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邹海涛中山大学软件所o o h b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山太差堡圭堡苎! 旦! 兰 摘要 办公业务具有比较明显的流程特征，将工作流技术应用到办公自动化中去是 现在办公自动化领域的热点之一。我们使用工作流元模型来建立办公工作流模 型，使用办公工作流模型来驱动办公工作流程的运转，实现办公自动化。工作流 元模型是工作流的基础，不同的工作流应用领域对工作流元模型的要求也不尽相 同。但是目前很少有论文利用工作流技术针对国内办公业务的工作流进行多角度 的分析并建立适用于它的工作流元模型。 本文从过程、组织结构、相关数据等多个角度分析讨论了办公工作流，在这 个基础上建立了办公工作流的元模型o a w f m ( 其中包括o a w f m 的过程模型、o a w f m 的组织结构模型、o a w f m 的工作流相关数据模型、o a w f m 的访问控制模型、o a w f m 的任务状态分析和o a w f m 的柔性等) 本文在o a w f m 的任务状态分析中扩充了办公业务中的任务状态，使得其更加 适合我国办公工作流中任务状态变化的实际情况。 本文给出的o a w f m 的组织结构模型和建立在组织结构模型基础上的过程、活 动访问控制模型更加适合我国办公工作流中对过程实例和任务的执行和管理的 权限控制的实际情况。 本文在o a w f m 的工作流相关数据模型中明确将相关数据分类为属于模型的 相关数据和属于实例的相关数据，并以加解锁的方式来协调任务对相关数据的访 问，将工作流用户对相关数据的访问附属于用户对任务的执行，隔离用户和相关 数据的直接联系，使得数据更加安全和一致。o a w f m 的模型数据、工作流相关 数据、控制数据等以关系数据库形式表示和存储。 本文在o a w f m 的基础上开发了面向办公自动化的内嵌式工作流引擎 o o a b i w f e 。o o a b i w f e 存在形式为一个类库，提供解释和管理用o a w f m 建立的工 作流模型，实例化工作流过程的接口，提供管理和执行工作流过程实例和活动实 例的接口，根据工作流模型生成任务，在工作流任务间导航，维护工作流相关数 据和工作流控制数据，调用应用程序来执行任务，记录运行情况。 本文最后给出了基于o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的办公自动化系统的结构 和一个开发实例。开发实例表明基于o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的办公自动化 系统为办公业务引入了工作流管理的视角，系统有良好的可配置性和柔性，内嵌 的o o a b i w f e 引擎方便系统对业务流程的管理，任务的分配，过程实例和任务的 监控，方便与其他办公应用的集成。 关键字：办公自动化，工作流，引擎，内嵌，元模型 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o n0 0 a b i w f e e n g i n e a n do a w f m m o d e l c o m p u t e r s o f t w a r ea n d t h e o r y n a m e ：z o uh a it a o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r l il e i a b s t r a c t o f f i c ea f f a i rh a sf l o wc h a r a c t e ri ne v i d e n c e u s i n gw o r k f l o w t e c h n i q u ei no f f i c e a u t o m a t i o ni sai so n eo f t h eh o t s p o t so f r e s e a r c h h o w e v e r ，t h e r ea r ef e w p a p e ru s i n g w o r k f l o wt e c h n i q u et o a n a l y z e o f f i c ea f f a i ri nc h i n ai n m u l t i - v i s u a l - - a n g l e s a n d b u i l d i n gw o r k f l o w m e t am o d e ls u i t a b l ef o ro f f i c ea f f a i r t h i sp a p e ra n a l y z eo f f i c ea f f a i ri np r o c e s sa n g l e ，o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r ea n g l e ， r e l e v a n td a t aa n g l ea n do t h e ra n g l e s t h i sp a p e rb u i l do f f i c ea f f a i rw o r k f l o wm e t a m o d e lo a w f m ( o a w f mi n c l u d em u l t i t y p e o f m o d e l s ，s u c h a s p r o c e s s m o d e l ，r e l e v a n t d a t a m o d e l ，o r g a n i z a t i o n s t r u c t u r e m o d e l ) b a s e do na n a l y s e ，a n d d e v e l o p a no r i e n t a l o f f i c e a u t o m a t i o n b u i l d i n w o r k f l o w - e n g i n eo o a b i w f e t h i s p a p e rg i v e as t r u c t u r eo fo f f i c ea u t o m a t i o ns y s t e mb a s e do no o a b i w f ea n d 0 a w f m ， f i n a l i y ，t h i sp a p e rs h o w sad e v e l o p i n ge x a m p l eb a s e d o no o a b i w 伍a n d o a w f m ，a n0 f f i c e a u t o m a t i o ns y s t e mf o rac e r t a i ne x h i b i t i o nc o m p a n y t h i sp r a t i c e i n d i c a t et h a ts y s t e mb a s e do no o a b i w f ea n do a w f mi sc o n f i g u r a b l ea n df l e x i b l e a n d e a s y t oi n t e g r a t ew i t ho t h e ra p p l i c a t i o na n dd a t a k e y w o r d ：o f f i c ea u t o m a t i o n ，w o r k f l o w ，e n g i n e ，b u i l d i n ，m e t a m o d e l 2 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 第一节背景 第一章前言 随着计算机和通讯技术的发展，办公自动化这一学科也就应运而生。办公自 动化作为一门学科，在短短的几十年间得到飞速的发展，其内涵和外延在不断扩 大，但是目前学术界和产业界对办公自动化的理论和概念还没有形成严格、统一 的定义。美国麻省理工学院教授m c z i s m a n 对办公自动化( o f f i c ea u t o m a t i o n 简称o a ) 下了这样的定义：办公自动化就是将计算机技术、通信技术、系统科 学及行为科学应用于传统的数据处理难以处理的数量庞大且结构不明确的、包括 非数值型信息的办公事务处理的一项综合技术。文献 1 从办公自动化的开发角度分析，现有的o a 产品可以按照开发平台划分为基 于关系数据库的和基于群件平台( 主要是d o m i n o n o t e s 或e x c h a n g e ) ，也可按 照体系结构分为基于b s 结构的和基于c s 结构的。而工作流技术、分布式组件 技术和数据挖掘技术也被逐渐应用到0 a 系统中去。 办公自动化在快速发展的同时面临着新的办公自动化系统与原有的系统和 数据的集成问题，以及加强可扩展性，可配置性，能够较为容易地、以较低的代 价来支持办公业务的变化的问题。 工作流是起源于办公自动化和生产自动化领域的，随着企业、政府信息化的 进行而迅猛发展起来的一个研究领域。工作流模型从多个角度描述了和定义了业 务流程、组成流程的活动、参与业务流程的数据、执行流程或活动的人或应用程 序、机构的组织、功能等信息以及它们之间的相互关系。 由于办公活动具有明显的流程特点，工作流技术在办公自动化系统开发中的 应用是当前的关注热点。将工作流技术应用到办公自动化系统的开发中去，抽象 出办公业务的模型，以模型来支持办公业务的执行可以在一定程度上解决这些问 题，具有应用价值。目前国内对工作流技术、特别是工作流模型的研究主要面向 生产领域，不是完全适用于我国办公业务，对于办公工作流元模型的研究也很缺 乏。分析办公业务，建立办公工作流元模型，利用元模型建立具体的办公工作流 邹海涛中山大学软件所0 0 a b i w e 引擎和0 a w 埘模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 模型，再在此基础上集成内嵌的工作流引擎，开发办公自动化系统是有意义的。 第二节论文的创新点及主要工作 论文的创新点 论文主要有以下创新点： 1 、扩充一种基于工作流图的工作流过程模型的转换分析方法 2 、扩充办公业务中的任务状态并给出一种任务状态转换过程 3 、给出一种办公业务数据模型和访问控制机制 4 、给出一种基于内嵌式工作流引擎的o a 系统结构 5 、开发一个面向办公自动化的内嵌式工作流引擎 论文的主要工作： 介绍了工作流的基本概念，办公自动化的基本情况，从过程、组织、数 据等多个角度分析讨论了办公业务，在这个基础上建立了办公工作流的元模 型0 a w f m 。0 a w e m 包括过程模型、组织模型、数据模型等多种模型。扩充一 种基于工作流图的工作流过程模型的转换分析方法：开发了面向办公自动化 的内嵌式工作流引擎0 0 a b i w f e ，给出了基于o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的办 公自动化系统的结构和开发实例，开发实例表明基于该引擎和模型的系统有 良好的可配置性和柔性，方便与其他办公应用和数据的集成 第三节论文的结构 第一章：描述问题的背景以及论文的创新点、主要内容及结构。 第二章：介绍工作流和国内办公自动化的相关概念和基本情况 第三章：是本文的重点，从多个角度分析办公业务，并在此基础上建立办公工作 流元模型o a w f m ，分析面向办公自动化的内嵌式工作流引擎o o a b i w f e 第四章：也是本文的重点，设计和实现o o a b i w f e ，和o a w f m 第五章：给出了基于o o a b i w f e 和o a w f m 的一个开发实例 6 邹海涛中山大学软件所0 0 a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 第六章：总结论文，指出进一步的研究方向，给出论文的相关工作。 第二章相关概念和发展概况 第一节工作流基本概念 工作流( w o r k f l o w ) 源自w o r k + f l o w 的组合。w o r k 表示工作、任务，f l o w 表示工作和任务的流动，也就是变化的过程。流的概念在物理学领域比较常见， 如电流、水流、气流等，后来这个概念被引申到各个领域以用来表示事物的变化 及变化过程，如表示物料传输过程的物流、资金转移过程的现金流、信息处理和 传递过程的信息流等。因此，表示工作、任务的执行和变化的业务流程就是工作 流。 工作流的概念发源自生产组织和办公自动化领域文献 2 。实际上，自进入 工业化时代以来，有关常规经营流程的效率的优化工作就一直在进行。人们通常 把一个业务活动划分为常规任务、角色和过程的集合，划分成标准化的常规流程 有利于进行规范化的生产。一开始，所有的划分和操作都是人工进行的，自从信 息技术引进之后，这一过程开始慢慢地全部或者部分地由信息系统来自动进行。 工作流管理的最大优点是实现了应用逻辑与过程逻辑的分离，因此可以在不 修改具体功能实现的情况下，通过修改过程模型来改变系统功能，完成对生产经 营部分过程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，发挥系统的最大效能。工作流技术可以支持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，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”的要求文献 3 。 工作流管理联盟对工作流管理系统的定义文献 4 ：工作流管理系统是这样 一个系统，它通过运行在一个或多个工作流引擎上的软件来定义、创建和管理 工作流的执行。其中的工作流引擎能够解释过程定义，与工作流参与者互动，以 及在需要的时候调用i ，r 工具和其他应用程序。 通常，工作流管理系统指运行在一个或多个称为工作流引擎的软件上的用于 定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，他和工作流执行者( 人、应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) 指得是为实现企业目标集合在一起的一组或 多组相关联的过程( p r o c e d u r e ) ，通常包括定义了功能角色和关系的组织结构文 献 4 。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ，通常又称过程建模( p r o c e s sm o d e l i n g ) 或者模型定义( m o d e ld e f i n i t i o n ) 。指得是业务过程表示成支持自动操纵的形 式之后的表示文献 4 。过程定义通常包括一个由活动组成的网络以及它们之间 的关系、指示过程开始和结束的规则( c r i t e r i a ) 以及独立活动( i n d i v i d u a l a c t i v i t y ) 的信息，如参与者、关联的i t 应用程序和数据。过程定义也简称为 过程( p r o c e s s ) 活动( a c t i v i t y ) 指的是工作流中的一个逻辑步骤或称环节文献 4 。一个 活动可以是工作流自动活动，也可以是不支持计算机自动化处理的人工活动。它 包含的信息包括：开始和结束条件；可参与到此环节中的用户：完成此活动所需 的应用程序或数据；以及关于此活动应如何完成的一些限制条件( 如时间上的限 制等) 。 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e ) 指的是过程的单次执行 活动实例( a c t i v i t yi n s t a n c e ) 是包含过程和关联数据的一个活动的单次执 行文献 4 ，活动实例也称为任务( t a s k ) 。 第二节工作流参考模型及过程定义的元模型 1 9 9 5 年工作流管理联盟发布了工作流参考模型的1 1 版本文献 5 ，该参 考模型描述了工作流管理联盟建议工作流产品应该遵循的五个接口，以及与接口 相关联的标准化应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ，a p i ) 。这些 接口a p i s 是：( 1 ) 过程定义建模和交换a p i s ，( 2 ) 客户应用程序a p i s ，( 3 ) 应用程序调用接口，( 4 ) 工作流协作接口，以及( 5 ) 管理和监控接口 m o h a n 9 8 。 如图2 - 1 所示。 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 图2 一l 工作流参考模型一一组件与接口文献 5 在工作流建模上，工作流管理联盟定义了一个过程定义的元模型( m e t a m o d e l ) 文献 5 ，如下图所示。所谓元模型，一般是指描述模型的模型。这里的 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、对象之间的关系及对象的属性。文献 6 图2 - 2 基本过程定义元模型 图2 2 给出的过程定义元模型的组成核心是活动。工作流过程定义与活动、 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 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 多个活动使用。 第三节工作流管理系统体系结构 图2 - 4 为工作流管理联盟的体系结构图文献 4 。这个参考模型的体系结构 给出了抽象的工作流管理系统的功能组成构件和接口，它能够满足工作流管理系 统和产品应该具有的主要功能特征，可为实现工作流产品之间的互操作提供公共 的基础。 雷 虽蓁蓁巍 图2 - 3 通用工作流产品结构 通用的工作流产品结构化模型定义了一系列的软件组件和接口，这些软件组 件和接口在一个具体工作流产品的实现中，可能采用多种不同的方法来实现。不 同的实现方法区别了不同的工作流产品，在众多的可能实现方案中，最常被考虑 的是以下两种文献 5 ： 集中式或分布式的工作流执行服务 任务列表处理器的位置与分配机制 1 0 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 第四节工作流技术的研究发展 作为支持企业经营过程重组( 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 ) 和 经营过程自动化( b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的一种手段，工作流技 术的研究应用日益受到学术界和企业界的重视。许多大学和研究机构也致力于工 作流技术的进一步发展，开展了一系列研究项目，取得了显著的成果。文献 6 在工作流这一框架下，比较基本的、主要的研究内容包括以下几个方面 l f w 0 0 ：( 1 ) 工作流管理系统体系结构的研究；( 2 ) 工作流模型与工作流定义 语言；( 3 ) 工作流的事务特性；( 4 ) 工作流的实现技术；( 5 ) 工作流仿真与分析 方法；( 6 ) 工作流的集成与互操作技术：( 7 ) 工作流与经营过程重组。 上述主要研究课题可以归纳为三个方面文献 6 ：第一方面是工作流的理论 基础，包括工作流管理系统的体系、模型与建模语言；第二方面是工作流的实现 技术，包括工作流的事务特性、各种先进软件技术的应用、工作流仿真；第三方 面是工作流技术的应用，包括工作流实施技术在不同应用领域的应用方法、应用 软件集成等。 目前工作流技术的研究正日益收到人们的重视，许多大学和研究机构都开展 了许多研究项目，取得了众多的研究成果。比较著名的有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一- - m e t e o r 、基于分布式主动数据库 技术的工作流管理系统一- - w i d e 文献 7 文献 8 、基于状态与活动图的工作流 管理系统一- - m e n t o r 文献 9 以及有i b m 公司a l m a d e n 研究中心研究开发的基于 持久消息队列的分布式工作流管理系统一一e x o t i c a f m q m 文献 1 0 。 第五节办公自动化概况 办公活动的核心是通过处理信息来实现管理，办公活动所处理的信息内容、 形式、载体、处理方法、技术手段等都随着社会的进步而从低级形式向高级形式 发展。 办公活动 办公活动的过程就是为了实现一定的目标，按照一定的标准与规范处理办公 信息的过程过程。 办公活动可以分为： ( 1 )收文、发文处理。包括：拟稿、审核、批示、会签、登记和分发、 邹海涛中山大学软件所0 0 a b i 霄f e 引擎和0 a w t 3 1 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 办理、归档等 ( 2 )日常行政管理和事务处理。包括：财产、办公用品的登记、使用和 管理，出差登记、请假审批、车辆和会议室管理、公共活动安排、 重大事项登记、公务接待情况登记，值班安排等。 ( 3 )档案资料管理。包括档案和资料的登记、录入、修改、查询、检索、 借阅、销毁等 ( 4 )其它：包括计划和工作安排、执行、检查等 办公自动化的发展概况 自2 0 世纪5 0 年代以来，办公自动化随着计算机技术、通信技术与管理科学、 系统科学与行为科学的发展正逐步走向成熟和高速发展之路。 办公自动化技术的应用和发展文献 11 1 、2 0 世纪5 0 年代7 0 年代 办公自动化概念的提出最早是在5 0 年代的美国。这一阶段以单项办 公设备为基础，完成单项办公业务的自动化。 2 、2 0 世纪7 0 年代中期8 0 年代中期 随着7 0 年代微型计算机的发展，办公自动化在美国和欧洲得到大量 普及和应用。办公系统网络化，办公管理科学方面的研究快速发展是 这一阶段的特点。这一阶段我国的办公自动化以单项业务的自动化为 特征。 3 、2 0 世纪8 0 年代中期9 0 年代中期 电子数据交换( e d i ) 在美国和欧洲得到广泛的应用。我国在全国范 围内开展办公自动化试点，建立了一批能体现较高水平的国家级办公自 动化系统，开始办公自动化的标准工作，并于1 9 9 3 年启动“三金工程”， 即金桥、金关和金卡工程。w p s 、o f f i c e 等办公软件在我国得到初步应 用。 4 、2 0 世纪9 0 年代中期以来 办公自动化发展到整个办公室的高度自动化和一体化，以及办公自动 邹海涛中山大学软件所0 0 a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 化系统的智能化。随着网络技术、移动通信技术和软件技术的发展， o a 与移动办公、计算机支持的协同工作( c s cw ，c o m p u t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v e w o r k ) 、工作流( w o r k f l o w ) 、数据挖掘( d m d a t a m i n i n g ) 、 管理信息系统( m i sm a n a g ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 等多种技术相融合， 得到更大的发展。我国大力推进政府上网工程和电子政务的建设，国 产办公自动化软件纷纷涌现。 可以认为，办公自动化作为一门综合学科将朝着数字化、智能化、整体 化、复合化等方向发展。 办公自动化系统及其分类 根据办公自动化的应用领域可以将办公自动化分为政府办公自动化，企 业办公自动化和公司办公自动化等。按照实现的功能，常见的办公自动化系 统可以分为三个层次，即事务型办公自动化系统、管理型办公自动化系统和 决策型办公自动化系统，其关系如下图所示： 图2 4 办公自动化系统的层次关系 事务型办公系统包括基本办公事务处理系统和机关行政事务处理系统两 大部分。事务型的办公自动化系统，支持一个机构内各办公室的基本事务活 动。基本办公事务处理系统主要功能包括： 文字处理：对各种文件、报告、命令、通知等文字材料进行起草、修改、 删除、排版、打印、输出等。 个人日程管理：为各级办公人员或某系统组织进行日程、时间的安排和 进行计划管理，并具有自动提醒功能。 个人文件库管理：管理个人文件，根据目录或主题词、时间等进行查询、 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 检索等。 行文管理：管理收文、发文的全过程，并提供行文追踪等功能。 档案资料管理：包括档案和资料的登记、录入、修改、查询、检索、借 阅、销毁等 机关行政事务管理系统主要包括对机关本身的人事、工资、财务、房产、基 建、车辆和各种办公用品进行管理的应用系统。 管理型办公自动化系统。管理型办公自动化系统是支持各种办公事务处 理活动的办公自动化系统与支持管理控制活动的管理信息系统相结合的办 公自动化系统。管理型办公自动化系统除具备事务型办公自动化系统的全部 功能外，主要增加管理信息系统功能。 决策型办公自动化系统。决策型办公自动化系统是具有决策或辅助决策 功能的最高级系统，是管理型办公自动化系统与决策支持系统相结合的办公自动 化系统。 办公自动化技术 第三章o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的分析与建 模 本章是全文的重点，从过程、组织结构、相关数据等多个角度分析讨论了办 公工作流，在这个基础上建立了办公工作流的元模型o a w f m ( 其中包括o a w f m 的 过程模型、o a w f m 的组织结构模型、o a w f m 的工作流相关数据模型、o a w f m 的访 问控制模型) o a w f m 模型的比较与参照的对象是w f m c 所定义的工作流规范和工作流定义 语言w p d l 。 o a w f m 的任务状态分析中扩充了办公业务中的任务状态，使得其更加适合我 国办公工作流中任务状态变化的实际情况。 o a w f m 的组织结构模型和建立在组织结构模型基础上的过程、活动访问控制 模型更加适合我国办公工作流中对过程实例和任务的执行和管理的权限控制的 实际情况。 o a w f m 的工作流相关数据模型中明确将相关数据分类为属于模型的相关数 据和属于实例的相关数据，并以加解锁的方式来协调任务对相关数据的访问，将 工作流用户对相关数据的访问附属于用户对任务的执行，隔离用户和相关数据的 直接联系，使得数据更加安全和一致。 1 4 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 本章还对工作流引擎进行了分析，在此基础上提出面向办公自动化的内嵌式 工作流引擎o o a g i w f e 的设计目标 第一节o a w f m 的过程分析与建模 办公中很多业务的处理带有流程特征，一件公务的办理是一个过程，往往需 要经过很多步骤，不同的步骤由不同的人处理，一个步骤完成后根据公务的实际 情况可能有不同的后序步骤( 即后续处理路径不同) ，多个不同的步骤也可能同 时执行，而业务流程由什么步骤组成，步骤与步骤之间的先后顺序等关系在工作 流中用过程模型来描述。过程模型是工作流模型的核心部分。 以下我们通过一个办公中的发文流程的例子来讨论一下几种有代表性的工 作流过程模型 o 开始 1 办事员拟文 2 拟文稿送部门领导修改 3 ( 分支) 若以单位名义发文则部门领导修改后送分管领导审核， 3 1 分管领导审核后送办公室打印 ( 分支) 若以部门名义发文则直接送办公室打印 4 办公室打印 5 办公室打印后发文 6 办公室打印后同时交档案室存档 7 发文并存档后流程结束 傍3 1 基于活动网络的过程模型 一个工作流过程由无自环的有向图构成。有向图中的节点元素表示活动，节 点间的连接弧表示活动的先后顺序。是典型的基于活动的模型，以活动作为构成 过程的基本单元简单、直观，便于理解，适合于流程较为固定，异常情况较少的 生产型工作流的建立：但缺乏柔性，对紧急情况的应变能力不足，显得比较死板。 该模型为大量的工作流产品所采用。 单位发文分要领 烈导审核 部门领 导修改 部门发文 档案室 存档 蕊新黔掌 打印广一 图3 - l 一个用活动网络表示的发文工作流过程( 例3 1 )【8 。 、，o + 邹海涛中山大学软件所0 0 a b i w f e 引擎和0 a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 基于p e t r i 网的过程模型 p e t r i 网是由德国学者c a p e t r i 与1 9 6 0 年代提出，被广泛应用于各个领 域的系统建模、分析和控制。p e t r i 网由三元组p n = ( p ，t ，f ) 构成， p ( p l a c e ) = p 1 p 2 ，p m ) 为库所( 也称为位置) 集合：t ( t r a n s i t i o n ) = t l ，t 2 ，t n ) 为变迁：f p + t u t + p ，为从库所到变迁和变迁到库所的 映射的集合。文献 6 x p 旧，x = y i ( x ，y ) 毋称为瑚后集，x = y i ( _ y ，x ) f 称为椭前集 在p e t r i 网的基础上，v a nd e ra a l s t 提出了工作流网( w f n e t ) 的概念，用它 来建立工作流模型。一个p e t r i 网p n = ( p ，t ，f ) 被称为工作流网，当且仅当它满 足下面的两个条件： ( 1 ) p n 有两个特殊的库所：i 和o 库所i 是一个起始库所，即i = o ，库所。 是一个终止库所，即 o = o ( 2 ) 如果在p n 中加入一个新的变迁t ，使t 连接库所。和i ，即是r = d ，t = f ， 这时得到的p n 是强连通的。文献 1 2 从以上两个条件可以看出，工作流网具有一个起始点和一个终止点，工作流网中 不存在孤立的变迁和库所( 所谓孤立，是指经过该变迁和库所不存在由i 到。 的通路) 。在建模过程中，如果使用条件和事件的概念，那么库所代表条件，变 迁代表事件。库所中的托肯代表可以使用的资源或数据。在工作流网中，库所对 应着过程中的条件( 或资源) ，变迁对应着过程中的可执行活动，库所中的托肯代 表一个过程实例的状态。 活动的执行使得托肯在库所间发生转移，只有活动的前集中所有的库所都有托 肯，活动才会被使能，活动执行后其前集中的所有库所中的托肯都将转移到其后 集中。也就是说其前集都没有托肯，其后集都有托肯。下图是一个用p e t r i 网表 示的发文工作流过程。 图3 2 一个用工作流网表示的发文工作流过程( 例3 1 ) 1 6 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 p e t r i 网兼顾了严格语义与图形语言两个方面，建立在严格的数学基础上，具有 丰富而严格的模型语义，是一种图形化语言，直观易懂，同时具有强有力的分析 技术与手段，能准确方便地对过程的控制逻辑进行定义，是基于状态建模的手段， 将过程中的各种状态显式定义出来，显式区分活动的使能和执行；但组成模型的 元素数量过多，一个活动至少要由一个输入库所、一个变迁、一个输出库所这三 个元素表示，而且无法体现数据流，无法体现活动实例的状态的变化。 基于状态与活动图的过程模型 基于状态与活动图的建模其实就是基于状态机的建模，它将一个工作流过程 实例看作是一个状态机。o m t 和u m l 对状态机有如下相关的概念定义文献 1 3 ： 状态机( s t a t em a c h i n e ) 是一种行为，它说明对象在它的生命期中响应事 件所经历的状态序列以及它们对那些事件的响应。全部动作都附加到转换上的状 态机叫做m e a l y 机，全部动作都附加到状态上的状态机叫做m o o r e 机。 状态( s t a t e ) 是指在对象的生命期中的一个条件或状况，在此期间对象满 足某些条件、执行某些活动或者等待某些事件。 事件( e v e n t ) 是对一个在时间和空间上占有一定位置的有意义的事情的规 格说明。在状态机的语境中，一个事件是一次激发的产生，激发能够触发个状 态转换。 转换( t s a n s i t i o n ) 是两个状态之间的一种关系，它表明对象在第一个状态 中，并当特定事件发生或者特定的条件满足时进入第二个状态。 动作( a c t i o n ) 是一个引起模型状态改变或值的返回的可执行的原子计算。 活动( a c t i v i t y ) 是状态机中进行的非原子执行。 状态图( s t a t e c h a r td i a g r a m ) 展现了一个状态机，它由状态、转换、事件 等元素组成。它对于接口、类或协作的行为建模尤为重要，强调对象行为的事件 顺序，非常有助于对反应式系统建模。u m l 状态图是有向图( d i r e c t e dg r a p h ) ， 图的节点称为状态( s t a t e ) ，节点之间的有向边称为迁移( t r a n s i t i o n ) 。一个 迁移连接个源状态和一个目的状态，代表过程状态的一次变化，一次迁移对应 一次由事件( e v e n t ) 引发的动作( a c t i o n ) 。迁移有发生转换必须成立的监护条 件( g u a r dc o n d i t i o n ) 。对指定状态来说，一个事件只能引发一个迁移。 活动图( a c t i v i t yd i a g r a m ) 是一种特殊的状态图，它由状态、动作状态、控 制流等元素组成，它展示了在系统内从一个活动到另一个活动的控制流程。它对 于系统的功能建模特别重要，并强调对象间的控制流程。 基于状态和活动图的建模介于p e t r i 模型与图形化模型之间。比p e t r i 网容 易学习和理解，比图形化模型易于验证；但模型验证工作比p e t r i 网模型麻烦， 可视性效果比图形化模型差。文献 6 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w t i 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 图3 - 3 一个用u m l 活动图表示的发文工作流过程( 例3 1 ) 事件驱动的过程链模型 主要元素是功能和事件：功能被事件触发，功能也能产生相应的事件。业务 过程的控制流由交替出现的功能和事件彼此连接而构成，控制流的分支选择、汇 合连接以及并发进行则通过逻辑操作符或者更复杂的表达式来完成。兼顾了模型 描述能力与模型易读性这两个方面；但其建模的效率不高。文献 6 基于语言行为理论的工作流模型( a c t i o n f l o w ) 从客户方与服务方两个角色之间的语言行为交互上对工作流过程进行定义， 通过语言行为来描述事物、交流信息，计划自己的行为，协调自己与他人的合作。 适合处理以人的交互为特征的业务过程；但支持层次化建模的能力不足，不适合 比较固定的企业经营过程，建模人员很难完整明确地列出双方所有可能的语言行 为。文献 6 工作流的事务模型 应用高级事务模型来建立工作流模型，每一个子事务对应工作流中的任务， 事务的执行结构对应工作流中的控制流。工作流的分离性与原子性完全由它所使 用的高级事务模型决定。为工作流引进了事务处理能力、使工作流具备恢复和失 败处理的语义，以此提高了工作流系统的性能：但事务模型缺乏描述组织的能力， 对数据有太强的针对性，不具备对工作列表的处理能力。文献 6 o a w f m 采用的过程模型 文献 1 3 给出了反应型对象( 又称事件驱动的对象) 的定义，其行为通常是 由对象对来自语境外部的事件作出反应来刻画的。反应型对象在接受到一个事件 之前通常处于空闲状态。当它接受到一个事件时，它的反应常常依赖与以前的事 件。当这个对象对事件作出反应后，它就又变成空闲状态，等待下一个事件。 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 就其本质上来说，过程实例是反应型对象，引擎根据过程实例的任务执行情 况、过程模型和与外界的交互来迸行推导，并根据推导的结果来生成、管理和执 行任务，推进过程的运行，从而实现过程的目标。 从工作流任务的定义可以知道，它也是一种反应型对象，而对反应型对象的 建模最好用状态机来实现，因此可以使用状态机来对工作流过程建模。 可以用两种方式来可视化状态机文献 1 3 ，一种是强调从活动到活动的控 制流一一使用活动图，另一种是强调对象的潜在状态和这些状态之间的转换一一 使用状态图。因为活动图中的活动可以和工作流中的活动相对应，所以本文采用 活动图来建立工作流过程模型。工作流过程中表示活动之间关系的6 种控制结构 在下一节说明。( 分另i l 为顺序、循环、与连接、或连接、与分支、或分支) 这里 不再详细论述了。 参照工作流网和w p d l 定义，本文提出o a w f m 的工作流过程模型定义如下： o a w f m 的一个工作流过程模型由二元组o p m = ( a c t i v i t y ，t r a n s i t i o n ) 构成， a c t i v i t y = a l ，a 2 ，a m ) 为活动集合：t r a n s i t i o n = f t l ，t 2 ，t n 为活动间的转 移集合：活动为元组( a c t i v i t y l d ，n a m e ，s p l i t t y p e ，j o i n t y p e ，t y p e ) a c t i v i y i d 来唯一标记活动。n a m e 是活动的名称，t y p e 表示活动的类型， 活动类型可以进行以下分类： f i r s t ，初始化活动，过程的第一个活动，不针对具体业务环节。 a p p l i c a t i o n ，应用程序活动，该活动的实例由引擎调用应用程序来自动执 行。 h u m a n ，人工活动，该活动实例不由引擎执行。而是由人来完成( 其中包括人 手工启动应用程序来执行) e m p t y ，空活动，该活动不针对具体业务环节，没有执行者( 人或应用程序) ， 满足同步等待条件后自动执行，立刻完成，用于构造复杂的业务规则。 f i n a l ，终结活动，过程的最后一个活动，不针对具体业务环节。 j o i n t y p e 表明进入该活动的转移的同步情况，取值为o r 表明是或同步，即 有一个进入转移发生就可执行该活动实例，为a n d 表明是与同步，所有转移都必 须发生才可执行该活动实例。 s p l i t t y p e 表明离开该活动的转移情况，取值为a n d 表明活动实例执行完后 所有转移同时发生，为o r 则只有一个转移能够发生。 t r a n s i t i o n = t l ，t 2 ，t n 为活动闯的转移关系； 活动间的转移关系： t r a n s i t i o n a c t i v i t y x a c t i v i t y x c o n d i t i o n ，( q ，q ，c ) t r a n s i t i o n c o n d i t i o n 是转移条件的集合，上式表示有一个从活动a 到活动a 。的转移， 转移发生的条件为c 1 9 邹海涛中山大学软件所o o a b i w f e 引擎和o a w f m 模型的研究与应用中山大学硕士论文2 0 0 4 x a c t i v i t y ，x = di3 c c o n d i t i o n ，( x ，) ，c ) 刀m 硒盯z 洲) 称为珀q 后集， z = yih c c o n d i t i o n ，( y ，x ，c ) 钉m 朋珊m 称为珀q 前集 o p m 有两个特殊的活动：i 和0 活动i 是一个起始活动，即i = 0 ，活动0 是 个终止活动，即0 = 0 如果在o p m 中加入一个新的转移t ，使t 连接活动0 和i ，即是t = ( 0 ，i ，c ) ，这 时得到的o p m 是强连通的。 从以上两个条件可以看出，o p m 具有一个起始点和一个终止点，o p m 中不存 在孤立的活动( 所谓孤立，是指经过该活动不存在由i 到0 的通路) 。 第二节过程模型的分析 v a nd e ra a l s t 将对过程模型的分析分为三个方面文献 1 2 ： ( 1 ) 有效性分析( v a l i d a t i o na n a l y s i s ) ：测试工作流的执行是否能实现预 期的业务目标。 ( 2 ) 正确性证明( c o r r e c t n e s sv e r i f i c a t i o n ) ：验证工作流模型的正确性 ( 3 ) 性能分析( p e r f o r m a n c ea n a l y s i s ) ：评价工作流的某种性能参数，如 工作流平均执行时间、活动平均等待时间、资源占用率等 显然，对于工作流模型的三个方面的分析需要按照一定的顺序进行，即有效 性分析一正确性证明一陛能分析。其中，v a nd e ra a l s t 使用工作流网来描 述和分析业务过程文献 1 4 。文献 1 5 讨论了用u m l 活动图来对工作流进 行建模的验证支持。s a d i q 等对有向无环图( d i r e c t e da c y c l