（交通信息工程及控制专业论文）工作流管理系统研究与设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着信息技术的不断发展，采用计算机技术对过程进行控制和管理日 益受到企业和组织机构的重视。传统的业务流程控制软件往往是针对一个 应用进行定制，业务流程都被硬编码到应用程序中，给维护和升级变更带 来了很大的难度。工作流技术将业务流程和应用软件分离，业务流程和业 务规则分离，业务数据和控制数据分离，降低了开发风险，加快了应用系 统开发，企业业务流程集中统一，方便业务管理和进行业务流程再造。工 作流管理系统以工作流技术为基础，通过合理的调用和分配有关的信息及 资源来协调业务过程中的各个活动，促使企业业务目标的高效实现，更好 地进行业务流程重组。 本文首先就工作流的起源，国内外发展现状，目前工作流产品的发展 趋势及存在的不足进行研究。接着介绍了工作流的基本概念和工作流管理 系统的定义，并对工作流管理系统的组成、体系结构及参考模型进行详细 阐述。 通过背景分析和理论研究，本文提出基于关系数据库和s t r u t s 的工作 流管理系统框架，并对该框架做出系统的整体分析，包括体系结构和功能 划分，同时分析研究了工作流模型，系统的工作流过程模型和组织模型分 别结合了有向图理论和基于角色访问控制策略，并对工作流数据进行分类， 设计出本系统的数据库结构。论文重点分析设计了系统中工作流引擎结构， 详细阐述了引擎的运行机制，状态转换规则，研究实现了工作流引擎中路 由算法和条件判断算法。对工作流引擎中任务分配方法和日志管理模型进 行了简单介绍。 论文最后结合应用实例，对论文设计的工作流管理系统的实际应用进 行了分析。 关键词：工作流管理系统；工作流引擎；工作流模型； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a bs t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u s d e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , t h e o r g a n i z a t i o n s a n df i r m sb e g i nt op a ym o r ea t t e n t i o nt op r o c e s sc o n t r o la n d m a n a g e m e n tb yc o m p u t e rt e c h n o l o g y w h i l et h et r a d i t i o n a ls o f t w a r eo fp r o c e s s c o n t r o li sa l w a y sc u s t o m i z e df o ras i n g l er e q u i r e m e n tw i t h “h a r d c o d e d ”，w h i c h m a k e si td i f f i c u l tf o rt h es o f t w a r em a i n t e n a n c ea n du p g r a d e ，t h et e c h n o l o g yo f w o r k f l o wi sd e v e l o p e d ，w h i c hc a l ln o to n l ys e p a r a t et h eb u s i n e s sp r o c e s sa n d b u s i n e s sd a t af r o ma p p l i c a t i o ns o f t w a r ea n dc o n t r o ld a t a ，b u ta l s oc a ns e p a r a t et h e b u s i n e s sr u l e sf r o mb u s i n e s sp r o c e s s w i t ht h i sk i n do ft e c h n o l o g y , t h es o f t w a r e d e v e l o p m e n tc o u l db ea c c e l e r a t e d ，a n dt h ed e v e l o p m e n tr i s km a yb ed e c r e a s e d m e a n w h i l ei ti sa b l et oi n t e g r a t ee n t e r p r i s el e g a c ys y s t e m ，a n df a c i l i t a t e st h e m a n a g e m e n t a n dp r o c e s s r e e n g i n e e r i n g o ft h eb u s i n e s s w f m s ( w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ) i sb a s e do nw o r k f l o wt e c h n o l o g y b yt r a n s f e r r i n ga n d d i s t r i b u t i n gc o n c e r n e di n f o r m a t i o na n dr e s o u r c er e a s o n a b l yt oc o r r e s p o n de a c h a c t i v i t yi nb u s i n e s sp r o c e d u r e ，i tc a nh e l pr e a l i z eb u s i n e s so b j e c t so fe n t e r p r i s e e f f i c i e n t l ya n dr e f o r mb u s i n e s sp r o c e d u r eb e t t e r i nt h i sp a p e r ，t h eo r i g i no ft h ew o r k f l o w ，t h er e s e a r c hs t a t u so fw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e ma th o m ea n da b o a r d ，a n dt h ed e v e l o p i n gt e n d e n c yo ft h e w o r k f l o wp r o d u c t i o n sa n dt h e i rl a c k i n gw e r ed i s c u s s e d a st h ef o l l o w i n g ，t h e r e l a t e dc o n c e p to fw o r k f l o wa n dw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw a si n t r o d u c e d t h ec o m p o s i t i o na n dt h em a i nf u n c t i o no ft h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n d t h er e f e r e n c es y s t e mm o d e l p r o p o s e db yw f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ) w e r ee x p l a i n e di nd e t a i l a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h eb a c k g r o u n da n dt h er e s e a r c ho f t h et h e o r y ，a w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nd a t a b a s ea n ds t r u t sw a sd e v e l o p e d a d e t a i ld e s i g no ft h i ss y s t e mw a ss h o w ni n c l u d i n gt h ea r c h i t e c t u r ea n dt h e c l a s s i f i c a t i o no ff u n c t i o n s t h ew o r k f l o wm o d e lw a sa n a l y z e di nd e t a i l u n d e rt h e t h e o r yo ft h ed i r e c t e dg r a p ha n dt h es t r a t e g yo ft h er o l e b a s e da c c e s sc o n t r o l ，t h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 w o r k f l o wp r o c e s sa n do r g a n i z a t i o nm o d e lo ft h es y s t e mw e r ep r o p o s e d a f t e rt h e r e l a t e dw o r k f l o wd a t aw e r ec l a s s e d ，t h es t r u c t u r eo ft h ed a t a b a s ew a sd e s i g n e d p a r t i c u l a r l y , t h ew o r k f l o we n g i n ew a sd e e p l yd i s c u s s e ds u c ha st h es t r u c t u r eo ft h e w o r k f l o we n g i n e ，t h er u n n i n gp r i n c i p l ea n dt h er u l eo ft h es t a t u sc h a n g i n g t h e r o u t e ra n dt h ec o n d i t i o n - j u d g m e n ta l g o r i t h mw e r er e a l i z e d t h ew a y so ft a s k a s s i g n m e n ta n dt h el o ga d m i n i s t r a t i o nw e r ei n t r o d u c e da sw e l l f i n a l l y , a ne x a m p l e o f a p p l y i n g t h e s y s t e ma n dt h ea n a l y s i s o ft h e p e r f o r m a n c ew e r eg i v e ni nt h ep a p e r k e y w o r d s ：w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ，w o r k f l o we n g i n e ，w o r k f l o w m o d e l 西南交通大学 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，同意学校保留并向国 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。本人授权西 南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书： 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名： 日期： 2 矿o g 多 苗馒 指导老师签 日期：加分石 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已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 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 本文采用基于关系数据库和s t r u t s 的工作流管理系统框架，并对该框架 做出系统的整体分析。 2 系统的工作流过程模型和组织模型分别结合了有向图理论和基于角色访 问控制策略。 3 研究实现了工作流引擎中路由算法和条件判断算法。 4 将工作流技术应用到了运维管理系统中。 西南交通大学硕士研究生学位论文。第l 页 1 1 课题背景 第1 章绪论 办公自动化是将现代化办公和计算机网络功能结合起来的一种新型的办公 方式，是当前信息技术发展中的一个非常活跃且具有很强生命力的技术应用领 域。办公自动化是企业实现现代化管理的有效手段之一，通过办公自动化项目 的实施，可以有效实现企业流程的规范化，大大提高企业内部的工作效率。企 业的日常业务处理牵涉到方方面面，几乎所有的业务过程都是工作流，特别是 办公自动化应用系统的核心应用公文审批流转处理、会议管理等。每一项 工作都以流程的形式，由发起者( o n 文件起草人) 发起流程，经过本部门以及其 他部门的处理( 如签署、会签) ，最终到达流程的终点( 如发出文件、归档入库) 。 工作流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，是一种 反映业务流程的计算机化的模型。它的目标是使企业中大量基于知识与规则的 任务和活动能够相互协调一致、高效运作，在正确的时间能够将正确的信息传 递给正确的人。工作流是一个年轻却又具有良好发展前景的研究方向。它源于 计算机软件的商业应用，是一个多学科交叉的新领域，涉及计算机科学与管理 科学的多种原则、方法与技术，包括数据库、形式化描述语言、应用与系统的 集成、软件工程、文档管理、组织与资源管理、仿真技术、企业重组、分工协 作等。工作流管理技术是一种有效的控制和协调复杂活动的执行、以及人与应 用软件之间交互的信息技术手段。它在企业的业务流程建模、分析、优化和重 组等方而也发挥着重要作用。越来越多的企业将采用工作流管理技术来提升企 业管理信息系统设计和实施水平，以及利用工作流管理技术来进行业务流程重 组。所以，对工作流技术进行深入的研究对提高我国企业的信息化程度、运行 效率及竞争能力都有着重要意义。 工作流管理技术作为一种过程建模和过程管理的核心技术，可以与其他应 用系统有效地结合，生成符合企业需求的各种业务管理系统如办公自动化系统、 项目管理软件、产品数据管理系统、客户关系管理系统、供应链管理系统、e r p 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 系统等。这些采用工作流技术为核心开发的业务管理系统最大特点，也是这些 系统与普通的应用软件系统的最大差别，是它们具有高度灵活性，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，迅速地重组来满足客户的需求。工作流管理技术的出现和迅速发展满足了 企业组织结构重组与先进制造战略实施的客观需求。它的出现也促进了企业的 计算机应用水平的发展，使其上升到一个新的阶段，即从支持企业功能实现的 事物处理系统发展到支持企业实现经营目标的业务处理系统。 工作流管理系统通过将工作分解成定义好的任务和角色，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，从而达到提高办事效率、降低生 产成本、提高企业生产经营水平和企业竞争力的目的。实际上，自从进入工业 化时代以来，有关过程的组织管理与流程的优化工作就一直在进行，这是企业 管理的主要研究内容之一，只不过在没有引入计算机信息系统的支持以前，这 些工作是由人工来完成的。在计算机网络技术和分布式数据库技术迅速发展， 多机协作技术日臻成熟的基础上，于2 0 世纪8 0 年代中期发展起来的工作流技 术为企业更好地实现这些经营目标提供了先进的手段。 传统的企业计算机管理信息系统的主要功能有三个，即信息传递、事务处 理和决策支持。信息传递和信息处理构成了企业和行政管理部门的业务工作中 的主要内容之一，也是计算机管理信息系统的主要功能之一，它是企业进行事 务处理和决策经营的基础。由于信息需要定的载体和方法才能实现有效地传 递，在计算机软件没有成为主要的业务支持工具前，现实信息传递的最好方式 是通过纸张作为载体，利用通知、文件、信函、传真、报告等方式在不同业务 部门、业务人员之间进行。这种以传统的纸张为载体的信息传递与处理方式效 率很低，需要花费相当的人力、物力来完成信息的处理、组织、存储以及查询 检索，同时这种方式降低了对客户需求的响应速度，给企业的生产经营带来不 利的影响。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成 为最早一批工作流产品供应商。它们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实 例跟踪、关键字索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全面支持某 些业务流程的集成化软件，这便是早期的工作流管理系统。比较典型的有 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 f i l e n e t 公司于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o w 商用系统，v i e w s t a r 公司于1 9 8 8 年推 出的v i e w s t a r 和i b m 公司于1 9 8 8 年推出的i m a g e p l u s 。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是在i n t e r n e t 应用日益普及的情况下，现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性的特 征越来越显著，相应的企业资源也分布在异构的计算机环境中，信息源之间的 连接表现出松散耦合的特点。企业物理位置的分散性日益明显，对日常业务活 动详细信息的需求日益提高，c s 体系结构和分布式处理技术的广泛应用都说 明集中式的信息处理时代即将过去，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。在这种技术背景下，工作流管理系统也由最初的创建无 纸化办公环境，转而成为同化企业复杂信息环境，实现业务流程自动执行的必 要工具。 1 2国内外研究现状 1 9 9 3 年工作流管理联盟w f m c ( 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 ) 成立并颁 布了一系列工作流产品标准，包括工作流参考模型、工作流术语表、工作流管 理系统各部分间接口规格、工作流产品的互操作性标准等。这些举措加速了工 作流技术的商品化进程。现在，许多公司都基于这些标准推出了自己的工作流 产品。目前，市场上工作流产品发展迅速，比较著名的有i b m 公司的m q s e r i e s w o r k f l o w ，u l t i m u s 公司的u l t i m u sw o r k f l o ws u i t e ，a c t i o n 技术公司的m e t r o 笙 寸。 工作流管理系统虽然随着各种各样采用新技术的系统的推出得到越来越广 泛的应用，但是总得来说它的应用还是处于个非常谨慎的状态，根本原因就 是当前的工作流管理系统存在着各种各样的缺陷或者说不足，主要有以下几方 面： ( 1 ) 工作流运行必须要有底层的通信基础结构的支持：也就是说，工作流管 理系统必须要建立在适当的底层通信基础之上，以便实现执行工作流所 需要的分布计算环境。 ( 2 ) 标准化程度差：不同的厂商所提供的工作流产品具有自己独立的一套工 作流模型、工作流定义语言以及a p i 函数。在缺乏标准的情况下，用 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 户一旦选定一种产品之后，就很难再过渡到其它同类产品上了，而且不 同的系统之间缺乏互操作的接口，使得用户有很多后顾之忧。 ( 3 ) 性能问题：目前大多数工作流产品无法满足企业每天处理上万个，甚至 每小时处理几千个业务的需求。 ( 4 ) 柔性问题：无论是过程模型的表示还是角色解析，现有的工作流管理系 统表现出柔性差的特点。一些企业的实际应用常常有对执行路由的动态 需求以及工作项执行人的动态选派，对于这些需求现在的工作流管理系 统都不能很好的给予支持。 针对目前工作流产品存在的不足和信息技术、分布对象技术、 i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的发展趋势，从技术与应用角度看，在今后一段时间内， 工作流管理技术的研究及产品的主要发展方向是： 面向复杂企业应用的工作流管理系统。目前的工作流技术和产品难以支持 复杂的企业应用，对已有企业应用的集成能力也明显不足，因此，支持复杂企 业应用和应用集成的工作流管理系统将会得到充分的重视和长足的发展。 扩展工作流模型的描述能力。现有工作流管理系统的模型在企业应用中的 描述能力不足，主要反映在工作流模型的语义在描述复杂过程时，能力不足和 活动属性的定义不够丰富。需要在进一步深入分析的基础上，丰富工作流模型 的语义和活动属性的定义。 代理技术与工作流管理技术的结合。代理技术与工作流技术都是近年来受 到广泛重视并得到长足发展的计算机软件技术，在分布对象技术的基础上，充 分发挥工作流技术在灵活性方面的优势和代理技术在知识表达、事务处理、智 能性能方面的优势，将这两种技术进行有机结合，以工作流管理为基础，以代 理技术为核心，将开发出具有良好前景的应用软件产品。 内置到商用企业应用软件包中。在过去的几年里，为了使通用软件能够满 足客户提出的特别需要，s a p 等公司将工作流技术引入到他们的产品中，使用 户可以按照预定的顺序调用这些产品的不同功能模块，满足本企业的特殊需求。 基于w e b 的工作流。随着w e b 技术的普及，基于w e b 的工作流技术将得 到充分的发展。工作流可以通过w e b 扩展到多个企业，并将实现多个基于w e b 的工作流服务器之间的协同工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 分布式工作流。经过几年的发展，工作流管理系统的结构已经由原来的只 能支持单一的工作组环境，发展到现在可以支持企业级( 甚至企业间) 的工作流 环境。个工作流实例可以通过局域网、广域网分布在不同的服务器和客户端， 而且服务器的故障所造成的影响将被减少到最小。因而，大大提高了系统的可 扩展性、实用性和管理能力。 融入事务管理的概念。目前大部分工作流产品不支持事务的概念，甚至不 能保证活动的执行是个a c i d ( a t o m i c i t y ，c o n s i s t e n c y ，i s o l a t i o n ，d u r a b i l i t y ) 的事务。这意味着系统不能保证工作流实例的正常运行，也无法保证系统能够 正常运转。当工作流程非正常中断时，工作流产品也无法保证能够正确地恢复 数据。有些供应商已经考虑到这个问题，并做了一些努力，但工作流产品在这 方而的性能还有待改进。 工作流模型的分析和仿真工具。目前，越来越多的用户要求能够对工作流 模型进行评估和性能测试，仿真和性能监控工具的引入，将不可避免地成为新 一代工作流产品的发展趋势。 总之，工作流技术作为一个新兴的研究领域，已广泛应用于消费品行业， 制造业，电信服务业，物流服务业，大中型进出口贸易公司，政府事业机构， 研究院所及教育服务业等，特别是大的跨国企业和集团公司等。工作流技术的 研究对于推动信息技术的进步和信息产业的发展起到举足轻重的作用。 1 3 论文的研究内容 针对业务过程的开发离不开工作流技术，通过对业务过程的实际开发需求 的分析，在传统的关系数据库基础上，提出了一个适用于业务过程开发，基于 关系数据库的轻量级工作流引擎的框架结构，通过对工作流模型的分析，设计 实现了工作流引擎。以下为本论文的主要研究内容： 1 研究工作流的起源，国内外发展现状，目前工作流产品的发展趋势及存 在的不足。 2 研究工作流的基本概念，工作流管理系统定义、组成、体系结构及参考 模型，为本文工作流管理系统的创建打下理论基础。 3 结合前面对工作流背景分析和理论研究，提出基于关系数据库，并结合 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 s t r u t s 框架和m v c 模式的工作流管理系统框架。针对该框架做出系统的整体分 析，包括体系结构和功能划分。 4 工作流模型的分析。系统的工作流过程模型和组织模型分别结合有向图 理论和基于角色访问控制策略。通过对工作流模型的分析，对工作流数据进行 分类并设计出本系统的数据库结构。 5 分析设计本系统中工作流引擎结构、运行机制、任务分配方式及日志管 理，同时研究实现路由算法。 6 结合应用实例，对论文设计的工作流管理系统运行做实际分析。 1 4本章小结 在阐述了工作流的起源与发展的基础上，研究了国内外工作流的发展现状， 指出当前工作流管理系统的不足和发展趋势，最后提出了本文研究的主要内容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章工作流理论基础 2 1 工作流基本概念 2 1 1 工作流定义 1 9 9 3 年工作流技术的标准化组织工作流管理联盟w f m c 的成立标志着工 作流技术的发展进入了一个新阶段，更标志着工作流技术在计算机应用领域之 中被明确地划分出自己的一席之地，相应的概念与术语得到了人们的认可。 w f m c 的宗旨是促进工作流的应用，并制定了工作流技术的一系列标准。不同 的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义。 工作流管理联盟给出的工作流定义是：工作流是一类能够完全或者部分 自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、文档、信息或者任务能够在不 同的执行者之间进行传递与执行。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的工作流定义是：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来完成，还可以由一个或 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。 a m i ts h e t h 给出的定义是：工作流是涉及到多任务执行的活动，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，它可以用 各种形式来进行定义，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。 m ma l m a d e n 研究中心给出的定义是：工作流是经营过程的一种计算机化 的表示模型，定义了完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括对过程中 每一个步骤的定义、步骤的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 来负责以及每个活动所需要的应用程序。 这些定义通过非形式化的语言对工作流进行的描述基本上达成了这样的共 识：工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流管理系统则是实现的软件 环境。这些工作流的定义分别反映了经营过程的如下几个方面问题，即经营过 程是什么( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么做( 活动的执行 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 或者计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 、做的怎样( 通过工作流管理系 统进行监控) 。 论文中主要以工作流管理联盟给出的定义作为指导，进行工作流管理系统 的设计。 2 1 2 相关术语 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：在具有组织功能的组织结构中，能够实现业 务目标和策略的相互链接的过程和活动集。 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，其定义包括描述过 程的起始、终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信息，具体而言，即 构成过程的各活动以及各活动的关系、组织成员的角色、应用中的数据结构等。 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程逻辑步骤工作任务的描述，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流引擎调度的最小工作单元，要求 有人或机器的参与。 过程活动实侈l j ( 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， 他们是以业务流程的过程定义或活动为模板创建的。每个实例代表个能独立 控制执行、具有内部状态的线程，可被外界通过标识进行读取。实例是真正执 行的工作流。 图2 1 为上述术语关系表。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 1 3 工作流元模型 i l 弓 【一 图2 1 工作流术语关系表 图2 2 工作流兀模型 工作流元模型是用来描述工作流模型内在联系的模型。它用于描述工作流 模型内部包含的各个对象、对象之间的关系及对象的属性。图2 2 为工作流管 理联盟定义的过程元模型【l8 1 。该模型包含了以下几个基本实体： 工作流定义：它包含诸如工作流模型名称、版本号、过程启动和终止的条 件、系统安全、监控和控制信息等一系列基本属性。这个过程模型反映了企业 中个经营过程的目的，即这个过程要实现的目的和最终达到的目标是什么。 活动：主要属性有活动名称、活动类型、活动的前后条件、调度约束参数( 如 最长处理时间、排队等待时间等) 等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 转换条件：主要负责为过程实例的推进提供导航依据，主要参数包括工作 流过程条件，执行条件和通知条件。转换条件对应于企业经营中的业务规则和 操作的顺序。 工作流相关数据：工作流引擎根据工作流相关数据和转换条件进行推进。 工作流相关数据的属性包括数据名称、数据类型和数据值等。 角色：主要包括角色的名称，组织实体，角色的能力等。 需要激活的应用程序：主要包括应用程序的类型、名称、路径及运行参数 等。应用主要描述用于完成企业经营过程所采用的工具或手段。 图2 2 中给出的过程定义元模型的组成核心是活动。工作流定义与活动、 工作流相关数据之间是一对多的关系，即一个工作流定义由多个活动与多个工 作流相关数据组成。活动，角色，工作流相关数据，需要激活的应用程序，转 换条件之间都是多对多的对应关系。 2 2 工作流管理系统 2 2 1 工作流管理系统的定义 w f m c 给出关于工作流管理系统( 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 ) 的 定义：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。工作流管理系统 是通过计算机技术详细定义、管理并执行工作流，协调工作流执行过程中工作 之间以及群体成员之间的信息交互。 2 2 2 工作流管理系统的组成 工作流管理系统是以规格化的流程描述作为输入的软件组件，它维护流程 的运行状态，并在人和应用之间分派活动，推进工作流实例的执行，并监控工 作流的运行状态。工作流管理系统可以描述不同覆盖范围和不同时间跨度的经 营过程，根据经营过程以及组成活动的复杂程度，工作流管理系统可以采取多 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 种实施方式，在不同实施方式中，所应用的信息技术、通信技术和支撑系统结 构会有很大的差别，工作流管理系统的实际运行环境也可以在一个工作组内部， 也可以在全企业所有业务部门。 虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围和不同的实施方式，但它 们还是具有许多共同的特性。从比较高的层次上来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： 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。 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。 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 应用工具之 间的交互。 图2 3 给出了工作流管理系统三个主要功能之间的关系。 过程设计与定义匪至至至至翌匠二至垂三巫 图2 3 工作流管理系统的特性 2 2 3 工作流管理系统的体系结构 图2 4 为w f m c 提出的工作流参考模型的体系结构图。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 流管理系统和产品应该具有的主要功能特征，可以为实现工作流产品之间的互 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 操作提供公共基础。组成工作流管理系统的每个功能部件可以在不同的软硬件 平台上采用不同的方法实现，同样接e l 也可以在不同的软硬件平台上采用不同 的设计技术和编程语言来实现。 图2 4 工作流管理系统的体系结构图 从图2 4 可以看出，工作流管理系统主要由三类构件组成： 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现。 系统控制数据：工作流管理系统中的一个或多个软件构件使用的数据。 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，它们被工作流管理系统调用来完成整个 和部分工作流管理的功能。 2 2 4 工作流管理系统的参考模型 工作流参考模型来源于对普通工作流程序结构的分析，确定结构中的接口， 这些接口可以使不同产品在不同的结构层次上协同工作。所有工作流管理系统 都包含一系列的公共组件，组件之间采用一套被定义好的方法进行协作；不同 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 的产品在公共的组件中，会表现出不同的处理能力。为了实现不同工作流产品 之间的协同工作，需要在这些组件之间制定一套标准的接口和数据交换格式。 通过实现这些标准接口，可以达到产品间的协同工作。 工作流管理联盟自成立以来，相继制定了工作流的相关标准和规范，包括： 访问w f m s 服务功能的a p l s ；w f m s 间及与应用间的协议描述；已颁布的工作流 管理规范，同时也提出了工作流参考模型，如图2 - 5 所示。 图2 - 5 工作流参考模型 该参考模型实现了w f m s 间的各个层次上的互操作性，并以此为构架来分 析、开发、制定各种工作流管理规范。该模型认为为了实现各个层次上的互操 作性，工作流管理系统应包括以下组件： 流程定义工具：提供工作流定义服务，包括各种分析、描述和保存商业流 程的各种应用工具，它输出可被工作流执行任务所识别的流程定义。 工作流执行服务：工作流执行服务为系统提供运行时服务，它包括一个或 多个工作流引擎，并以此来产生、管理以及运行工作流实例。应用系统可以通 过工作流应用编程接口w a p i ( w o r k f l o wa p i ) 来访问该服务。 工作流客户端应用：是工作流的实现组件，通过它用户可以激活与各种流 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 程活动相关的客户端应用系统，实现与工作流执行服务的交互。 工作流引擎直接调用的应用：被工作流执行服务调用的用于实现工作流活 动内容的应用系统。 工作流管理工具：提供工作流管理系统管理和监控的工具，包括用户管理、 角色管理、审计管理、资源管理、流程监控管理等。 其他工作流执行服务：工作流管理系统可能含有几个工作流引擎，它们属 于同一个工作流域，实现工作流互操作性。 工作流引擎：为工作流实例的执行提供运行服务环境的软件，是工作流执 行服务的核心，它提供了工作流执行服务的控制环境，主要负责过程定义的解 释、过程实例的控制、过程活动的导向以及工作流相关数据和控制数据的传送 和维护等。 同时，该模型还定义了5 个接口，用于定义以上5 个组件间的互操作规范： 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 和读写操作。该接口为在不同物理或电子介质之间传递过程定义的信息提供了 交互的形式和a p i 调用函数。 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与工作流服务之间的功能操作方式。 接口3 ：工作流引擎直接调用的应用程序之间的直接接口。 接口4 ：工作流管理系统之间的互操作接口。 接口5 ：工作流服务和工作流管理工具之间的接口。 2 3 本章小结 本章介绍了工作流理论基础，工作流及工作流管理系统的相关基本概念， 并且介绍了工作管理系统的组成，参考模型及体系结构。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 第3 章工作流管理系统的分析与设计 3 1 系统需求分析 工作流技术是一项为达到协同工作环境而进行人与人，人与部门，部门之 间，企业之间信息的共享，交换，组织，分类，传递，处理和协调的技术。因 此工作流管理系统的功能由最初的无纸化办公，转变成为简化企业复杂信息环 境，实现企业业务流程自动化的工具。 这里从用户、流程管理人员和系统管理人员的角度来分析系统的功能需求。 一、用户：用户通过客户端可以注册、登录、访问自己拥有的资源以及公 共资源，完成流程中制定的任务。 用户注册：用户可以通过客户端申请新用户注册。 用户登录：当用户通过浏览器访问系统时，需要登录，输入注册的用户名 和密码，经过系统的身份验证访问资源、察看流程；用户获得权限后，可以察 看权限范围内自己可访问的流程实例。 执行任务：用户登录后，可在自己的权限范围内启动一个新流程实例，通 过查看任务列表，可获得自己的待办任务信息。 二、流程管理人员：可以对企业中的业务流程以及流程中需要的资源进行 添加、编辑及更新。 设计流程：流程设计人员根据业务流程设计流程图，并定义该流程的意义 描述及其他相关信息，并将流程定义存入数据库中，便于用户使用。 更新流程：当业务发生变化，原有的业务流程不适合时，设计新的流程定 义，将原有的流程定义停用或删除。 三、系统管理人员：系统管理人员负责维护系统整体的运行，包括管理用 户权限资源数据、监控流程运行状况、管理系统日志、统计流程运行信息等管 理功能。 监控流程运行状况：系统运行期间，系统管理人员可以查询任意一个流程 实例的运行状态及其上下文信息，即其流程实例的执行过程，每一步的处理结 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 果，涉及流程的用户信息，并对系统中恶意流程实例进行处理。 管理系统日志：工作流管理系统必须保存系统日志文件，作为系统异常诊 断与排错之用。系统管理人员必须定期对这些日志进行分析，并对系统日志进 行维护。 统计流程运行信息：工作流管理系统不仅仅只是为了将工作流程自动化， 更深的一层在于通过计算机的处理，流程运行的所有信息都可以被保存并分析。 该系统的设计目标是通过工作流实现数据信息产品与传递逻辑分离，通过 计算机软件达到对企业信息系统中业务流程的灵活、高效处理，对企业业务流 的全程进行实时监控。 3 2 系统整体设计 3 2 1m v c 设计模式 本系统的设计开发遵从m v c 设计模式【3 1 。模式源于s m a l l t a l k 8 0 语言，属 于结构型设计模式。早期它主要应用于设计用户界面，后来随着软件设计模式 的出现和面向对象技术的成熟，模式也趋于完善，并成为一种典型的面向对象 设计模式，它所应用的范围也不再局限于设计用户界面上。 在m v c 设计模式中，应用程序被抽象为m o d e l 模型、v i e w 视图、c o n t r o l l e r 控制器三个功能截然不同的部分，三者既分工又合作地完成用户提交的每项任 务，三者间的关系如图3 1 所示。 m o d e l 由a c t i o n f o r m 和j a v a b e a n 组成。其中a c t i o n f o r m 用于封装用户请 求参数，所有的用户请求参数由系统自动封装成a c t i o n f o r m 对象；该对象被 a c t i o n s e r v l e t 转发给a c t i o n ；然后a c t i o n 根据a c t i o n f o r m 里的请求参数处理用 户请求。而j a v a b e a n 则封装了底层的业务逻辑，包括数据库访问等。在更复杂 的应用中，j a v a b e a n 所代表可能是e j b 组件或者其他业务逻辑组件。 v i e w 就是程序的晃面。它可以从m o d e l 中获得数据并以一定的格式显示给 用户，当m o d e l 变化时，v i e w 负责将这些变化反映到界面中让用户看到，同时 v i e w 可以接收到用户的动作并传递到c o n t r o l l e r 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 c o n t r o l l e r 由a c t i o n s e r v l e t 类和a c t i o n 类来实现。a c t i o n s e r v l e t 类是s t r u t s 框架中的核心组件。a c t i o n s e r v l e t 主要负责接收h t t p 请求信息，根据配置文 件s t r u t s c o n f i g x m l 的配置信息，把请求转发给适当的a c t i o n 对象。如果该a c t i o n 对象不存在，a c t i o n s e r v l e t 会先创建这个对象。a c t i o n 类负责调用模型的方法， 更新模型的状态，并帮助控制应用程序的流程。对于小型简单的应用，a c t i o n 类本身也可以完成一些实际的业务逻辑。 m v c 模式将显示层、控制层和逻辑层分离，使各组件的分工明确，降低 了系统的耦合性、有利于系统的开发和维护。 方法调用 事件 图3 1m v c 关系图 3 2 2 体系结构 根据业务的开发需求，在传统的关系d b m s 的基础上，以及s t r u t s 架构的 普遍应用，实现一个基于s t r u t s 架构的轻量级工作流管理系统。 轻量级的工作流管理系统指的是从够用、灵活和低成本的设计原则出发， 不追求系统功能的完备和复杂，只是实现其中必不可少的功能和特征。在设计 工作流引擎时主要考虑对其数据