【畢業(yè)學位論文】柔性工作流的研究-計算機應用技術(shù)

分類號 密級 U D C 編號 士學位論文 論文題目 柔性工作流的研究 學科、專業(yè) 計算機應用技術(shù) 研究生姓名 徐海軍 導師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務 李建華 教授 2005 年 5 月 要 工作流技術(shù)是實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務過程自動化的核心， 有助于提高企業(yè)的生產(chǎn)率與競爭力。狹義的說，工作流的柔性是指工作流系統(tǒng)執(zhí)行松散、部分定義的工作流程的能力，工作流定義往往在運行時才完全確定。廣義上還包括工作流技術(shù)的可擴展性、重用性及與現(xiàn)有應用于企業(yè)的其他 術(shù)的融合能力。 本文在總結(jié)前人對工作流柔性的研究、理解與定義的基礎上，分別嘗試了從理論、 工程及應用等不同角度分析了工作流柔性并給出了一個較詳細的界定。 提出將根據(jù)其生命周期分為建立、配 置與運行階段，并在此基礎上提出了工作流建立 運行柔性框架，在深入研究工作流管理聯(lián)盟元模型和流程定義語言 準的基礎上， 討論了柔性框架下可配置的內(nèi)容、配置的基礎理論、分類、規(guī)則、機制及其實現(xiàn)。 由于目前對工作流定義語言元模型的擴展存在不兼容的缺陷， 本文對工作流管理聯(lián)盟的流程定義元模型的基礎 上兼容地進行了柔性擴展，擴展后的流程定義語言 持空子流程及動態(tài)綁定、流程跳轉(zhuǎn)以及五種控制關聯(lián)。 同時在研究多個開源工作流定制工具和引擎的基礎上， 選擇了定制工具 引擎 成工作流管理系統(tǒng)作為改進的基礎。深入地研究了 源代碼，并在此基礎上完成了支持工作流柔性框架的 型。該系統(tǒng)具有運行不確定性定義流程的能力、較好的松散耦合性及工作流定義的重用性。 本文改進工作流柔性的方法與同類方法相比，具有兼容性好、非程序化等優(yōu)點。 最后提出了一個能夠反映工作流柔性核心的評價標準并對改進前后的工作流系統(tǒng)進行了對比分析， 指出改進后的原型系統(tǒng)在可變的流程定義、重用性以及動態(tài)綁定等方 面比原有系統(tǒng)更具柔性。 最后指出， 工作流柔性與其對業(yè)務流程自動化程度的提高是一對必然的矛盾。因此在追求工作流系統(tǒng)柔性的同時，必須把握好柔性與自動性及效率之間的關系，于二者之 間折衷以達到最好的效果。 關鍵詞 ：工作流，柔性，散耦合，重用性 is of to s In of to on of be at to T in in a to as a in on of of is a of on on of s of to to is of we s is to of to a as to be on of on a to be a of is to n is A s to of is at At of on of is a of we a on of to 錄 第一章 緒論 .工作流研究現(xiàn)狀 . 工作流標準 . 工作流產(chǎn)品、研究成果及應用技術(shù) . 百家爭鳴的開源工作流項目 . 工作流的發(fā)展趨勢及研究前沿 .研究問題描述及目標 .本文所作的主要工作 .論文結(jié)構(gòu)及內(nèi)容 .二章 工作流及其柔性 .工作流概述 . 什么是工作流 . 工作流分類 .柔性工作流 . 動態(tài)與適應性工作流簡介 . 柔性工作流的范疇 .提高工作流柔性方法的研究 . 提高工作流柔性方法分類 . 面向?qū)ο蠊ぷ髁?.小結(jié) .三章 工作流柔性改進框架 .工作流建立 運行柔性框架 . 什么是工作流框架？ . 工作流柔性框架的三個階段 . 工作流柔性框架體系 .工作流定義配置的分類、內(nèi)容、規(guī)則及其驗證 . 配置分類 . 可配置內(nèi)容 . 配置的驗證，數(shù)據(jù)關聯(lián)與控制關聯(lián) . 配置規(guī)則 .工作流柔性框架方案 . 屬性配置方案 . 操作配置方案 . 配置方案的選擇 .細粒度狀態(tài)觸發(fā)機制 .小結(jié) .四章 工作流定義語言的柔性擴展 .工作流定義語言的柔性擴展現(xiàn)狀 .工作流定義語言標準 其可擴展性分析 . 介 . 兼容擴展 .支持不確定性描述的擴展 . 空子工作流程 . 子工作流程返回跳轉(zhuǎn) . 不確定性描述的擴展柔性小結(jié) .柔性框架下符合控制關聯(lián)配置的擴展 .小結(jié) .五章 柔性框架下工作流系統(tǒng)改進原型的設計與實現(xiàn) .開源 選擇 . 開源工作流定制工具 . 開源工作流引擎 .支持柔性框架的開源 進原型系統(tǒng) . 統(tǒng)架構(gòu) . 改進系統(tǒng) . 改進系統(tǒng) .對 測試 .小結(jié) .六章 系統(tǒng)柔性分析 .系統(tǒng)柔性的評價指標 .本文采用方法的長處與不足 .小結(jié) .七章 研究總結(jié)與展望 .考文獻 . 謝 .讀學位期間主要的研究成果 .士學位論文 第一章 緒論 一章 緒論 工作流研究現(xiàn)狀 21 世紀以來，信息技術(shù)發(fā)展一日千里，辦公自動化（A）的口號仿佛就在昨日，而今我們卻已經(jīng)進入了工作流的新時代。從電子商務（C）到電子政務（G） ，從供應鏈管理（客戶關系管理（至于 及最常見的 可以見到工作流的身影。工作流對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懻找骘@著，工作流技術(shù)也正逐漸成為計算機應用領域一個新的研究熱點。對工作流技術(shù)進行深入的研究對于加速我國企業(yè)的信息化進程，提高其運行效率以及競爭能力都有著重要的意義。 工作流標準 工作流標準組織工作流管理聯(lián)盟（ 成立于 1993 年。 立后為工作流標準開發(fā)了一套框架，并制定了一系列的工作流相關標準以及規(guī)范， 包括工作流參考模型1（ 、基于 工作流定義語言2（ 、基于 引擎運行集成協(xié)議3（ 、工作流管理應用編程規(guī)范4等， 定的標準規(guī)范框架如圖 1 雖然 有從工作流生產(chǎn)及銷售商、 用戶到學術(shù)及顧問機構(gòu)共 300 余組織成員，其中包括國際上著名的 G 等軟件公司。但是由于最初各大公司工作流的技術(shù)路線差異導致的利益之爭，工作流存在著不同的事實標準以及流派。如果說 標準血脈正統(tǒng)，保守而高貴的話，其他標準則傾向于技術(shù)的革新。在這些技術(shù)流派中，大致可以分為兩類5。第一類側(cè)重基于純 術(shù)， 如 及 二類則側(cè)重基于 務，如由聯(lián)合國 /貿(mào)易促進和電子商務中心（ 構(gòu)化信息標準發(fā)展組織）共同倡導、全球參與開發(fā)和使用的支持模塊化電子商務框架的規(guī)范集合 及 2002年 8 月 9 日由 合提交發(fā)布的商業(yè)流程執(zhí)行語言（ 。 碩士學位論文 第一章 緒論 皮書3術(shù)語表2工作流客戶端2流程互操作規(guī)范概要13工作流互操作 3工作流互操作 . 工作流產(chǎn)品、研究成果及應用技術(shù) 經(jīng)過十余年的發(fā)展，工作流經(jīng)歷了概念逐漸由模糊到清晰、應用由局部到整體、技術(shù)由簡單到復雜的過程。隨著 成立、標準的制定、網(wǎng)絡的普及以及新技術(shù)的發(fā)展，工作流研究及產(chǎn)品成果不斷推陳出新。 目前市場上的產(chǎn)品根據(jù)采用的任務 項傳遞機制的不同可以分為四類6： (1) 基于文件的工作流系統(tǒng)以共享文件的方式來完成任務。這種類型的產(chǎn)品是產(chǎn)生最早、發(fā)展最成熟、最具多樣性的，通常包含有 式的圖像、文檔與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。代表產(chǎn)品有 (2)基于消息的工作流系統(tǒng)通過用戶的電子郵件系統(tǒng)來傳遞文檔信息。這種類型的產(chǎn)品都已實現(xiàn)了與一種或多種電子郵件系統(tǒng)的集成。代表產(chǎn)品有 作開發(fā)的 (3) 基于 W 工作流系統(tǒng)通過 實現(xiàn)任務的協(xié)作。這一類產(chǎn)品起步較晚 (在 1995 年以后 )，但是發(fā)展迅速，已成為一種最新的市場流行趨勢。許多供應商紛紛開發(fā)新產(chǎn)品或者在原有產(chǎn)品的基礎上增加對 支持。代表產(chǎn)品有 (4) 群件與套件系統(tǒng)依據(jù)劃分標準，這一類產(chǎn)品與前面 3 種有很大程度的重疊，但是在這里卻有必要把它們單獨劃分成一類，因為這類產(chǎn)品都需要依賴自己系統(tǒng)的應用基礎結(jié)構(gòu)，包括消息傳遞、目錄服務、安全管理、數(shù)據(jù)庫與文檔管理服務等，它們本身就構(gòu)成了一個完整的應用開發(fā)環(huán)境。代表產(chǎn)品有 碩士學位論文 第一章 緒論 在學術(shù)界，工作流研究與產(chǎn)業(yè)界相比也毫不遜色。美國 學計算機系 to 研究項目的工作流管理原型系統(tǒng) 是基于 完全分布的工作流執(zhí)行系統(tǒng)， 以 品為底層的通信支持，并使用 實現(xiàn)系統(tǒng)的互操作和數(shù)據(jù)源的封裝。 究項目的另一個工作流管理原型系統(tǒng) 全基于究中心所進行的研究項目 工作流分布執(zhí)行方面提出了一種能夠完全分布的執(zhí)行模型8， 該項目完成的基于永久消息隊列的分布式工作流系統(tǒng)，它通過持久消息 (的方式來保存工作流相關執(zhí)行信息，使得每一個執(zhí)行節(jié)點都是相互獨立的，工作流過程的執(zhí)行不以某一個節(jié)點為中心，完全實現(xiàn)了分布。這種方式大大提高了系統(tǒng)的可靠性、可擴展性以及柔性。除此之外還有瑞士蘇黎士大學計算機系的事件驅(qū)動分布式工作流系統(tǒng) 以及達特茅斯大學計算機系設計開發(fā)的一種基于可移動代理的工作流系統(tǒng) 0。國內(nèi)有清華大學研究開發(fā)的用于集成制造的工作流管理系統(tǒng) 1和西北大學軟件工程研究所研究開發(fā)的基于信牌驅(qū)動式工作流計算模型的工作流管理系統(tǒng)12。 百家爭鳴的開源工作流項目 隨著開源項目的興起，工作流開源項目在工作流領域內(nèi)也獨樹一幟，為工作流的發(fā)展及繁榮做出了不可磨滅的積極貢獻。開源工作流項目按照功能可以分為兩類，工作流定制工具和工作流引擎。開源工作流定制工具有 3、4等，它們都支持 義的 范，其中 出名門，為多個開源工作流引擎所采用。 開源工作流引擎則可以說是遍地開花，備受關注的有 僅僅是工作流引擎，它是一整套的開發(fā)基于 用程序的組件和工具） 、 5等，其中 國內(nèi)的一個開源項目。 同時，開源工作流支持的標準不一，也可以分為兩個流派，即上面所說的側(cè)重于基于 和側(cè)重于基于 。上述工作流定制工具及工作流引擎 是完全支持 準的。由于目前 用了 為其工作流引擎， 載體公司 公司無繼續(xù)發(fā)展 計劃， 但功能豐富、系統(tǒng)可擴展性良好，尤其是其對 考模型中定義的接口 5管理與監(jiān)視接口的實現(xiàn)無人能敵，其前景被許多人看好。其余的如 則是革新派的支持者，它們都側(cè)重于對 應用。 碩士學位論文 第一章 緒論 . 工作流的發(fā)展趨勢及研究前沿 工作流技術(shù)最初起源于辦公信息系統(tǒng)領域（ 計算機輔助協(xié)同工作 (域16。到目前為止， 工作流的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段5： 電子數(shù)據(jù)流 （ 段、事務處理流（ 段以及信息管理流（ 段。 段工作流在信息技術(shù)中的應用，僅著眼于利用信息技術(shù)減輕人們在流程中的計算強度，如設計一個流程用來協(xié)調(diào)多個會計統(tǒng)計帳目。所以， 主要的特點是僅對企業(yè)單項業(yè)務進行處理 ,基本不涉及管理的內(nèi)容。 而 段并沒有形成對企業(yè)的全局業(yè)務的管理 ,而著眼于對企業(yè)局部業(yè)務的管理 ,比如 ,設計一套工作流程 ,來管理物資的采購和供應。當今階段， 調(diào)對企業(yè)業(yè)務全局整體性的管理，工作流就是為了完成同一目標而相互銜接、自動進行的一系列業(yè)務活動或任務。 隨著工作流技術(shù)的發(fā)展及其在各行各業(yè)日益廣泛的應用，目前，工作流技術(shù)與信息技術(shù)以及企業(yè)管理緊密結(jié)合，已經(jīng)悄悄滲入 統(tǒng)、 統(tǒng)和統(tǒng)等企業(yè)級關鍵系統(tǒng)中，并迅速成為這些系統(tǒng)的核心。因此工作流系統(tǒng)在企業(yè)應用集成領域（ 的作用越來越重要。 在工作流的研究方面，主要可分為三大類17： (1) 工作流的理論基礎：包括工作流管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、模型、定義語言等。 (2) 工作流的實現(xiàn)技術(shù)：包括工作流的事務特性、先進 的軟件技術(shù)的應用18、工作流仿真等。 (3) 工作流技術(shù)的應用 :工作流實施技術(shù)在不同應用領域的應用方法、應用軟件集成等。 隨著工作流技術(shù)應用日益廣泛，人們對工作流提出越來越多的需求。工作流平臺既需要具有通用性的特點以適用于不同的應用場景，同時又需要具有一定的柔性與適應性以與特殊的應用場合緊密銜接，最大限度的幫助用戶提高工作效率，提高企業(yè)在復雜商業(yè)環(huán)境中的競爭力并促進企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。與這些需求相對應， 工作流研究熱點包括工作流模型的研究17,18、 工作流時間管理19、工作流柔性20動態(tài)性25適應性31,32、事務性33、工作流訪問控制34、分布式工作流35及工作流在企業(yè)信息集成中的應用、工作流的性能評價及仿真等。 目前，國內(nèi)外對于工作流柔性的研究也取得了一定的進展，有關柔性工作流的相關內(nèi)容在本文第二章有詳細的闡述。 碩士學位論文 第一章 緒論 研究問題描述及目標 工作流及其應用目前存在如下幾大特點： 1、 工作流應用相當廣泛。幾乎所有的組織內(nèi)部、組織與組織之間都存在著業(yè)務流程，對這些業(yè)務流程有效的執(zhí)行、管理、監(jiān)控以及改進深刻的影響著組織的工作效率。近年來有關 、 、 、 研究都是以組織內(nèi)部及之間的流程管理為研究對象的。工作流在電子商務、電子政務、供應鏈管理、客戶關系管理、 以處理流程為主的系統(tǒng)中的應用大大提高了業(yè)務流程的執(zhí)行效率及效果。可以說，只要有業(yè)務流程存在的地方，就有工作流。 2、 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，分布式技術(shù)的發(fā)展， 系統(tǒng)的不同實例之間，不同的系統(tǒng)實例之間的數(shù)據(jù)交換以及協(xié)同工作需求迫切。工作流系統(tǒng)的發(fā)展也呈現(xiàn)出分布式的特征。 3、 工作流技術(shù)與其它軟件應用的融合。 術(shù)在各大企業(yè)中的應用日益廣泛，工作流技術(shù)與信息技術(shù)以及企業(yè)管理結(jié)合日益緊密，工作流系統(tǒng)之間的互操作以及工作流與其他系統(tǒng)之間的集成給工作流提出了靈活性（定義時的不確定性） 、 可重用性、 松散耦合性以及通用性、 可擴展性及更高的穩(wěn)定性等需求。 4、 商業(yè)競爭日益激烈，敏銳的覺察瞬息萬變的商業(yè)環(huán)境并迅速地做出反應不僅僅是企業(yè)發(fā)展的需要也是企業(yè)生存的需要。業(yè)務流程的高度的變化，對工作流技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。 從工作流應用的特點可見，在工作流系統(tǒng)幫助企業(yè)提高工作效率及競爭力的同時，工作流在應用中的缺陷逐漸的暴露。這些問題主要反映在工作流流程定制以及執(zhí)行不靈活，工作流定義與執(zhí)行聯(lián)系過于緊密、對異常情況的處理欠缺、工作流定義版本管理復雜，以及工作流在 統(tǒng)、 統(tǒng)和 統(tǒng)等企業(yè)級關鍵系統(tǒng)的滲入過程中可擴展性不足。 柔性工作流致力于解決目前工作流應用中出現(xiàn)的部分問題，這個問題的范圍取決于工作流柔性的界定。目前工作流柔性上沒有一個統(tǒng)一的定義，對于工作流的柔性、動態(tài)性、適應性等術(shù)語的使用也經(jīng)?；煜?。 針對上述問題，本文將研究的內(nèi)容鎖定為：工作流柔性范疇的界定，即從不同的角度討論工作流的柔性及其改進方法，如何在該范疇下從理論的角度以及工程應用的角度改進工作流的柔性以及實現(xiàn)基于一組開源工作流管理系統(tǒng)包括定制工具及引擎的工作流柔性改進。 碩士學位論文 第一章 緒論 本文所作的主要工作 本文所作的主要工作如下： 1、 工作流柔性相關研究的分析、評價與總結(jié) 2、 工作流柔性范疇的界定 3、 工作流柔性框架及其理論基礎與實現(xiàn)機制的研究，包括柔性框架下的可配置內(nèi)容、配置基礎理論、分類、規(guī)則、機制及其實現(xiàn)等內(nèi)容，并對框架的可行性進行了分析。 4、 模型以及流程定義語言 范標準的研究以及 柔性擴展 5、 開源工作流管理系統(tǒng)的研究 6、 改進開源工作流管理系統(tǒng)，提高其柔性，實現(xiàn)了一個工作流柔性框架的原型，并進行了相關測試工作 7、 本文采用的柔性改進方法與其他方法優(yōu)缺點比較分析 8、 工作流柔性的評價機制討論及對系統(tǒng)原型改進前后柔性進行了對比 論文結(jié)構(gòu)及內(nèi)容 本文共分六個章節(jié)，各章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章：對工作流的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及本文的研究目標、方法及意義進行了綜述。 第二章：介紹了工作流相關基本概念，并對工作流柔性作了廣泛深入的討論。在總結(jié)前人對工作流柔性研究與理解的基礎上，對工作流的柔性進行了詳細的定義，并深入的討論了改進工作流的各種方法和途徑。 第三章：提出了工作流建立 運行柔性框架，討論了框架可配置內(nèi)容、配置基礎理論、分類、規(guī)則、機制及其實現(xiàn)等內(nèi)容，并對框架的可行性進行了分析。 第四章：在深入分析開源工作 流管理系統(tǒng)定制工具 工作流引擎源代碼的基礎上設計與實現(xiàn)了 一個支持柔性框架的 括 時完成了系統(tǒng)的柔性功能測試工作。 第五章：對本文采用的柔性改進方法與其他改進方法進行了對比，總結(jié)出了能夠反映工作流柔性核心的柔性評價標準，同時在該標準下對本文提出的柔性工作流框架及其實現(xiàn)進行了分析與評價。 第六章： 總結(jié)了本文工作的長處與不足以及需要進一步研究的內(nèi)容與方向。 碩士學位論文 第二章 工作流及其柔性 - 7 - 第二章 工作流及其柔性 工作流概述 如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)像受人尊敬的智者講述的條理清晰的故事，那么工作流就像是一群乳臭未干的小子在大談各自的 “哲理 ”。之所以這樣講，是因為工作流系統(tǒng)還處于技術(shù)發(fā)展曲線上的初級階段。在這個領域我們將面臨一個激動人心的階段36。開源工作流 奠基者 是說。工作流的標準組織及其標準眾多、工作流產(chǎn)品及開源工作流百家爭鳴的現(xiàn)狀印證了 陳述。在工作流領域還有很多事情等待我們?nèi)プ觯档梦覀內(nèi)プ觥?什么是工作流 處于發(fā)展初級階段的工作流，無論是在技術(shù)上還是在標準上都存在著不同程度的不成熟與不統(tǒng)一。不同的工作流學者和工程師從不同的角度對工作流進行了定義。下面是一些有代表性意義的定義，它們分別從不同的角度對工作流概念進行了描述，有助于我們對工作流的一些基本特征的理解。 1、 定義37工作流是經(jīng)營過程中的一種計算機化的表示模型，定義了完成整個過程所需用的各種參數(shù)。這些參數(shù)包括對過程中每一個單獨步驟的定義、步驟間的執(zhí)行順序、條件以及數(shù)據(jù)流的建立、每一步驟由誰負責以及每個活動所需要的應用程序。 2、 Am 定義38工作流是涉及到多任務協(xié)調(diào)執(zhí)行的活動，這些任務分別由不同的處理實體來完成。一項任務定義了需要做的某些工作，它可用各種形式來進行定義，包括在文件或電子郵件中的文本描述、一張表格、一條消息以及一個計算機程序。用來執(zhí)行任務的處理實體可以是人，也可以是計算機系統(tǒng) (比如一個應用程序、一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) )。 3、 定義39工作流是經(jīng)營過程中可運轉(zhuǎn)的部分，包括任務的順序以及由誰來執(zhí)行、支持任務的信息流、評價與控制任務的跟蹤、報告機制。 4、 W. M. P. 定義40工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多種方式，比如工作 第二章 工作流及其柔性 - 8 - 與 Y 滿足 X； Y 當且僅當 X 在 Y 開始之前就已經(jīng)就緒。 簡單的說，工作流就是全部或部分的由計算機支持或自動處理的業(yè)務流 程1，工作流管理系統(tǒng) (是一個工作流運行的平臺。工作流系統(tǒng)支持活動或任務的順序執(zhí)行，能夠根據(jù)需求將活動或任務自動分配給相關的執(zhí)行人以及在不同的流程參與者之間傳遞執(zhí)行結(jié)果信息。工作流相關術(shù)語簡要定義可參考文獻 41。 工作流分