（计算机应用技术专业论文）工作流建模方法研究与应用.pdf

摘要 摘要 工作流模型是对实际业务处理过程的抽象描述，是实现工作流管理的 基础。针对目前工作流建模方法中存在的影响模型描述能力、制约模型在 企业生产经营过程中应用的一些不足之处，在参考已有工作流模型和国内 外相关研究文献的基础上，对工作流中的时间、资源、数据建模方法进行 了研究。 首先，在工作流过程模型中定义活动之间的时序关系、时序系数等时 问概念，用时间概念描述活动的状态，利用时序系数和时序关系图描述传 统过程模型无法描述的活动之间的约束关系，在此基础上提出建立过程时 间约束的方法。 其次，结合企业生产经营过程中资源配置的特点，在原有资源概念的 基础上补充资源的属性。建立资源流动矩阵，描述资源在活动之间流动并 支持活动执行的过程，在资源流动矩阵的基础上，提出验证资源配置合理 性的方法。 最后，改进传统数据流的定义方法，建立数据流动矩阵，描述数据在 活动之间流动并被活动加工处理的过程，在数据流动矩阵的基础上，提出 验证数据流与活动时序一致性的方法。对几种不同的数据流定义方法进行 比较。 关键词工作流；工作流模型；时序关系；资源属性；资源流动矩阵；数 据流动矩阵 燕山大学t 学硕士学位论文 a b s t r a c t w o r k f l o wm o d e li st h ea b s t r a c t d e s c r i p t i o no fa c t u a lb u s i n e s sp r o c e s s i ti st h eb a s i so fw o r k f l o wm a n a g e m e n t t h e r ea r es o m e i n a d e q u a c i e si n p r e s e n tm o d e l i n gm e t h o d t h e s ei n a d e q u a c i e sh a v er e s t r i c t e dt h ea b i l i t yo f m o d e la n di t s a p p l i c a t i o ni np r o d u c t i o np r o c e s s i no r d e rt os o l v et h e s e p r o b l e m s ，r e l a t e dr e s e a r c h e sa n dm o d e l sa r er e f e r r e dt o t h e nt h em o d e l i n g m e t h o do f t i m e ，r e s o u r c ea n dd a t aa r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r f i r s t l y , t h ec o n c e p t so f t i m ea r ed e f i n e di nw o r k f l o w p r o c e s sm o d e l t h e t i m ec o n s t r a i n t si na c t i v i t i e st h a tc a n tb ed e s c r i b e db yt r a d i t i o n a lp r o c e s s m o d e la r ed e f i n e db yt h e s et i m ec o n c e p t s t h ea p p r o a c ho f b u i l d i n gp r o c e s s t i m ec o n s t r a i n t si sp r o p o s e d s e c o n d l y , t h ep r e s e n tc o n c e p t so fr e s o u r c ea r ec o m p l e m e n t e dw i t hs o m e n e wa t t r i b u t e s t h e s en e wa t t r i b u t e s e m b o d y t h ef e a t u r e so fr e s o u r c e d i s t r i b u t i o ni n p r o d u c t i o np r o c e s s t h e r e s o u r c ef l o wm a t r i xi sm a d et o d e s c r i b et h ep r o c e s so fr e s o u r c ef l o w b a s e do nt h er e s o u r c ef l o wm a t r i x ，t h e r e s o u r c ed i s t r i b u t i o nr e a s o n a b l e n e s sv e r i f i c a t i o nm e t h o di sp r o p o s e d f i n a l l y , t h ed e f i n i t i o no fd a t af l o wi si m p r o v e d t h ed a t af l o wm a t r i xi s m a d et od e s c r i b et h ep r o c e s so fd a t af l o w b a s e do nt h ed a t af l o wm a t r i x ，t h e t i m ea n dd a t a c o n s i s t e n c y v e r i f i c a t i o nm e t h o di s p r o p o s e d t h e r e i st h e c o n t r a s tb e t w e e nd i f f e r e n td a t af l o wm o d e l s k e y w o r d sw o r k f l o w ；w o r k f l o wm o d e l ；t e m p o r a ld e p e n d e n c i e s ；r e s o u r c e a t t r i b u t e s ；r e s o u r c ef l o wm a t r i x ；d a t af l o wm a t r i x i i 第1 章绪论 1 1引言 第l 章绪论 工作流( w o r k f l o w ) 是在计算机的控制调度和协调下完成的业务处理 过程，它反映的是有计算机参与的工作过程中活动以及活动之间的关系。 工作流模型是对现实世界中业务处理过程的抽象描述，是实现工作流管理 的基础。 实际上，任何人类活动都是在按照一定的规则分步骤有序地进行着， 都在一定程度上体现着工作流思想。人类在自觉与不自觉之中运用工作流 的思想指导着他们的生产、生活，实现着认识世界、改造世界进程中的一 个又一个目标，推动着社会的进步。而自从进入工业化时代以来，关于工 作流程的组织、管理、优化工作就一直被人们关注，并且成为企业管理领 域的重要研究课题之一，只是在计算机技术没有得到充分发展和未被广泛 应用以前，这些工作是由人工来完成的。 计算机技术的迅速发展和应用的不断普及，影响并改变了人类的生 产、生活方式。2 0 世纪8 0 年代中期，在计算机网络技术、分布式数据库 技术和多机协同工作技术日臻成熟的技术背景之下，工作流管理技术逐渐 发展起来。工作流管理技术的出现改变了传统的业务处理模式，为实现流 程的规范化、集成化和不同程度的自动化提供了先进的技术支持。 作为计算机应用领域中一项具有良好发展前景和巨大应用价值的新 技术，工作流技术一经出现就吸引了众多生产商和研究人员的关注。从最 初在办公自动化领域的成功应用扩展到工业制造领域的应用，工作流技术 进入了一个崭新的阶段。以后，工作流产品大量推出，工作流技术的研究 逐步深入，但是，由于工作流管理技术和工作流产品缺乏统一的标准，导 致不同产品、产品与其它应用之间难以实现互操作和集成，这在一定程度 e 阻碍了工作流管理技术的推广和发展。 1 9 9 3 年，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 ，w f m c ) 的 成立标志着工作流技术进入了相对成熟的阶段。w f m c 是致力于建立工作 1 燕山人学上学硕士学位论文 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 ) 的相关标准和规范的国 际组织，它为w f m s 的系统结构、相关术语、应用编程接n ( w a p i ) 等方 面提供标准化和规范化的定义，并以此为基础实现不同工作流产品之间的 互操作，便于与其它应用系统的集成。因为有了这些标准和规范，工作流 管理技术进入了不断繁荣的新阶段。 1 2 工作流理论研究简介 工作流技术经过二十多年的研究与发展，尤其是在w f m c 成立以后 的十几年中取得了相当的成果。有关工作流技术的研究课题可以归纳为三 个方面：第一方面是工作流的理论基础，包括w f m s 的体系结构、工作 流的建模方法、工作流模型的形式化表示、工作流定义语言等研究内容； 第二方面是工作流的实现技术；第三方面是工作流技术在不同领域的应用 问题。 在以上这三个方面的研究课题中，工作流的实现技术是研究的最多、 也是成果最多的，主要体现为工作流产品市场的繁荣。而相对于工作流的 实现技术的丰硕成果，工作流理论的研究相对滞后，这与工作流基本理论 在工作流技术中的重要地位极不相称。好在这一问题已经开始引起研究人 员的重视，并且取得了初步的成果：w f m c 提出了w f m s 的体系结构和 参考模型【1 1 ，提出了w f m s 的互操作接口定义，为实现工作流产品之间的 互操作提供了公共的基础；w f m c 还提出了工作流过程描述语言 w p d l 2 1 ，n i s t 提出了过程定义语言p s l l 3 1 ，为规范工作流的描述方式做 出了重要贡献；工作流建模方法的研究也有了很好的进展，提出了一些有 价值的方法，主要有基于活动网络图的工作流模型 4 1 ；基于p e t r i 网的工 作流模型】；基于对话的工作流模型【7 】；基于事务特性的工作流模型【8 等。尽管这些模型各有特色，但到目前为止，在工作流过程定义问题上， 还没有形成一套比较成熟的方法。 就在工作流建模理论与方法的研究逐步走向深入的同时，现实世界中 企业的经营环境日趋复杂，为工作流技术提出了许多新的课题，要求工作 流模型具有更丰富的描述能力、更灵活的处理机制和更好的适应性。比如 2 第1 章绪论 要求工作流模型提供描述过程时间特性的方法嘲；提供过程优化机制来促 使工作流技术在企业经营过程重组中发挥更大的作用1 1 0 1 ；提供模型的合 理性验证机制f l l 】；提供灵活处理异常的机制1 2 a 3 等等，解决这些问题的关 键都在于工作流建模。对这些问题的研究目前都处于初级阶段，工作流技 术理论方面的研究者们在探索和尝试中提出了一些有价值的方法，为这些 领域的研究奠定了基础。 1 3 工作流管理技术简介 工作流管理技术是一门年轻又具有良好发展前景的应用型技术。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。不断发展变化的应用环境推动更多 先进管理理念的形成和运用；以计算机技术为代表的信息技术的丰硕成果 为这些先进管理思想的实现源源不断地输送技术力量；众多的应用领域为 工作流技术提供了广阔的发展空间和巨大的潜在动力。 工作流管理技术是一种面向过程的系统集成技术，它并非要求过程中 的每一个活动都由计算机自动执行，不需要人的参与，而是将重点放在了 对过程的跟踪控制和导航上。实旖工作流管理的主要目的是通过合理地调 用和分配与活动有关的信息和资源来实现业务处理过程的高效、自动化执 行，实现活动之间的自动协调、调度、配置资源，从而使不同自动化程度 的过程按工作流定义的模式规范地执行。 工作流管理系统是实现工作流管理的软件环境，工作流管理系统非常 类似于单个计算机上的操作系统，只不过工作流管理系统支撑的范围比较 大，环境比较复杂，所以有人称工作流管理系统为业务操作系统( b u s i n e s s o p e r a t i n gs y s t e m ，b o s ) a 工作流管理系统的功能主要体现在三个方面。 ( 1 ) 提供工作流建模工具、定义过程模型。 ( 2 ) 执行工作流过程实例的运行，并对其进行监控和管理。 ( 3 ) 活动的执行需要人的参与或直接启动自动应用，要提供人机交互或 与应用软件( 2 1 具) 之间的交互功能。 3 燕山大学t 学硕士学位论文 1 4 工作流技术应用领域介绍 工作流技术是一种应用型技术，它产生于实际应用，它的研究与发展 更加离不丌众多的应用领域。目前，工作流管理技术已经被应用于多个领 域。 下面介绍几个重要的应用领域。 ( 1 ) 企业经营过程重组( 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 ，b p r ) 工作流 管理技术能够支持过程重组中的过程定义、分析、优化、系统实施和项目 评价等几个阶段，同时工作流管理系统能够调度和监控活动的执行，实现 过程管理和控制，因此，它是过程重组中最广泛采用的技术，国外多家软 件厂商开发了以工作流技术为基础的支持b p r 的软件产品。 ( 2 ) 计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t t t r i n gs y s t e m s ， c i m s ) 工作流管理系统为c i m s 应用集成提供了良好的基础，但目前市 场上的工作流产品还不能很好地满足c i m s 的需要，主要反映在：对c i m s 中信息集成和数据管理的支持能力弱；应用集成和应用封装能力不足；对 企业c i m s 环境下，分布应用管理和监控能力不足。 ( 3 ) 计算机支持的协同工作系统( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k c s c w ) 工作流管理系统属于支持多个人进行异地异步协作的系统，它是 协同应用系统从支持同步非结构化协作向着支持异步结构化的进一步发 展。 ( 4 ) 企业信息化建设实现用计算机控制执行业务处理过程是企业信 息化建设不可缺少的内容，另外，工作流管理还要求与之配套的资源、组 织、数据等的信息化管理，这些都是企业信息化建设的重要组成部分。因 此工作流管理技术是企业信息化建设中广泛使用的一项技术。 1 5 工作流建模理论的主要研究课题以及研究现状 工作流建模理论是工作流理论基础的研究内容之，它是工作流技术 中的重要研究课题。 工作流是在计算机控制调度和协调下完成的业务处理过程，在实际业 4 第1 章绪论 务处理过程和计算机控制调度执行之间有一座沟通的桥梁，这座桥梁就是 工作流模型，建立工作流模型的工作称为工作流建模。 工作流建模人员在建模过程中要考虑的具体问题形成了工作流建模 理论中的研究课题，这些具体研究课题可以概括为以下几个。 ( 1 ) 模型中需要描述的内容在工作流过程建模方面，工作流技术研究 领域公认业务处理过程中的活动以及活动之间的联系是工作流过程模型 的核心，这一点在所有关于工作流建模理论的研究文献中都得到了充分的 体现，所有的工作流过程模型都以这一核心为建模的出发点。可以作为标 准和依据的是w f m c 定义的工作流过程定义的元模型【l 】，这个元模型描 述了以活动为核心的各个对象、对象之间的关系及对象的属性。 工作流过程模型中活动之间的联系是定义的重点，对于这些联系目前 被公认并已形成统一标准的只有w f m c 定义的工作流中活动之间的基本 控制关系【“1 ，其它的如活动之间的时序关系、数据流动关系、资源共享 关系等都没有形成统一的定义标准，每一个关于模型的研究文献中都涉及 到这些内容，但是对同一个内容不同的研究者定义的角度各不相同，很难 找到一种统一的标准，在这方面还有很长的路要走。工作流过程建模迫切 需要一个统一的标准和规范。这其中应该包括活动之间存在哪些方面的联 系，这些联系都遵循什么样的基本规律，使活动之间的所有联系都向活动 之间的控制关系那样有章可循。 ( 2 ) 过程中各种要素的归纳分类为了完整地描述业务处理过程，不仅 仅要定义工作流过程模型，与过程和活动执行有关的所有要素都要定义， 因为它们直接参与了活动的执行和过程的推进，没有它们，过程只是一个 没有内容的骨架。在这方面无论是研究人员还是工作流产品的开发商都做 了许多工作。 s a n c h e z 等科研人员开发的w l d e ( w o r k f l o wo ni n t e l l i g e n td i s t r i b u t e d d a t a b a s ee n v i r o 衄e n t l 系统【1 5 】中提出：一个完整的w i d e 工作流模型包括 三个子模型，分别是组织模型、信息模型、过程模型，可见他将过程要素 归纳为组织和信息两类。组织模型描述工作流执行中的组织实体，信息模 型描述工作流执行中的信息项，过程模型描述工作流的功能。w i d e 的工 5 燕山人学工学硕士学位论文 作流模型是从工作流系统实现的角度提出的，缺少对模型语义的分析。 k r a d o l f e r 提出的工作流模型将过程要素归纳为信息、行为和组织， 用这三个方面的描述作为过程模型的补充，从概念上描述了业务过程中的 各种要素及其相互关系，但没有给出形式化的描述方法。 国内的研究中李红臣提出了一个三维工作流模型【1 7 1 ：组织模型、数 据模型和过程模型。 c i m f l o w 工作流模型【1 8 】包括过程模型、组织模型、资源模型和工作 流相关数据。 ( 3 ) 工作流模型的形式关于工作流模型的形式关键的是要让计算机 能够理解并执行。 有关模型形式的研究体现在各种各样的过程建模方法上，这方面的研 究成果有很多。 s a d i q 和o r l o w s k a 使用图形符号语言来描述业务过程，将业务过程表 示为一个有向图f 4 l ( d i r e c t e dg r a p h ，d g ) ，这种建模方法简单易行，是一种 面向应用的过程模型，但是要解决好过程中其它信息和资源的描述问题， 才能使模型具有丰富的表达能力。 还有在p e t r in e t s 的基础上定义了工作流网 5 l ( w o r k f l o wn e t ，w f - n e t ) ， 用工作流网来描述业务处理过程。这是一种基于状念的工作流模型，它严 格地区分了活动的使能和执行两种不同的状态，用库所表示过程中的条件， 变迁表示活动，库所中的托肯表示过程实例的状态。由于p e t r i 网具有丰 富的理论基础和分析手段，所以工作流网模型主要面向模型的性能分析和 验证。要建立其它模型向工作流网模型转换的方法，再进行模型的分析工 作。 d a v u l c u 等人使用并发事务逻辑c t r ( c o n c u r r e n t t r a n s a c t i o nl o g i c ) 定 义一【+ 作流过程模型【1 9 1 。c t r 是对经典谓词逻辑的扩展，包括谓词符号八， v 、3 , v ，、；两个连接符o ( 顺序连接符) 和i ( 并行连接符) ；两个模态算子 o ( 执行可能性) ，0 ( 隔离执行) 。c t r 使用这些符号语言定义了过程的控制 逻辑。 e n d l 等人使用扩展e c a ( e v e n t - c o n d i t i o n a c t i o n ) 规贝f | ( e c a a 规则) 描 6 第1 章绪论 述工作流过程j 2 。每一个控制规则抽象成一条e c a a 规则，其含义是当 事件( e v e n t ) 发生时，如果条件( c o n d i t i o n ) 为真，则执行某一动作( a c t i o n ) ， 否则执行另一动作( a l t e r n a t i v ea c t i o n ) 。 除此以外还有用信息控制网i c n 2 ”( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t ) ，超媒体 结构【2 2 】，语言行为理论【2 3 1 ，面向对象 2 4 】等方法来描述业务处理过程的。 ( 4 ) 业务过程的变化及处理由于现实世界中业务处理环境的复杂性 和多变性，为工作流建模提出了新的课题和挑战。提高工作流系统应对流 程变化的能力【2 ”，已经成为工作流领域研究的热点问题之。根据业务 流程变化的特点，工作流被划分1 2 6 j 为柔性工作流、自适应工作流和动态 工作流，柔性工作流【2 7 】在业务流程发生变化的情况下，能做出相应的改 变，其难点在于如何将运行中的工作流实例迁移到新的工作流模型中；自 适应工作流 2 8 铷1 能处理工作流执行过程中出现的异常情况；动态工作流【3 1 i 在流程定义不完整的情况下，能生成流程实例并运行，其难点是于如何对 部分流程信息进行建模。 重点介绍一下自适应工作流，自适应工作流能够处理工作流执行过程 中发生的异常事件。由于目前的工作流系统在处理异常事件时表现出的能 力不强，为了解决这个问题，著名的国际学术期干u ( ( c o m p u t e rs u p p o s e d c o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) ) ) 于2 0 0 0 年11 月推出了一期a d a p t i v e w o r k f l o w s y s t e m s 专刊f 3 2 】，专门就异常处理( e x e e p t i o n sh a n d l i n g ) l h 7 题进行了探讨， 组织了7 篇文章，分别从提高工作流模型在执行过程中的动态修改3 ”5 1 和模型在执行过程中的动态扩充【36 j 两个角度进行了探讨，并给出了一个 应用系统实例i j 7 1 。 这一课题的研究具有很大的挑战性，以上所举的研究成果为这一课题 的研究奠定了坚实的基础，但这一问题本身的复杂性还是在一定程度上影 响了它的研究进展，相对于工作流建模其它课题的研究要滞后。 ( 5 ) 工作流时间建模问题动态工作流管理除了要规范业务流程，还应 处理时间问题【9 】，国外已经开展了时间工作流的相关研究【3 8 州】，国内仅少 数文献( 4 2 , 4 3 1 在工作流模型中考虑到活动执行延迟。时间管理是研究工作流 执行的时间维计划，避免活动过程违反特定的时间约束，以及当出现时 7 燕山大学工学硕士学位论文 间错误时触发异常事件。时间管理的关键在于时间信息建模，现有的工作 流时间建模和分析方法主要考虑活动的执行延迟和截止期限，通过估算过 程时间延迟，检验时间约束的满足性，来维持工作流执行的一致状态。时 问建模这一研究课题也是相对比较薄弱的。 ( 6 ) 模型验证问题工作流模型建立好以后，对模型的合理性、正确性 进行验证是一项必不可少的工作，并且这项工作要在工作流过程被实例化 以前进行，因为如果将工作流实例投入到一个存在逻辑错误或逻辑不一致 问题的模型当中运行，造成运行中出现死锁、无限循环、资源缺乏、时间 约束违反等现象发生，那么进行在线修复所付出的代价要远远超过运行前 对工作流模型的静态修改。 有关模型验证方面的研究包括过程逻辑验证与时序逻辑验证等。逻辑 验证主要是发现过程定义中存在的问题，如死锁、无限循环、资源缺乏、 并行活动序列不平衡以及资源利用中的瓶颈等。时序逻辑验证包括工作流 模型建立和运行时的时间约束满足性验证、逻辑顺序与时间顺序一致性验 证。有关这方面的研究国外已有报道，国内的研究才刚刚起步。并且己有 的研究大多数是关于过程模型控制结构的正确性验证【4 4 嘶l ，由于p e t r i 网 建立在严格的数学基础之上，为模型验证提供了丰富的分析方法和理论手 段，所以关于模型验证的研究大多是建立在基于p e t r i 网的工作流模型基 础上。要使模型验证更全面，关键在于工作流模型的描述方式可以提供有 效的验证机制，所以说建模工作仍然是基础。 1 6 本文的工作 本文的工作建立在已有工作流模型和工作流建模方法相关研究文献 的基础之上，针对目前工作流模型中存在的一些不足之处，对工作流过程 中的时间、资源、数据建模方法进行了研究。 ( 1 ) 在工作流过程模型中增加时间概念的定义，用时序关系和时序系数 等时间概念描述活动之间的约束关系，作为过程活动网络图模型的补充， 建立基于时序关系表达的工作流过程模型。在此基础上提出建立过程时间 约束信息的方法。 8 第1 章绪论 ( 2 ) 结合企业生产经营过程的实际，在原有资源概念的基础上补充资源 的属性。建立资源流动矩阵，描述资源在活动之间流动的过程，提出验证 资源配置合理性的方法。 ( 3 ) 改进数据流的建模方法，建立数据流动矩阵，描述数据在活动之间 流动并被活动加工处理的过程，提出验证数据流与活动时序一致性的方 法。 1 7 本文的组织 本篇论文由五部分组成。 第1 章是全文的绪论，介绍工作流技术的发展、研究和应用概况，主 要研究课题及研究成果，本文的研究背景、主要工作等。 第2 章是工作流模型的基本概念，这些概念的介绍是本文研究工作的 基础。 第3 章是工作流过程时间建模方法研究，提出了一种基于时序关系表 达的工作流过程模型。 第4 章是工作流中资源建模方法研究，为资源及其流动过程建模，验 证资源配置的合理性。 第5 章是工作流中数据流建模方法研究，为数据流动过程建模，验证 数据流与活动时序的一致性。 最后是全文的结论，总结了本文的研究成果及意义，并指出不足和今 后的设想。 9 燕山大学工学硕士学位论文 2 1引言 第2 章工作流模型的基本概念 在充分认识和深入分析客观对象的基础上，利用模型机制对客观对象 进行抽象建模，以达到研究和解决客观问题的目的，是科学研究过程中最 常使用的方法之一。依托工作流技术研究业务处理过程使之实现不同程度 的自动化运行的工作也遵循这一研究规律，因此用工作流模型对实际业务 处理过程进行抽象描述是实现工作流管理的基础。 不同的工作流产品有不同的工作流模型，不同的研究者使用不同的方 法建立工作流模型，但是所有的工作流模型中都包含着共同的基本概念和 建模规律。在规范和统一工作流模型基本概念方面，工作流管理联盟做出 了重要的贡献。 2 2 工作流过程基本控制逻辑 w f m c 定义了六种工作流基本原语【1 4 1 ，分别对应六种活动之间的控 制逻辑。在此对这六种基本控制逻辑进行介绍，这一内容包含了工作流中 控制调度活动的基本规则。 2 2 1 基本控制逻辑的定义 w f m c 给出了工作流中活动之间基本控制逻辑的定义，它们是顺序 r s e q u e n c e ) 、与分离( a n d s p l i t ) 、- b - i _ e 合( a n d j o i n ) 、或分离( o r - s p l i t ) 、 或汇合( o r j o i n l 、重复( i t e r a t i o n ) 。 在这六种控制逻辑中与分离、与汇合以及或分离、或汇合总是成对出 现的，因此构成了四种工作流基本控制结构：顺序结构、并行结构、选择 结构和重复结构。为了便于介绍这四种基本控制结构的定义内容，引入了 一组符号来形式化描述它们。 由于大多数情况下不必考虑活动的划分粒度，所以规定所有的“活动” 一词均作为原子活动和子过程的统称，不再特别说明，在需要区别活动划 1 0 第2 章工作流模型的基本概念 分粒度的情况下使用原子活动或子过程进行区别讨论。 定义的一组符号包括： ( 1 ) 活动节点“口”。 ( 2 ) 或分离、或汇合节点“”。 ( 3 ) 与分离、与汇合节点“n ”。 ( 4 ) 无条件连接弧“_ ”。 ( 5 ) 有条件连接弧“与”。 四种基本控制结构的形式化表示如图2 一l 所示，这些形式将作为过程 模型中的基本组件，参与过程活动网络图模型的定义。 一斗 至) _ ： r _ + ( a ) 顺序结构 ( 曲s e q u e n t i a ls t r u c t u r e ( b ) 并行结构 ( b ) p a r a l l e ls t r u c t u r e ，盈、 一 芦一 ( c ) 选择结构 ( c ) s e l e c t e ds t r u c t u r e cl + ( d ) 重复结构 ( d ) i t e r a t i v es t r u c t u r e 图2 - 1基本控制结构的形式化表示 f i g 2 1t h e f o r m a ld e s c r i p t i o no f b a s i cc o n t r o ls t r u c t u r e 1 1 3 一 燕山人学t 学硕士学位论文 2 2 2 基本控制结构定义的不完善性分析 四种基本控制结构定义的不完善性。 o ) i n 序结构如图2 - 1 ( a ) ，活动b 的启动时刻不能早于活动a 的结束 时刻，但活动b 的启动时刻与活动a 的结束时刻之问是否有时间间隔不能 确定。 ( 2 ) 并行结构如图2 1 ( b ) ，w f m c 定义的并行结构包含两个或多个并 行支路，在一次工作流实例的执行过程中所有并行支路全部被执行，所有 支路执行结束才能激活与汇合节点，实现并行支路的同步。但两个或多个 并行支路启动时刻的先后顺序不能确定。 ( 3 ) 选择结构如图2 - 1 ( c ) ，w f m c 定义的选择结构包含两个或多个选 择支路，对于每一次工作流实例执行允许被选中的支路数没有加以限制。 ( 4 ) 重复结构如图2 1 ( d ) ，其环结构出现在过程中，不利于过程整体 结构的定义和分析，并且对循环的次数没有加以限制。 基本控制结构在形式上作适当处理后将作为过程活动网络图模型的 基本组件，它的不完善之处和形式的变换将在第3 章定义时间概念后得到 补充完善。 2 3 过程定义元模型 w f m c 定义了一个工作流过程定义的元模型【2 】。所谓元模型一般是指 描述模型的模型。工作流模型的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、对象之间的关系以及 对象的属性。这个元模型有利于建立可以在多个工作流产品之间交换信息 的模型。 图2 2 为过程定义元模型，该元模型包含以下几个基本实体。 ( 1 ) 3 5 作流定义它一般包括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 模型反映了企业中一个业务处理过程的目的，即这个过程要实现的目的和 最终达到的目标是什么。 1 2 第2 章工作流模型的基本概念 ( 2 ) 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 束参数等a 当工作流运行在分布的环境下时，在活动的属性中还应该包括 执行该活动的工作流机的位置。活动对应于企业业务处理过程中的任务， 主要反映完成过程需要执行哪些功能操作。 ( 3 ) 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( f l o wc o n d i t i o n ，过程实例向前推进的条件，可以认为 是前后条件的同义词) 、执行条件( e x e c u t i o nc o n d i t i o n ，执行某个活动的条 件) 和通知条件( n o t i f i c a t i o nc o n d i t i o n ，通知不同用户的条件) 。转换条件对应 于企业业务处理过程中的业务规则和操作的顺序。 f i g ，2 - 2t h e p r o c e s sd e f i n i t i o nm e t a - m o d e l ( 4 ) 工作流相关数据工作流机根据工作流相关数据和转换条件推进 工作流过程实例的执行。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。 ( 5 ) 角色角色属性主要包括角色的名称、组织实体、角色的能力、具 体成员等。角色或组织实体决定了参与某个活动的人员或组织单元。它主 要描述企业业务处理过程中参与操作的人员和组织单位。 ( 6 ) 需要激活的应用程序主要属性包括应用程序的类型、名称、路径 及运行参数等。它主要描述用于完成企业业务处理过程所采用的工具和手 段。 1 3 燕山大学工学硕士学位论文 在图2 2 中，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。如一个活动可以引用多个角色、使 用多个工作流相关数据，同样，一个角色可以被多个活动引用，一个工作 流相关数据可以被多个活动使用。 2 4 工作流模型的组成 工作流模型不仅要明确地表达业务处理过程中的活动以及活动之间 的联系，而且还要对活动之间所传递的信息、活动的执行实体、活动所需 要的资源等方面进行定义，这样才能够构成一个完整的业务过程模型。因 此， j 作流模型中要加入描述数据、组织、资源的相应部分。比如，工作 流管理联盟就明确给出了工作流相关数据、工作流控制数据以及工作流参 与者、角色等概念。在很多工作流产品中也允许用户在一定范围内定义数 据、人员等。为了使工作流模型在描述信息、组织、资源上的能力更强， 人们逐渐把相关的描述扩充为一个个较为完整的具有一定独立性的模型。 这些模型采用了更为细致的描述方法来描述企业中有关组织、信息、资源 的结构，它们辅助过程模型来实现对企业业务过程的全面描述。如由组织 模型、资源模型、信息模型、过程模型共同构成工作流模型。 实施工作流管理的最终目标是通过调用工作流过程中的各种信息、数 据、资源、人员等与活动有关的要素来协调业务过程中的各个环节，使之 按照一定的顺序依次被调度并执行。工作流模型作为实施工作流管理的基 础，它的各个组成部分都应该为实现工作流管理的最终目标服务。因此， 工作流建模工作应该以实现工作流管理的最终目标为根本出发点，使工作 流模型的各个组成部分充分体现这些目标，为最终实现这些目标提供支 持。 2 5 工作流模型的评价标准 理想的工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定义，为建模用户 1 4 第2 章t 作流模型的基本概念 提供定义工作流所需要的组建和元素，还应该能够清楚地描述任意业务情 况下的工作流，适应用户在建模过程中所提出的各种要求，即工作流描述 能力要强，且具有灵活的处理能力。 对概念模型的评价标准【4 7 1 可以概括为f 面的几点。 ( d 表达能力丰富模型要提供丰富的建模概念，使得由大量约束集合 而成的元素能够在模型中被表达出来。 ( 2 ) 容易理解无论是领域专家还是普通用户，都能够比较容易地理解 模型的含义。 ( 3 ) 最小化模型中的所有概念不重叠，每一个基本概念都有它特定的 意义。 ( 4 ) 形式化模型定义能够作为现实对象的形式化描述。 2 6 工作流建模方法中的常用概念 2 6 1 活动与层次化建模 过程是对现实世界中一个业务过程结构的抽象描述。属性包括：名称、 时限、活动列表、开始活动、结束活动和优先级等。 活动是对业务过程中一个具体执行步骤的抽象描述。根据活动的不同 划分粒度，将活动分为原子活动和子过程。原子活动是最具体的活动，它 不可再被分解；子过程是对另一个过程模型的抽象，子过程所在的父过程 通过子过程引用其它过程模型。 层次化建模是通过引入子过程来实现的，子过程支持自顶向下的层次 化建模，层次结构为工作流建模和控制执行带来几个方面的好处。 ( 1 ) 优化过程模型的结构“层次抽象”是分析问题普遍使用的方法， 使用子过程可以隐藏某些非重要因素，便于工作流建模，而且使过程模型 具有良好的结构。 ( 2 ) 提高过程模型的重用性子过程也是过程建模中的基本单元，一个 过程模型可以作为子过程被其它过程模型所重用。 ( 3 ) 便于工作流模型的分析在分析个工作流模型时，往往是将其中 某部分作为一个子过程以降低模型整体分析的复杂度，而后再对这个子过 l5 燕山大学工学硕士学位论文 程模型单独进行分析。 ( 4 ) 便于工作流的分布执行在分布式工作流控制执行中，子过程往往 作为一个基本单位在不同工作流引擎间分布调度。 2 6 2 人工型活动与自动型活动 根据活动执行是否需要人的参与，将活动分为人工型活动和自动型活 动两种。人工型活动是通过工作项列表的生成来通知相关的人员，依靠人 员以手工或启动自动应用的方式在人机交互状态下来完成：自动型活动则 是在工作流机的驱动下直接启动自动应用或利用自动化设备来完成的活 动，体现了不同应用与工作流管理系统之间的集成。 2 6 3 触发事件 触发事件的发生是活动进入执行状态的必要条件，在工作流模型定义 阶段确定活动由什么事件触发。常见的触发事件包括以下四种。 ( 1 ) 自动触发活动被使能的同时就被触发，这种情况一般用于通过应 用程序来自动执行、不需要与人进行交互的自动型活动。 ( 2 ) 人工触发活动的执行通过执行者从工作流任务管理器提供的工 作流任务表中选择工作项来进行触发。工作流任务表中列出了一个执行者 可以执行的活动实例，当执行者选中某一工作项，活动就被触发。 ( 3 ) 消息触发由系统外部的消息或事件来触发活动执行。如电话、传 真、e m a i l 的到达。 ( 4 ) 时间触发由控制时间的定时器来触发活动的执行。时间触发用于 要求在规定的时间或规定的时间间隔后开始执行的活动。 2 6 4 开始条件与结束条件 开始条件和结束条件属于活动内部的条件。开始条件定义活动在什么 情况下爿能开始执行，一般包括：时间方面的条件、输入资源配置方面的 条件等；结束条件定义活动执行完成后在什么情况下才能结束，一般包括： 时间方面的条件、输入资源一致性方面的条件等。 1 6 第2 章工作流模型的基本概念 活动在执行状态的前后都是有条件的，这一点提示活动中除了执行状 态还存在其它状态。 2 6 5 工作流相关数据与工作流应用数据 ( 1 ) 工作流相关数据工作流管理系统通过工作流相关数据来确定过 程实例状态转换的条件，并选择下一个将要执行的活动。这些数据可以被 工作流应用程序访问并修改。因此，工作流管理软件需要在活动实例之间 传递工作流相关数据。 ( 2 ) 工作流应用数据这种数据是指那些由应用程序操作的数据。它们 是针对应用程序的，是企业完成具体的业务功能所需要的数据，是活动的 处理对象。 2 7 本章小结 本章首先介绍了w f m c 定义的工作流基本控制结构，并分析了这些 定义的不完善之处。 然后介绍了过程定义元模型，工作流模型的组成、工作流模型的评价 标准等关于工作流模型的概念。 最后介绍了建模过程中常用的概念。 这些内容都是工作流建模的概念准备，也是本文研究工作的基础。 1 7 燕山大学工学硕士学位论文 第3 章 工作流过程时间建模方法研究 3 1 引言 实际业务处理过程大多具有时间限制，时间管理是传统工作流管理技 术顺应新的业务处理环境所必须要解决的新课题，也是目前的工作流管理 技术中没有得到很好解决的问题。时间管理的关键在于时间信息的有效建 模，建立工作流过程时间约束的前提是工作流过程模型提供了相应的时间 概念来支持时间信息的建模。 为工作流过程及过程中的活动建立时问约束具有重要意义。首先时间 约束是活动之间重要的约束关系之一，建立时间约束是描述活动之间复杂 控制关系和丰富模型表达能力的需要，时间约束是工作流过程模型的必要 补充；其次建立工作流过程的时间约束是实施时间管理的前提，它保证在 恰当的时间执行恰当的活动。 为解决目前工作流过程模型在描述活动之间复杂约束关系方面能力 不足和不支持时间信息建模的现状，本文在w f m c 定义的基本控制结构 和c i m f l o w 过程模型【1 8 的基础上，改进工作流过程建模方法，在过程模 型中增加时间概念的定义，提出一种基于时序关系表达的工作流过程模 型，并以这一模型为基础提出过程时间约束信息的建模方法。 3 2c i m f l o w 过程模型及改进 工作流管理系统c i m f l o w 的过程模型是改进工作的基础，首先对它 进行简要的介绍，然后提出改进的方法。 3 2 1c i m f l o w 过程模型 工作流管理系统c i m f t o w 由清华大学范玉顺领导的课题组设计开 发，c i m f i o w 的工作流模型由过程模型、组织模型、资源模型和工作流 相关数据四个部分组成。其中的过程模型以活动网络图为基础，由节点、 连接弧、状态、条件四个主要方面组成，下面分别对这四个方面的定义进 1 r 第3 章工作流过程时间建模方法研究 行简要介绍。 ( 1 ) 节点活动节点包括原子活动节点和子过程节点，子过程概念支持 过程的层次化建模；逻辑节点包括与汇合节点和空节点，隐去了或分离节 点、或汇合节点、与分离节点，与汇合节点保证了输入的各支路全部结束 后才能实现同步，引入空节点来描述“与”、“或”组合形成的复杂逻辑关 系；标志节点包括开始节点、结束节点，保证过程有唯一的入口、唯+ 的 出口。 ( 2 ) 连接弧连接弧包括控制连接弧、数据连接弧，控制连接弧由无条 件连接弧和有条件连接弧组成。 ( 3 ) 状态定义了活动的七种状态，支持不同活动状态之间控制关系的 描述。 ( 4 ) 条件条件包括转移条件、开始条件、结束条件。转移条件定义在 有条件连接弧上；开始条件与结束条件都是包含“状态”要素的条件表达 式。 3 2 2 改进方法 在c i m f l o w 过程模型的基础上，改进过程模型的建模方法，改进方 法体现在下面的几个方面。 ( 1 ) 改进逻辑节点，改进后的逻辑节点包括与分离节点、与汇合节点、 或分离节点、或汇合节点，并保证在过程模型中与分离节点和与汇合节点 以及或分离节点和或汇合节点总是成对出现的，“或”节点对和“与”节 点对可以相互嵌套使用。 ( 2