知引擎活动完成、 华中科技大学硕士学位论文 触发事件( 在同步方式下) 、查询活动属性。 数据处理：提供应用程序相关数据、提供应用程序数据或数据地址。 ( 4 ) 接口四 主要用于在异种工作流系统之间的协同工作。包括活动或子流程的引用，流程或 活动的状态控制，应用程序、工作流相关数据的相互传递，工作流程之间的同步，流 程定义的相互读写。 ( 5 ) 接口五 描述了需要从过程执行过程所发生的各种事件上捕获和记录的各种信息，如：过程 实例信息、活动实例信息、工作项信息、远程操作信息等，供监控系统使用。 3 工作流数据的类型 工作流管理系统中有多种多样的数据，按照用途大致可以把这些数据分为以下几 类： ( 1 ) 应用数据：即由工作流管理系统中面向用户的应用程序操纵的，而不被工作 流控制系统操纵的数据；它们一般在与用户交互中产生，而且是面向业务流程的。 ( 2 ) 关联数据：被工作流控制系统用来判断工作流向的数据，这些数据也可以被 面向用户的应用程序操纵，因为往往要根据用户的输入数据来判断工作流的流向。 ( 3 ) 控制数据：工作流控制系统内部使用的数据。这些数据被用来控制工作流实 例的状态，指定工作流中各种工具的工作方式等等，一般不会受到面向用户的应用程 序访问。 、 4 运行时数据传递的类型 常见的流向有以下几种基本类型。 ( 1 ) 单流向：一个步骤完成后，无条件地流向固定的下一步骤，这是最为通常的 数据流向方式，如图2 2 ； 图2 2 单流向 ( 2 ) 选择分流：一个步骤完成后，按一定的条件流向不同的下一步骤，但只能有 一个后序步骤被选中执行，如图2 3 ： 华中科技大学硕士学位论文 的 图2 5 选择汇合 ( 5 ) 并发汇合：n 个步骤之间的执行次序无关紧要。n 个步骤完成后，都流向步 骤a ，而且，只有当这n 个步骤都完成了，步骤a 才可以开始，如图2 - 6 。 华中科技大学硕士学位论文 图2 6 并发汇合 除此以外其他的流向类型，很多都可以用这些流向类型中的一种或若干种的组合 来代替。 5 分布和系统接口 在不同的参与者之间分发任务和信息的能力被看作是工作流运行时的主要功能。 这个分发韵功能可能在不同的层次上实现，这依赖于工作流的范围沱可以使用不同的 底层通讯工具( 电子邮件、消息传递、分布式对象技术等等) 。工作流的定制服务被认为 是和用户及应用程序的分布接口的核心基础。每一个这样的接口是综合工作流定制服 务的有潜力的地方，也是其他应用程序的组件。 2 1 3 目前工作流系统的缺陷 当前的工作流管理系统( 以下简称w f m s ) 直接按照底层事务的逻辑来执行，为商 业应用的开发提供了一种非常有效的方法。通过将流程的控制结构与任务的执行分开， 从而简化并且加快了应用的开发，并使系统仍然具有一定程度的柔性，即在流程定义 层的可改变性：但也正是由于控制结构与任务的执行被分开，从而导致了它不能支持 在流程执行层的可改变性。执行层的工作流实例受定义层的流程模板的限制是目前静 态工作流系统的最大缺陷。 而缺少了流程执行层可改变性的w f m s 若要良好运行，则要受以下条件限制： 1 优秀建模的业务流程( 依靠b p r ) ； 2 流程在运行时不需要改变或动态的扩展。 而满足这两个条件的“静态”业务流程几乎不存在 1 2 , 1 4 1 ，这样就使当前工作流系 统的作用的发挥受到了很大的限制。具体原因可归结为如下两点： 1 企业的业务流程的种类明显增多，流程变化的频度明显加快： 2 计划外的事件或异常情况【i i , 1 2 】经常发生，流程的发起人无法准确预测流程的执 行路线，从而使工作流的执行发生偏离( 不能按照预定的方向执行下去) 。 1 4 爹 华中科技大学硕士学位论又 而以上这些，流程的设计者却不可能在设计阶段完全预测到1 2 1 ，从而导致当前的 w f m s 通常都缺乏处理这些情况的能力。这样，异常发生时将只有依靠用户的参与来 解决。由此产生了另外一个对当前工作流系统不利的后果：工作流管理系统的使用加 大了企业工作的难度，为用户带来了额外的负担。由于目前的w f m s 不能在流程执行 时动态的改变或扩展，故可将它称为静态的、f m s 。 2 2 动态工作流管理系统 工作流模型是对业务过程的抽象表示。工作流建模是工作流技术理论研究和实际 应用的基础。要实现动态的工作流管理系统，首要的问题就是建立一个能够支持动态 修改的工作流模型。本节将提出一个支持动态改变的工作流模型s m a nf l o w ，并详细 讨论s m a r tf l o w 的建模、执行和正确性与一致性等问题。在讨论s m a r tf l o w 之前， 先对动态工作流所要解决的问题及由“静态”到“动态”的转变质引发的问题做一介 绍。 2 2 1 背景简介及问题描述 动态工作流技术所要解决的核心问题就是支持流程在运行时的改变和扩展，实现 w f m s 在流程执行层的柔性，它的最主要的要求就是使工作流中的各元素( 任务、任务 的属性及任务间的控制关系) 不受定义时的限制，所以w f m s 应该提供诸如运行时添 加、删除任务的功制”，1 6 1 。运行时的动态改变具体包括：允许用户直接跳过某些尚未 激活的任务，允许那些尚未完全满足启动条件的任务启动，或将两个串行的任务在运 行时调整为并行等。动态的改变还包括对流程对象( 如任务) 的某个或某些属性的修改， 如修改菜个任务的计划完成时间。本文研究的重点将放在对流程结构的动态修改上。 然而允许用户在运行时修改流程实例又是一把双刃剑。一方面，它满足了复杂的 充满着“意外”的业务流程的对“自由”的需求；另一方面，对于结构复杂的，跨度 很大的流程实例的执行时修改将使得w f m $ 更加复杂，并难以实现。由此，为了充分 保证用户对流程实例执行时的修改( 主要是结构方面的修改) 的功能的正确，支持动态修 改与扩充的w f m s 的系统控制数据的正确性与完整性将十分重要【1 8 1 。也就是说，改变 操作不能对流程中已有的中间执行结果( 即用户数据) 带来影响，不能引起系统数据的不 一致( 如出现流程结构的死循环) 。这就要求在对运行中的流程实例执行改动前，一定要 先完成改变操作的检验工作，在确保改变操作的合法性后，方可实施改变操作。考虑 到动态改变的种类众多，动态改变发生时机有很大随机性及动态改变所作用的流程实 华中科技大学硕士学位论文 例的结构可能存在的巨大差异，需要精心设计该检验算法。为此，动态的工作流模型 必须仔细考虑以下三个方面的问题： 1 ，首先，要充分考虑任务间的控制关系，如单流向、分支结构等，另外还有一类 较特殊的控制关系( 特殊表现在这些关系是由用户根据自己的需要自定义的) ，如后面 2 2 2 中介绍的同步边所表示的即为该类控制关系。若检验算法不能正确得计算这些关 系之间的影响，则对流程实例的改变操作可能会导致非常严重的数据错误( 如，由于任 务参数的丢失或非