【毕业学位论文】基于Web 服务的跨组织工作流协作研究-计算机应用技术

分类号 密级 U D C 编号 硕士学位论文 论文题 目 基于 务的跨组织 工作流协作研究 学科、专业 计算机应用技术 研究生姓名 许 甸 导师姓名及 专业技术职务 李建华 教授 2007 年 5 月 要 工作流技术是实现企业业务流程自动化的核心， 有助于提高企业的生产率与竞争力。随着企业业务范围的延伸，涉及多个组织的业务流程增长迅速。因而，提高工作流系统的协作能力，使其支持多组织参与的协作业务流程成为工作流系统的研究热点之一。 本文通过对比工作流技术的研究现状， 总结出工作流系统在协作能力上的不足。进而，引入 务技术作为工作流系统协作的技术平台，来提高工作流系统的协作能力。通过分析现有工作流相关技术及标准，提出了基于 务和工作流视图技术的跨组织工作流协作过程、协作元模型及协作层次模型。这些模型明晰了工作流协作中使用的各项技术及它们在协作中发挥的作用， 具有面向服务且适应多种方式协作的特点。以其作为进一步研究的基础和前提，还对模型中的若干关键技术进行研究。针对现有研究的不足，提出了一种基于协作场景的工作流视图产生方法，并 讨论了相应的视图验证方法。该方法通过对协作流程的建模产生工作流协作视图， 其产生的视图隐藏了内部流程的细节，同时能根据协作方的不同提供不同的流程信息，较好地满足工作流协作中的信息共享及隐藏要求。另外，根据现有工作流描述语言对协作流程服务支持的不足，通过扩展 出的言，设计了一种支持流程服务协作，并能满足多种协作方式要求的工作流描述语言 种语言的语义具有完备性，并能得到相关协议的支持。最后，设计了一个支持流程服务协作及工作流视图的工作流原型系统。该原型系统将流程服务、工作流视图及内部流程执行分离，达到了提高协作能力和信息隐藏的目的。 本文在工作流协作模型、 工作流视图技术及工作流描述语言方面的研究成果，在提高工作流系统在 境中的协作能力，使其适应更为复杂的流程协作需求的方面，提供了新的思路和方法。 关键词 工作流，协作模型， 务，工作流视图，工作流描述语言 is of It is of in of As of of to a of up on in of is to of of of in on a to a is by to of an s is to is to be a is in to of an of It of AD 录 第一章 绪论 .言 . 研究背景 . 问题的提出 . 研究内容和意义 .内外研究现状 .文的工作 .文的组织结构 .二章 基于 务的跨组织工作流协作模型 .程协作实例及分析 .关技术及标准 . 务技术 . 关标准 . 工作流视图 .于 务的工作流协作模型 . 工作流协作的过程及元模型 . 协作层次模型 . 协作过程及模型的特点 .章小结 .三章 基于协作场景的工作流视图产生及验证方法 .关工作 .作流协作场景及工作流视图形式化定义 . 工作流协作场景形式化定义 . 工作流视图形式化定义 .于协作场景模型的视图产生方法 . 协作流程产生算法 . 单方协作视图产生算法 . 整体视图组合方法 .例及结构正确性验证 . 示例 . 结构正确性验证 .章小结 .四章 支持协作的工作流描述语言 .关工作 .持协作的工作流描述语言分析 . 基于协作层次模型的分析 . 基于流程互操作模式的分析 .作流定义扩展元模型及语言 . 扩展工作流定义元模型 . 扩展工作流描述语言 .完备性及语义支持 . 完备性分析 . 语义支持分析 .例 .章小结 .五章 支持流程服务协作的原型系统设计 .作流管理系统的体系结构 .关键部件设计 . 关键部件间的关系 . 流程运行引擎 . 工作流视图管理 . 流程服务管理 .章小结 .六章 结束语 .论 .一步工作 .考文献 . 谢 .读学位期间主要的研究成果 .士学位论文 第一章 绪论 一章 绪论 言 究背景 工作流技术是实现企业业务流程建模、业务流程仿真分析、业务流程优化、业务流程管理与集成，从而最终实现业务流程自动化的核心技术。工作流管理系统，是继数据库管理系统和人机界面管理系统之后 ,第三次从应用中分离出来的子系统。 在当今 境下， 工作流管理系统将成为必备的软件平台。近年来，工作流系统成为最具吸引力的研究领域之一，各种研究机构、专家学者和软件开发公司都致力于这一领域的研究， 开发出了各具特色的工作流产品和研究原型1。 工作流管理系统的发展历经了三个阶段。 最初的工作流管理系统主要以企业内部的文档处理为主， 这一阶段的典型特征是工作流系统不作为一个独立的平台进行应用，而是将其思想运用到具体的应用系统中，尤其是用于文档的传递和处理。第二阶段的发展标志是 品的出现。这一阶段的主要特征是工作流系统作为一个平台以群件的形式运用于文档处理中， 产品本身有自己独特的体系结构和基础的通信技术。如今，由于计算机网络技术和 术的迅速发展，随着企业业务流程的规范化和内部效益的不断提高，工作流技术发展到了第三个阶段，即业务流程管理（ 段。它与第二阶段最大的不同表现在：应用范围不同，业务流程管理不仅仅能够管理文档，而且能够管理各类业务流程，其应用范围更广；功能不同，业务流程管理包括业务流程的设计、分析、评测、仿真、运行和管理，可以管理流程、人和其他资源之间的关系，整合公司内外部的资源， 监视整个流程的进行， 而不只是文档处理界面的设计与处理。 近年来工作流技术引起了国内外学术界产业界的广泛关注， 掀起了工作流研究的一个热潮2。进入 90 年代以后，一方面由于网络技术和计算机技术的迅猛发展，特别是 普及，为工作流技术的快速发展奠定了坚实的技术基础。另一方面，现代企业的需求也为工作流技术的应用提供了广阔的市场前景。随着现代企业经营规模和生成规模的日益扩大，它所包含的信息资源迅速增长，相应的业务流程也越来越复杂：业务流程不但涉及许多不同地域的资源之间的协作，而且还经常进行变革和调整以适应快速变化的市场需要，而工作流技术恰恰为解决复杂流程提供了一个有效的技术方案。 随着业界对于工作流研究的发展，针对这种应用的工作流产品也不断出现，硕士学位论文 第一章 绪论 了规范工作流产品的内涵和外延，并使各种产品间有较强的互操作性，国际上先后出现了一些标准组织， 其中比较有影响的有 作流管理联盟）对工作流的体系结构进行了详细的定义，明确了各部分的内容及其相互关系，给出了各部分详细的接口及流程描述语言； 是 缩写，成立于 1992 年，其主要任务是研究业务流程管理、工作流以及知识管理，促进经验共享，加强用户和厂商间的联系，并提供产品评估、教育和培训服务；主要任务是为 立一套流程设计、部署、维护和优化的标准，并给出了一套公开的业务描述规范。在这些组织中， 供的标准最完善，支持的厂商最多 题的提出 工作流技术经过多年的研究和发展，已经成为一种成熟的技术，并在组织内部获得成功的应用。然而，随着业务流程管理需求不断发展变化发展，当今企业为了增加竞争力，不断开发市场、扩大规模，业务流程通常涉及分布在不同地域的资源、需要分布式的管理。另一方面，电子商务和 进了组织之间的合作，多个组织需要参与一个共享的业务流程，使得涉及多个组织的业务流程的数量迅速增长34。虚拟企业和企业的延伸意味着越 来越多的业务流程是跨边界协作的，与这些跨组织业务流程相关的业务伙伴工作流，构成了组织间松散耦合的多个跨组织工作流5。这决定了工作流管理系统将具有完全分布和松散耦合的体系结构、以 为主流的通信媒介并采用基于标准的技术、以流程及流程协作为中心的新特性。 然而，存在于当今企业和组织应用系统中的异构性（ 、自治性（ 分布性（ ，即 征，对传统的工作流管理系统提出了挑战。分布式对象技术虽然在一定程度上解决了异构平台的互操作性，但是仍无法解决不同系统之间数据格式的异构性。 基于分布式对象技术的传统工作流技术同样也面临着日益严重的分布式应用系统 征的限制，出现一些分布式对象技术无法解决的问题，如分布式系统性能不佳；跨平台的系统间互操作困难等。而一些传统工作流管理系统，如 基于持久消息的统6、瑞士苏黎世大学的基于事件的 统7、英国学的基于可移动代理的 统8和美国 学 统9等，已很难适应当前的跨平台协作等需求。 务技术的出现，推动了跨多个组织的 分布工作流的流程管理的研究硕士学位论文 第一章 绪论 10。 务技术和面向服务的体系结构提供了一个全新的利用开放 准建立分布式应用程序的模型， 这一模型为涉及跨组织的复杂业务流程协作及管理的工作流管理系统提供了很有前途的解决方案11。如何在 务技术基础上管理分布的松散耦合的过程， 并且创建支持流程协作的工作流管理系统是当前工作流领域的研究热点1213。 究内容和意义 协作是活动实体相互合作以完成一个共同目标的过程14。 信息领域中的协作概念主要出现于虚拟企业中，企业间出于利益最大化的考虑，往往与其他企业进行经常性的协作，虚拟企业试图在计算机网络中构建一种企业间的协作平台，实现人员、组织、信息、知识、制造之间的协作15。而工作流协作是一种流程协同，主要考虑如何在已经建立工作流系统的环境中的各个不同环节流程之间， 建立它们的联系， 通过这种联系， 构造一个完整的应用体系， 最终实现业务的整体目标。 跨组织工作流协作涉及的业务流程从全局来看是跨越多个工作流的虚拟过程，实际运行时需要在不同的工作流环境中运行，彼此之间需要相互协调，因此就必须解决不同工作流环境之间活动如何通信、 不同工作流引擎之间是否相互理解对方的业务流程定义、如何控制外来过程，如何得到约束、规范协作各方的行为等问题。解决这些问题需要考虑工作流协作中的通信机制、协作机制、控制机制及它们之间的相互配合等，最终实现无障碍或少障碍的稳定的协作环境15。其中，通信机制解决的是通信的基础支撑平台、通信的同异步控制等问题；协作机制涉及协作对象的选择机制，协作关系的建立方法等问题；控制机制包括对流程执行、资源、组织等的控制。 相对于分布式对象模型而言， 务提供了基于开放 准的，松散耦合的计算环境，能够更为快速和广泛地被用于构建分布式应用。采用 散耦合的优点，可以较好地应对 境下的种种问题。因而，本文将以 务技术作为技术基础，在分析当今研究成果中的不足后，进一步研究工作流协作中的通信机制、协作机制、控制机制。具体研究内容包括： 1在面向服务的计算环境中，针对工作流应 用特点，研究协作机制中应如何建立工作流协作关系、执行协作的过程问题，并讨论其对应的基础通信机制； 2协作执行中的信息共享与保护机制、语义 描述及验证等有关控制机制的研究； 对协作机制问题的研究， 目标是使工作流管理系统能够根据业务协作需求自动产生协作流程，封装及发布 务供协作发起方调用，构建协作完成业务硕士学位论文 第一章 绪论 作目的。 对控制机制中的信息共享与保护机制及语义描述等问题的研究目的在于解决在协作过程中私有流程信息的保护与协作信息的共享之间的矛盾， 使得系统在达到保护自身商业秘密的同时促进协作过程中的相互理解。总而言之，希望通过对基于 务技术的工作流系统的研究来克服传统工作流技术的不足，满足工作流系统跨组织边界协作的需求，最终达到对业务流程方便、快捷地集成及协作，提高工作流系统协作能力的目的。 内外研究现状 务技术出现之后，国内外已经有许多研究团队进行了基于 务技术的工作流管理系统的相关研究。他们的研究成果包括以下几个方面。 在支持 务的工作流建模语言的研究方面： 2003 年提出了 该语言继承了 持可执行的业务流程和抽象流程。但是， 要侧重于描述 务的组合模型， 并非理想的业务流程描述语言。 文献 16在基于事件编程的基础上，提出以 法实现的一种确保面向服务工作流中交互式应用的健壮性的工作流建模语言和模型。 它通过对系统中可能产生的所有消息进行覆盖，支持处理延迟消息，并避免了 语言由于处理 引起的流程中断，从而确保工作流的健壮性。 国内在基于 务的工作流管理系统及框架的研究有：西北大学软件工程研究所与西安协同数码公司采用面向对象技 术联合研究开发的工作流管理系统 7。该系统采用基于 的信牌驱动式工作流模型作为流程定义语言，提出了基于 务的分布式工作流管理系统的组建模型和体系结构。它利用 务的定义、发布、发现和调用机制，将业务流程封装为 过 务的组合实现在更高抽象层次商业业务流程的分布式定义，给出了业务流程模型的层次结构模型和开发方法。同时也针对 务环境中工作流的分布执行、监控管理和应用程序调用等关键问题提出了解决方案18。另外，浙江大学开发了一个支持 务的工作流原型 9。它通过扩展 工作流参考模型20设计了一个工作流原型系统， 并采用 术将其实现。该原型通过引入 一些与服务相关的组件： 务器、服务注册中心和服务发现代理来实现服务的发现和集成，同时也将 展成 文献 21中作者进一步提出了一个面向服务的工作流模型，该模型由 类工作流服务组成。 务是一个完全的工作流定义， 务则是根据“接口等价” （ 则对务的一种简化。中国科学院软件研究 所开发了面向服务的工作流系统硕士学位论文 第一章 绪论 2。该系统完全基于 以在流程运行时绑定到 务等具体应用，也可以将自身设计部署完成的流程包装成 务，实现企业内流程的集成和重用，同时也可以实现企业间流程的交互。用户使用该系统提供的 务包装部署工具可以完成流程的部署，包装成 务，并将其作为应用资源归于静态 务加以管理。 国外， 另外一个支持跨组织工作流的系统是 3。 它是欧洲 在支持动态虚拟企业中的跨组织工作流。该项目采用一个合同模型来描述虚拟企业中服务请求者和服务提供者的紧耦合协作关系， 此合同模型包含了概念模型、 流程模型、 执行模型和使用模型的描述， 合同使用 个协作过程由合同建立、动态底层配置、合同实施和合同销毁四个阶段组成。由于其协作过程是基于私有的合同模板来进行的，在标准化方面有待发展。同时，它不提供一个用于组织间交换信息的健全的控制机制。 其他相关研究方面， 文献 24中提出了一个能将 务组合到商业解决方案上来的扩展工作流模型，并将该模型嵌入到原型系统 。作者在对工作流进行形式化描述的基础上，提出了支持 务的动态组合模型和协作模型。该系统的主要目标是开发一个动态组合 务的概念和技术模型。另外，文献 25中提出将工作流具体实现的业务流程封装为黑盒，并给出了一个面向服务工作流建模的元模型，同时应用了多 术来感知环境的变化，通过行协商来创建适应性的流程定义。 的通信是通过 务模型来实现的， 的接口使用 行定义， 息被映射为 通过以上对国内外研究现状的总结，可以看到： （ 1）协作机制的研究方面，对于工作流协作过程的理解现在仍然处于根据 内部工作流直接创建工作流协作服务，由协作服务对原有的工作流系统进行描述，然后将其以服务的形式向互联网上发布的方式。这样的过程过于僵化，不能满足现实中灵活的业务协作需求，并直接导致了协作模式的单一问题。 （ 2）一些基于 务的工作流管理系统已经实现了与其他工作流系统的协作， 但是这种协作多是较为简单的子流程调用方式，将封装成 务的业务流程当作黑盒来处理，不支持流程间的多种协作方式。 （ 3）只有少数工作流管理系统是基于工作流互操作标准实现的，尤其没有支持一套标准的异步 务通信机制，造成了系统进行协作时要花费大量精力在接口或者标准的沟通上，从而影响了对业务流程本身的关注。 （ 4）对协作中的信息保护与共享机制研究不足， 不能在保护自身流程信息的同时为不同的协作方提供不同的共享信息。这显然不能满足现 代企业中业务流程多方参与的需求。 （ 5）在工作流建模语言方面，支持 务的流程描述语言大多有以下两硕士学位论文 第一章 绪论 缺点之一： a. 对自身流程与封装成 务的外部业务流程间协作关系的支持不足； b. 过多关注 务间的调用细节，而对业务流程本身的表达能力不足。由扩展 来的工作流建模语言 务的支持就只限于外部应用，不能支持流程内部的协作。而 文献 16中提出的建模语言虽然可以支持 务间的协作，但对服务业务流程的描述能力方面存在缺陷。 文的工作 针对当今工作流管理系统出现的跨组织协作需求， 结合目前国内外研究中出现的不足，本文的工作集中在以下四点： 1分析面向服务架构下协作创建及执行机制 、相关技术及标准，设计基于务的工作流管理系统的协作模型及适用的实现技术。通过分析企业需求、务技术及主流工作流标准，提出一个基于 务工作流系统的协作过程及协作元模型、 协作层次模型， 将其作为后续研究的基础。 研究确定各个标准、工作流视图技术等相关技术在该模型中担任的角色、所起的作用。这里提出的模型能在一定程度上回答在面向服务的计算环境下，工作流系统如何进行协作，能够充分利用 务技术的优势同时解决流程信息保护与共享的矛盾的问题。 2通过对流程协作场景的建模，提出一种工 作流视图的产生方法。通过研究协作流程的研究， 使得该方法产生的视图应该在反映私有流程真实结构的状态的同时隐藏无关的流程细节，达到流程信息共享控制的目的，同时便于协作各方根据该视图进行有效的工作流管理系统的协作。 最后需讨论适用于视图的正确性验证方法。 3基于协作流程的需求分析，提出一种支持 流程服务协作的工作流描述语言。通过分析流程运行中的协作需求，在保证语言兼容性的前提下，对 充定义相关元素，设计一个支持流程服务运行时协作的工作流描述语言。该语言应该能够较好地克服其他支持 务的描述语言的不足，满足流程运行中多种模式的协作要求，解决协作执行过程中的语义描述问题。 4设计支持流程服务协作的工作流管理系统 原型。在以上研究的基础上，设计一个遵循 范的，支持以 务为技术基础，以上述协作模型进行跨组织协作的工作流管理系统。在该系统中实现工作流视图功能，并支持以扩展 言描述的流程协作定义，分离内部流程执行、视图管理和外部服务执行，达到提高协作能力并隐藏信息的目的。 硕士学位论文 第一章 绪论 文的组织结构 本文的章节安排如下： 第一章，绪论。本章介绍了工作流技术的研究背景，以及在其发展过程中起到关键推动作用的技术。当前，基于 务技术的跨组织工作流协作是工作流系统研究热点之一。针对当前基于 务技术的跨组织工作流协作研究中出现的不足，得出本文的研究内容、研究目的和研究意义。 第二章，基于 务跨组织工作流的协作模型。本章提供了一个企业供应链管理流程的实例， 通过对跨组织工作流系统协作过程、 协作场景、 技术基础、标准规范的介绍和分析，提出基于 务的协作过程及相关协作模型，论述各关键技术和标准在该层次模型中的作用和角色。 本章的主要作用是作为后面关键技术点研究的基础和铺垫。 第三章，基于协作场景的工作流视图产生及验证方法。本章通过对跨组织工作流协作的建模和分析，给出了具有协作关系的工作流视图相关定义，在此基础上提出一种基于协作场景产生工作流视图的方法。 该方法产生的视图能根据协作方的不同产生不同的协作流程视图，隐藏与之 无关的流程信息并进行正确性验证，起到支持流程协作且隐藏信息的作用，解决了协作过程中的一个关键问题。 第四章，支持协作的工作流描述语言 第二章提出的协作层次模型分析的基础上，提出了一种基于 作流定义元模型的扩展元模型，并根据该元模型对 行了相关元素扩展得到一种支持流程服务集成和协作的工作流描述语言 语言对流程服务的协 作关系及数据传递具有完备、准确的表达，同时克服其他协作描述语言复杂的缺点，使得流程服务集成及协作易于实现。 第五章，原型系统设计与实现。根据以上提出的视图产生方法和流程描述语言设计一个基于 务技术能支持以上研究成果的工作流管理系统。重点设计系统中与流程协作有关的组件。 第六章，结束语。总结本文的研究成果，指出仍存在的问题及进一步研究的方向硕士学位论文 第二章 基于 务的跨组织工作流协作模型 二章 基于 务的跨组织工作流协作模型 基于 务技术进行跨组织工作流协作在相关著作中经常被提及，但其中却少有对协作过程及各项技术、规范在协作执行中的作用进行研究。本章将以实际需求作为出发点讨论基于 务技术的协作过程及协作模型。 程协作实例及分析 图 2应链流程 硕士学位论文 第二章 基于 务的跨组织工作流协作模型 节首先给出一个在供应链管理中常用到的流程协作实例， 说明现代业务流程在协作方面的需求，进而讨论在解决这些需求时应着重考虑的原则。 图 2示是企业供应链管理中的业务流程，该流程表示的是由用户、生产商、 供应商协作完成的商品定购及生产过程。 可以看到参与流程的有三个协作方：用户、集成生产商和配件供应商，每一方都有一个独立、私有的业务流程。当三个流程通过一定的方式组合在一起进行协作时， 便需要考虑一些在单个流程没有的问题。 用户流程需要完成与生产商流程的协作来获得定购产品。用户通过“报价查询”活动填写需查询的相关产品信息，完成该活动后，用户工作流管理系统将产品相关信息及报价查询请求发送到生产商流程。 待生产商流程返回产品报价信息后， 用户进行报价评估， 同时可以要求生产商流程返回有关产品的更多相关信息。“填写订单”活动结束后，订单信息发送到生产商流程，等待生产商发货。完成接收货物后，还需进行付款活动，最后通知生产商流程付款已完成。 生产商流程需要同时与用户流程及配件供应商进行协作。 生产商流程在接收到用户报价查询请求首先启动“配件查询”活动。该活动完成后，查询请求将发送到各个配件供应商流程，等待供应商发回配件报价。通过对各个配件报价和生产成本的计算，可以将产品的整体报价回复用户，并等待用户进一步的请求。