（计算机应用技术专业论文）工作流管理系统的研究及工作流建模工具的实现.pdf

摘要 摘要 现代企业面向过程的管理具有业务过程重组和组织机构重建的动态特性，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，可以为业务流程及信息 过程提供有力的支持，因此，工作流管理系统应运而生。一个好的工作流管理系 统能充分利用原有的资源，并为组织的变化和技术的革新提供灵活的支持。本文 将对工作流管理系统进行研究，并设计与实现一个工作流建模工具。 本文首先简要介绍了工作流管理的主要内容、优点及其工作流产品的发展与 分类，并对当前工作流管理系统的研究现状进行了分析，指出了当前工作流管理 系统的不足及其发展趋势。本章最后给出了本课题开展的背景及作者论文期间所 作的主要工作。 第二章概要介绍了设计工作流管理系统时所采用的关键技术，包括行为网 络、x m l 及关系数据库，并给出了将它们应用到工作流管理系统中的优点。 第三章对工作流管理系统进行分析和设计，重点是对工作流引擎进行了讨 论。用面向对象的方法对工作流引擎进行功能分析，在此基础上，提出一种基于 关系数据库的工作流引擎的设计方法并对该设计方法进行了详细的论述。 第四章将当前流行的描述语言x m l 运用到工作流建模上，提出了基于x m l 的工作流模型，设计和实现了一个可视化的工作流建模工具，并指出了该建模工 具的不足和今后的研究方向，最后给出了一个简单的应用实例，以对建模工具的 使用有所了解。 在本文的最后，总结了作者所做的工作，并指出今后的工作内容和研究方向。 关键词：工作流行为网络可扩展标识语言关系结构 a b 砒r a c l a b s t r a c t m o d e r nb u s i n e s s m a n a g e m e n t i s p r o c e s s o r i e n t e d ，i th a s t h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i co fb u s i n e s s p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g a n d o r g a n i z a t i o n r e c o n s t r u c t i o n w o r k f l o w m a n a g e m e n ti s ac o r e t e c h n o l o g yf o rp r o c e s sm o d e l i n g a n dp r o c e s s m a n a g e m e n ta n dc a ne f f e c t i v e l ys u p p o r t t h eb u s i n e s s p r o c e s sr e e n g i n e e f i n g s o w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma p p e a r s ag o o dw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mc a n m a k eu s eo f o r i g i n a lr e s o u r c e sa n dp r o v i d ef l e x i b i l i t yi nc h a n g eo fo r g a n i z a t i o na n d i m p r o v e m e n to ft e c h n o l o g y t h i st h e s i ss t u d i e sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma n d i m p l e m e n t saw o r k f l o wm o d e l i n g t 0 0 1 f i r s t l y , t h e b a s i cc o n c e p t sa n dt h ea d v a n t a g eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ta r e i n t r o d u c e d t h e nt h e p r o g r e s s a n ds o r to fw o r k f l o wp r o d u c t sa r e g i v e n a f t e r p r e s e n t i n gs i t u a t i o no fr e s e a r c ha n dt e n d e n c yo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h e b a c k g r o u n do ft h i sd i s c u s s i o ni se x p l a i n e da n dt h em a i nw o r k so ft h ea u t h o ra r e o u t l i n e d s e c o n d l y ，t h ek e yt e c h n o l o g i e sr e l a t e dt ot h ed e s i g no fw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m ，m a i n l ya c t i v i t i e s b a s e dn e ta n dx m lt e c h n o l o g ya n dr e l a t i o n a ld a t a b a s e ， a r ei n t r o d u c e dt h e nt h em e r i t so ft h e s et e c h n o l o g i e su s e di nt h ed e v e l o p m e n to f w o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m a r el i s t e d t h i r d l y , a n a l y s i sa n dd e s i g no fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma r ed i s c u s s e d ， e s p e c i a l l yw o r k f l o we n g i n e t h e na nr e l a t i o n a ld a t a b a s e - b a s e dw o r k f l o we n g i n ei s p r e s e n t e da n di l l u s t r a t e dd e e p l 5 f o u r t h l y , an e wm o d e t i n gm e t h o db a s e dx m l i sp u tf o r w a r d t h e naw o r k f l o w m o d e l i n gt o o li sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e da n ds h o r t c o m i n g so ft h em o d e l i n gt o o l a n dt h ef u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o na r ep o i n t e d a tl a s t ，i no r d e rt om a k eu su n d e r s t a n d t h eu s eo ft h em o d e l i n gt 0 0 1 am a t e r i a le x a m p l ei sg i v e n f i n a l l y , t h ea u t h o r s u m m a r i z e st h ew h o l et h e s i sa n d p o i n t so u td i r e c t i o no f f u t u r e w o r k k e yw o r d s ：w o r k f l o w , a c t i v i t i e s b a s e dn e t ，e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( x m l ) r e l a t i o n a ls t r u c t u r e u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫壅盘鲎或其他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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：初朋胭 签字日期： 加争年1 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向同家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位沦文在解密后适用本授权说明) 。学位论文作者签名：栩朋朋 导师签名 签字 1 期：乃p 牛年月7 闩 签字r 期：z 彬年厂月7 f i 第一章绪论 第一章绪论 工作流管理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，使人以及各种应用工具相互之闻协调工作，以完成某项工作。工 作流管理在办公环境( 如保险、银行、法律、行政管理等) 以及工业和制造业等 领域得到广泛应用。工作流管理的目的就是为了让合适的人或软件在恰当的时间 执行正确的工作。 尽管没有工作流管理系统用人工管理也可以做同样的工作流管理，但是这就 难免造成人为的疏忽和意外，再加上一些大的流程步骤复杂，数据繁杂，使得人 工管理十分困难。显然，其结果是大量宝贵的时间和精力花费在工作环节交接的 地方，每个员工都在等着工作找到他，而不能主动发现工作，出错率高，工作效 率低下。 而在竞争日益激烈的企业界，提高企业工作效率，优化企业工作流程无疑是 至关重要的，而工作流管理系统正是基于这种形势应运而生的。不同于m i s 系 统，通用的工作流管理系统并不是为某个企业或某个流程量身定做的，它可以为 用户提供一个工作流建模工具，用户根据其需要设计或重组工作流程并通过计算 机来自动实施业务流程。因此，工作流管理系统的研究具有很大的经济意义，它 能够极大地提高企业的工作效率和业务重组过程，从而提供企业的竞争力。 1 1 工作流管理简介 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，操作 系统中的j c l ( j o bc o n t r o ll a n g u a g e ) 就带有原始的工作流思想。第一次使用工 作流术语可追溯到8 0 年代初，但是那个时候还没有真正的工作流管理系统出现。 随着计算机技术和网络的飞速发展，计算机的处理模式发生了巨大的变化， 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，所开发的系统要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的任务，还要能够控制、监视和支 持处理过程的逻辑，即管理组织机构内部的工作流。在这种应用需求下，工作流 管理的术语就应运而生了。 1 9 9 3 年，非盈利的国际工作流管理联盟组织( 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 f m c ) 成立，标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。工作流 管理联盟给出的工作流定义是：工作流是指整个或部分经营流程在计算机支持下 的全自动或半自动化。在实际情况中可以更广泛地把由计算机软件系统( 工作流 管理系统) 控制其执行的流程都称为工作流。它所要解决的主要问题是使在多个 第一章绪论 参与者之间按照某种预定义的规则传递文档、信息或任务的流程自动进行，从而 实现某个预期的业务目标，或者是促使此目标的实现。 一个工作流包括一组行为及它们的相互顺序关系，还包括流程及行为的启动 和终止条件，以及对每个行为的描述。为了实现对业务流程的工作流管理，需要 有相应的软件系统的支撑，此种软件系统我们就称之为工作流管理系统 ( 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 ) 。 通俗地讲，工作流管理系统就是将合适的工作在合适的时机分配给合适的资 源，从而提供业务流程的自动化。w f m c 同样也给出了工作流管理系统的标准定 义。即工作流管理系统是一个能完全地定义、管理和执行工作流的系统，它通过 计算机表示的工作流逻辑来驱动软件有序地运行。 所有的工作流管理系统一般都以提供以下三个主要功能为特征： 构建阶段的功能：包括工作流流程和组成它的行为的定义和建模。 运行阶段的控制功能：包括对工作流运行的管理，以及对每个工作流流 程中的行为进行排序。 运行阶段与用户和i t 应用工具之间的交互作用。 图1 1 描述了工作流管理系统的基本特征，以及主要功能之间的关系。 流程设计和定义 流程分析、定义和建模工具 构建阶段 运行阶段竺 t 面改变 流程实例化和控制 l 工作流执行服务 与用户和应用工具 之间的交互作用应用程序和i t i 具 图1 - 1 工作流管理系统的特征 其中，构建阶段的功能主要体现在流程的计算机定义。在这个阶段要通过使 用分析、建模和系统定义技术将一个现实世界的业务流程转换成可用计算机处理 的形式化定义。定义中的信息通常包括一些分散的行为步骤，相关的计算机操作 和人的操作，以及通过不同的行为步骤来进行流程处理的管理规则等。流程定义 的表达形式可以是文字形式，图形形式或一种形式化的语言符号。 运行阶段的功能主要体现在解释流程定义，完成流程可操作实例的创建及控 制，调度流程中各行为步骤，为所涉及到的用户生成待处理的任务，并在合适的 2 第章绪论 时机调用有关的应用程序资源等。这些服务我们一般称之为“工作流执行服务”， 有些系统可能是通过一个工作流引擎提供这些服务，而在另外一些系统则可能会 用到多个协作的工作流引擎。工作流引擎是工作流运行时控制系统的核心部分， 各种流程实例的执行都是由它负责完成的。 运行时同用户及应用的交互功能：主要完成对工作流实例执行过程中各种行 为的处理。在流程实例的执行过程中，经常需要用户通过某种应用程序来完成流 程定义所要求完成的处理或操作，例如填写一个表单，或使用某个应用程序( 如 字处理软件等) 生成新的文档或处理其它行为传递过来的文档等。另外工作流执 行服务也可能需要自动的调用有关的应用对数据进行操作，如将某些数据写入到 某个数据库系统中、调用某个应用程序对数据进行某种转换等。在不同的w f m s 中，工作流执行服务所能访问的应用或资源可能是不一样的，如有些w f i v l s 可 能不提供此种能力，有些可能只能访问本地的应用或资源，有些则可能通过某种 远程调用机制( 如r p c 或对象代理等) 去访问其它机器上的资源，所有这些构 成了运行时交互功能的主要内容。 1 2 工作流管理的优点 由于信息技术的发展和日趋激烈的商业竞争，人们不再满足于独立、零散的 办公自动化和计算机应用，而是需要综合的、集成化的解决方案。作为一种对常 规性事务进行管理、集成的技术，工作流管理技术的出现是必然的。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 改流程模型改变系统功能，完成对生产经营中部分流程或全流程的集成管理。具 体来晚，工作流管理具有以下优点： ， 智能化。按照既定工作流程进行事务处理，任务的某一环节处理完成后， 反馈任务的完成情况，并自动转入下一处理环节。转移过程是自动进行 的处理和判断，相关信息也不需要人工传递。工作人员只需专注于与其 相关处理环节的具体工作，而不用操心环节间的衔接。 效率高。取消了人工信息传递、拷贝与检索工作，信息在网上自动传递， 由于工作流系统的信息流动的自动性，当一个环节执行完毕时，自动启 动下一环节的行为，因此可大大缩短整个运作周期。同时，工作流减少 了中间环节，所以可减少员工数量，降低成本。 可监控。采用工作流技术后可以对当前正在处理的所有业务进行实时跟 踪和监控，从而清晰了解各种业务的进展情况。 灵活性。由于业务处理流程可以根据实际情况随时建立、随时修改，因 此，一旦企业某业务处理流程发生改变，可以快速建立相应的新工作 流程，从而最大程度地适应企业的各种变化。 可集成。工作流的处理环节可以灵活定义，并可以启动各种应用程序( 如 企业现有的其它管理软件) ，因此，可将企业现有的多种管理工具和现有 第一章绪论 软件系统纳入工作流的处理环节中去。 此外，采用工作流管理对于企业的信息现代化具有显著地作用。采用工作流 管理系统可以在最大程度上集成企业的现有信息资源，实现资源的充分利用。由 于_ _ = 作流管理系统具有较好的柔性和开放性，因此可以保证企业的信息系统能够 顺利的扩展，以满足不断变化的市场环境。 1 3 工作流产品与技术的现状及其发展趋势 1 3 1 工作流产品发展 工作流软件产品由8 0 年代的萌芽到9 0 年代的繁荣，我们可以把它总结为3 个阶段：第1 阶段，主要为应用于某些特定领域的、相对独立的应用系统，比如 图像、文档管理系统；第2 阶段，主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实 现任务协作的应用系统，比如具有消息传递功能的工作流系统：第3 阶段，具有 图形用户界面的建模工具、用户定义与任务执行完全分离的工作流系统，其体系 结构基本上符合工作流管理联盟所提出的标准结构。 经历了这3 个阶段的发展，工作流产品基本上确定了它在计算机应用软件市 场上的独立位置。 1 3 2 工作流产品分类 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、特点等有清晰的认识，可以根据工作流流程本身的特点、系 统建模的方式、所使用的底层支撑技术、以及工作流流程的执行方式等的不同而 对它们进行相应的分类如下： 1 、根据工作流流程本身的特点可以分为： 、 结构化工作流：结构化工作流是在实际工作流程中会反复重复、严格按 照某个固定的步骤进行的业务流程。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流程进行详细的分析而得到，从而得到完整的流 程定义并在以后的应用流程中反复使用。大量的办公程序，如公文处理、 审批等都属此类。 即席工作流：即席工作流是针对那些重复性不是很强没有重复性的工作 流程的，关于这类流程执行所需要的有关参数( 如参与者等) 事先无法 确定，而必须推迟到流程实例运行时才能确定，同时在执行流程中间可 能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， 也为流程的建模与执行带来更多的复杂性。 2 、根据所使用的底层实现技术可以分为： 4 第一章绪论 基于数据库的工作流：在基于数据库的工作流中，所有的数据都保存在 某种类型的d b h l s 中，流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。 基于流程的工作流：这种工作流以流程为中心，一般建立在数据库之上， 有自己专用的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。 3 、根据所实现的业务流程可以分为： 管理型工作流：在这类工作流中行为可以预定义有一套简单的任务西调 规则。例如，大学里的课程选修等。 设定型工作流：与管理型工作流相似，但一般用来处理异常或发生机会 比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的用户有关。 协作型工作流：参与者和协作的次数较多，在一个步骤上可能反复发生 几次直到得到某种结果，甚至可能返回前一阶段。 生产型工作流：实现重要的业务流程的工作流，特别是与业务组织的功 能直接相关的工作流。与管理型工作流相比，生产型工作流一般应用在 大规模、复杂和异构的环境下，整个流程会涉及许多人和不同的组织。 4 、根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制可以分为： 基于文件的工作流：基于文件的工作流系统以共享文件的方式来完成任 务项传递。这种类型产品开发得最早、发展最成熟、其产品品种最多。 基于消息的工作流：基于消息的工作流系统通过用户的电子邮件系统来 传递文档信息。这种类型的产品一般都提供与一种或多种电子邮件系统 的集成接口。 基于w e b 的工作流：基于w e b 的工作流系统通过w w w 来实现任务的协作。 这一类产品起步较晚，但是发展迅速，其市场前景十分看好。许多供应 商纷纷改进原有产品或开发新产品以增加对w e b 的支持。代表产品有 u i t i m u s 公司的u 1 t i m u s 等。 基于群件与套件的工作流：虽然这一类产品与上面介绍的三种产品在任 务传递方式上有很大程度的重叠，但是在这里却有必要把它们单独划分 成一类，因为这一类产品都需要依赖于自己系统的应用基础结构，包括 消息传递、目录服务、安全管理、数据库与文档管理服务器等，它们本 身就构成了一个完整的应用开发环境。 1 3 3 国内外工作流管理系统的研究现状及其局限性 工作流管理的概念早在很多年以前就已提出，但是由于当时计算机技术发展 的限制，一直未能得到充分发展。直到最近几年，随着计算杌技术和网络技术的 迅猛发展，以及伴随着市场竞争的加剧，企业对提高生产质量、缩短生产周期等 的强烈要求，使得工作流管理成为企业界和研究领域的热门。在世界各地，特别 是在欧洲和北美，涌现出许多有关工作流研究的公司和组织，而功能各异的工作 第一章绪论 流管理产品更是多以百计。工作流管理不仅可以广泛应用在银行、保险、法律以 及行政机关等办公自动化领域，而且也同样适用于软件开发过程管理以及工业界 和制造领域，种种迹象表明工作流管理将会对下一代的信息系统产生重大影响。 目前，国外许多公司推出了各自的工作流管理系统，比较成功的有i b m 公 司的f l o w m a r k ，f i l e n e t 公司的w o r k f l ob u s i n e s ss y s t e m ，x e r o x 公司的i n c o n c e r t ， a t & t 公司的p r o c e s s l t 。另外，还有o n m i d e s k ( s i g m a i m a g i n gs y s t e m 公司) ， s t a f f w a r e ( s t a f f w a r e 公司) ，r e g a t l a ( f u j i t s u 公司) ，o p e n w o r k f l o w ( w a n g 公 司) ，w i t ( a p p l i c a t i o np a r t n e r s ) ，f l o w p a t h ( b u l l si m a g e w o r k s ) ，p l e x u sf l o w a r e ( r e c o g n i t i o n i n t e r n a t i o n a l ) ，t e a m f l o w ( i c l ) ，v i e w s t a r ( v i e w s t a r 公司) ，q u a l i t y a tw o r k ( q u a l i t yd e c i s i o nm a n a g e m e n t ) 等。但是各公司产品还处于百家争鸣的 态势，并没有哪个产品处于绝对领导地位，而是各自为政，这就为工作流的标准 化带来了困难。虽然它们都声称完全符合w f m c 的标准，但一方面由于w f m c 标准本身还不完善和不确定，另一方面由于各自实现本身的差异，不同厂家产品 之间的互操作性依然很差。 由图l i 可看出，工作流管理系统主要由工作流建模工具和工作流实施环境 组成，而这两部分恰恰是工作流产品性能的瓶颈所在。 虽然大部分用户都认为图形化的建模工具符合使用习惯，但w f m c 认为使 用一个基于图形的标准作为流程定义的规范比较困难，因此，w m c 在流程定义 方面使用的是基于工作流定义语言w p d l ( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 的规范。然而非图形化的流程定义很难表达上下文的含义以及控制策 略，只有那些精通文本描述定义的人才能对整个工作流流程有完全的认识。图形 建模工具虽然比较直观和利于操作，但其表达能力有限，可能导致语义的模糊不 清，对于时间、执行的约束条件、复杂的关系描述以及流程对象和人之间的管理 难以表述等。 工作流实施环境为业务流程提供了运行环境，但是现在大多数工作流管理系 统不支持异构、自治和分布环境中应用系统的集成和互操作。因此对于那些规模 庞大和地域分布的企业，这样的工作流管理系统显然是不能胜任的。因此，近几 年许多人在研究分布式工作流管理系统，幸运的是目前有许多中间件和技术标准 用于支持分布式对象计算，诸如c o r b a 、d c e 、o p e n d o c 、d c o m 、w e b 和i a v a r v i i 等。另外工作流管理系统的事务属性( 原子性、一致性、独立性、持久性) 和健牡性也急需解决。 1 3 4 工作流管理系统的发展趋势 由于目前工作流管理系统主要在工作流流程建模和工作流实施环境两个方 面存在不足，因此工作流管理系统的发展趋势也可以从这两个方面分别考察。 工作流流程建模 未来的工作流的描述应当基于具有丰富语义表达功能的建模方法。这个 第一章绪论 方法应当具有清晰性、一致性、易表达性和可扩充性。这个方法应当能足以 表达步骤、循环、分支、条件、路径选择、任务分配、时间、调度和约束条 件，其语义应当能够定义控制流、数据流、资源流，并且能够定义策略来处 理这些流的中断。 ， 工作流实施环境 未来的工作流管理系统的实施环境应该具有以下特点：支持异构、自治、 分布的环境，能够集成老系统，支持分布对象计算，从而使整个工作流管理 系统具有开放性和可重构性。另外随着i n t e r n e t 的迅猛发展和w e b 的无处 不在，一个好的工作流管理系统也要很好地支持面向w e b 的应用。 1 4 课题的工程实践背景 本研究课题的工程实践是以天津华孚油田化学有限公司的信息化建设为背 景的。面对国内外市场的严峻形势，华孚公司的领导率领公司全体职工从产品、 技术、市场和管理等各方面创新挖掘，使企业在激烈的市场竞争中保持住自己的 优势，并取得了良好的经济效益。但是，目前企业各部门业务相对独立操作，靠 计划、报表等相互联系沟通，企业领导对各个部门业务信息的了解也是靠汇报、 统计报表或亲自下去查看，不能做到信息及时准确，往往错过了控制的机会。因 此，企业迫切需要整个生产经营过程的信息共享，在网络系统的支撑下，各部门 的业务信息可以及时准确的在网上传递，以支持企业生产经营决策，提高整个企 业的经济运行质量。因此，华孚公司迫切地需要进行信息化建设。 华孚公司的信息化建设就是要对公司内的十几个部门进行计算机联网，以实 现对公司业务处理的自动化。信息化建设不仅要支持华孚公司目前的管理模式， 还要对其进行改进和补充，以适应新的系统环境和新的业务流程，使企业的管理 工作提高到更高的水平。不仅要提供对日常业务的支持，还要为各部门提供管理 信息和辅助决策手段。信息化建设还需要对已有的和可能有的各种情况都给予充 分的考虑，尽量满足企业业务对灵活性、适应性的较高要求。因此，华孚的信息 化建设如何适应企业业务流程变化和灵活性的问题称为研究的一个重点。工作流 技术的发展与逐步成熟为此提供了一个契机。 1 5 论文作者的工作 论文期间作者所做的主要工作： 1 、参加天津华孚油田化学有限公司企业信息化建设的需求分析，对相应部 门的工作流程进行分析，提出相应的优化改进意见。 2 、对工作流技术进行研究。 3 、在对当前工作流产品进行分析的基础之上，提出一个基于关系结构的工 7 第一章绪论 作流引擎的设计方法并实现了一个可视化的工作流建模工具。 第二章相关技术 第二章相关技术 前面章节中论述了工作流管理系统的发展情况及工作流的一些相关知识，本 章将介绍实现工作流管理系统所使用的一些技术，其中主要包括：行为网络、 x m l 及关系数据库。 2 1 行为网络简介 目前主要研究的建模方法有：基于行为网络的建模，基于形式化的建模，基 于对话模型的建模，基于事务模型的建模等。由于行为网络图是可读性最好的一 种，对于非专业人员而言是最直观、最自然的流程表达方式，因此，作者将实现 个建立在行为网络图基础之上的工作流建模工具。但我们需要在行为网络图的 基本表达上进行合理的扩展，通过增加模型元素以及模型元素的属性来弥补其描 述能力的不足，特别是要融入“状态”这一重要概念。 流程模型的结构采用行为网络图的描述方式，一个工作流流程可以看成是一 个由节点与连接弧所组成的有向图，其中节点代表行为，连接弧代表行为间的顺 序关系。扩展行为网络图就是在行为网络图的基础上加入了“状态”与“条件” 这两个概念。 2 1 1 基本概念 1 、：i 卜点 根据节点的功能，把它分为三种类型，分别为任务节点、逻辑节点与标志节 点。 ( 1 ) 任务节点 任务节点代表了组成一个实际业务流程所需的各种行为与任务。它包括原子 级的“人工型行为”、“自动应用”以及非原子级的可分解的“子流程”和“块 行为”。 人工型行为：是指需要人的参与来完成的工作任务，通常由工作流执行 者从自己的工作项列表中选择执行。当执行完任务以后，通过客户端界 面对此行为进行提交，包括返回某些必要的行为处理结果等。工作流管 理系统并不负责此类行为的执行，而是密切监视行为的状态，并管理由 行为产生的工作流相关数据； 自动应用：“自动应用”是指不需要人的参与，直接由工作流管理系统激 活相关应用来执行的行为； 第= 章相关技术 子流程：作为组成工作流流程的最基本的原子级单元“人工型行为”与 “自动应用”是不能被进一步分解的，一旦我们的流程比较复杂，涉及 的环节比较多，那么这些基本单元的数量将大大增加，行为网络图中的 节点数也必然会不断膨胀。为了解决这一问题，可以把某些关系紧密的 行为集合起来，在图上以一个节点表示，这就形成了“子流程”的概念。 “子流程”是类能够分解的节点，它的内部可以包含组成工作流模型 的所有元素，实质上就是一个子工作流。 块行为：有些类似于“子流程”，但二者的区别在于：一个流程有一个唯 一固定的标识，它可以在不同的工作流流程中使用；而块行为则没有这 一项，它只能被一个工作流流程所使用。如果用编程语言来作比喻，块 行为就好比是介于“b e g i n ”与“e n d ”之间的内部代码，而流程则是外 部的连接库代码。 ( 2 ) 逻辑节点 逻辑节点并不代表真正需要执行的行为，它是为了表示任务节点之间的逻辑 关系而设立的。在w f m c 的文档标准中，定义了六种基本的逻辑，它们分别是 串行、与分支、与连接、或分支、或连接、循环。如图2 1 所示。 ihhi l - h jl j 串行 或连接 与连接 空节点 图2 1 几种基本逻辑关系的表达 与节点：“与节点”是专f i n 来表达“与连接”或“与分支”的节点。 空节点：“空节点”就是没有任何执行过程的任务，一旦被激活，则立即结 束，什么也不执行。 1 0 第二章相关技术 ( 3 1 标志节点 标志节点：标志节点有两种类型，分别是“开始节点”与“结束节点”。它 们主要起到一种标记性的作用。开始节点是一个工作流模型的唯一入口点，它没 有前趋节点，一个流程开始执行时，最先被激活的就是“开始节点”，然后再由 “丌始节点”去激活后继的行为。“结束节点”是一个工作流模型的唯一出口点， 它无后继节点，一旦“结束节点”被激活，则标志着整个流程的结束。 2 、连接弧 连接弧是位于节点之间的有向线段，它从前趋节点指向后继节点。根据不同 连接弧所表达的含义不同，我们把连接弧分成两大类：控制连接弧和数据连接弧。 ( 1 ) 控制连接弧 由控制连接弧所连接的两个节点，其行为规则是：只有当前趋节点执行完毕 后，并且经过该控制连接弧的转移，后继节点才被允许执行。控制连接弧体现了 流程的控制逻辑、节点间的时序关系。控制连接弧的转移意味着节点状态的转移 与整个流程的演变。 控制连接弧的转移是有条件的，每一条控制连接弧上都绑定了一个二值的布 尔型转移函数。 根据控制连接弧的转移条件的特点，控制连接弧类型分为如下两类： 永真型：体现了一种顺序关系，不需要经过任何条件的判断，只要前趋 节点执行完毕，即可激活后继节点。 不定型：即转移函数的取值需要在具体的工作流执行过程中由工作流机 加以判断确定。这种判断实际上体现了一种选择关系，即根据不同的情 况，通过满足条件的控制连接弧的转移，实现对某一节点的多个后继节 点的选择性激活。 ( 2 ) 数据连接弧 数据连接弧的引入是为了解决控制流与数据流不一致的问题。数据连接弧在 它所连接的两个节点间建立了一种数据输出到数据输入的关系，前趋节点的输出 数据可以通过数据连接弧提供给后继节点，作为后继节点的输入数据。 3 、状态 这个概念原本应属于工作流执行期间的概念范畴，在建模阶段就引入它是为 了解决行为网络模型在状态表达方面的能力欠缺问题。对于一个可执行行为，状 态转换图如图2 - 2 所示： 第二章相关技术 i 初始l i 输入连暂 l 接弧再 1 次发生 支转移 磊桑沁堡里开始条件 ! ! 二兰 挂起i 端竺鬻 执行卜_ 厂址t 叠搠i 引磊l 就绪ll 终l 足 一 ；止l 铅束条 率 堕畸浠 输入连接弧再次发生转移 图2 2 行为状态转换图 完成 4 、条件 条件是定义在工作流数据集( 包括控制数据与相关数据) 上的二值函数，拥 有决定流程中的行为在不同的情况下所要进行的不同处理方式。设置了三种类型 的条件：转移条件、开始条件、结束条件。 转移条件是定义在控制连接弧上的条件，是一种显式的条件定义，设有转移 条件的控制连接弧为有条件连接弧。转移条件决定了在工作流执行过程中实际选 择的由开始节点到结束节点之间的路径。 开始条件与结束条件是定义在行为内部的条件。它们是隐式的条件定义，分 别决定了行为节点在什么情况下才能够真正开始执行和真正结束。只有满足开始 条件，行为节点才能由初始态进入运行态；只有满足结束条件，行为节点才能由 激活态进入完成态。开始条件与结束条件并不像转移条件那样能够决定流程的实 际路径走向，它们只能决定行为的内部状态。 状态与条件虽然在很大程度上是图中一种不可见的隐式表达，但同样是流程 模型中不可缺少的一部分。 2 1 2 行为网络图主关键路径的确定 2 1 2 1 确定主关键路径的意义 工作流建模把现实世界的业务流程抽象化，建立计算机可识别和处理的信息 模型，从而实现业务流程的全部或部分自动化。工作流建模得到工作流行为网络 例，确定行为网络图的主关键路径是进行仿真分析与优化的基础。工作流仿真是 工作流具体执行前的模拟过程。工作流仿真的目的是为了检测工作流执行实例中 可能存在的冲突，得到工作流的各项性能评价指标，为工作流分析和优化提供数 据。 下面首先介绍一下关键行为、关键路径和主关键路径的概念。关键行为：将 主体工作流中的行为按照拓扑排序进行排序遍历，计算每个行为的最早开始时间 第二二章相关技术 和最晚开始时间，若两者相同，则该行为为关键行为。由关键行为组成关键路径。 行为网络图可能有多条关键路径。主关键路径是所有关键路径中费时最长的一条 路径。 工作流优化的目标：在保质保量完成任务的前提下，合理安排工作流程和配 置资源，使工作流执行所需时间最短。由于主关键路径耗时最长，所以工作流优 化工作应从主关键路径入手，对主关键路径上的行为重点投入人员和资源，分解 主关键路径上处于整个行为网络图枢纽位置的行为，使其并行进行，从而缩短主 关键路径上行为的工作时间，使整个工作流执行时间减少。对于非关键行为，把 它的计划开始时间设置为最早开始时间，于是，如果工作流的执行在时间上完全 按照计划进行，那么在时间上不会产生冲突。工作流仿真要进行资源和人员使用 的冲突检测，即检测同一资源项或人员在某个时间段被多个行为占用的情况。工 程计划人员收到冲突报告后，重新配置资源和人员，解决冲突。因此，确定工作 流行为网络图中的主关键路径是进行工作流仿真分析、优化的最重要的前提。 2 1 2 2 确定主关键路径的算法 工作流行为网络图是有向图，由节点( n o d e ) 和有向弧( a r c ) 构成，有向 弧的方向表示行为之间的顺序关系。在行为网络图中，插入起始节点( b e g i n n i n g o f p r o j e c t ：b o p ) 和终止节点( e n do f p r o j e c t ：e o p ) ，这两个节点只是为了标志行 为网络图的开始和结束。在所有行为节点中，起始节点是唯一入度为零的节点， 终止节点是唯一出度为零的节点。 ( 1 ) 行为的时间参数 对于行为网络图中的每个行为节点，需要计算四个时间值：最早开始时间 e s ( e a r l ys t a r tt i m e ) 、最早结束时间e f ( e a r l yf i n i s ht i m e ) 、最晚开始时间l s ( l a t es t a r t t i m e ) 和最晚结束时间l f ( l a t ef i n i s h t i m e ) 。e s 和e f 是在从b o p 到e o p ，按时间上从前往后的顺序遍历行为网络图的过程中，计算得到的。l s 和l f 则是在从e o p 到b o p ，按时间上从后往前的顺序遍历行为网络图的过程 中，计算得到的。如果用d ( k ) 表示行为k 的耗时，那么我们很容易得到： e f ( k ) 2 = e s ( k ) + d ( k ) l s ( k ) = l f ( k ) 一d ( k )公式( 2 1 ) 因此，在四个时间值中，实际土只有两个是独立的，其它两个可以通过上面 的公式得到。行为的裕度( s l a c k ) ： s ( k ) 2 l s ( k ) 一e s ( k ) 或s ( k ) = l f ( k ) 一e f ( k )公式( 2 2 ) 行为的裕度表示行为可以推迟于最早开始时间发生的时间量，而且行为的推 迟发生不会导致e o p 的延时。 工程计划人员填写了行为网络图中行为的时间属性：计划开始时间p s ( p l a n s t a r t t i m e ) 和计划结束时间p f ( p l a n f i n i s h t i m e ) 。我们可以得到行为k 的耗时： d ( ”= p f ( k 卜p s ( k )公式( 2 3 、 ( 2 ) 算法分析 确定主关键路径的算法分为五个步骤完成： 第二章相关技术 s t e p l 初始化b o p ： 行为b o p 是虚行为，耗时设为零。b o p 的e s 设为它的p s 。 s t e p 2 按拓扑排序遍历网络图： 从b o p 开始，对网络图进行拓扑排序遍历，即按时间上从前往后的顺序。 在遍历过程中，计算得到每个行为的最早开始时间e s 。对于活行为k ，如 果它的前续行为是与连接关系，行为k 的最早开始时间等于它的所有前续行为最 早结束时间中的最大值( 行为k 只有一个前续行为的情况可视为该前续行为与其 自身的与连接) ；如果它的前续行为是或连接关系，行为k 的最早开始时间等于 它的所有前续行为最早结束时间中的最小值。 与连接：e s ( k ) 一m 。a 。x 。 e f ( j ) 2 臀 彤( ) 十d ( ) e f ( k ) = e s ( k ) + d ( 确公式( 2 4 ) 或连接：e s ( k ) = m i n e f ( j ) ) = m i n e s ( j ) + d ( ) ) l f ( 女j ) ：j - ：- + k e s ( t ) + d ( 群一公式( 2 5 ) s t e p 3 初始化e o p ： e o p 是虚行为，把e o p 的l f 设为它的e f ，于是e o p 的l s 等于它的e s ， 从而，e o p 的执行没有对问延迟。 s t e p 4 按逆拓扑排序遍历网络图： 从e o p 开始，对网络图进行逆拓扑排序遍历，即按时间上从后往前的顺序。 在遍历过程中，计算得到每个行为的最晚结束时间l f 。对于行为j ，它通过与连 接而到的后续行为，这些后续行为的最晚开始时间；它通过或连接而到的后续行 为，这些后续行为的裕度加上行为j 的最早结束时问e f 所得的值；从这两种情 况得到的所有时间值中取最小值就是行为 的最晚结束时间： f ( d = 枷“川m 叶k i ( n 删d ) 三s ( 碱川m 斗i 州n s ( 七) + 髓( 肼 2 蜊，! 髫 三聃一烈的) ，璺缴( 聃一e 聃+ e 彤) ) ) l s ( j ) = l f ( j ) 一d ( j )公式( 2 6 ) s t e p 5 计算行为裕度，确定主关键路径： 根据行为裕度的计算公式，得到每个行为的裕度，裕度为零的行为是关键行 为。行为b o p 和e o p 是关键行为。从e o p 开始，在它的所有前续行为中找一 个在时间上与它紧接的关键行为，然后对这个找到的行为重复同样的操作，这样 逐渐前推，直到所找到的行为没有前续行为，即得到b o p 为止。这样得到的 系列行为组成了主关键路径。 1 4 苎三兰塑鲞垫查 一 2 2 x m l 技术 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 作为一种新的元标 注语占和标准交换语言，能够提供一种描述结构数据的格式，有助于更精确地声 明内容，担负起描述交换数据的作用。目前，i t 业的主要开发商们都在他们自 己的产品中加入了对x m l 的支持，如o r a c l e 、m i c r o s o f t 、a p a c h e 等。 2 2 1x m l 概述 x m l 是w