（计算机应用技术专业论文）基于扩展佩特里网的工作流模型研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着计算机在日常工作中的广泛应用，人们的许多工作已经越来越多地依靠计算 机来完成。与此同时，各种类型的信息系统也被广泛地使用来支持这些工作，但这些 系统基本上是独立运行的，相互之间缺乏必要的交互、协作与感知，从而使得它们在 协调多人的活动、协同完成某个共同的任务方面有着严重的不足，这也就是工作流管 理系统( w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 进入9 0 年代以来吸引了研究机构与产业 界广泛关注的主要原因。 在实际应用中，希望能够使用直观和简单的方式创建过程定义。p e t r i 网作为一种 具有直观的图形表示建模方法，一直是受欢迎自q 方法。在工作流过程建模中，任务用 变迁来建模，任务的条件用库所来建模，案例用托肯来建模。这样，就可以用p e t r i 网的方法描述工作流的基本运算，因此给出了工作流基本结构到p e t r i 网的映射方法， 从而得出了基于p e t r i 网的工作流模型( w f p n ) 。考虑到在实际应用中存在一些比较 复杂的工作流问题，在w f p n 基础上，给出了一种基于扩展的p e t r i 网建模方法 信息控制p e t r i 网( i c p n ) 建模方法。采用i c p n 可以很好地处理对外部事件及运算控 制对模型的影响和具有嵌套结构的复杂模型等。 根据现实世界中的工作流正确性的概念，给出了工作流正确性的形式化描述，并 用术语t 合理性”来表征。根据合理性定义中的条件，证明了合理性等价于p e t r i 网的活 性和有界性，这样w f p n 模型的正确性验证就归结为对其基网的活性和有界性验证， 简化了工作流正确性分析。同时，此方法也适应分析基于i c p n 的工作流模型的正确 性。 7 基于i c p n 的工作流模型作为w f p n 的一种扩展模型，以工作流管理软件 c y b e r f l o w 系统的应用为背景，将此模型应用到实际活动中，通过实践表明，模型的 设计是成功的。 关键词：工作流管理，过程定义，工作流模型，佩特里网 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h er e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ru s e dw i d e l yi nd a i l yw o r k a l w a y sd r i v e sm o r ea n dm o r e t a s k sd i s p o s e db yc o m p u t e r s a tt h es r i i l et i m e ，a l lk i n d so f i n f o r m a t i o ns y s t e m sa r es u p p o r t e dt h e s ew o r k s h o w e v e r , f o rm o s to ft h e s es y s t e m s r u n n i n g i n d e p e n d e n t l ya n dc o m m u n i c a t i n gs c a n t l y , i ti sv e r yd i f f i c u l tt op e r f o r mt a s k s 、i mo t h e r s s y s t e m s w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mp m v i d e sa na u t o m a t e df r a m e w o r kf o rm a n a g i n g i n t r a a n di n t e r - o r g a n i z a t i o nb u s i n e s sp r o c e s s e s , a sar e s u l t ，i ta t t r a c t sm u c ha t t e n t i o no f r e s e a r c h e r s r e c e n t l y i nt h ep r a c t i c e ，r e s e a r c h e r sw o u l dl i k eas i m p l ea n di n t u i t i v ew a yo f b u i l d i n gp r o c e s s d e f i n i t i o n a sa ni n t u i t i v ew a yo f b u i l d i n gm o d e l ，p e t r in e ti st h eo n eo f t h er e s e a r c h e r s s m o s tl i k e ，a n dp r o c e s sm o d e l i n gc a nu f l t ：t h i st e c h n o l o g yt o o i nm o d e l i n go fw o r k f l o w p r o c e s s ，w et a k et r a n s i t i o n sa sa c t i v i t i e s ，p t a c ea sp r e ( o r - p o s t ) c o n d i t i o n ，a n dt o k e n sa si n s t a n c e s t h u s ，t h ep e t r in e t sc a nb eu s e dt oi d e n t i t yt h el o g i c a lw o r k f l o wp r i m i t i v eo p e r a t o r s ， a n dc o n s t r u c t o r sf o rb a s i cs t r u c t u r e t h e r e f o r e ，t h em o d e lo fp e t r in e tb a s e dw o r k f l o w m a n a g e m e n t ( w f p n ) i sp r o v i d e d c o n s i d e r i n g s o m e c o m p l i c a t e d w o r l d l o w p r o c e s s e x i s t i n gi nt h er e a lp r a c t i c e ，i n f o r m a t i o nc o n t r o l p e t r in e t ( i c p n ) ，w h i c he x p a n d st h ep e t r i n e ti na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co fw o r k f l o wm o d e l ，i sd e v e l o p e d u s i n gt h ei c p n ， t h ew o r k f l o w m o d e l ，i n c l u d i n gc o m p l e x s t r u c t u r e sa n dc o n t r o l l e di n f o r m a f i o n sf r o m o u t s i d es y s t e m ，c a nb ec r e a t e dq u i c k l ya n dr e a s o n a b t y a c c o r d i n gt o t h ec o l t e c t n e s sc o n c e p to fw o r k f l o wi nt h er e a lw o r l d ，w ep r o v i d ea t h e o r e t i c a lf r a m e w o r kt oa n a l y z et h ec o r r e c t n e s so fw o r k f l o wm o d e lt h r o u g hc l a s s i cp e t r i n e ta n a l y s i sm e t h o d s a sf o rw f m c ，w e g ei t sf o r m a ld e s c r i p t i o n ，a n dd e n o t ei t 谢m t h e t e r m ”s o u n d n e s s ”a c c o r o i n gt ot h ec o n d i t i o n si nt h es o u n d n e s sd e f i n i t i o n ，w ep r o v e d t h a t s o u n d n e s si s e q u i v a l e n tt ot h el i v e n e s sa n db o u n d e d n e s so f p e t r in e t s ot h ec o r r e c t n e s s v e r i f i c a t i o no fw o r k f l o wm o d e l si st r a n s f o r m e di n t ot h ev e r i f i c a t i o no fl i v e n e s sa n d b o u n d e d n e s so fb a s en e t so fw o r k f l o wm o d e l s ，w h i c hr e d u c e st h ec o m p l e x i t yo fw o r k f l o w a n a l y s i s a tt h es a n l et i m e ，t h i sw a y c a nb eu s e dt oa n a l y z et h ec o r r e c t n e s so fi c p nm o d e l a tl a s t ，t h em o d e lo fi c p nb a s e dw o r k f l o wm a n a g e m e n t ，w h i c h e x p a n d s t h em o d e lo f w f p n ，i sa p p l i e dt ot h ec y t ，e r f l o ws o f t w a r e a sar e s u l t ，i ti sp r o v e dt oh a v ee x c e l l e n t e f f i c i e n t l y , r e l i a b l ya n ds e c u r e l ya b i l i t y k e y w o r d s ：w o r k f l o w m a n a g e m e n t ，p r o c e s sd e f i n i t i o n ，w o r k f l o wm o d e l ，p e t r in e t s i j 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，除文中已经标明引用的内容外，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：李杩皇 日期：洲年夕月声日 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部件和电子版。允许论文被查阕 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、缩印或扫描等复带手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囱。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：李扬生 日期：。扣睁年乒月岁9 日 册挪躲砌缈 指导教师签名：p 。 日期：口矿年，月g 日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 工作流技术是一个被业界广泛应用并迅速发展的技术，它的主要特点是使处理过 程自动化，使人们以及各种应用工具相互之间协调工作，以完成某项工作。本章主要 介绍论文的课题背景、国内外概况和课题主要研究工作等内容。 1 1 课题背景 工作流技术的历史可以追溯到7 0 年代末的办公自动化和任务批处理【1 】。第一次使 用工作流术语可追溯到8 0 年代初 2 ，但是那个时候还没有真正的工作流管理系统出现。 在以前，网络互联的应用不十分普及，并且功能相对较弱，各种软件系统被设计成用 于处理单个任务。随着计算机网络技术的发展，计算机的处理模式从集中式处理向分 布协作式处理发展。在这种新的处理模式中，人们可以更加精确地对高层的系统行为 进行建模，开发的系统能够更快地对应用需求的变化作出反应。因此，应用系统不仅 仅要处理单个任务，还要能够管理组织机构内部的工作流，这种应用需求推动了工作 流管理的迅速发展 3 】。 进入9 0 年代以来，工作流技术的研究和应用己引起了许多研究人员、开发人员和 用户的普遍关注，象计算机支持的协同工作、无纸办公、表单传递、协作系统和办公 自动化这些概念很早就己经提出 4 j 】，但由于实现技术和应用领域的限制一再被搁浅， 现代企业强调将传统的以职能为基础的组织机构和运作机制转变为以过程为中心的信 息集成，来源于计算机支持协同工作领域的工作流技术是实现过程集成的有效途径之 _ _ 6 - 9 j 。在这种技术背景下，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、实现业务流程自动执行的必要工具。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。 工作流将应用逻辑或过程逻辑分离，可以不修改具体功能实现而只修改过程模型 来改变系统功能，实现对生产经营部分或全部过程的集成管理，有效地把人、信息和 应用工具合理地组织在一起，提高软件的重用率，发挥系统的最大效能。工作流技术 还能够支持企业实现对经营管理、生产组织的过程控制和决策支持，它能够实现现代 企业对在适当的时间把适当的信息传给适当的人的要求，而且它还可以融入决策支持 系统，为用户提供准确的信息，帮助用户作出决定。同时，工作流系统还提供系统日 华中科技大学硕士学位论文 志，有利于事后分析和流程优化。 工作流管理技术在初期主要由工作流产品开发公司推动其发展。后来，许多大学 和研究机构才开始参与对工作流管理技术的研究，并取得了与许多研究成果。这些研 究成果主要围绕三个方面展开： 1 工作流理论基础，包括工作流管理系统的体系、模型与工作流建模方法等研究； 2 工作流的实现技术，包括工作流的事务特征、工作流仿真等。在这方面的研究 工作目标是提高工作流管理系统的性能； 3 工作流技术的应用，包括工作流实施技术在领域的应用方法、软件集成等。在 这方面的研究目标是发挥工作流管理系统的优势，为解决具体应用领域内的问题提供 有效实现手段。 在工作流技术中，建立一个合理的工作流模型，一直是工作流技术研究的重要课 题。由此，我们在华中电力通信调度局的工作流管理系统研制与开发下，开展了对工 作流建模方法的进一步研究。 1 2 国内外概况 目前，在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发了进入了繁荣的 阶段。下面将在工作流管理技术研究和主要的工作流产品等方面进行介绍。 1 2 1 工作流管理技术的研究现状 + 在工作流技术研究中，比较著名的有i b m 公司a l m a d e n 研究中心的e x o t i c a t l 0 】、 佐治亚大学计算机系的m e t e o r t “ 、w i d e t 他1 以及m e n t o r t ”1 等研究项目。 1 基于持久消息队列的分布式工作流管理系统e x o t i c a e x o t i c 的工作流管理系统由许多具有自治能力的节点组成。每个节点的运行都独 立于其它节点，节点之间通过可靠的消息队列通知对方，过程中某一步已经完成。这 种运行机制避免了节点在过程运行中不断与服务器通信所造成的瓶颈，增强了系统的 鲁棒性，如果其中一个节点出现故障停止运行，其余节点仍能正常运转。 e x o t i c a 使用i b m 本身的工作流产品f l o w - - m a r k 提供的建模工具建立模型。为了 更好地处理活动和应用之间的信息传递，该建模工具引入了输入容器、输出容器和数 据流等模型元素。数据流由过程模型中的数据连接弧组成，它描述了各个输入容器和 2 华中科技大学硕士学位论文 输出容器之间的映射关系，使得活动闻可以相互传递数据信息。e x o t i c a 面向分布式环 境下的用户，其过程实例的运行分布在整个运行环境内，由各个节点根据模型的定义 和具体实例运行情况推进实例的运行。 2 ，具有自适应能力的工作流管理系统m e t r m e t e o r 的研究目的是开发出一个能够支持大规模复杂的工作流应用的系统，并保 证这些应用能在企业间异构的环境中正常运行。该系统采用了完全分布的体系结构， 并实现了对工作流任务的分布调度。m e t e o r 还提供了一个自动的代码生成器，能够自 动地将图形化的工作流模型转换为实际运行代码，并能对模型进行动态修改，可有效 地支持企业实现动态经营过程重组。m e t e o r 系统的体系结构如图1 1 所示。整个系统 由建模工具、自动代码生成器、运行环境、监控器和数据库组成a 图1 1m e t e o r 体系结构图 m e t e o r 提供了一套图形化建模工具，包括流程设计器、数据设计器和任务设计器。 其中，流程设计器用于定义整个工作流模型中各个活动间的关系：数据设计器用于定 义执行活动所使用和传递的数据；任务设计器可支持五种不同类型的活动，即非事务 型、事务型、w e b 型、人机交互型和两阶段提交型，并描述了如何激活这五种不同类 型的活动。 m e t e o r 建立的模型将以工作流中介语言( w o r k f l o w i n t e r m e d i a t el a n g u a g e ，w i l ) 的形式保存起来。w i l 能够记录活动间的前驱和后继关系、活动间所传递的数据对象、 数据对象的定义以及活动的具体描述和激活方法等等。 华中科技大学硕士学位论文 m e t e o r 为基于c o r b a 的运行系统和基于w e b 的运行系统分别提供了相应的代码 生成器，它以w i l 格式的工作流模型为输入，为活动管理器提供实际运行代码，包括 调度、活动激活、数据对象获取以及出错恢复等功能的代码，它还可以输出代码，对 数据设计器定义的数据对象进行维护和操作。 m e t e o r 提供的工作流运行支持系统有o r bw o r k ( 基于c o r b a 的完全分布式工 作流执行系统) 、n e ow o r k ( 基于c o r b a 的集中式执行系统) 和w e bw o r kf 基于w eb 技术的完全分布的执行系统。m e t e o r 还对各种异常情况设计了专门机制和函数， 负责检测异常情况。当异常发生时，可以交给异常处理函数处理，也可以执行一个补 偿活动来取消出错活动所产生的影响。 3 基于分布式主动数据库技术的工作流管理系统w d e w i d e 是由西班牙、意大利和荷兰等园的五个合作单位协同开发的工作流管理系 统，主要目的是利用分布式数据库和主动数据库技术来实现工作流管理，并提供先进 的、面向应用的软件产品。 w i d e 工作流模型包括：组织模型、信息模型和过程模型。w i d e 是对w f m c 参 考模型的一种扩展。它不仅定义了工作流的基本要素，而且还支持组织模型建模、复 杂的活动约束分配、动态流程控制、复杂过程结构以及工作流事务处理。 w i d e 提出的工作流管理系统包括三层：最底层是数据库层。第二层为基本访问 层( b a s i c a c c e s sl a y e r ，b a l ) ，实现对数据库的屏蔽，b a l 为用户提供了一个面向对 象数据库的操作接口，并将其映射为底层的关系型数据库操作接口。最顶层是服务器 层，提供事务管理服务和规则支持，同时还为系统用户提供访问接口。该服务器层包 括工作流机、事务管理和规则支持三个模块。 w i d e 对异常处理进行了充分研究，它使用主动规则技术描述异常情况及其处理 方法。w i d e 定义了警告、工作流运行异常和组织异常等三种情况，并分别设计了不 同的异常处理策略和函数。最简单的方法就是采用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n - - a c t i o n ) 技术来实现，即当事件发生时，在条件满足情况下执行某个动作。w i d e 将系统对异 常情况的发生、判断和处理方法写成一条条规则，记录在数据库中。当事件被激活时， 系统根据所记录的规则进行处理。 4 基于状态与活动图的工作流管理系统m e n t o r m e n t o r 项目的研究是为工作流模型的定义、执行和控制提供一个中问件平台，它 华中科技大学硕士学位论文 采用状态和活动图做为建模规范，使用一个可视化工具s t a t e m a t e 作为建模工具，执行 活动中所需要的软件可以通过s t a t e m a t e 中的扩展接口集成到系统中，用户也可以使用 其它规程建模工具来建立模型，m e n t o r 可将所建的模型自动转化成状态活动图。图1 2 给出了m e n t o r 的系统体系结构图。 图1 2m e n t o r 体系结构圈 活动图描述活动之间的数据流动，状态图规定活动之间控制信息的流动。在状态 图中，状态的转换由e c a 规则驱动。状态图还提供正交组件，允许处于相同层次的两 个状态图可互相独立地并行执行。 为了支持异构环境下的各种应用程序，系统以c o r b a 产品o r b i x 为底层支持， 通过o r b 传递参数和激活应用程序。系统中所有需要被激活的应用程序都必须包装在 o r b i x 中，并提供i d l 调用接口。 1 2 2 国内外主要工作流产品 工作流技术的研究推动了工作流产品的开发，下面将介绍几个比较典型的工作流 产品。 1 f i l e n e t 公司的工作流产品 v i s u a l w o r k f l o w ( 以下简称v w 3 是f i l e n e t 公司集成文档管理软件系列产品中的 部分，它与集成文档管理软件中的其它产品合作，可为工作量大、性能要求高的经营 过程提供全新的可扩展的过程改进方案。它允许迅速地评价和改进机构工作方式，可 随时查看过程中关键的细节，实时掌握过程的运行情况，还能帮助生成天、周、月、 季度或者年的工作负载报告，以便改进过程模型。v w 还提供w e b 服务，支持跨企业 的经营过程集成。 华中科技大学硕士学位论文 v w 的解决方案建立在基于组件的软件结构基础之上，它将面向对象技术扩展到 工作流应用开发中，提高了软件组件的重用率。在其实施中采用先进的工作队列处理 方法，保证系统具有较高的可靠性。v w 主要由v w 服务器、v w 服务、v w 设计模 块、v w 执行模块、v w 监控模块组成。它还针对不同的开发环境提供面向不同任务 执行程序的开发机制，包括o l e 接口、a c t i v e x 控件和一系列a p i ，用户可以自己选 择采用哪种方式与v w 相连。 2 j e t f o r m 公司的工作流产品 i n t e m p o 是j e t f o r m 公司推出的企业工作流产品。它基于c s 方式，其客户端相 互独立，适于管理型和设定型的经营过程，比如：同管理、顾客问题解决、销售和预 算审批、订购、消费报告、政策回顾、用户调查等等。i n t e m p o 具有以下主要特点： ( 1 ) 自动分配活动，可自动将任务分配给相应的人员，并使用电子邮件系统传输 信息，可使任务自动出现在用户的信箱中，简化了任务接收过程。 ( 2 ) 支持结构化和非结构化的数据，用户可将任何形式的文档附加在过程中传给 下一个用户。 ( 3 ) 时间管理，提供了不同程度的时问管理服务。用户可以在创建模型时加入期 限限制，并根据用户定义的时间要求执行超时提醒、过时任务册除等操作。 ( 4 ) 支持设定型的工作流，允许在工作流中加入决策型的活动。对异常活动和人 员参与的活动，都将记录在案。可以处理更为复杂的工作流，为企业更快、更准确地 决策提供了保证。 i n t e m p o 由组织建模、角色建模、过程建模、代理、系统管理、系统监控、w e b 连接器等模块组成。 3 i b m 的工作流产品 i b m m q s e r i e s w o r k f l o w 是i b m 公司推出的最新工作流管理产品，是i b m 商业集 成软件i b mm q s e r i e s 的一部分。它将经营流程从应用逻辑中分离出来，可以帮助企 业用更少的时间、以更快的速度和更高的灵活性集成资源、减少消耗、消除错误、提 高生产力，根据市场需求改变经营过程。它以i b mm q s e r i e s 为基础，将分布在一个 异构平台内的不同活动、系统和应用程序有机地集成起来，为在i n t e m e t 环境下实现 电子商务提供了保障。 6 华中科技大学硕士学位论文 m q s e r i e s w o r k f l o w 具有以下特点： ( 1 ) 支持异构系统，可支持2 5 种不同的操作系统： ( 2 ) 自动分配任务，可根据模型定义自动地分配任务： ( 3 ) 图形化的界面，提供了图形化编辑器，帮助用户快速完成经营过程定义； ( 4 ) 帮助用户执行和优化过程能充分利用有关经营过程的知识，帮助用户定义、 记录、测试、控制、执行和改进经营过程。 m q s e r i e sw o r k f l o w 由工作流服务器、管理功能模块、程序执行代理、审查监视功 能模块等组成。它还为不同用户提供不同的操作界面。 4 a c t i o n 技术公司的工作流产品 a c t i o n 为知识工程师提供了一套基于w e b 的工作流管理软件a c t i o nm e t r o 。它不 仅能够管理确定的过程，而且对经营过程中不可预见的问题、要求和机遇进行控制， 还可为用户提供管理设定型的协作和任务的工具。客户可用a c t i o n 提供的工具，在整 个企业甚至企业间建立基于w e b 或c s 的工作流管理环境。a c t i o n 产品将i n t e m e t 技 术与s q l 事务处理技术结合起来，并提供了内置的安全措施，即使用来管理非常复杂 的、分布式的和需要不断修改的工作流，也能够保证经营过程的致性。 与传统的工作流产品相比，a c t i o nm e t r o 更适合于基于知识的工作流。它支持用 户与信息之间的交互( 如信息获取、用户协商、发现并解决问题等) ，主要具有以下特 点： ( 1 ) 实时提供状态信息m e t r o 的开放式应用结构，保证用户及时得到执行活动 所需的最新的活动状态、应用数据和应用工具，并据此作出实时数据和过程状态的决 策： ( 2 ) 瞬间智能地分配任务m e t r o 自动地将任务分类，用户可通过基于w e b 的 工具箱接受任务，m e t r o 也可以通过m e t r ow o r kl i n k s 直接将任务送到用户的电子信 箱中； ( 3 ) 功能强大的过程编辑器m e t r o 提供图形化的过程编辑器，用户可方便地定 义任何类型的过程模型； ( 4 ) 过程评估和改进m e t r o 保证对过程的每一步都进行记录、跟踪和说明。能 华中科技大学硕士学位论文 时刻跟踪状态并收集数据，用户能够发现问题所在，并对过程模型进行改进，直到满 意为止。 m e t r o 系统包括可扩展的工作管理应用程序、过程建模工具、过程管理工具和一 系列接口，并支持代理执行器为用户自动处理任务。 1 3 课题主要研究工作 工作流管理系统是使工作流过程在计算机上得以实现的系统，是通过软件的运行， 能够实现完全定义、管理、执行工作流的系统，该系统采用在计算机上表达工作流的 执行逻辑。工作流管理系统主要提供了三种功能【1 5 1 ： 1 建立阶段功能。主要考虑工作流过程和相关活动的定义与建模功能； 2 运行阶段的控制功能。在一定运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过程 中的活动顺序和调度功能； 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和r r 应用工具之间 的交互。 从以上介绍的功能可以看出，过程定义是整个工作流管理系统运行的基础( 1 6 】。几 乎所有的工作流产品都有自己的过程定义工具。不同的w f m s 所实现的工作流模型各 不相同。在早期的具有工作流管理功能的系统中，这种表示是通过“硬编码”的方式 完成的，因此导致修改工作流程上的困难。在后来的w f m s 中，逐渐出现了使用有向 图 1 7 1 、条件化有向图 1 8 】、对象模型【2 1 - 2 9 】、语言动作理论1 9 1 、基于约束条件的形式语言 文法表示【2 0 1 以及基于目标的知识表示【2 l 】等。这些系统一般都提供一个可视化的业务过 程建模工具，使用户能够以直观的方式对实际的业务过程进行建模，并得到相应的形 式化表示。同时，学术界也对过程定义和过程实例静态和动态特性进行了深入研究， 如过程模型陟2 8 1 、过程定义的更改 2 9 - 3 1 l 、异常处理【3 2 - 38 1 、任务的事务性 3 9 - 4 3 1 、安全性 h m 等，同时也在研究w e b 技术和工作流管理技术的结合。 由于采用p e t r i 网描述工作流模型同时具备了直观的图形表示、形式化的语义和丰 富的分析技术等特征，因此，基于p e t r i 网的工作流建模方法是目前工作流建模最普遍 的方法。然而，传统的p e t r i 网只能描述一些比较简单的工作流模型，外部事件及运算 控制对模型的影响、任务之间的复杂关系、具有嵌套结构的复杂的模型处理不够。为 更好的解决这些问题，结合c e i l l i s 定义了信息控制网 4 4 1 ( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t ， i c n ) 和w m p v a n d e r a a l s t 定义的工作流网”5 _ ”( w f n e t ) ，给出了一种新的模型信息 华中科技大学硕士学位论文 控制p e t r i 网( i n f o r m a t i o nc o n t r o lp e t r in e t ，i c p n ) 。 论文主要对基于p e t r i 网的工作流建模方法进行了较深入的分析，然后在p e t r i 网 的基础上，通过对p e t r i 网进行扩展，给出了i c p n ，并且给出了基于i c p n 的工作流 建模方法。具体说来，本文的将从以下几个方面表达和分析： 1 基于p e t r i 网的工作流建模方法。论文主要通过描述w f m c 基本流程结构到p e t r i 网的映射来表现： 2 w f p n 模型合理性定义和充分必要条件。论文主要描述了合理性形式化定义， 证明了工作流模型的正确型与p e t r i 网活性和有界性的等价关系，并且给出了w f p n 合理性的充分必要条件： 3 扩展p e t r i 网即信息控制p e t r i 网( i c p n ) 模型。论文中给出了i c p n 的有关定 义，同时给出了它对应的变迁规则和有关性质； 4 基于i c p n 的工作流模型。论文主要给出了基于i c p n 的工作流模型需要满足 的条件； 5 基于i c p n 工作流模型正确性分析方法。通过与w f p n 模型正确性分析方法的 对照，给出了相应的基于i c p n 的工作流模型的正确性分析方法。 9 华中科技大学硕士学位论文 2w t m c 工作流概念和工作流管理系统参考模型 在研究工作流模型之前，先对w f m c 所给出的工作流概念和工作流管理系统参考 模型作一个简单的介绍。 2 1工作流的基本概念 为了帮助我们对工作流和工作流管理系统有一个更好的认识，下面介绍工作流的 一些基本概念【5 。 1 案例，任务，文档，资源，资源类，活动等有关概念 工作流是基于案例( c a s e ) 的，案例是工作流要处理的一项具体的工作。工作流 管理的目的就是尽可能高效地处理各个案例。一个工作流过程用于处理一些类似地案 例，案例的处理是通过有序地执行一系列任务( t a s k ) 实现的。 一 任务是工作流中最关键的概念之一，一个任务是在一个预定的时间间隔内，由一 个或多个资源( r e s o u r c e ) 所执行的一部分工作。任务具有原子性，它不能在分成更小 的任务。任务的输入、输出数据称为文档( d o c u m e n t ) 。文档被分成二类：一类文档是 系统内部的实体，它们只是用于不同的任务之间进行消息通讯；相应地，另一类文档 是系统外部的，是工作流管理系统所使用的对象系统的一部分，工作流管理系统看待 这类文档如同对待执行任务的其它物理实体一样。 一个资源可以单独地或和其他资源一起执行一项任务( 具体地说，是工作项) 。在 任务执行期间，资源被占用。资源可以是自动的实体( 如软件系统、打印机、传真机 等) ，也可以是人。为了便于把工作项分配给资源，资源通常根据它们之间的相似特点 进行分类。由于存在不同的分类标准，同一个资源类( r e s o u r c ec l a s s ) 中可以有多个不 同的资源，同一个资源也可以同时属于不同的资源类。如果资源类是基于资源的能力 进行分类，该资源类称为角色( r o l e ) 。如果资源类是基于组织机构的结构进行分类的， 这种资源类称为组织单元( o r g a n i z a t i o n a lu n i t ) ，如工作组，部门等。当一个资源执行 一个工作项，称为一个活的( a c t i v i t y ) 。 站在工作流管理系统的角度来看，任务的执行对于工作流管理系统来说是外部的 活动，工作流管理系统只关心任务的管理方面的问题，诸如用什么资源来执行任务， 资源执行任务需要什么文档等方面的问题。在描述一个任务时，人们通常并不关心资 源是如何执行任务的，而是关心哪些资源类来执行任务，因此把资源类的信息和任务 华中科技大学硕士学位论文 绑捆在起，由工作流管理系统从资源类中选择合适的资源来执行任务。 2 过程，控制任务等概念 一个过程( p r o c e d u r e ) 由一些控制任务( c o n t r o lt a s k ) 、一些任务和资源类集合绑 捆在一起的配对、以及些子过程组成的偏序集合( p a r t i a l l yo r d e r e ds e t ) 。控制任务、 任务、以及过程之间的偏序关系表示它们之间的先后关系。任务和资源类集合的绑捆 关系表示该任务由哪些资源类中的资源执行。控制任务用于控制被处理的工作在过程 中输出，以及控制任务之间的同步。每个过程只有一个输入口和输出口，输j k 输出的 实体是文档，如同任务之间的通讯实体一样( 其实，任务可以看成是一个原子过程) 。 如果过程需要多个输入，可以在过程内部使用控制任务来分解文档，类似的，如果过 程存在多个输出，可以在过程内部使用控制任务来合成文档。 因为任务是按照规定的次序执行的，所以应该找出任务之间依赖关系的条件。每 个任务都有前置条件( p r e c o n d i t i o n s ) 和后置条件( p o s t - c o n d i t i o n s ) 。只有当前置条件 满足时，任务才能执行，并且，当任务执行完时，其后置条件也必须满足。 3 处理过程，工作项，工作流，工作流管理系统，工作流状态，工作流标识号， 工作流属性等概念 一个处理过程( p r o c e s s ) 时根据一个给定的过程( p r o c e d u r e ) 对一个案例( c a s e ) 进行处理，处理过程具有动态的特征，而过程是静态的定义。一个处理过程的活动周 期是从一个案例启动一个过程开始，到案例流出过程结束，到达最终状态。一个处理 过程可以用一系列事件来刻画( 对于基于事件的工作流来说) ，或者用一系列状态瓤画 ( 对于基于状态的工作流来说) 。由于基于p e t r i 网的工作流是基于状态的，因此采用 后者来刻画。 由于个过程定义用于处理同一类型的案例，我们把为某个具体案例而执行的任 务( t a s k ) 称为一个工作项( w o r ki t e m ) 。 工作流( w o r k f l o w ) 是处理过程的偏序关系集。由于工作具有动态的特点，相应 地，工作流也具有动态的特点。工作流管理系统( w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 是管理工作流的软件系统，它具有功能主要有： ( 1 ) 定义任务，过程和案例： ( 2 ) 处理执行任务所需的有关信息； 华中科技大学硕士学位论文 + 辔”o r p i o 过程维数 图2 1 一个工作流的三维视图 2 2 工作流管理系统的参考模型 工作流管理系统是使工作流过程在计算机上得以实现的系统。是“通过软件的运 行，能够实现完全定义、管理、执行工作流的系统，该系统采用能够在计算机上表达 的工作流执行逻辑”。工作流管理系统最关注的是以下三个方面：工作流程的定义；过 华中科技大学硕士学位论文 程实例的流转：参与者及参与者应执行的业务工作。工作流管理系统的重点在于与流 程相关的各种处理。 基于上述讨论，可以给出一个工作流管理系统的基本模型。工作流管理系统的参 考模型【4 s 】，如图2 2 所示。 引蔷h 爵骚h 每h 面 图2 2 工作流管理系统的参考模型 在这个模型中，工作流管理系统包括四个部件：过程定义工具、工作流执行服务、 管理监控工具、客户应用。图2 2 中两个虚线框表示的部分不属于工作流管理系统。 下面对模型的几个重要部件做进步的研究与分析。 1 过程定义工具 通过过程定义工具f 4 ”，用户对实际业务过程进行分析、建模，并生成业务过程可 被计算机处理的形式化描绘。过程定义工具产生过程定义数据，供工作流执行服务实 例化工作流时使用。一个好的定义方法不但应该有能力解释所有系统涉及的业务流程 而且应该易于理解与使用。 2 工作流执行服务 工作流执行服务的主要功能是：通过解释过程定义数据，完成工作流程实例的创 建，控制实例流程的执行；生成有关的工作项通知用户进行处理：调用相关程序进行 工作数据的处理。 3 工作流客户应用 客户应用的主要功能包括：接受来自工作流执行服务的工作项列表，把列表中的 每一个工作项传送到相应的用户界面，提醒用户进行处理；向参与者提供完成业务工 华中科技大学硕士学位论文 作的手段。 4 工作流被调应用 工作流被调用应用是完成实际业务工作的具体应用程序，被调应用本身并不属于 工作流管理系统。工作流管理系统必须研究如何与这些应用程序进行通讯。包括应用 程序的调用、数据的传递等。 2 3w f m c 的工作流基本构造结构 案例是通过哪些处理流程是工作流过程定义中要解决地一个主要问题。工作流管 理联盟w f m c 发布了第二版的术语词汇标准1 4 7 1 ，为工作流销售商、最终用户、开放人 员和研究人员提供了共同的标准术语。该标准也定义了四种基本的工作流构造结构， 如图2 3 所示。 ( a ) 匪口叫! ) _ 佰顺序结构 ( b ) ( c ) 并行结构 条件结构 ( d ) 臣口= 叵五k 循环结构 图2 - 3 工作漉的四种垂本流程构造结构 下面具体介绍这四种基本结构： 1 顺序执行如图2 3 ( a ) 所示，这种情况表示两个任务顺序执行，当任务a 执 行结束后，执行任务b ： 2 并行执行如图2 3 ( b ) 所示，任务b 和任务c 并行地执行就是说这两个任 务可以同时执行或以任意的顺序执行。为了对并行结构进行建模，需要有a n d s p l i t 和a n d - j o i n 两个构造块。a n d s p l i t 使任务b 和任务c 在任务a 完成之后执行， a n d - j o i n 用于同步任务b 和c 的并行执行，使任务d 在任务b 和c 都完成之后执行； 3 选择执行如图2 3 ( c ) 所示，当任务a 执行结束后，在任务b 和任务c 中 选择其中一个执行。类似并行结构，为了对选择结构进行建模，也需要两个构造块 4 华中科技大学硕士学位论文 o r s p l i t 和o r - j o i n 。o r s p l i t 使b 或c 在a 完成之后执行，并且只选择其中一个执行。 o r - j o i n 用于归并各个选择分支，只要当其中一个分支执行完之后，任务d