（计算机应用技术专业论文）基于工作流技术的教学管理流程的重组和再造.pdf

摘要 高校为了实现教学组织目标，它的有关业务活动依时序和逻辑关系相互连接构成 业务流程，文档、信息或任务依据组织规范在参与者之间传递、处理或执行。应用计 算机技术，实现业务流程的全部或部分自动化，这就是工作流。本系统引入工作流技 术，来实现高校教学工作平台中的分布式工作教学工作流程重组和再造。 现阶段的教学管理系统缺乏柔性，不仅在系统内部缺乏应有的应变能力，而且也缺 乏对现代复杂的经营过程和瞬息万变的市场环境的应变能力。而工作流技术就是为解 决这样一个问题而出现的一种技术。本系统与传统的教学管理系统的根本区别在于我 们将教学管理系统中的功能模块和过程管理分开，分别进行建模和实行控制。这样使 处理过程变得自动化，使人以及各种应用工具相互之间协调工作，其目的是为让合适 的人或软件在恰当的时间执行正确的工作。 本文以凌展综合教学管理系统为背景，进行了有效的分析，并给出了基于工作流 技术的系统架构。然后在该体系架构下，详细地讨论了系统的各个子系统的分析设计 和实现。文章最后对系统进行了总结和提出了进一步研究工作的展望。 关键词工作流教学管理重组和再造 a b s t r a c t t e a c h i n gc o l l e g ei no r d e rt oa c h i e v eo r g a n i z a t i o n a lg o a l s ，a n di t so p e r a t i o n a la c t i v i t i e s i na c c o r d a n c ew i t ht h et i m i n ga n dt h el o g i co fr e l a t i o n sb e t w e e ni n t e r c o n n e c t e da sab u s i n e s s p r o c e s s ，d o c u m e n t s ，i n f o r m a t i o no rt a s k sb a s e do nn o r m si nt h eo r g a n i z a t i o na m o n g p a r t i c i p a n t st r a n s m i s s i o n ，p r o c e s s i n go re x e c u t i o n a p p l i c a t i o no fc o m p u t e rt e c h n o l o g y ， m a d et h eb u s i n e s sp r o c e s sw h o l eo rp a r ta u t o m a t i o n , a n dt h i si st h ew o r kf l o w t h es y s t e m u s ew o r kf l o wt e c h n o l o g yt oa c h i e v eh i g h e re d u c a t i o ni nt h ew o r k i n gp l a t f o r mo fd i s t r i b u t e d w o r kt e a c h i n gp r o c e s sr e e n g i n e e r i n ga n d r e b u i l d i n g t e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e ml a c ko ff l e x i b i l i t ya tt h i ss t a g e ，n o to n l yl a c ko fr e s i l i e n c e i nt h ei n t e r n a ls y s t e m , b u ta l s ol a c ko fam o d e mc o m p l e xb u s i n e s sp r o c e s sa n dt h e e v e r - c h a n g i n gm a r k e te n v i r o n m e n te m e r g e n c i e s w o r k f l o wt e c h n o l o g yi sa p p e a r i n gi no r d e r t or e s o l v et h ep r o b l e m t h i ss y s t e mi sd i f f e r e n tf o r mt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n gm a n a g e m e n t s y s t e m t h ew o r kf l o wm a n a g e m e n ts y s t e mm a d et h ef u n c t i o nm o d u l e sa n dd i v o r c e df r o m p r o c e s sm a n a g e m e n t ，s e p a r a t em o d e l i n ga n dc o n t r 0 1 t h i sm a d et h ep r o c e s sb e c o m e a u t o m a t e d ，p e o p l ea n dav a r i e t yo ft o o l sa sw e l la sc a nm a k ew o r kc o o r d i n a t i o n , t h ea i mi st o l e tt h er i g h tp e o p l eo rs o f t w a r ea tt h er i g h tt i m ef o r t h er i g h tj o b t h i sp a p e rm a d el i n g z h a n c o m p r e h e n s i v e e d u c a t i o na d m i n i s t r a t i o n s y s t e m a s b a c k g r o u n d ，t h r o u g ht h ee f f e c t i v ea n a l y s i ss h o wt h es y s t e ma r c h i t e e t u r cb a s eo nw o r k f l o w t e c h n o l o g y t h e ni nt h es y s t e mf r a m e w o r k ，w em a k ead e t a i l e dd i s c u s s i o n , t h ev a r i o u s s n b s y s t e m so ft h es y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n t h ea r t i c l ee n d sw i t has u m m a r yo f t h es y s t e ma n dp u tf o n hs u g g e s t i o n sf o rf u r t h e rr e s e a r c hw o r k p r o s p e c t s k e yw o r d s ：w o r k f l o wt e a c h i n gm a n a g e m e n t r e e n g i n e e ri n ga n dr e b u ii d i n g 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，基于工作流技术的教学 管理流程的重组和再造是本人在指导教师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。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作品成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：二j 拿堡瘁年生月粤日 长春理工大学学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“长春理工大学硕士、博士 学位论文版权使用规定”，同意长春理工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，允许论文被查阅和借阅。本人 授权长春理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位 论文。 作者签名：三圈靠2 1 1 2 年丝月望日 指导导师签名：= 毛乏厶辜叫年坳孚日 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 随着校园网络建立的不断完善，网络信息技术的应用和办公自动化技术已经进入 高校管理的各个方面。而目前使用的管理信息系统和办公自动化技术还局限在独立的 部门和单一的管理职能中，不能从真正意义上实现资源信息的共享，而且系统的安全 性脆弱，不能适应灵活多变的管理方式，交互性协作性差，管理效率低，已经无法满 足现代化教学管理的需求。面向群体协同工作并支持开放性和集成性的工作流管理系 统的出现有效解决了上述问题。工作流技术实现了将现实管理业务流转过程转化为计 算机表示形式，并可随任务的变更重构流程设计，提供了更强大的灵活性和协同工作的 能力。 那么为什么要对教学管理系统进行重组和再造呢? 首先各个学校的管理流程不 同。管理流程不同主要由以下差异造成的：各个学校的教学层次不同，本科院校、专 科院校、高职院校等。各个学校的类别也不同，工科类、理科类、医学类等。办学性 质有很大差异，公办学校，民办学校等。各个学校的授课方式不同，全臼制学校，函 授学校等。其次随着时间的推移，同一个学校的管理流程也会发生改变。 针对这些不同，必然要对教学管理软件中已有的流程进行重组和再造，目前已有 的教学软件在解决这个问题上主要采用的方法：一种只记录流程的当前状态，没有流 程管理。比如在考试安排中，当一门考试安排完，它可能需要该门课程的任课教师审 核。在类似的系统中，它基本不考虑流程控制，只记录当前的状态为已审核或未审核： 还有系统直接硬编码，将流程固化。流程固化的系统，在当前市面上也很多，这种软 件的缺点是：无法根据不同学校管理情况即时修改流程。如何让该套流程应用到不同 学校，那可能就需要根据不同学校的管理情况随时修改固化的流程了，这样的管理系 统非常笨拙，修改所带来的成本也相当可观。根本无法适应市场要求；再一种是依靠 参数对流程的部分环节进行控制。还有一种解决上述问题的方法是各个学校根据自己 的管理情况来配置参数，比如排考的时候a 学校排考后需要该门课程的任课教师审核， 而b 学校不需要，那么a 学校就要将是否需要该门课程的任课教师审核这样一个参数 选上，而b 学校就可以跳过了。这样做的系统它可能就需要有很强的预见性，能了解 各个学校的不同情况。但事实上这是做不到的。另外这种方式每一个分支就要增加一 个参数，从而将会增加程序的复杂性。 显而易见，这些方法无法从根本上解决这些问题，那么我们就在寻求一种更先进 的技术。怎样才能用一种有效的方法来管理教学流程呢? 怎样才能使一套教学软件来 适合各个学校的不同情况呢? 怎样让一套管理流程永远不过时昵? 工作流技术是解决 该问题的一个理想方案。 首先，工作流技术对每一个活动都有严格的控制。它可以严格的定义每个活动的 前、后条件以及调度约束参数( 如最长处理时间、排队等待时间) 等，同时对推进流程 的转移条件也有控制，控制的参数包括工作流过程条件( 执行某个活动的条件) 和通知 条件( 通知不同用户的条件) 。其次，采用工作流技术可以针对不同的学校定义不同的 教学管理流程。由于工作流技术将业务规则与流程规则分离，所有当改变流程时业务 规则可以不变，只需根据实际的教学管理流程更变流程规则即可。而流程规则有工作 流定义语言制定，无需硬编码到系统中。 1 2 国内外研究现状与发展动态 1 2 1 教学管理发展现状 随着全国高校相继实施学分制以来，培养学生创新精神和刨新能力要求教学工作 引入新的概念。学生可以灵活地选择专业、学科和课程，从而带来的选课、排课、成 绩、考务、审核、实验室开放等工作方式的改革使教学工作变得日益复杂，手工处理 方式己经成为这项改革顺利进行的严重阻力。实践中证明，现代化的工作手段是这项 改革顺利进行的必要保障。而研制一套面向系统、功能全面、并充分利用i n t e r n e t 网 络资源的教学工作软件系统是实现现代化的工作手段的唯一途径。 现有关高校教学工作的软件产品，都是基于信息管理角度来进行设计开发，还没 有基于工作流技术进行科学设计，对教学工作流程重组和再造问题没有解决。近几年 我国各高校的信息化进程发展较快，但距离教学工作新的需求相比还有很大差距，很 多问题还亟待解决。例如：对教学工作提出了校、系二级分层工作甚至校、院、系三 级分层工作的要求；多校区的出现对教学工作系统进一步提出了分布式网络化的要求； 如何实现对教学工作流程的重组和再造；如何实现不同业务数据库间进行数据信息资 源合并和共享、如何保护已经建立的资源、充分利用各部门已经使用的数据库，实现 不同数据库之间的连接、数据交换和数据共享的要求。以上这些问题都是高校教学信 息化所需要解决的重要问题。目前还没有一种软件产品可以对以上问题进行全面、彻 底地解决。正是在这种形势下，我们正在研发“基于工作流中间件的分布式高校教学 工作平台”，它必将对已经存在的系统提出一个强有力的挑战。 1 2 2 国内外工作流技术研究动态 工作流管理一直都是企业界和学术界关注的热点领域。在工作流技术研究中，个 国外比较著名的有i b m 公司a l m a d e n 研究中心的e x o d c a 、佐冶亚大学计算机系的 m e l e o r 、w i d e 以及m e n t o r 等研究项目。国内也积极开展了这方面的研究并且开发出 了相应的产品，如：东太阿尔派公司的u n v i e r a l w o r k f l o w 通用工作流平台，它为最终 2 用户提供以工作流驱动为基础的全面企业解决方案。还有北京超图地理信息技术有限 公司开发的一套基于关系数据库管理系统的工作流管理系统s u p e r w o r k f l o w 等等并在 一定的企业得到了应用。 由于工作流应用环境大多是在复杂的分布异构环境中，如企业内部网或因特网。 因此应用最新的对象处理技术和w e b 技术，实现基于w e b 的分布式工作流管理成为当 前研究的重点。随着分布式对象技术、w e b 和j a v a 等技术进一步的发展，工作流管理 技术将有以下几个研究热点：面向复杂企业应用的工作流管理系统、扩展工作流模型 的描述能力、代理技术与工作流管理技术的结台、基于w e b 的工作流、分布式工作流、 工作流模型的分析和仿真程序。 现有工作流产品的不足： ( 1 ) 工作流的运行需要有底层的通信基础结构的支持：工作流管理系统需实现执行 工作流所需要的分布环境。而目前的产品在安全性、容错性、可靠性等方面均不能满 足企业的要求。这样企业须付出经费与精力去构筑底层环境，限制了工作流管理系统 在企业的广泛应用。 ( 2 ) 标准化程度差：不同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，用户一旦选定一种产品后，很难在过渡 到其它同类产品上，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 ) 实现的复杂性：企业应用工作流管理系统不仅仅需要完成过程的定义，还需要 做许多其他的工作。总的来说，工作流管理系统在企业的应用是一个复杂的实施过程： 对外部的应用系统进行包装以便工作流机能够在必要的时候激活它，建立工作流机运 行所需的分布计算环境，设计开发相应的用户界面，还包括制定相应的管理规程和用 户操作规范等。 ( 4 ) 系统的安全性：目前的工作流管理系统对系统运行中出现的并发访问和异常错 误缺乏正确和可靠的支持。工作流实例在运行过程中，有可能出现多个活动同时访问 共享资源的情况，各个活动在数据操作上会互相重叠。为了保证系统能够正常运行， 必须进行并发控制( c o n c u r r e n c yc o n t r 0 1 ) ，防止出现“脏数据”等现象。 ( 5 ) 性能问题：目前大多数工作流产品无法满足企业对每天处理上万个甚至每个小 时处理几千个业务的需求。 工作流技术尚不成熟，尽管工作流技术从最初萌芽发展到现在已经有了很大的进 步，但工作流技术并不成熟。目前没有一种工作流产品或原型系统能够在过程执行的 可靠性与一致性方面达到与关系型数据库管理系统同水平的功能。 1 3 论文研究的主要内容 本文首先以凌展综合教学管理系统为背景，进行了有效的分析，并给出了基于工 作流技术的系统架构。该架构把不变的业务功能和灵活多变的业务流程分离为两个系 统单独管理，但是整个业务功能又是通过业务流程组成了一个有机的整体，整个系统 是在业务流程的严格控制下运行的。然后在该体系架构下，详细地讨论了系统的各个 子系统的分析设计和实现。在具体应用过程中，针对由手工的管理系统过渡到本系统， 提出了一整套方法，包括怎样从实际工作中提取和抽象业务流程；怎样对得到的业务 流程进行重组和再造；怎样用再造后的业务流程来构造计算机能认识的工作流。如果 把工作流法看作一个黑箱子，那么该黑箱子的输入是手工系统，输出是计算机能认识 的工作流，该工作流就可以通过本系统去实现它，这样就使手工的管理系统平滑地过 渡到了本系统。最后文章对系统进行了总结和提出了进一步研究工作的展望。 4 2 1 什么是工作流 第二章工作流理论综述 w f m s 规范中定义的工作流0 3 为： t h ea u t o m a t i o no fab u s i n e s sp r o c e s s ，i nw h o l eo r p a r t ，d u r i n gw h i c h d o c u m e n t s ，i n f o r m a t i o no rt a s k sa r ep a s s e df r o mo n ep a 抗主。喜p a n tt oa n o t h e rf o r a c t i o n ，a c c o r d i n gt oas e to fp r o c e d u r a lr u l e s 这段话表示了如下概念： ， ( 1 ) w o r k f l o w 是用来为业务过程的自动化服务，依据w o r k f l o w 的帮助，可以 极大地提高工作的自动化能力和效率。 ( 2 ) 一个业务过程的执行，必然会从一个参与者( p a r t i c i p a n t ) 转嫁到另一参 与者。依据w f m s 给出的定义，参与处理业务活动的既可以是人，也可以是应用程序。 ( 3 ) 一个业务是需要遵循预定的处理规则，这样才能有效地被执行。 w o r k f l o w 本身的f l o w 的最初含义，是来源自与企业经营管理息息相关的“物流” “资金流”“信息流”“控制流”等。于是工作流就是用一个个有序的任务点( 活动点) 来抽象表示这些业务流的处理过程。 工作流( w o r k f l o w ) 就是工作流程的计算模型，其表示的是：对流程中的任务， 以什么样的逻辑或者规则串接起来，并以什么样的摸型进行表示和计算。 工作流解决的主要问题：为实现某个业务目标，在多个参与者之间，利用计算机， 按某种预定规则自动传递文档、信息或者任务。 2 2 工作流的核心思想 工作流的核心思想：工作流是用一个个有序的任务点来抽象表示这些业务流的处 理过程。我们将从一个更加抽象和务实的角度来探讨工作流的核心思想。 任何工作流系统的最终目的是为了满足业务自动化和管理的信息化的需求。对于 管理，让我们首先来看看d e m i n gc y c l e ，上个世纪五十年代提出的“戴明循环“h 如 图2 1 ，其影响一直延续到现在。 图2 1 戴明循环 d e m i n gc y c l e 主要由四部分组成：p l a n ，d o ，c h e c k ，a c t 。这四个部分的含义分 别如下： p l a n n i n gp h a s e ( p l a n ) ： 从管理学角度来说，这个属于企业的战略计划层。映射到w o r k f l o w 体系中，则可 以理解为过程建模，那么这个时候就可以采用各种各样的过程建模方法，比如p e t r i n e t ，e p c 等等。 e x e c u t i o np h a s e ( d o ) 从管理学角度，这个代表计划的执行。映射到w o r k f l o w 体系中，则可以理解为运 行环境。 e v a l u a t i o np h a s e ( c h e c k ) 从管理学角度，这个代表对计划执行结果的检验。映射到w o r k f l o w 体系中，则理 解为流程分析、统计阶段。 r e e n g i n e e r i n gp h a s e ( a c t ) 管理的焦点：再造。映射到w o r k f l o w 体系中，属于流程优化，但是从本质上说， 流程优化更应该属于b p m 范畴。 让我们换一个视角，从一个“过程周期”的视角来看待工作流： 图2 2 过程周期图 d e m i n gc y c l e 的r e e n g i n e e r i n g 思想本身是不属于狭义w o r k f l o w 研究范畴，但 是图2 2 过程周期图却体现了另外三部分思想。 。工作流的最初本意，来源自与企业经营管理息息相关的“物流”“资金流”“信息 流”等，但其建模思想，却深深受到企业管理思路的影响。 企业存在各种各样的业务，这些业务也许是错综复杂的，也许只是简单的几个交 替，但是对于工作流管理系统来说，要站在一个全局的角度来看待这些业务。从纵向 上说，其要维护一个业务的“过程战略周期”；从横向上说，要维护一个业务的“执行 周期”。 2 3 工作流发展历史 七十年代一个关于工作流管理的普遍的误解，是认为这个技术是伴随着业务流程 再造的浪潮发展起来的，大约是在上个世纪九十年代早期。事实上，工作流技术早在 上个世纪七十年代中期就已经存在了。面向业务过程自动化的最初方法和模型，起源 于施乐帕洛阿尔托研究中心和沃尔顿学院的办公自动化原型。 1 9 7 0 年代与工作流有关的研究工作主要包括：宾夕法尼亚大学沃顿学院的 m i c h a e ld z i s l d a n 开发的原型系统s c 0 0 p ，施乐帕洛阿尔托研究中心的c l a r e n c ea e 1 1 i s 和g a r yj n u t t 等人开发的o f f i c e t a l k 系列试验系统，还有a n a t o lh o l t 和p a u l c a s h m a n 开发的a r p a n 盯上的“监控软件故障报告”程序。s c o o p ，o f f i c e t a l k 和a n a t o l h o l t 开发的系统都采用p e t r i 网的某种变体进行流程建模。其中s c o o p 和o f f i c e t a l k 系统，不但标志着工作流技术的开始，而且也是最早的办公自动化系统。 七十年代办公自动化的研究重心主要放在了“减少用户对办公信息系统的复杂操 作，控制信息流，全面提高办公效率”。当然，受到早期p e t r in e t 的影响，七十年代 的过程模型多是基于p e t r in e t 进行过程建模，比如s c 0 0 p 。 七十年代人们对工作流技术充满着强烈乐观情绪，研究者普遍相信新技术可以带 来办公效率的巨大改善，然而这种期望最终还是落空了。人们观察到这样种现象， 一个成功的组织往往会在适当的时候创造性的打破标准的办公流程。而工作流技术的 引入使得人们只能死板的遵守固定的流程，最终导致办公效率低和人们对技术的反感。 1 9 7 0 年代工作流技术失败的技术原因则包括：在办公室使用个人计算机尚未被社会接 受，网络技术还不普遍，开发者还不了解群件技术的需求与缺陷。 从1 9 7 5 至1 9 8 5 年，这十年期间，办公自动化的理论研究( 或者说原型产品 ( p r o t o t y p e ) ) 迅速发展起来，为后来的通过分析技术支持管理过程的工业过程自动 化应用的发展奠定了一定的基础。但是很可惜的是，只有少数理论原型对商业系统产 生了影响。 工作流技术的商业开发起源于1 9 8 3 至1 9 8 5 年之间，一方面推动了图像或文档管 理技术的应用；另一方面，采用了预定流程图方式，扩充了传统的点对点的路由方式， 从而增强了邮件系统的功能。这些第一代的工作流系统，到现在已经很少存在了。大 部分产品要么经过合并被重新构造，要么被市场淘汰出局。 进入1 9 9 0 年代以后，相关的技术条件逐渐成熟，工作流系统的开发与研究进入了 一个新的热潮。据调查，截至1 9 9 5 年共有2 0 0 多种软件声称支持工作流管理或者拥有 工作流特征。工作流技术被应用于电讯业、软件工程、制造业、金融业、银行业、科 学试验、卫生保健领域、航运业和办公自动化领域。 1 9 9 3 年8 月，工作流技术标准化的工业组织工作流管理联盟( w f m s ) 成立。 1 9 9 4 年，工作流管理联盟发布了用于工作流管理系统之间互操作的工作流参考模型”1 ( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) ，并相继制定了一系列工作流术语、标准和接口。 2 0 0 4 年，大卫霍林斯沃思在回顾工作流参考模型十年的历程时指出：工作流参 考模型的引入为人们讨论工作流技术提供了一个规范的术语表，为在一般意义上讨论 工作流系统的体系结构提供了基础：工作流参考模型为工作流管理系统的关键模块提 供了功能描述，并描述了关键模块之间的交互，而且这个描述是独立于特定产品或技 术的实现的；从功能的角度定义五个关键模块的交互接口，推动了信息交换的标准化， 使得不同产品间的互操作成为可能。 从上个世纪八十年代开始，关于工作流技术的学术研究就小具规模，到了九十年 代，更加活跃和激烈，许多原型系统在实验室里开发出来，人们从工作流模型、体系 结构、事务、适应性、异常、仿真、组织模型、安全、语言、形式化、正确性验证、 资源管理、开发过程等各方面对工作流技术进行探讨，大量论文被撰写出来。 工作流在发展中，过程建模的也受到各种因素制约：理论、技术、相关一些模型、 标准、商业环境等等。这些因素中有两个是与工作流建模息息相关的：组织模型、权 限模型。 2 4 工作流管理系统概述 w f 3 1 s ( 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 工作流管理联盟) 给出的关于工作流管 理系统的定义o m 3 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行。 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，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 工作流管理系统都提供了三种功能： ( 1 ) 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； ( 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i t 应用工具之间的 交互。图2 3 给出了工作流管理系统的三个主要功能之间的关系。 图2 3 工作流管理系统特性 9 工作流管理系统将业务流程中工作如何组织协调在一起的规则抽象出来，从而分 离了具体工作的逻辑和流程组织的逻辑。我们在工作流管理系统的协助下，开发人员 遵从一定的编程接口及约定，就可以开发出更具灵活性的事务处理系统，最终用户无 需重新开发事务处理系统，就可以自己更改工作流程，以适应业务变化的需要。 工作流管理系统的建立一般分为三个阶段：即模型建立阶段、模型实例化阶段和模 型执行阶段。在模型建立阶段，通过利用工作流建模工具，完成业务过程过程模型的 建立，将企业的实际业务过程转化为计算机可处理的工作流模型。模型实例化阶段， 给每个过程设定运行所需的参数，并为每个活动分配所需要的资源。模型执行阶段， 完成经营过程的执行，主要是完成人机交互和应用的执行。 工作流管理的最大优点是将应用逻辑与过程逻辑分离，在不修改具体功能的情况 下，通过修改过程模型改变系统功能，完成对生产经营部分过程或全过程的集成管理， 可有效地把人、信息和应用工具合理地组织在一起，发挥系统的最大效能。工作流技 术可使企业实现对经营管理和生产组织的过程控制以及决策支持，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。 2 5 工作流管理系统的分类 目前已有上百种声称具有工作流管理功能的商品化软件或原型系统。为了对这些 系统的功能、特点等有一个清晰的认识，可以根据工作流过程本身的特点、系统建模 的方式、所使用的底层支撑技术、以及工作流过程的执行方式等的不同而对它们进行 相应的分类旧： ( 1 ) 结构化的与即席的。结构化工作流指的是在实际工作过程中会反复重复、严格 按照某个固定的步骤进行的业务过程。定义此种工作流所需要的各种类型的信息可以 通过对业务过程进行详细的分析而得到，从而得到完整的过程定义并在以后的应用过 程中反复使用。大量的办公程序，如公文处理、审批等都属此类。即席工作流则是针 对那些重复性不是很强或没有重复性的工作流程的，关于这类流程执行所需的有关参 数( 如参加者等) 事先无法确定，而必须推迟到过程实例运行时才能确定，同时在执行 过程中间还可能会发生一些意外的情况。这种动态多变的特点在提供更高灵活性的同 时，也为过程的建模与执行带来更多的复杂性。 ( 2 ) 面向文档的与面向过程的。前者的侧重点在于将电子形式的文档、图像等在有 关的人员之间进行分发，以便能够得到不同人的处理与审阅。现有的文档管理与映像 管理系统均属此类。在面向过程的w f m s 中，工作流被描述成一序列执行环节。与各环 节相应都有待处理的数据对象。各环节的数据对象可以按不同的方式分发到其他环节 中去，如可以将数据对象的值作为控制条件或者依此数据对象组装成其他的数据对象 等。高端的w f m s 一般都属此类系统。 ( 3 ) 基于邮件的和基于数据库的。前者使用电子邮件来完成过程实例执行过程中消 1 0 息的传递、数据的分发与事件的通知。低端的系统所使用的经常就是此种方法，它可 以充分发挥电子邮件系统在广域环境下的数据分发功能，但整个系统将运行于一种松 散耦合的模式下。在基于数据库的w f m s 中，所有的数据都保存在某种类型的d b m s 中， 过程的执行实际上就是对这些数据的查询与处理。高端的大规模系统所使用的一般都 是此种方法。 ( 4 ) 任务推动的与目标拉动的。前者指的是从过程的开始逐步地一个环节一个环节 的执行，当某个活动实例被处理完之后，后续的有关活动将被创建并被激活，由此直 至整个工作流程的完成。这是目前大多数面向过程的w f l d s 所使用的执行方式而在目 标拉动的w f m s 中，一个业务流程被看成是一个目标。过程实例执行时，该目标将被分 解得到多个相互之间按一定约束条件关联起来的 可执行的多个环节，其中各环节还可以当成是子目标而进一步进行分解。在各环 节均执行完毕之后，整个过程也就完成了。目标拉动是一种全新的执行方式，下一代 的w f m s 将具有此种特征。应该说明的是：上述分类是从不同的角度入手的。一般来说， 后面那些特点将给w f m s 带来更好的灵活性，同时也将成为那些能够支持跨机构的大规 模复杂工作流管理、面向关键任务的w f m s 不可缺少的特征。 在实际应用中，工作流管理系统的实施与企业的经营过程重组以及经营过程的改 变是紧密相关的。实施工作流管理系统的目的就是要提高企业的柔性，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地进行改进。 改进后的工作流模型如图2 4 。 图2 4 工作流管理系统实施的循环过程图 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： 采用b p r ( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g 企业业务流程重组) 工具对现有 的业务流程模型进行分析，利用工作流建模工具或者其他b p r 工具对现有的流程经过 抽象与整理，得到现有系统的工作流模型； 对该工作流模型进行仿真，找到存在的问题。 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； 将模型投入实际运行，得到运行的结果： 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。 2 6w f m s 工作流管理系统体系结构 为了能够更好地支持企业经营过程建模、分析和实施，适应世界市场的多元化趋 势，需要建立工作流管理系统的相关标准，从系统结构、术语使用、接口实施方面提 供标准化的定义，并以此为基础实现不同工作流产品之间的互操作，便于与其他应用 系统的集成。工作流管理联盟”1 提出了有关工作流管理系统的一些规范。 口 _ 累抚控删戢鬻 井霄产品量褂 图2 5 工作流管理系统的体系结构图 从图2 5 中可以看出，工作流管理系统主要由三类构件组成，这三类构件分别是 ( 1 ) 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现； ( 2 ) 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； ( 3 ) 应用与应用数据：对于工作流管理系统来说，他们不是工作流管理系统的组成 部分，而是外部系统和数据，它们被工作流系统调用来完成整个或部分工作流管理系 统的功能。 2 7w f l i s 工作流系统参考模型 由于工作流系统的多样性，为实现彼此的互连和互操作，有必要为不同工作流系 统提供一个共同的设计框架，对工作流系统的结构加以标准化。1 9 9 4 年1 1 月，w f m s 提出了工作流管理系统的参考模型。在这个参考模型中，对工作流系统的相关概念给 出了详细的描述，同时描述了组成工作流系统的各个功能模块的功能，以及各个功能 模块之间的接口功能定义。工作流系统参考模型己经成为设计工作流系统结构时应该 遵循的设计标准。 工作流系统参考模型”1 可以用图2 6 表述。 嚣芦 过程定义工兵 篓! ：主。 i f f - 饼ta p i i 变换格武 l j c 他丫怍旋执行 撞u4i臌务 王竺! ! 】= 作城点接罐甩 应用 图2 6w f m c 工作流系统参考模型 根据w f m s 给出的标准化工作流参考模型，工作流管理系统主要由以下几部分组成： 1 - 工作流建模和建模工具 工作流建模是用工作流建模工具将企业的业务流程转化为用工作流语言描述的流 程定义“。在建模阶段，系统的建模工具提供一个友好的图形用户界面，用户可以借 助该图形界面定义相应业务流程的工作流模型。工作流模型包含了工作流引擎执行过 程需要的所有信息，这些信息包括流程的开始和完成条件、构成流程的行为、行为间 导航的规则、用户需要完成的任务、可能被调用的应用、行为的执行者，以及所有与 工作流相关数据的定义。 2 工作流监控 系统管理员通过工作流管理与监控工具检查、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、恢复某个流程实例的执行，改变某个行为的 状态以便整个系统能够继续执行等。 3 工作流引擎 工作流引擎是流程定义的解释器，它是工作流执行服务的核心。它的主要功能包 括：解释流程定义、创建流程实例并控制其执行、调度各项行为、控制流程实例间的转 换、为用户工作表添加工作项、通过应用程序接口( a p i ) 调用应用程序、提供外部应用 程序访问工作流相关数据的接口、维护工作流控制数据和工作流相关数据、在应用或 用户间传递工作流相关数据、提供监督和管理工作流流程实例执行情况的功能等。 4 工作流执行服务 工作流执行服务由一个或多个工作流引擎组成( 在分布式环境下由多个工作流引 擎组成) ，它提供了流程实例执行的运行环境，是工作流管理系统的核心”。 工作流执行服务要根据流程执行需要的初始条件和执行参数生成流程实例，运行 流程实例并管理其运行过程。在流程实例的执行过程中，工作流执行服务根据流程定 义和工作流相关数据，为流程实例的运行进行导航，如根据流程的进入和退出的条件 启动和终止一个流程实例，根据行为之间的关联和行为的执行条件，决定并行或串行 执行后续行为，给用户提供需要操作的工作流任务项信息或者根据所需激活的应用程 序信息启动相应的应用程序。 工作流执行服务通过提供客户应用接口和直接调用应用程序接口两种方式来完成 与外部应用程序和用户的交互。对于客户应用方式，工作流引擎通过任务项列表管理 器对应用的执行进行管理。任务项列表管理器”1 提供任务项列表供用户进行选择，并记 录监督工作项的完成情况。对于直接由工作流引擎启动的行为，工作流引擎通过应用 程序接口直接调用相应的应用程序来完成。 此外，工作流执行服务还要维护执行过程中不同流程和行为实例的内部状态信息， 以及用于协调和恢复的各种检查数据和恢复重启信息，并在应用或用户间传递必要的 工作流相关数据。 在集中式工作流执行服务1 中，由一个工作流引擎控制所有计算机行为的执行。 分布式工作流执行服务采用一组分布在不同节点上的工作流引擎共同协作来完成整个 工作流实例的执行。每个工作流引擎完成其中一部分实例的执行，不同的工作流引擎 之间通过可靠的通信机制实现协作。 5 工作流控制数据 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) “4 1 是由工作流执行服务工作流引擎管 理的应用来辨别每个流程或行为实例状态的内部数据，例如工作流实例的状态信息、 每一行为的状态信息等。这些数据由工作流执行服务i 作流引擎进行控制，用户、应 用程序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i 作流引擎发消 息请求来获得工作流控制数据的内容。 6 工作流相关数据 1 4 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 ) 是工作流管理系统用来确定流程实例 状态转换的条件，并选择下一个将执行的行为的数据，例如流程调度决策数据、行为 间的传输数据等。这些数据可以被工作流应用程序访问并修改，因此，工作流管理系 统要在行为实例之间传递工作流相关数据。 7 工作表和工作表处理器 工作表( 也称任务表) 列出了参与行为执行的一个特定用户( 或一组用户) 相关的 一系列工作项，显示给用户的工作项列表应包括任务的开始结束时间、所属流程、任 务预计完成时间等信息。 工作表处理器负责管理工作表以及用户和工作表之间的交互。工作表处理器提供 工作项( 也称任务项) 列表供用户选择，支持用户在工作表中选取一个工作项。当用户 从工作表中选择了一个工作项后，工作表管理器在需要的时候调用相应的应用程序完 成相应任务的执行。在任务执行完成后，工作表管理器通报工作项的完成。 8 应用程序及应用程序数据 应用程序可以直接被工作流引擎调用或通过应用程序代理被间接调用。通过应用 程序调用，工作流管理系统部分或完全自动地完成一个行为，或者对业务参与者的工 作提供支持。 工作流应用数据是指应用程序操作而不能被工作流管理系统访问的数据。与工作 流控制数据和相关数据不同，工作流应用数据是针对应用程序的，是企业完成具体地 业务功能需要的数据，如产品结构数据、订单数据等。它对工作流管理系统的其它部 件是不可见的。 第三章工作流模型设计 工作流模型是对组织机构业务过程的抽象表示。工作流模型是整个工作流管理系 统的基础，它的确定性保证了系统内各组成部分之间交互的一致性，也决定了一个工 作流管理系统从设计开发到运行实施的诸多环节。不同的工作流模型也就形成了不同 的工作流管理系统。相对工作流产品的实现技术和发展而言，工作流建模理论的研究 相对滞后，在建模方法上还没有形成比较系统化的理论体系。目前已有的建模方法主 要有：基于活动网络的建模方法、基于p e t r i 网的建模方法、基于语言行为理论的建 模方法、基于活动与状态图的建模方法和基于扩展事务模型的建模方法等。但这些工 作流模型普遍都存在以下问题：模型语义不够丰富，表示复杂问题的能力不足，表示 方法不够直观等。 3 1 工作流模型概要 教学管理系统是一个复杂的系统，用过程的观点来看待这些组织结构，组织结构 的组成元素就是过程，过程的组成元素就是活动。工作流模型就是对这些业务过程的 抽象表示。 过程是指为了完成组织机构的某个经营目标或任务，而按某种顺序联结在一起的 一系列活动。过程的主要属性有：触发事件、过程结果、执行规律集。过程的执行规 律集用来描述过程内部各活动、子过程之间的控制流程。执行规律集由顺序、并发、 与、或、循环等五种连接关系组成，通过这五种连接可以完整的描述活动与活动之间 的逻辑关系。 活动是指一种变换或操作，是组织机构过程的最基本单元。一个活动的属性由功 能输入、输出，资源输入、输出、控制输入、输出和活动的描述等组成。功能输入、 输出是指活动中要运作、产生的组织机构对象，它们描述了组织机构过程的物流，所 以通常与上级过程的执行规律集有紧密联系。资源输入、输出是指活动执行所占用、 释放的资源，包括执行活动所必须的设备、物料、人员等，它们不仅可以在一定程度 上描述不同活动之间的竞争关系，还可以用于实现对过程的分析和优化；控制输入是 指对活动进行控制和限制的信息单位或对象；控制输出是活动结束状态的信息单位集 合；活动描述是与活动执行有关的具体信息，如活动的编号、名称、优先级、成本核 算单位、开始时间、完成期限、执行者、负责人、所需资源等。 功能输入、资源输入、控制输入统称为活动的前条件，前条件对活动的发生有制 约作用，只有所有的前条件都满足了，活动实例才能进入“活动”状态；功能输出、 资源输出、控制输出统称为活动的后条件，后条件影响着后继活动实例的发生。 1 6 工作流模型定义：工作流生成是工作流建模的核心，它根据用户