（计算机应用技术专业论文）一种基于Agent的工作流模型的研究与实现.pdf

摘要 摘要 工作流管理系统帮助企业将其业务活动分解由多个任务组成的一个工作流，并 按照一定的规则，在一个分布式的应用环境中对它们进行执行与监控，同时企业的 工作人员也被配以一定的角色投入到系统运作中，协同地完成整个业务活动。这大 大提高了企业生产经营管理的水平，也便于企业做业务流程优化与重组，提高其竞 争力。 基于a g e n t 的工作流系统研究是关于工作流系统实现的一个新研究领域。由于分 布式协作是工作流系统的一个天性，所以很合适应用上多a g e n t 系统。人们希望借助 于a g e n t ，能够优化系统的资源管理、更好地帮助用户安排工作、提高工作流引擎处 理并发流程以及未定流程的能力，使褥系统的性能更好，也更有可扩展性与柔性。 当前许多研究人员已经在这课题上做过很多研究，也提出了一些工作流管理系 统应用多a g e n t 的系统模型，然而它们并不见得适用于所有的应用情况，在某些应用 中还存在着一定的问题。本文将介绍分析当前工作流管理系统主要产品与研究情况、 当前应用a g e n t 的工作流研究情况，并在此基础下，结合实际的工程项目应用情况， 尝试提出一个基于a g e n t 的工作流模型，并将其实现为一种以过程为中心的工作流管 理系统。 本文分为四大部分。第一部分介绍当前工作流研究以及应用的现状。第二部分 介绍分析了当前戡= a g e n t 的工作流管理系统研究情况。第三部分提出并分析了一个 基于a g e n t 的工作流系统模型。第四部分讨论将该模型实现为一个完整的工作流管理 系统的细节，并分析了系统实现上的不足。 关键词：工作流；工作流管理系统；多代理系统 华南理t 大学t 学硕士学位论文 a b s t r a c t w o r k f o wm a n a g e m e n ts y s t e mh e l p sc o r p o r a t i o n st od i v i d et h e i rb u s i n e s s p r o c e s s i n gi n t os e v e r a lm i s s i o n s ，w h i c hw i l lb ee x e c u t e da n dm o n i t o t e di n ad i s t r i b u t e de n v i r o n m e n tb ys o m er u l e s a tt h es a m et i m e ，t h e i re m p l o y e e s w i l lc o l l a b o r a t ew i t hs o m ek i n d so fr o l e si nt h es y s t e mt of u l f i1 lt h ew o r k i tisb e n e f i t e df o rt h ec o r p o r a l i o n st oo p t i m i z eo rr e f o r mt h e i rb u s i n e s s p r o c e s s i n g ，a n dt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ta n d t h e i rc o m p e t i t i v ep o w e r r e s e a r c ho na g e n t b a s e dw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi san e wt o p i co f w o r k f lo wt e c h n 0 1o g y b e c a u s ed i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i o ni st h en a t u r eo f w o r k f l o ws y s t e m ，s ot h em u l t i a g e n ts y s t e mi ss u i t e dt ob ea p p l i e di nt h i s a r e a p e o p l eh o p et h a tw i t ht h eh e l po fa g e n t ，t h es y s t e mc a no p t i m i z ei t s r e s o u r c em a n a g e m e n ta n di m p r o v ei t sa b i l i t yo fc o n t r o l l i n gp a r a l l e l i z e do r u n c e r t a i nw o r k f l o w ，a n dt h eu s e rc a na r r a n g et h e i rw o r k sm o r ee f f i c i e n t l y ， a n dt h e r e f o r e ，t h es y s t e mc a ng e tab e t t e rp e r f o r m a n c e ，e x t e n s i b i l i t ya n d f l e x i b i l i t y n o w a d a y sm a n yr e s e a r c h e r sh a v em a d em a n yr e s e a r c h e si nt h i st o p i ca n d b r i n go u t s o m ea g e n t b a s e dw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mm o d a l s ，b u tt h e ya r e n o ts u i t a b l ef o ra l lc i r e u m s t a n c e s t h i sp a p e rw i l la n a y s i ss o m ep r o d u c t s a n dr e s e a r c h e so fw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e ma n d t h er e s e a r c h e so f a g e n t b a s e d w o r k f l o w s y s t e m a tt h et i m e b e i n g ，a n d t h e n p r o v i d e s a n a g e n t b a s e da r c h j t e c t u r eb a s eo nt h en e e d so fap r o j e c t a n df i n a l l yp r o d u c e s at a s k o r i e n t e dw o r k f o wm a n a g e m e n ts y s t e m t h e r ea r ef o u rp a r t si nt h ist h e s is t h ef i r s tp a r ti n t r o d u c e sw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m a n di t s a p p i c a t i o n t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e s t h e r e s e a r c h e so f a g e n t b a s e d w o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m t h e t h i r d p a r t d e s c r i b e sa r c h i l e c t u r eo f a g e n t b a s e d w o r k f o w s y s t e m t h e l a s t p a r t d i s c u s s e st h ed e t a i l so fs y s t e mi m p l e m e n t a t i o na n da n a l y s isil s s h o r t a g e s k e y w o r dw o r k f l o w ，w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，m u l t i - a g e n ts y s t e m 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除j ，文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 苦求式 e l 期：o 。母、年，明厂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全，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。本人授权华南理工大学町以将本学位沦文的 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 描等复制于段保存和汇编木学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位沦文属于 不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：善：寸i 式 日期：土。；年，2 月多日 导师签名：醐磁0 日期：j m j 年恤月一日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它的目的在于让用户将日常 工作中具有固定程序的活动分解成定义良好的一组任务，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，同时将人员按照角色管理，达到提高办事效率、 降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标。 随着计算机的普及应用，很多公司都希望计算机能在他们的业务处理上起到帮 助作用。在计算机出现之前，企业的所有业务记录都是以纸张的形式存在的，纸张 记录着企业h 常活动中所产生的各种数据信息，并且在不同的部门之间进行传递， 然而信息的纸质保存形式使得信息在存储、组织、处理、查询等各方面的效率都是 很低下的。为了提高效率，某些公司、企业建立了自己的办公室自动化软件，用于 实现日常表单的电子化和表单传递的自动化，从而希望建立一个无纸的办公环境。 这类能够处理一些表单自动传递的系统可以被看成是现在的工作流管理系统的一个 雏形。 最早的工作流管理系统产品供应商是f i l e n e t 、v i e w s t a r 等公司。在上个世纪的 八十年代中期，他们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、关键字索引 等功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务流的集成化的软件，这些便是 早期的工作流管理系统。其中的代表有f i l e n e t 于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o 、v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r 以及i b m 与1 9 8 8 年推出的i m a g e p l u s 。这些产品对文档 的处理过程实现了电子化，纸张可能只会出现在处理的最初，当信息被扫描进电脑 后，则往后在系统中所传递的就将完全是磁盘存储的数据信息了。而且我们也可以 看到，工作流从它的诞生之日起就是作为一种面向过程的系统集成技术而出现的， 只不过受到当时的计算机水平的限制，它所集成的功能也比较简单。 到了上世纪的九十年代，随着微型电脑的进一步普及、网络技术特别是i n t e r n e t 应用的f l 益广泛以及现代企业的纵深发展，企业的信息资源也被分布在一个异构的 分布式计算机应用环境下，信息源之间的连接有着松散耦合的特点。这样的- 4 十信 息系统环境被称之为h a d ( h e t e r o g e n e o u s 异构、a u t o n o m o u s 自治和d i s t r i b u t e d 分布) 环境。在这样一个环境早，企业的物理位置是分散的，企业的决策过程也相 1 华南理工人学工学硕士学位论文 应有了分散性，同时企业对于系统对企业日常业务活动的描述详细程度也有提高， 使得c l i e n t s e r v e r 体系结构和分布式应用技术被广泛使用起来。这一切都说明了 集中式信息处理已经不能满足企业的要求了，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。这就要求工作流管理系统由最初的办公室无纸环境构建 者，转成要在企业复杂分布式应用环境下高效运作企业任务，并对之进行监控以实 现业务流程自动执行的必要工具，它也被要求能够成为支持企业经营过程重组 ( b p r “1 ，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 ) 以及经营过程自动化( b p a “1 ，b u s i n e s s p r o c e s sa u t o m a t i o n ) 的一种手段。工作流技术也就进入了一个新的发展阶段，使 人们从更深的层次、更广的领域对工作流展开了研究。这一阶段下工作流管理系统 的研究成果代表作有： i b m 公司a l m a d e n 研究中心研发的基于持久信息队列的分布式工作流管理 系统e x o l ic a f m q m ( f l o w m a r ko nm e s s a g eq u e u em a n a g e r ，它基于i b m 公司原有的产品f 1 0 w m a r k 的基础之上) ； 佐治亚大学计算机系研究开发的具有自适应能力的工作流管理系统m e t e o r ( m a n a g i n ge n d t o e n do p e r a t i o n s ) ： 基于分布式主动数据库技术的工作流管理系统w i d e ( w o r k f o w i n t e 儿i g e n ta n dd i s t r i b u t e dd a t a b a s ee n v i r o n m e n t ) ： 基于状态与活动图的工作流管理系统m e n t o r ( m i d d l e w a r ef o r e n t e r p i s e w i d ew o r k f l o wm a n a g e m e n t ) 。 其中e x o t c a f m q m 和m e t e o r 是完全分布的工作流管理系统，它们由一个个具 有自治能力的节点组成。w i d e 和m e n t o r 则采用c s 结构，工作流核心引擎位于服 务器上，处理活动见的流转、活动执行情况管理、异常处理等等。 为了实现不同工作流管理系统之间的相互操作协作，在1 9 9 3 年成立了国际工作 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 ) ，它在工作流管理系统的 相关术语、体系结构及应用编程接口等方面制定了一系列标准。这也标志着工作流 技术开始进入相对成熟的阶段。同时在工作流管理系统供应商以及工作流研究者们 的不懈努力下，近年来市场上工作流产品也很活跃，取得了相当的成果。但是从1 作流的实际应用状态来看，还仍然有很多地方不能达到人们的要求。比方说系统集 成问题，目前很多工作流管理系统缺乏一“种集成框架来支持对企业常用的应用的集 成。这使得工作流管理系统与企业原有的各个应用系统被分隔了开来，只能处于 。2 第一章绪论 一种“孤岛”的状念，而无法无缝结合。虽然这个问题也不全是工作流管理系统的 责任，而是需要集成的各方都需关心的事情，但这也表明了工作流管理系统还有很 多方面需要研究改善。 将m u l t i a g e n t 系统应用到工作流管理系统上去是一种工作流系统实现研究的 新思路。由于工作流管理系统作为一种群件系统与m u l t i a g e n t 系统有着某种相似 的特点，它们都是分布式的协同工作系统。因此，m u l t i a g e n t 系统非常适合应用于 工作流管理系统上，尤其是设计分布式工作流控制结构。1 。应用了m u l t i a g e n t ，工 作流管理系统可以更加灵活；其扩展性也更好了；同时也易于管理工作流管理系统 中的各种资源；参与系统的工作人员可以更好的做f i _ = | 程安排，提高了他们参与流程 工作得主动性。应用m u l t i a g e n t 还有很多其它优点，所以当前基于a g e n t 的工作流 管理系统是工作流研究的一个热点。 1 2 课题的应用背景与来源 本课题来源于中山市三才医药集团的一个应用项目三才物流管理系统。该集 团属下有个物流子公司，他们希望此公司的所有工作都能够使用计算机来管理实施。 在需求中我们了解到其工作都需各部门协同完成，而且由于竞争的激烈，他们的工 作流程会常有修改，故此我们建议其使用工作流管理系统作为其应用框架。然而由 于其业务对流程的依赖性很强，故他们不想购买第三方的工作流产品来与我们为其 丌发的业务系统做集成，所以要求我们能为他们开发一个【作流管理系统。 以上就是系统应用的背景，同时协同工作系统也是我导师的一个长期的研究方 向，所以我们决定结合实际的应用，提出一个可行的基于a g e n t 的工作流模型，并将 之实现应用到三才物流管理系统中去。 1 3 研究内容 本课题的研究内容主要包括以f 几点： 1 ) 基于a g e n t 的工作流模型的研究：希望提出个可行的基于a g e n t 的并能很 好地针对具体应用情况做合理组织的系统结构： 2 ) 将提出的模型实现为一个完整可靠的工作流管理系统，以作为该项目业务 逻辑软件的一个应用平台。 3 一 华南理工人学工学硕士学位论文 1 4 论文组织结构 论文的第二章简要介绍当前工作流研究的现状、主要工作流产品以及工作流产 品的分类，分析了当前系统存在的不足。 第三章介绍了基于a g e n t 的工作流管理系统的研究情况，分析了工作流管理系 统引入a g e n t 后所获得的益处。 第四章将会描述和分析本系统的模型。 第血章讨论了原型系统的设计与实现，以及系统测试与使用情况。 最后给出了论文的结论。 4 第二章工作流产品及研究现状 第二章工作流产品及研究现状 2 1 本文涉及的工作流管理系统知识背景 2 1 1w f m c 提出的术语 由于各个工作流系统生产厂商所开发的工作流系统都具有独立的一套工作流模型、 工作流定义手段以及可供二次开发的a p i ，这样就使得工作流系统之间难以合作，工作 流系统与别的应用系统之间也难以集成，从而制约了工作流系统的应用和发展。为了解 决这些问题，1 9 9 3 年成立的国际工作流管理联盟( 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 。”) 统一了工作流管理系统的相关术语，并在系统体系结构、体系结构之间的接口 及应用编程接口等方面制定了一系列标准。现在加入w f m c 的组织越来越多，所以任何 工作流系统的设计，如果有需要希望和别的工作流系统交互合作或者希望更好的与别的 应用系统集成的话，都应该符合w f m c 的规范。 w f l v i c 将工作流定义为；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、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。 工作流管理系统则被定义为：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“。可见， 工作流管理系统是一个与工作流执行者( 人、应用模块) 交互，以推进工作流实例执行， 并监控工作流的运行状态的这样一个软件系统。它并非企业的业务系统，它为企业的业 务系统提供了一个软件支撑环境，而在它的支撑下，还需通过集成具体的业务应用软件 模块和操作人员的界面操作，才能良好的完成对企业经营过程运行的支持。 w f m c 规定工作流管理系统的系统模型，要求其要包含业务流程建模模块、工作流执 行控制模块和工作流系统管理工具模块三大部分，前两部分是必不可少的，w f m c 还规定 了模块问交互信息的标准接口，期望通过这些接口达到异质( h e t e r o g e n e o u s ) 和同质 ( h o m o g e n e o u s ) 的工作流系统之间能够协同工作的效果。本系统在软件体系上符合w f m c 的要求，所以文章后面会有部分介绍，这里便不多说了。 2 1 2 工作流管理系统与分布式应用 工作流管理系统要解决的是企业业务流程管理的问题，所以它必定会是以分布式的 形式存在的。因为一个企业各组织机构办公地点是分开的，人员也是分散的，现代企业 5 华南理工大学工学硕士学位论文 更可能有分散全球的供求系统，所以它的信息环境、组织环境和与外界的协作环境都具 有分布性，要在这样一种环境下依靠工作流管理系统的帮助达到企业员工能良好协作以 提高企业经营运作的高效与自动化的目的，就要求工作流管理系统必须是分布式的。酊 见分布式是工作流管理系统的一个天性。 从技术的复杂性与实现的先后顺序上，工作流管理系统的分布可以分为三个层次“1 ： 1 1 工作流系统体系结构的分布：它是指从系统的层次上将工作流管理系统看成是 一组相互协作的部分构成。w f m c 提出的标准工作流管理系统体系机构充分体 现了这种分布性，它将工作流管理系统划分为由过程定义工具、工作流机、工 作流管理工具、客户端应用以及其它外部应用等几个部分组成，这些部分之间 通过w f m c 定义的标准接口进行互操作。尽管不同系统的组成模块在实现上会 有不同的组织形式，但整体结构都是类似的。模块间的这种分布协作本质是反 映了工作人员的分布与协作。 2 1 工作流机的分布式执行：它是指一组分布在不同节点上的工作流机共同协作完 成整个工作流实例的执行，每个工作流机完成流程中的一部分工作。这是在系 统体系结构分布的基础上所实现的更高层次的分布。以为早期的工作流系统也 有集中式的，一个工作流机会控制流程上所有的计算机活动，这种处理方式无 论在系统的可靠性、可扩展性、实用性以及吞吐量等方面都不能满足当今企业 复杂业务应用的要求。工作流机的分布协作能很好地改善这些问题。 3 ) 工作流模型的分布式定义：它是指工作流模型的定义是在一个分布的环境里由 参与人员协作完成的。如果一个经营运作过程是由几个不同企业组织合作完成 的，那么来了解别的企业的业务流程是一件繁琐的事情，二来这样也会可能 涉及到商业秘密的问题，所以工作流模型的制定是由参与该流程的所有企业协 作完成的，每个机构负责定义和维护自己的流程，而相互之间只关心模型的接 _ _ 。这种情况就是工作流模型的分布式定义。 2 1 3 工作流产品分类 工作流管理系统已经研究发展了很长时间，现在市场上也活跃了很多产品，然而系 统面向的用户不同、应用的规模不同等因素也决定了工作流产品间有很大差别，根据所 实现的业务过程和底层实现技术可以对工作流管理系统及其产品进行分类。 根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类“： - 6 第二章工作流产品及研究现状 1 1 管理型工作流： 调规则。 2 1 设定型工作流： 况。 在这类工作流中，活动可以预定义，并且有一套简单的任务协 与管理型工作相似，但般用来处理异常或发生机率较小的情 3 1 协作型工作流：参与者的数量和协作的次数较多。在一个步骤上可能反复协调， 直至得到某种结果，甚至可能回到前一阶段。 4 ) 生产型工作流：实现重要业务过程的工作流管理，特别是与业务组织功能直接 相关的工作流管理。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，整个过程涉及多个人和不同组织。 根据其底层实现技术，将工作流产品分为三类“1 ： 1 1 以通讯为中心：以电子邮件为底层的通讯机制。这类工作流管理系统适合于协 作型的工作流和确定型的工作流，而不适合于生产型的工作流。 2 ) 以文档为中心：基于文档路由，它与外界应用的交互能力有限。许多基于表的 管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。 3 ) 以过程为中心：这种工作流系统一般建立在数据库之上，有自己专用的通讯机 制，并且提供同外部交互的接口。 2 2 工作流产品现状 当前市场上工作流的产品很多，而且新的技术也会被开发商及时的融入到系统中 去，使得工作流的技术更趋完善。前面我们下面将会介绍几个比较典型有代表意义的工 作流管理系统。 2 2 1m o s e r i e sw o r k f l o w m q s e r i e sw o r k f l o w 是i b m 公司在其原有产品f l o w m a r k 的基础上改迸推出的最新 的 _ = 作流管理产品，是i b m 的商业集成软件m q s e r i e s 中的一部分，属于生产型工作流 管理系统。它将经营过程中应用逻辑中分离出来，可以帮助企业用更少的时间、以更快 的速度集成非常复杂的应用与资源，实现降低成本、减少错误、提高生产力，从而达到 可以根据市场需求灵活的改变经营过程的目标。m q s e r i e s w o r k f l o w 以i b m 公司的消息 服务产品m q s e r i e s 为基础，可以将分布在异构平台下的不同活动、系统和应用程序有 机地集成起来，为在i n t e r n e t 环境下实现电子商务提供了良好的保障。 7 华南理工人学1 二学硕士学位论文 m q s e r i e sw o r k f l o w 采用的是三层的结构，分别是：数据库层、服务器和建模部分 层、客户端层。用户也可以根据自己的实际应用情况把前两层结合在一起，这样就变成 了两层的结构。其数据库层使用的是i b m 的d b 2 关系型数据库存放工作流模型数据以 及工作流相关数据。 m o s e r i e s w o r k f l o w 最大的特色是系统的通信依靠其消息队列产品m q s e r i e s 提供的 消息队列服务来完成，使得它有别于其它依靠i d l 调用或r p c 调用的工作流产品，这 样系统在分布式的环境中就更加的稳定可靠了。 m o s e r i e sw o r k f l o w 支持2 5 种不同的操作系统，允许客户端和服务器之问作跨平台 的操作，使得其可以更好地应用在异构的环境中。其图形化的建模工具方便易用，可以 帮助用户快速定义工作流程，并且对其进行优化，同时这个工具还提供了一些接口函数 供用户定义工作流服务器的性质以及网络拓扑结构。 它使用推迟绑定( l a t eb i n d i n g ) 的方法对流程任务进行分配，这样用户的选择可以 更有弹性，更加灵活。在实例运行丌始，它还能自动地分配任务，而将活动以及相应的 应用程序、数据等分配到指定人员去。 另外，m q s e r i e sw o r k f l o w 在系统集成方面也是做得很有成效的，目前它已经实现 了与b p r 工具h o l o s o f x 的集成，工作流程的优化工作可以交由后者来完成，对于企业 的过程重组意义是很大的。在需要用户进行开发以使系统能与别的未集成系统集成时， m q s e r i e sw o r k f l o w 提供了预先配置好的应用模板以缩短用户的开发与集成时问。 2 2 2v is u a lw o r k f l o v i s u a lw o r k f l o ( 简称v w ) 是f i l e n e t 公司推出的工作流管理系统，它属于以过程为 中心的工作流产品，但是它也可以像其它文档型工作流产品一样对集成文档进行管理。 它允许迅速地评价和改进机构工作方式。v w 可以随时查看过程中的关键细节，实时掌 握过程的运行情况。v w 还提供w e b 服务，支持企业的经营过程集成，而传统的基于 c s 机制的工作流产品则不具备这种功能。 v w 在实时查询过程或者活动的运行状态的时候，可以提供事件日志和统计报告。 v w 还能自动的确定每个工作流活动的参与者在某段时间应该完成的任务，提供有关工 作量的信息，并能够根据活动的执行情况实现在相关人员之间的任务自动分配。 v w 的解决方案是建立在基于组件的软件结构上的，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v w 实施中采用了先进的工作队列的处理 8 第二章工作流产品及研究现状 方法，保证系统具有较高的可靠性。 在支持用户的二次开发方面，v w 针对不同的开发环境提供了面向不同的任务执行 的开发机制，包括提供了o l e 接口、a c t i v e x 控件以及一系列的a p i ，用户可以实际的 需要选取最佳的开发机制。 v w 参考了w f m c 提出的工作流参考模型，其系统由v ws e r v i c e 、v ws e r v e r 、v w 过程定义器、v w 管理器以及v w 执行器五大部分组成。 2 2 3i n t e m p o i n t e m p o 是j e t f o r m 公司推出的，j e t f o r m 公司在电子表单的解决方案方面非常有经 验，i n t e m p o 在应用上也反映了这一点，它主要适用在企业的市场管理、销售管理、合 同管理、人员管理以及财务金融管理等方面。 l n t e m p o 基于c s 方式，通信的方式是电子邮件。i n t e m p o 也允许用户使用基于 w e b 的任务管理器参与到工作流中，这使得非企业内的人员也可以通过w e b 参与到企 业的决策及经营过程中来。 l n t e m p o 具有以下主要特点 1 ) 客户端相互独立：出于通信方式用的是电子邮件，所以i n t e m p o 允许一条工作 流实例中的不同用户使用不同的客户端环境； 2 ) 自由分配活动：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， 仟务后自动出现在用户的信箱中，简化了任务接受过程； 3 ) 版本管理：提供了对过程模型的不同版本进行管理的服务，保证了新模型不会 影响到使用就模型的正在运作中的实例； 4 ) 支持结构和和非结构化的数据：用户可以将任何形式的文档附加在过程中传给 下一个用户； 5 ) 时间管理：用户可以在创建模型时加入期限限制，i n t e m p o 会根据用户定义的 时间要求执行超时提醒、过时任务删除并通知其上司等操作。 2 2 4m e t r o m e t r o 是a c t i o nt e c h n o l o g i e s 公司推出的一套基于w e b 的工作流管理软件。a c t i o n 产品将i n t e r n e t 技术与s o l 事务处理技术结合起来，并提供了内置的安全机制。用户可 以用a c t i o n 提供的工具在整个企业甚至企业间建立一个基于w e b 或c s 的工作流管理 9 - 华南理工大学工学硕士学位论文 环境。 m e t r o 不仅能够管理确定的流程，也为用户提供了管理不确定的协作与任务的工具。 整套系统由软件工具包、过程编辑器和服务器三部份组成。其中过程编辑器不仅方便易 用，大大简化用户建模的过程，而且还为用户提供了快速应用开发的服务，如企业业务 逻辑规则建立过程向导、界面自动生成等等。 m e t r o 的主要特点如下： 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可以及时得到执行活动 所需的最新活动状态、应用数据和应用工具，用户可以根据实时数据和过程状 态作出决策。 2 1 智能的分配任务：m e t r o 自动的将任务分类，用户可以通过基于w e b 的工具箱 来接受任务，m e t r o 也可以直接将任务送到用户的电子邮箱中。 3 ) 提供过程一致性服务：可以在多个服务器上同时进行更新，在必要的时候进行 事务回滚。 4 1 功能强大的编辑器：提供图形化的过程编辑器，用户可以方便的定义任何类型 的过程模型。 5 ) 支持w e b 技术：允许用户通过w e b 参与到工作流实例的运行中。 2 3 目前系统存在的不足 在工作流技术研究人员与工作流产品提供商十几年的努力下，工作流管理系统无论 在技术上以及应用上都得到了很大的发展，取得了一定的成果。但从系统的实际应用来 看，大部分系统之间几乎彼此都不兼容；而且能力有限，对于大型业务的处理效果并不 乐观：再就是系统的应用范围也比较有限，并不能全方位地支持企业的关键业务流程。 造成以上问题的原因有以下几点“1 ： 1 1 底层通信结构建立的必须：工作流管理系统必须建立在底层通信的基础上，才能实 现分布计算，这要额外付出经费和精力进行构筑，这是企业所不希望的，从而限制 了在企业中的厂。泛应用。 2 ) 标准化程度差：不同的厂商所提供的工作流产品具有独立的一套工作流模型、_ 作 流定义语言、a p i 函数。但难于在不同系统之间进行交互，集成的效果不理想，不 能方便地在不同系统间进行应用对象的重复利用和数据的方便交流。虽然w f m c 的 建立有助于改善和解决这一问题，但这还需要多方共同长时间的努力才行，还有好 1 0 第二章工作流产品及研究现状 长一段路要走。 3 、实施以及实现的复杂性：工作流管理系统在企业中应用是一个复杂的过程，这需要 工作流管理系统开发商与企业应用开发人员之间做一个长时间的沟通才能完成。要 充分了解清楚企业的业务过程以及管理体系，才能由应用开发人员安装工作流管理 系统的规定进行业务开发。要解决这个问题需要双方的努力，企业方要进一步完善 自己的管理体系以及业务流程，使得业务能够很快地被清楚明晰地被表达为工作流 管理系统能理解的流程信息；而开发商也要做进一步的工作以方便应用开发人员更 高效快速地进行二次开发。 4 1 系统安全问题：很多系统应用中会面临两个问题，一个是流程间并发控制问题，另 一个是异常处理问题。前一个问题其实很多系统当前都已经有这方面的功能，但在 性能方面仍需努力。事务型工作流管理系统的研究有助于解决第二个问题。 5 1 缺乏与其它系统进行集成的框架：现有的工作流系统所支持的应用太少，在集成的 方式方法上没有一个统一的标准，因此很难与企业原有的应用系统结合起来。 6 1 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、甚至每小时处 理几千个业务的需求。 2 4 当前工作流技术的研究方向 当日f 工作流技术的研究问题包括有以下几个： 1 ) 过程建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确地表示实际应用中的过程，特别是 研究如何以形式化的方法表示过程模型。如采用p e t r i n e t 方法来表示工作流模型、 定义工作流过程描述语言、采用e p c m 等。目前发展方向是研究和发展能够支持事务 的工作流模型，从而从根本上提高工作流系统的正确性和可靠性。 2 ) 模型验证和模型仿真方法：研究从理论上如何验证所建立的过程模型不存在死锁问 题，研究如何评价所建立的模型的性能和优化模型的方法。 3 ) 分布环境下的资源协调和任务优化调度策略：研究在大范围的分布环境下，在资源 有限和任务完成时间约束情况下，如何优化系统中任务执行的顺序和资源的分配方 法。 4 ) 过程模型与其它模型的集成方法：在描述一个企业和一个应用领域的问题时，仅有 过程模型是不够的，还需要有功能模型、信息模型、资源模型、组织模型、甚至经 济模型和决策模型等的配合，这些不同的模型描述了一个应用领域的不同侧面，它 1 1 华南理工大学工学硕士学位论文 们的集成可以完成对一个企业或一个应用领域的全面描述。 本文的研究范围归属于第三点，在分布式应用的环境下，工作流管理系统应用e m u l t i a g e n t 的技术会对其做资源的管理、任务调度的优化等起到帮助。 2 5 最新的工作流管理系统研究情况 在前面1 。1 节中我们提到当前工作流管理系统最新研究的几个代表是 e x o t i c a f m q m 、m e t e o r 、w i d e 和m e n t o r ，e x o t i c a 与f m o m 是完全分布型的，而w i d e 与m e n t o r 则采用的是c s 结构。下面将会介绍e x o t i c a 系统与m e n t o r 系统。 2 5 1 基于持久信息队列的分布式工作流管理系统e x o t i c a f m q m “3 e x o t i c a 是i b m 的a l m a d e n 研究中心开展的研究项目，是基于其原有工作流管理系 统f l o w m a r k 的。与m q s e r i e sw o r k f l o w 类似的是流程的控制信息是通过消息队列来传 递的，这样可以避免实例运行过程中不断地访问数据库，同时也避免了单点失败带来的 问题，大大提高了系统的可靠性与可扩展性。 e x o t i c a 由三个部件构成： 1 ) 客户端建模工具：它使用的是f l o w m a r k 的建模工具，所产生的数据存放在一 个集中式的数据库服务器中； 2 ) 客户端运行工具：用于完成工作流执行时的交互工作； 3 1f l o w m a r k 服务器：用于流程控制。 虽然控制信息是依靠可靠的消息队列进行传递的，但是要避免经常访问数据库服务 器的话，还需要传递流程的模型信息，但是这些信息通常比较大，要传递它们会加大网 络的负荷。为了解决这个问题，e x o t i c a 使用了模型编译及绑定的办法。每次建模结束 后，系统都会将模型信息进行“编译”，确定这个模型中活动的所有节点以及每个执行 节点所需要的信息，然后再将这些信息发送到相关的节点上去进行“绑定”，这样节点 间需要传递的信息量就减小了。 e x o t i c a 的研究集中在以下几点： 1 ) 研究分布式工作流管理系统的鲁棒性：首先它采用了可靠消息队列的方法传递 消息，这就确保了消息不会消失；其次它采用了服务器簇的办法来解决节点崩 溃的问题，如果某个工作流实例在某个服务器簇中失败了，并刁i 影响到在另外 一个服务器簇中新开一个实例； 1 2 第二章工作流产品及研究现状 3 1 4 1 工作流实例的恢复与取消问题：可采用向前恢复与向后恢复两种办法； 备份问题：可以有热备份、冷备份、不备份三种方案； 分布环境f 的合作：e x o t i c a 使用模型编译绑定加消息队列的办法进行分布合 作，稳定而且效率不错； 高级事务模型：e x o t i c a 研究如何结合事务模型与工作流模型。 2 5 2 基于状态与活动图的工作流管理系统m e n t o r “1 m e n t o r ( m i d d l e w a r ef o re n t e r p r i s e - w i d ew o r k f l o wm a n a g e m e n t ) 是由德国萨尔兰大 学、苏黎世联合银行和苏黎世工程研究院合作的。个研究项引。】。它采用状态与活动图 做为模型建立的规范，可以使用一个专门的建模工具s t a t e m a t e 生成模型，所需的外部 应用町以通过s t a t e m a t e 的扩展接口集成到系统中；也可以使用b p r 工具或别的工作流 建模工具建模，m e n t o r 提供有转换工具来完成模型的转换。 m e n t o r 活动图反映系统功能的分解，每个活动代表一个功能，这与w f m c 工作流 元模型里的活动类似。状态图里状态的转换靠e c a ( e v e n t c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则驱动。 在实现上，m e n t o r 以c o r b a 产品o r b i x 为底层技术，通过o r b 来传递信息以及 激活应用程序，并提供i d l 调用接口。 m e n t o r 主要研究的技术问题有： 1 、对工作流模型的正交分解； 2 1 系统的同步问题； 3 1 系统的容错能力。 2 6 本章小结 本章简要介绍和分析了目前一些主要的工作流管理系统产品的特点和性能，也介绍 了当前一些最新的研究成果情况，并分析了目前工作流管理系统大多存在的不足，对工 作流管理系统进行了分类。 1 3 华南理t 大学工学硕士学位论文 第三章基于a g e n t 的工作流管理系统研究 3 1 m u l t i - a g e n t 系统简述 a g e n t 是指能独立或者是半独立地完成特定完整功能并可能具有一定智能行为 的软件实体，在本系统里面，更强调的是它的前一个性质，因为仅是系统中少数的 a g e n t 将会具有智能行为。 m u l t i a g e n t 系统顾名思义就是指由许多自治或半自治的a g e n t 构成的一个软件 系统，主要研究多个a g e n t 之间如何协作来完成工作，研究的内容就包括有a g e n t 模型；a g e n t 的规划；a g e n t 之间的协商、通信、协作等等。1 。 a g e n t 的组织模型会对a g e n t 之间的协作以及整个系统的性能都有影响，然而 它也制约于具体系统实现的需要。常见的组织方式有树状、网状以及a g e n t 联盟“。 在树状结构中，a g e n t 之间的交互并不平等，只能与父节点或者子节点交流，它比 较适用于一些集中式管理的应用。网状结构里的a g e n t 则非常自由，a g e n t 之间的 交互是平等以及任意的，它这种松散的结构比较适用于应用在小规模机构里。如果 所应用的机构规模比较庞大，组织比较复杂的时候，a g e n t 联盟这种组织方式就会 比较适用。在这种组织模型里，会根据任务的要求而将a g e n t 动态的编排在一起形 成一个小组，小组里的a g e n t 之间的交互协作是自由的，而每个小组都会有一个丰 a g e n t ，山它来完成组与组