硕士论文-基于多代理的工作流在网络服务下的模型研究.pdf

上海交通大学 硕士学位论文 基于多代理的工作流在网络服务下的模型研究 姓名 陆运天 申请学位级别 硕士 专业 计算机应用 指导教师 盛焕烨 20061201 上海交通大学工学硕士学位论文 IV 基于多代理的工作流在网络服务下的模型研究基于多代理的工作流在网络服务下的模型研究 摘摘 要要 传统意义下的工作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务 过程 它根据一系列过程规则 能使文档 信息或任务在不同的执行 者之间传递与执行 实现组织成员间的协调工作以期达到业务的最 终目标 而随着internet的发展 这些被执行的工作单元 完全可 以被独立出来由某一个网络服务来提供 这就使得工作流的定义和 工作流的执行可以分开 从而形成一种可以 按需装配 的前景 同时 用户的需求复杂多样 单个的需求WEB服务也越来越无法满足 实际的应用需求 人们常常需要组合多个WEB服务以完成一个较复杂 的任务 因此 我们需要利用多代理技术来自动选取和组合我们需 要的服务 同时由于有工作流系统的宏观指导 使得多代理在服务 寻找中目标明确 效率提高 本论文以传统的工作流的和多代理理论为基础 结合网络服 务的发展 google 文件搜索引擎的等技术进行系统设计 提出了 网络服务下的多代理工作流模型 具体如下 上海交通大学工学硕士学位论文 V 1 介绍了工作流和多代理的基本概念 本课题研究的目的 意义 和本论文所作出的贡献 2 介绍了工作流模型的发展状况和传统工作流系统的不足 从而 引出了把多代理引入工作流系统的优势 并形式化定义如何利 用平台无关性的 XML 作为工作流文档保存的载体 3 研究如何利用google的文件搜索引擎来构造我们所需要的web service 搜索引擎 从而给多代理的执行提供了实际的数据 4 给出了整个系统的架构设计 并分层次讨论每一层的具体实现 最后 得出了本文的结论 关键词 关键词 多代理 工作流 网络服务 上海交通大学工学硕士学位论文 VI Research on the Multiagent based workflow model with web service ABSTRACT Originally workflow is a work process that can be completely or partly executed According to a series of process rules it could make the document information and tasks be transferred and executed between different executors so that the members in the department can work coordinately in order to achieve the final aim However as the development of the Internet these work units can be independently provided by a certain internet provider this makes the workflow definition and workflow execution can be divided which makes it possible to set up as needed At the same time user s requirement is complicated and various Single web service can not fulfill the needs so it s needed to make several web services together in order to complete a complex task For that reason we need to use multiagent technology to automated choose and combine the services we needed while with the workflow s direction the multiagent system will have a definite goal in the searching which makes it s much easier to improve the efficiency based on the theory of workflow and multiagent system and with technologies of the google s file search engine and WSDL parser this paper provide the system design of the multiagent workflow model with web services as follows 1 Gives the basic concepts of the workflow and multiagent the aim significance and the current research status 2 Provide the basic concepts of web services and the reasons of applying this in the new era 3 Research on how to make multiagent workflow system and web service coordinately work together to fulfill the user s 上海交通大学工学硕士学位论文 VII requirements 4 Gives a real case to discuss how to realize the system in details Finally the conclusion of the thesis was presented Keywords Workflow Multiagent Web service google file search 上海交通大学工学硕士学位论文 II 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 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 学位论文作者签名 陆运天 日期 2007 年 1 月 27 日 上海交通大学工学硕士学位论文 III 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 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 本人授权上海交通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 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文 保密保密 在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 陆运天 指导教师签名 盛焕烨 日期 2007 年 1 月 27 日 日期 2007 年 1 月 27 日 上海交通大学工学硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1 1 研究本课题的目的和意义 研究本课题的目的和意义 1 1 1 工作流发展的历史 1 1 1 工作流发展的历史 工作流技术的历史可以追溯到 70 年代末的办公自动化和任务批处理 操 作系统中的 JCL 语言 Job Control Language 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 80 年代初 但是那个时候还没有真正的工作流 管理系统出现 在以前 网络互联的应用不十分普及 并且功能相对较弱 各种软件系 统被设计成用于处理单个的任务 如今 计算机网络向智能网络 Intelligent Network 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 许多内部具有复杂处理过程的组 织机构认为有必要建立一整套概念 技术和工具来支持工作流管理 在这种 应用需求下 工作流管理的术语就应运而生了 然而 以前的应用系统很难对工作流程进行管理 设想一个流程的片段 一个支持任务 A 的应用激活另一个支持任务 B 的应用 这意味着 A 应用必须 知道 B 应用的存在 但是 应用流程不是一成不变的 每当应用流程改变的 时候 就要修改应用程序 这种情形显然是不可接受的 另外 这种类似的 流程贯穿于多个应用之间 缺乏对整个工作流的监视和控制 因此需要有一 个专门的工作流管理系统来定义 管理和执行工作流 它通过计算机表示的 工作流逻辑来驱动各个应用系统有序地运行 直到最近几年 才开始出现了 比较通用的工作流管理系统 这说明了软件产业开始认识到了工作流管理工 具的潜在作用 为了更加深刻地认识工作流管理对未来的影响 有必要回顾一下过去 40 年中应用软件系统的演化历程 从历史的观点来认识工作流 上海交通大学工学硕士学位论文 2 在六十年代 应用系统是一个个独立的程序 每个应用程序有着自己特 有的用户界面和专门的数据存取系统 各个应用程序之间互不相干 在七十 年代 把数据管理部分分离出来 于是产生了数据库管理系统 DBMS 应 用系统大大地简化了数据管理工作 到了八十年代 同样地又把用户界面部 分分离出来 于是产生了用户界面管理系统 UIMS 通过使用 UIMS 应用 程序不再过多地管理和用户的交互作用 并且使应用程序有相似的用户界面 方便了用户使用 直到九十年代 工作流管理系统作为一个通用的应用功能 开始出现 用于支持业务处理 使应用开发人员可以把业务过程从应用中提 取出来 进入九十年代 越来越多的组织机构开始认识到需要有支持设计和执行 业务处理过程的高级工具 业务过程问题成为目前信息系统开发中的突出问 题 要求信息系统包含工作流管理系统来支持各种业务过程 其理由主要有 四个 1 新的管理哲学激发了组织机构对业务处理过程的兴趣 如业务流程再 造和持续过程改进 Continuous Process Improvement CPI 2 组织机构 内部的业务过程数量比以前大大增加 如今的组织机构比以前提供更多的产 品和服务 并且产品和服务的生命周期也比以前大大缩短了 从而业务过程 的数量也急剧增加 3 为了适应激烈的竞争 组织机构需要经常改变业务处 理过程 4 业务处理过程变得更加复杂 根据工作流管理的发展历程可以看出 工作流管理的概念早在八十年代 初就已提出 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 随着计算机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话题 而 BPR 和 CPI 更是促进了工作流的 发展 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 4 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 上海交通大学工学硕士学位论文 3 1 1 2 工作流管理技术现状及现存问题 1 1 2 工作流管理技术现状及现存问题 工作流管理是计算机技术在当今企业生产管理中的实际应用 根据工作 流管理联盟 Workflow Management Coalition WfMC 5 的定义 工作流是一 类能够完全或者部分自动执行的业务过程 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 6 简单地说 工作流 就是一系列相互衔接 自动进行的业务活动或任务 我们可以将整个业务过 程看作是一条河 其中流过的就是工作流 根据 WfMC 的定义 工作流管理系统 Workflow Management System WfMS 通过软件定义 创建工作流并管理其执行 它运行在一个或多个工作 流引擎上 这些引擎解释对过程的定义 与工作流的参与者 包括人或软件 相互作用 并根据需要调用其他的 IT 工具或应用 工业界的许多人将工作流 管理奉为 90 年代的软件技术 近年来 工作流技术得到长足的发展 1993 年 WfMC 组织成立后 颁布 了一系列工作流产品标准 包括工作流参考模型 工作流术语表 工作流管 理系统各部分间接口规格 工作流产品的互操作性标准等 这些举措加速了 工作流技术的商品化 现在 许多公司都基于这些标准推出了自己的工作流 产品 如 Action Technologies 的 ActionWorkflow IBM 的 FlowMark 等 Lotus Notes 等群件产品也具备较强的工作流支持功能 这些产品为我们开发自己 的工作流应用提供了条件 虽然工作流技术被认为是组织业务过程管理和执行的有效方法 但现有 的 WfMS 往往比较容易处理面向单个组织的工作流 而对于分布在不同组织 间的复杂工作流的处理往往比较困难 对于这种跨组织的工作流过程难以控 制 1 1 3 引入多代理对工作流系统的影响 1 1 3 引入多代理对工作流系统的影响 设计过程代理将设计目标和过程模型逐步细化分解 形成具体的设计目标 上海交通大学工学硕士学位论文 4 及与之相适应的过程模型并分派给任务中心代理 任务中心代理作为一种协调 负责这些具体设计任务所形成的设计协作环的运行 为了保证设计协作环的运 行 并在各活动执行代理间共享任务和执行结果 首先 任务中心代理将任务分派给为多个待解决的问题并分配给合适的代 理 多个代理经过多次协商 交互 提交和确认 将会根据自己的能力自动执行分 配的活动 当活动执行代理完成任务后 设计状态及结果反馈到任务中心代理 根据这些反馈信息 任务中心代理将决定是否己完成需求 并将优化后的结果 集反馈给用户 1 2 本论文的工作与贡献 1 2 本论文的工作与贡献 1 2 1 对多代理工作流模型给出了形式化的定义 1 2 1 对多代理工作流模型给出了形式化的定义 通过分析现有网络服务 工作流技术以及多代理技术在工作流领域中所 起作用的基础上 本文提出了一种基于多代理的 可用 xml 定义活动行为的 灵活的工作流模型 该模型对用户需求进行了分析并提出一套形式化的定义 方式 使得从用户需求到工作流模型转化得到可能 并且采用 xml 来进行定 义 使得工作流模型的可配置性 及可重用性得到了巨大的提高 本文利用分层结构的思想 将整个模型分为六层 界面层 转换层 执 行层 代理层 数据层和网络数据服务层并对每一层的内部体系架构和运作 模式进行研究 给出了明确的数据结构和解决方案 并且层与层之间采用的 是松耦合结构 每一层在保留接口不变的情况加 都可以独立进行升级和扩 展 给我们模型将来的升级做好了准备 1 2 2 利用多代理灵活性和网络服务的跨平台性的优势 使得工作流的定义和执行分离 1 2 2 利用多代理灵活性和网络服务的跨平台性的优势 使得工作流的定义和执行分离 在本文的模型中 所有的行为都是以名称的形式保存在工作流的定义文 上海交通大学工学硕士学位论文 5 本之中 而通过多代理工作流的引擎对其进行解析 再动态调用多代理对其 进行实际执行 这又使得多代理的定义和构造可以独立于工作流 并且可以 利用多代理协商和沟通的并发优势 对多个任务的多约束条件的选择上给出 了解决方案 同时整个系统采用网络服务作为实际的执行对象 这就为整个 系统在将来升级和优化提供了接口 同时也为跨平台跨生产商调用创造了可 能 1 2 3 针对目前网络服务的不确定性 创造性的提出使用 google 文件搜索引擎结合 wsdl paser 构造的动态网络服务搜索引擎 1 2 3 针对目前网络服务的不确定性 创造性的提出使用 google 文件搜索引擎结合 wsdl paser 构造的动态网络服务搜索引擎 由于网络服务在很大程度上依赖网络线路的状况 网络带宽和网络距离 已经网络的线路的质量就很大程度的影响到程序的调用效果 这就意味着我 们所得到的服务是不稳定的 所以必须要给出一种方式来动态寻找合适的获 得网络服务 而通过对网络服务的分析 我们发现可以利用寻找和解析网络 服务的描述文件 wsdl 文件 来动态构造 soap 包发送给网络服务来获得结果 同时 为了保证时效性 提出使用一个 crawler agent 来把预先把找到的网络 服务存储到数据库中 并用 test agent 定时对其进测试和排序 为的就是能够 在调用的时候顺利得到执行 1 2 4 针对目前网络服务接口的参数特性 给出了模糊匹配度的算法 为的是能够更快 更准确的找到合适的网络服务 1 2 4 针对目前网络服务接口的参数特性 给出了模糊匹配度的算法 为的是能够更快 更准确的找到合适的网络服务 为了确保调用时候的可用性 我们首先对所要查找的网络服务进行分类 再在对网络服务查找时按照输入输出接口的特性对其进行接口特征的匹配 采 用similar服务来做相似度的匹配 同时引入匹配度概念和按照在数据库中匹配 度进行排列 在使用时按照匹配度的高低和网络质量进行综合评估进行选用 上海交通大学工学硕士学位论文 6 第2章 工作流过程模型基础 第2章 工作流过程模型基础 本系统以工作流 多代理理论为基础 本章将简单介绍这些理论与技术的 原理和方法 2 1 工作流发展的历史 2 1 工作流发展的历史 工作流技术是信息时代组织与组织间应用集成的一个研究热点 它对于充 分利用组织资源 提高运行效率以及自动化水平都有重要的作用 工作流过程模型 过程定义 是整个工作流管理系统的基础 其质量直接 影响了整个工作流管理系统 WfMS workflow management system 的应用范 围和对变化的适应能力 随着变化管理的发展 对工作流过程模型的研究得 到普遍重视 经济的全球化和竞争的加剧 企业的管理模式和组织结构出现 了许多新的情况 过程的复杂化对工作流过程模型提出了更高的要求 目前 人们虽然提出了不少有意义的工作流过程模型 并在此基础上设计了许多商 品化的工作流管理系统 但从过程模型的功能看 大多数产品还不能支持复 杂应用 尤其是电子商务环境下的跨组织过程 与实用要求尚有一定的距离 2 2 工作流过程模型的实质 2 2 工作流过程模型的实质 2 2 1 工作流模型形式分类 2 2 1 工作流模型形式分类 根据工作流管理联盟 Workflow Management Coliation Wf MC 工作流 是多个参与者之间按照某种预定义的规则传递文档 信息或任务的过程自动 进行 从而实现某个预期的业务目标 1 可见 Wf MS 的功能是将现实业务过 程模型转化成计算机化的形式 并在此基础上完成工作流的运行和管理 其 中包含过程模型的仿真和优化 作为整个管理系统的基础 工作流过程模型 的实质是可以在计算机上执行并从中分析其性能优劣的过程模型 工作流过程模型包括一些离散的活动模型 相关的资源 信息和角色描述 以及反映上述元素关系的管理规则 对活动及其路由 routing 的描述是工 作流过程模型的主要内容 因为过程最终都可分解为原子活动 路由等节点 模型能否方便全面描述过程 并便于过程的分析优化 依赖于节点的类型和 上海交通大学工学硕士学位论文 7 语义 节点语义的丰富性 将直接影响模型的表达能力 从面向对象观点看 过程实例是工作流过程模型类的一个具体对象 工作 流在过程实例的执行过程中 工作流引擎将生成有关的活动实例并根据工作 流过程模型中的控制规则协调这些活动实例之间的顺序关系 同时根据数据 流动关系的定义完成活动实例之间的数据传送 2 2 2 工作流模型定义的规则和要求工作流模型定义的规则和要求 工作流过程模型应能适应用户在建模和分析过程中所提出的各种要求 对 工作流过程模型通常有以下几点要求 1 形式化语义 工作流过程模型是对工作流的抽象表示 理想的工作 流过程模型能够提供各种情况下的工作流规则 现实中工作流多是非结构化 的 且业务规则具有多样化的特点 这就要求工作流过程模型的建模元素能 够具有全面的描述能力 其语义应当能够覆盖控制流和数据流 并能容易翻 译为工作流机可以高效运行的语言代码 2 图形化特征 从用户的角度讲 工作流过程模型应能较直观地表达 工作流 尤其是业务逻辑 3 较完整的表达能力 工作流过程模型应能表达过程的活动 循环 分枝 路由 角色分配 时间等控制和约束条件 4 层次性 这体现在工作流节点的层次上 某些节点可能是子工作流 模型具有嵌套的层次 便于处理复杂的过程 对于跨组织的工作流 便于从 供应链和角色的侧面把握整个过程 5 便于工作流性能的分析和优化 对工作流过程模型的分析主要包括 3 个方面 有效性分析 正确性分析和性能分析 2 工作流的设计过程是复杂 的 为改善工作流的性能和效率 在工作流实际运行之前发现存在的一致性 正确性和实用性等问题 工作流过程模型应便于工作流的分析和优化 采用 分析技术能够记录工作流的运行过程并作一些统计 以监督管理 分析工作 流瓶颈 并在此基础上优化工作过程 这涉及到计算各种性能参数 如响应 上海交通大学工学硕士学位论文 8 时间 等待时间 资源占有率等 找出影响工作流过程性能的主要因素并使 用这些因素对其进行定量分析 来比较工作流实例的优劣 这可以结合 BPR 进行 3 它们的关系是紧密的 BPR 为工作流管理系统提供了基础 工作流 管理系统是 BPR 的深化 还有工作流过程模型的可解释性 4 安全性 5 死 锁和冗余等问题 6 柔性 企业运作环境的变化 导致企业过程和组织的变革 工作流 过程模型应能适应这些变化并为变化提供灵活的支持 这体现在工作流过程 模型能够处理工作流可能发生的变化或异常情况 如何针对过程的变化及时对工作流过程模型升级的动态建模是工作流过 程模型柔性需要解决的问题 这需要过程模型易修改和可重用 即过程模型 应能反映工作流的实际 采用模型元素的构件化设计 是提高模型的可重用 性和可扩展性的有效方法 2 2 3 工作流模型中活动关系的描述方法工作流模型中活动关系的描述方法 在工作流过程模型中 活动之间的前驱和后继关系可以通过下述方法描 述 1 状态驱动 在这种模式下 工作流引擎对活动的调度依据活动的状 态变化 活动之间传递的是数据信息 并且活动之间的数据流动是受数据对 象本身控制 如此工作流的控制流和程序设计容易分离 2 事件驱动 事件是过程中活动的连接者和触发者 一个活动的激活 需要特定的事件 在活动完成时它也能激发新的事件 如此反复完成工作流 的运行 在工作流的事件驱动模式下 活动元素本身的定义是很清晰的 但 活动之间的事件却是隐含的 工作流过程模型的控制流必须由逻辑代码来完 成 常用的方法是 ECA Event Condition Action 如 Puustj 等人 6 用 ECA 规 则表示工作流活动并发执行而必须满足的谓词条件 ECA 起源于主动数据库 领域 用于工作流的定义可以是工作流的运行表现一定的主动性 工作流过程模型的描述方法有两种 形式化描述和非形式化描述 非形式 化工具采用图形符号表示活动和活动之间的约束关系 这种方法简单直观 上海交通大学工学硕士学位论文 9 在用户建模 浏览时 提供图形用户界面是必要的 大多数工作流产品都支 持图形化用户界面描述业务过程 形式化描述采用工作流描述 specification 语言 即使用某种语言符号来表示过程模型中的各种元素 活动和业务处理 规则 工作流过程模型形式化的描述方式主要有两种 1 用类似解释程序的计算机语言描述活动 数据和逻辑关系 这种工 作流过程模型描述可以直接被工作流引擎解释执行或被转化为其它形式再执 行 2 采用面向对象技术分析活动及其逻辑关系 确定对应的对象属性和 方法 通常把活动和关系都视为对象 工作流非形式化模型向形式化模型的转化 可以弥补前者分析能力的不 足 两者的结合 是许多工作流过程模型的选择 2 3 工作流过程模型的理论基础 2 3 工作流过程模型的理论基础 工作流过程模型理论基础的研究还很不成熟 在建模方法上还没有形成 比较系统的理论体系 这是与过程建模缺乏统一有效的理论基础有关 目前 已有的工作流过程模型涉及的理论主要包括计算机支持的协同工作 CSCW 协调理论 语言行为 speech act 理论 智能体 agent 图论 Petri 网和面向对象技术等 2 3 1 目前工作流理论学派的比较分析 2 3 1 目前工作流理论学派的比较分析 从 CSCW 7 研究的角度来说 工作流管理系统是一种形式化 结构化协 作的群件系统 工作流的日益分布化和复杂化 导致工作流建模是一个群组 协作的过程 这需要借助 CWCS 理论来协调建模者的行为 协同理论研究如何管理一组协同活动之间的相关性 它和工作流的本质 是相符合的 如范玉顺等 8 在协调理论和反馈控制思想指导下 通过引入协 调等机制 拓宽了工作流过程模型的表达能力 上海交通大学工学硕士学位论文 10 基于语言行为理论的工作流过程模型突出客户与执行者两个角色之间的 语言行为交互和承诺 9 commitment 一定程度上克服了传统工作流过程 模型把注意力集中于活动及其逻辑关系 忽视了参与者之间的交互 这种工 作流过程模型由一系列封闭的工作流子环相互连接而成的 每个工作流环包 含 4 个阶段 包括需求阶段 协商阶段 执行阶段和满意阶段 本质上讲 这种过程模型仍属于以活动为中心的建模方法 而且因兼顾活动和角色交互 可能使过程的描述复杂化 不便于大型 尤其是跨组织工作流的描述 在众多的过程建模方法中 Petri 网 10 变种 是既有严格数学基础的 形式定义 又有直观的图形表示描述系统动态行为的方法 尽管传统的 Petri 网还难以直接用于工作流过程模型的建立 但它的高级变种 有色网 时间 网 层次网 对象网等 却能描述和分析复杂的过程 11 Petri 网变种 高 级 Petri 网 用来建模也是工作流过程模型研究的一个热点 通常库所表示 活动 而变迁则表示活动间的转移 但也有用变迁来表示活动 库所表示活 动使能条件的做法 如 Van der Aalst 定义的 WF net 工作流网 12 Petri 网 变种比较适合过程模拟时使用的形式化表述格式 而传统工作流过程模型的 仿真能力不足 因此它们之间具有很强的互补性 通常可以将工作流过程模 型转化为 Petri 网来实现企业过程的分析和优化 也有直接将 Petri 网用作工 作流过程模型的做法 如牛军钰等 13 采用基于 Petri 网技术的功能网 Function Net 构造工作流过程模型 可通过这个模型形式化来验证其逻辑正 确性及完整性 面向对象技术用于企业建模有下列优点 14 全面 易理解 灵活和重 用 它侧重于对业务过程中各种实体对象本身的描述 理论上比较成熟且目 前已标准化 目前统一建模语言 UML Unified Modeling Language 已用于 复杂过程的建模 面向对象技术和其它方法有很强的结合力 有时也用在过 程建模中 2 4 基于多代理的工作流模型 2 4 基于多代理的工作流模型 以上介绍的流程模型多是基于活动 面向产品 面向目标或面向决策的 上海交通大学工学硕士学位论文 11 即分别从流程的主体行为 行为结果 目的等角度描述 信息时代的流程是 面向客户的 流程的参与者之间存在着任务分担 结果共享的相对客户关系 企业是通过流程提供对顾客有价值的产品和服务 顾客对产品和服务的满意 度是衡量一个流程绩效较重要的指标 从建模的对象来看 企业流程模型应 集中在员工或组织单元的交互行为上 面向角色的方法 详细说明并分析参 与流程各角色的作用 强调执行流程的参与者角色及其关系 表达了多个角 色协同合作的过程 2 4 1 代理技术简介 2 4 1 代理技术简介 代理技术在计算机领域的研究和应用源于 20 世纪 70 年代美国麻省理工 学院研究人员开展的一系列关于分布式人工智能 Distributed artificial intelligence DAI 8 10 的研究 近几十年来 代理技术一直在迅速发展 对于代理的定义 学术界一直没有达成一个统一 计算机科学工作者更 多的从广义角度 认为代理表示基于硬件或者基于软件的计算机系统 并具 有自主性 autonomous 反应性 reactivity 社会性 social ability 以及 主动性 pro activeness 等特征 9 19 而 AI 研究者则更倾向于从狭义角度 出发 认为代理除了包括上述属性以外 还应对其赋予更特殊的含义 并采 用通常用于描述人的概念 如心智状态中的信念 意图 承诺等 这种定义 的基础是符号 AI 认为代理是一个符号推理系统 一般来说 可以认为代理 是一类在特定环境下能够感知环境 并能灵活 自主运行以实现一系列设计 目标的自主的计算实体或程序 代理是自主的 它在一定的目标驱动下可以控制自身的行为和内部状态 代理是反应的 它可以感知所处的环境 并通过行为对环境中的相关事件反 应 代理是社会的 它具有通信能力 能够在多个代理构成的社会环境中 通过交互与其他代理或者人交换信息 协同完成自身问题或者帮助其他代理 完成相关的活动 代理是主动的 它对环境做出的反应是目标导向的主动性 上海交通大学工学硕士学位论文 12 为 并不是简单的针对周围环境的反应 除了上述特性 代理还具有适应性 协同性 学习性 移动性等属性 多代理系统 MAS 是 DAI 研究的热点 简单地说 MAS 是一些代理 通过协作完成某些任务或达到某些目标而构成的系统 代理具有不同的问题 求解能力 代理之间按照约定的协议进行通信和协调 使得整个系统成为一 个性能优越的整体 可以解决单个代理难以解决的问题 MAS 的特点体现在 每个代理的自组织能力和各个代理之间的协同能力两个方面 它要求系统中 的每个代理及代理之间的交流具有智能或自组织能力 如推理 规划 学习 等 MAS 已经被应用于很多领域 目前在国内外在 MAS 领域的研究工作涉 及到代理模型 MAS 体系结构 一致性与协调性 多代理规划 冲突处理等 各个方面 代理被理解为接受信息 加工信息和发送信息的抽象对象 代理概念曾 用于管理信息系统的自动生成工具的研究 其中代理指管理信息系统的基本 单元 代理理论认为 代理是责任和权利的统一体 其中责任规定了代理的 行为规范和约束 4 也就是说 代理是某一类对象结构 性质 行为 职能 等方面所共有的特征集合 它具有目标 能力 责任 obligation 许可 约束 和协议等对象多方面本质特征的综合反映 能够作为事物分类的合理标准 流程的活动是由各种参与者完成的 就参与者和代理的关系而言 代理的概 念是根据参与者的技能 能力等要素 把参与者分组抽象而来的 在流程中 代理是一个主动的 相对独立的抽象单元 具有一定目标 能按顺序完成一系列操作 代理有活动 资源和状态等元素 其中活动是担 任此代理的参与者执行的任务 资源是代理活动需要的设备 原材料和信息 等 代理之间通过信息联系 信息构成了事件的前提条件 活动由事件触发 并改变代理的状态 在不同的时刻 代理可处于不同的状态 代理的性质可 上海交通大学工学硕士学位论文 13 用状态关系 代理扮演关系和活动关系等概念表示 从活动的角度讲 流程由活动及其逻辑关系组成 这种观点重在对活动 关系的限定而不是参与者之间的承诺 commitment 而从满足顾客的要求分 析 流程的基本组成元素是代理 单员工代理和复合代理 及其协调关系 每一代理有输入与输出参数集 复杂的流程是由各种各样的代理智能体组成 它们具有不同的职能 能力和任务 相互协作完成流程的目标 活动及其关 系只是代理及其合作的外在表现 流程本质上是代理的集合 即参与者集合 及其交互 代理也是个层次概念 其粒度是和其目标分解的粒度对应的 根据流程 跨越组织的范围 小到一个员工 工作小组 大到供应链中的企业 都担负 一定的代理 从代理的观点来说 代理的确定依赖企业目标的分解 高层代 理负责高层目标 目标的分解可采用情景分析 scenarios analysis 自下而上 自上而下或者两者的结合等 宏观上看 企业作为一个系统 为其所在供应 链上的客户提供产品和服务或作为客户接受其它服务者的服务 它可以视为 高抽象层次的代理 另一方面 企业的目标由多个核心流程完成 从企业内 部来看 每个流程可以由跨职能的工作小组完成 流程之间往往存在前驱后 继关系 如某公司的采购工作流 包括从制定物料采购计划开始到物料入库 及付款为止的所有活动 涉及三个子流程 制定采购计划流程 签定采购合 同流程 采购合同控制流程 它们由不同的代理完成 存在客户和服务关系 同样 每个流程也包含不同的代理 在实施 BPR 的企业中 流程的任务分配 给工作小组完成 此时的代理以团队及其成员的形式出现 它们之间存在协 作关系 从上可见代理的客户 服务者关系是相对的 通过流程客户 服务 者链的各个环节 实现企业目标和价值 上海交通大学工学硕士学位论文 14 2 4 2 基于活动的工作流模型的不足 2 4 2 基于活动的工作流模型的不足 工作流是流程的自动化 流程的建模方式对工作流的管理有很大的影响 以往大多数流程模型都是按活动建模 即将流程视为完成某一目标而进 行的一系列逻辑相关的活动的有序集合 这种基于活动的描述方法在实际应 用中还难以应付流程的动态性 主要存在以下缺点 1 把各参与者执行的活动交错分布在一个模型中 强调活动的 关系却忽略了其主体代理的交互 这样模型不但复杂 而且缺乏对某个 代理所执行的活动的整体描述 2 活动之间的关系中多约束条件处理不足 基于活动的模型多是 以一条顺序的主线来进行执行 这就给活动间相关依赖的一些关系的表 示和选择带来的不便 3 由于活动是对代理动态特性的描述 流程的主体应该是具有 能力 目标 责任等特性的代理 其实质是面向代理的 把流程看作代 理的交互 另一方面 代理是一类在特定环境下能感知环境 并能自治 地运行以代表其使用者实现目标的计算实体 具有交互性 自主性和主 动性 代理和代理互相对应 用多代理系统仿真流程的运行显得更自然 4 由于代理是流程最活跃的因素 研究表明 工作流的变化经常 可以找到代理方面的原因 面对变化的环境 工作流的动态性日显重要 代理柔性也是提高工作流灵活性的主要方法 现有的工作流系统仍然存 在着适用范围窄 灵活性差 扩展能力不足以及对意外的情况不能及时 处理等问题 这与没有重视代理及其交互有关 作为一个工作流的自组 织 自学习和协同工作能力等智能行为的研究最终还依赖于代理理论的 完善 2 4 3 基于代理的工作流模型 2 4 3 基于代理的工作流模型 工作流是为提高流程的工作效率而提出的 工作流管理联盟 WFMC 将工 上海交通大学工学硕士学位论文 15 作流定义为 按照预定义的规则传递文档 信息或任务 实现组织成员间的 协调工作 以达到预期的业务目标 这里的组织成员担负相应的代理 从上 述定义可以看出 工作流用代理的交互来刻画要比用活动链更容易理解 工 作流的核心是代理的交互 目前的工作流模型从形式上来看 可分为基于活 动的工作流 基于通讯 communication 的工作流和结合两者优点的混合工 作流 6 基于通讯的工作流强调了代理之间的交互 它把参与工作流的代理 之间看作客户和服务者的关系 这种客户 服务链构成的工作流 与基于活 动的工作流相比 更突出了顾客的观点和满足 复杂业务流程的实施过程都可以通过目标的分解 代理任务的分配及活 动的执行完成 代理之间通过目标分解和活动执行建立相互关系 业务目标 是个层次型概念 根据一定规则可以逐级分解 直到原子目标 参与者可承 担的任务 目标的实现依赖代理的活动 活动和代理也是可分解的 代理的 分解和业务目标的分解对应 并由参与者负责相应层次的活动 代理和活动 的层次性是和目标的层次性相对应的 高层目标可能涉及不同的代理 代理 负责成员的活动分配 面向代理的工作流元模型 2 4 4 基于代理的工作流模型特点 2 4 4 基于代理的工作流模型特点 企业的目标是由相互合作的代理参与的流程完成 用代理描述工作流 其实质是由相对独立的代理根据流程规则交互的过程 更确切地讲 工作流 是把业务目标分解 然后由各级代理分配给相应的参与者通过活动完成的过 程 面向代理的工作流模型具有以下特点 1 每个工作流具有特定的最终客户 通过工作流客户 服务链的传递 实现客户 组织外部的或内部的 的满意度 2 每个工作流包括多个代理 这些代理为了同一个工作流最终客户的 上海交通大学工学硕士学位论文 16 满意进行合作 提供客户所需要的产品或服务 可以看出 代理交互是工作 流的纽带 基于代理的工作流使传统基于活动的工作流转化为参与者之间意 图 任务和目标 资源间的依赖关系 3 基于代理的工作流模型把工作流的活动聚类成代理 代理承担特定 的活动或活动集 这样避免了传统基于活动的工作流描述中单个代理承担的 活动分布在工作流的多个环节中 4 在基于活动的工作流模型中 许多建模方法是从别的领域借用的 由于缺乏统一的理论指导 导致目前流程建模方法的多样性 协调理论 多 智能体系统 MAS multi agent systems 理论的逐渐完善以及与工作流研究内 容方面的重叠为基于代理的工作流建模提供了可靠的理论基础 工作流是特定时间产生特定输出的一系列客户 服务者关系 目标 资 源 代理和活动是工作流的基本要素 把不同的要素分别作为工作流描述的 中心 会得到不同的模型 在传统的工作流定义中 基于活动的工作流描述 方法的确可以突出工作流的动态特性 而且活动的价值 时间等属性为企业 价值链的分析提供了基础 但这种描述忽略了参与者的交互和顾客满意度 产品和服务最终是工作流的主体 担任不同代理的参与者创建的 活动只是 实现价值的途径 在顾客导向的信息时代 企业必须放弃只注重产品生产规 模 功能质量的思想 而将更好地满足顾客需求和提高顾客满意度放在首位 工作流中任何目标的具体实现过程是通过目标 任务分解 代理 资源 分配及活动执行完成的 从计算机支持协同工作 CSCW 的角度来说 工作 流更强调代理之间异步 异地的协作 可以将代理 目标和活动之间看成是 一种层次映射关系来刻画现实中的工作流结构 而工作流可视为多个代理的 交互集合 代理则对应成员活动集合 代理间通过消息传递的事件激发机制 建立客户 服务链 从这个意义上讲 工作流通常虽被描述成一种协同活动 上海交通大学工学硕士学位论文 17 集合 但协同工作的主体基本单位是代理 代理能力和智能化才是达到工作 流目标的保证 而代理间的依赖关系通过一组相关联的活动集体现 工作流中代理协作通常有两种类型 集体参与和交替执行 这两种类型适 合不同粒度 不同层次的代理 集体参与是指某任务由一个代理不能独立实 现 需要多个代理的共同参与 交替执行是指任务需要多个代理的轮流执行 每个代理的行为都和前驱代理的若干行为相关 包括数据关系 控制关系 资源关系和任务关系 2 4 5 面向代理的工作流表示 2 4 5 面向代理的工作流表示 面向代理的工作流目前出现了几种表示方法 它们多是从基于活动的工 作流描述方法扩充而来 突出了代理之间的交互 总体上这些方法又可分为 非形式化的图形表示和形式化的语言脚本表示 前者直观 可作为后者的基 础 如在基于通信的工作流建模方法中 工作流分析的目标是提高顾客的满 意度 顾客和服务者之间的交互简化成多个相连的子工作流环 包括准备 协商 执行和接受几个步骤 多个工作流环组成完整的工作流 这种协作图 描述了相关代理之间的联系以及这些代理产生的操作或结果 但对各代理执 行的活动表达不完整 不便于工作流的仿真分析 为此 文献 2 又将代理活 动图 Role Activity Diagram 加入代理交互模型 代理交互图能转化为代理 活动图 并且后者又可转化为代理仿真模型 Role Simulation Model 在统 一建模语言 UML 表示法中 协作图也表示特定环境下一组相关对象之间的协 作 以及为产生所要求的目标对象协作交换的消息 协作图的图形表示以对 象为结点 结点之间的连线或箭头表示消息或关联 在代理协作图中 事件 是工作流中代理活动的触发者 而前一个代理活动结束时产生的输出信息可 能激发下一个代理 所以信息是客户 服务链的连接者 信息 事件和活动 的上述关系可表示成企业的业务规则 有关代理驱动的工作流形式化描述 最直接的方法是对比工作流联盟的 上海交通大学工学硕士学位论文 18 基于活动的工作流描述语言 使之由基于活动转变为面向代理 根据前面分 析 从代理观点看 工作流模型是由代理 代理工作流及其交互组成 我们认为针对多代理的可扩充性和后期调用性 其表示方式可以分为三 个步骤 1 约束的定义 2 流程的定义 3 代理的实现 前两者因为是作为流程方面的规则描述 所以将使用统一的 xml 格式的 语言定义写入将要被执行的多代理工作流描述文件中 而代理的实现则是由 单独的接口提供 具体提供的方式依据所执行的平台 如 net 平台和 java 平 台等 但其 xml 的接口是一致的 下面我们将详细介绍多代理工作流模型描 述文件的定义方式 1 整个文档以标签开始 其下有两个部分 一个 是标签 一个是标签 分别代表了我们预定义 的约束集部分和执行的过程流部分 前者规定了我们在执行过程中所 需要满足的条件集 后者则规定了我们以一种什么样的顺序进行执 行 2 在下面是标签 下面有两种类型的 restrict 和 对于是每个约束 很明显 这里是规则 定义 考虑到目前的 web service 的接口都是名称集 我们这里的定 义也是采用名称集的方式 即一个约束对应着一组的接口集 而每个又由二元组组成这代 表了我们在选择向网络服务发送数据包时候所使用的条件 其中 name 表示参数名 而 value 就是实际计算的数值 3 定 义 的 是 执 行 的 顺 序 紧 接 其 下 的 是 上海交通大学工学硕士学位论文 19 等标签的组合 他们用来控 制整个流程的逻辑结构 在其下的是具体的标签 它也是一 个三元组的表示方式 其中 name 表示具 体的活动行为 workAgent 表示具体执行这个活动的 agent res