基于UML的工作流管理系統(tǒng)分析

1、引言隨著社會生產(chǎn)的流程化，工作流起著越來越重要的作用。根據(jù) WFMC 的定義，工作流（Workflow）就是自動運作的業(yè)務過程部分或整體，表現(xiàn)為參與者對文件、信息或任務按照規(guī)程采取行動，并令其在參與者之間傳遞。簡單地說，工作流就是一系列相互銜接、自動進行的業(yè)務活動或任務。本文將詳細介紹基于UML的工作流管理系統(tǒng)分析與建模。1 工作流概述對工作流的研究起源于二十世紀七十年代，受網(wǎng)絡的局限性，最初的工作流系統(tǒng)主要以企業(yè)內(nèi)部的文檔處理為主。到了二十世紀九十年代，隨著Internet 技術(shù)的發(fā)展及應用，促進了電子商務應用的極大發(fā)展，使得公司與公司之間、公司內(nèi)部部門之間以及子公司之間的業(yè)務相互處理成為可

2、能，這為工作流的發(fā)展帶來了很大的機遇和挑戰(zhàn)。根據(jù)國際有關(guān)組織的預測，隨著電子商務的發(fā)展，以數(shù)據(jù)處理為中心的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品已經(jīng)進入穩(wěn)定發(fā)展期，以業(yè)務過程處理為中心的工作流產(chǎn)品將進入高速發(fā)展期。在國內(nèi)，隨著企業(yè)管理的規(guī)范化和規(guī)模的不斷擴大，企業(yè)的計算機管理將不僅僅停留在信息資源管理上，而將向更復雜的業(yè)務過程管理邁進。為了實現(xiàn)組織目標，有關(guān)業(yè)務活動依時序或邏輯關(guān)系相互連接構(gòu)成業(yè)務流程。在業(yè)務開展過程中，文檔、信息或任務，依據(jù)組織規(guī)范在參與者之間傳遞、處理或執(zhí)行?？傮w業(yè)務流程中，實現(xiàn)了基于計算機輔助處理而達到自動化的全部或部分稱為工作流。也就是說，工作流是在計算機輔助下全部或部分自動執(zhí)行的工作過程，該過程

3、可運行于異質(zhì)、分布的運行環(huán)境中，供多人協(xié)同工作。工作流服務器是供業(yè)務流程可視化設(shè)計、管理和控制業(yè)務流程的運行、并在實際執(zhí)行過程中可動態(tài)修改業(yè)務流程的一種計算機軟件平臺。它使得快速開發(fā)、部署和運行企業(yè)業(yè)務管理系統(tǒng)、電子商務系統(tǒng)等成為可能。它也使得企業(yè)在復雜多變的市場環(huán)境中，為了快速適應市場的變化，在保存現(xiàn)有投資，現(xiàn)有系統(tǒng)不變的情況下，迅速調(diào)整業(yè)務或商務流程成為可能。如它可應用在：采購處理、各種申請、訂單與報價處理、員工績效考核、人事變動、貸款審批、索賠處理、B2B、電子商務等。2 工作流管理系統(tǒng)概述工作流管理系統(tǒng)是定義、創(chuàng)建和執(zhí)行工作流的系統(tǒng)，它是一種特殊的計算機支持的協(xié)同處理（CSCW，Com

4、puter Supported CooperativeWork）軟件系統(tǒng)。工作流管理系統(tǒng)的產(chǎn)生工作流管理系統(tǒng)（WfMS，WorkflowManagementSystem）是以計算機支持的分布式、協(xié)同工作業(yè)務流程的自動或半自動化為研究目標的軟件系統(tǒng)。隨著計算機網(wǎng)絡，特別是Internet/Intranet 的迅猛發(fā)展和應用，計算機支持的分布式、協(xié)同工作的工作流系統(tǒng)在企、事業(yè)單位中的地位顯得越來越重要，也有著廣闊的前景。工作流管理系統(tǒng)是定義、創(chuàng)建、執(zhí)行工作流的系統(tǒng)。開發(fā)這類軟件系統(tǒng)就是要協(xié)調(diào)分布式、協(xié)同處理的各個節(jié)點上的活動，按照預定義的控制流程進行執(zhí)行，以達到對它們的自動執(zhí)行和有效的管理。開發(fā)這

5、類軟件有很大的重復性，工作流管理系統(tǒng)就是將這類軟件的公共的流程控制部分（工作流運行服務、引擎）、管理部分和其他公共部分抽象出來，形成一種軟件開發(fā)平臺，用戶只需要將它們的控制流程描述出來，該平臺軟件就可對它們的控制流程進行自動執(zhí)行和有效地管理，而不需要對每次不同的應用重復地開發(fā)。不同工作流管理系統(tǒng)可以有不同的實現(xiàn)方法，不同的底層通訊機制，應用的范圍也可能有很大的差距，但所有的工作流管理系統(tǒng)從用戶的應用層上來看，通用工作流管理系統(tǒng)應該能夠提供以下三個方面的功能支持：首先是建造功能，即對工作流的業(yè)務流程及組成這些業(yè)務流程的活動進行定義和建模。其次是運行控制功能，即在一定的運行環(huán)境下，負責創(chuàng)建、執(zhí)行和

6、控制工作流實例，激活相應的資源和應用，并完成過程中從一個活動到另一個活動的控制轉(zhuǎn)移。它是整個工作流管理系統(tǒng)的核心部分。最后是運行交互功能，即在工作流實例的運行中，工作流管理系統(tǒng)與工作流參與者（業(yè)務工作的參與者或控制者）及外部應用程序進行交互的功能。由于信息技術(shù)的發(fā)展和日趨激烈的商業(yè)競爭，人們不再滿足于獨立、零散的辦公自動化和計算機應用，而是需要綜合的、集成化的解決方案。作為一種對常規(guī)性事務進行管理、集成的技術(shù)，WfMS 的出現(xiàn)是必然的。它可以改進和優(yōu)化業(yè)務流程，提高業(yè)務工作效率；實現(xiàn)更好的業(yè)務過程控制，提高顧客服務質(zhì)量；提高業(yè)務流程的柔性等。3 工作流管理系統(tǒng)的組成一個完整的工作流管理系統(tǒng)中主

7、要包括如下七個部分的部件和數(shù)據(jù)。a.過程定義工具過程定義工具被用來創(chuàng)建計算機可處理的業(yè)務過程描述。它可以是形式化的過程定義語言或?qū)ο箨P(guān)系模型，也可以是簡單地規(guī)定用戶間信息傳輸?shù)囊唤M路由命令。b.過程定義過程定義（數(shù)據(jù)）包含了所有使業(yè)務過程能被工作流執(zhí)行子系統(tǒng)執(zhí)行的必要信息。這些信息包括起始和終止條件、各個組成活動、活動調(diào)度規(guī)則、各業(yè)務的參與者需要做的工作、相關(guān)應用程序和數(shù)據(jù)的調(diào)用信息等。c.工作流執(zhí)行子系統(tǒng)和工作流引擎工作流執(zhí)行子系統(tǒng)也稱為（業(yè)務）過程執(zhí)行環(huán)境，包括一個或多個工作流引擎。工作流引擎是WfMS 的核心軟件組元。它的功能包括：解釋過程定義，創(chuàng)建過程實例并控制其執(zhí)行，調(diào)度各項活動，為

8、用戶工作表添加工作項，通過應用程序接口（API，Application Program Interface）調(diào)用應用程序，提供監(jiān)督和管理功能等。工作流執(zhí)行子系統(tǒng)可以包括多個工作流引擎，不同工作流引擎通過協(xié)作共同執(zhí)行工作流。d.工作流控制數(shù)據(jù)指被工作流執(zhí)行子系統(tǒng)和工作流引擎管理的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，例如工作流實例的狀態(tài)信息、每一活動的狀態(tài)信息等。e.工作流相關(guān)數(shù)據(jù)指與業(yè)務過程相關(guān)的數(shù)據(jù)。WfMS 使用這些數(shù)據(jù)確定工作流實例的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，例如過程調(diào)度決策數(shù)據(jù)、活動間的傳輸數(shù)據(jù)等。工作流相關(guān)數(shù)據(jù)既可以被工作流引擎使用，也可以被應用程序調(diào)用。f.工作表和工作表處理程序工作表列出了與業(yè)務過程的參與者相關(guān)的一系列工作

9、項，工作表處理程序則對用戶和工作表之間的交互進行管理。工作表處理程序完成的功能有：支持用戶在工作表中選取一個工作項，重新分配工作項，通報工作項的完成，在工作項被處理的過程中調(diào)用相應的應用程序等。g.應用程序和應用數(shù)據(jù)應用程序可以直接被WfMS 調(diào)用或通過應用程序代理被間接調(diào)用。通過應用程序調(diào)用，WfMS 部分或完全自動地完成一個活動，或者對業(yè)務參與者的工作提供支持。與工作流控制數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)不同，應用數(shù)據(jù)對應用程序來講是局部數(shù)據(jù)，對WfMS 的其他部件來說是不可見的。術(shù)語解釋表1 工作流管理系統(tǒng)術(shù)語解釋4 工作流管理系統(tǒng)功能分析前面已經(jīng)介紹過，一個完整的通用工作流管理系統(tǒng)應當包括七個部件，這里

10、限于篇幅的原因，只對工作流管理系統(tǒng)的核心部分：工作流執(zhí)行子系統(tǒng)和工作流引擎進行分析。工作流管理系統(tǒng)核心功能工作流管理系統(tǒng)的核心組成部分稱為工作流執(zhí)行子系統(tǒng)，它為創(chuàng)建、初始化和執(zhí)行過程實例提供了一個運行環(huán)境。在一個工作流執(zhí)行子系統(tǒng)中可以包括一個或多個工作流引擎，前者是一種集中式的實現(xiàn)方式，而后者是一種分布式的實現(xiàn)方式。分布式的實現(xiàn)方式又可以分為同構(gòu)和異構(gòu)兩種不同的情況。所謂同構(gòu)是指在一個運行服務系統(tǒng)中包含了多個兼容的工作流引擎；所謂異構(gòu)是指在工作流管理系統(tǒng)中包含了兩個以上異構(gòu)的工作流執(zhí)行子系統(tǒng)。工作流引擎是工作流管理系統(tǒng)的核心軟件部件。它的主要功能有：解釋過程定義，控制過程實例（創(chuàng)建、激活、掛起

11、、終止等），按照過程定義已確定的業(yè)務邏輯調(diào)用各項活動，為用戶工作表添加工作項，維護工作流控制數(shù)據(jù)和工作流相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)用應用程序，提供監(jiān)督，管理和審計功能。工作流執(zhí)行子系統(tǒng)涉及四種數(shù)據(jù)：工作流控制數(shù)據(jù)、工作流相關(guān)數(shù)據(jù)、組織/角色模型數(shù)據(jù)和工作表。第一種，工作流控制數(shù)據(jù)。指只由工作流執(zhí)行子系統(tǒng)維護的內(nèi)部控制數(shù)據(jù)，主要用于表示過程實例與活動實例的狀態(tài)信息。第二種，工作流相關(guān)數(shù)據(jù)。指與業(yè)務過程相關(guān)的數(shù)據(jù)，他們由應用程序或由用戶通過工作項處理來產(chǎn)生和更新，工作流引擎根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來確定過程實例的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，例如過程調(diào)度決策數(shù)據(jù)、活動間的傳輸數(shù)據(jù)等。第三種，組織/角色模型數(shù)據(jù)。是描述組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，主要用于確

12、定工作項的執(zhí)行者。第四種，工作表。列出了與工作流參與者相關(guān)的一系列工作項。5 建模實例5.1 創(chuàng)建用例視圖用例視圖從外部用戶的角度捕獲系統(tǒng)的行為。它將系統(tǒng)功能劃分為對活動者（系統(tǒng)的理想用戶）具有意義的事務。這些功能片被稱為用例。用例通過系統(tǒng)與一個或多個活動者之間的一系列消息描述了與活動者的交互。其活動者包括人員、其它的計算機系統(tǒng)和進程。活動者用一個小人表示，活動者的名字標在這個小人的下方。用例用一個橢圓表示，用例的名字標在橢圓中或下方，用實線與同自身通圖1表示工作流執(zhí)行子系統(tǒng)的用例圖?；顒诱甙╓fClient（工作流客戶端）、Monitor（工作流監(jiān)控端）、DefinitionDB（工作流定

13、義數(shù)據(jù)庫）、EnactmentDB（工作流運行數(shù)據(jù)庫）、OrganizationDB（組織機構(gòu)數(shù)據(jù)庫）、ApplicationDB（應用程序數(shù)據(jù)庫）、WorkItemDB（工作項數(shù)據(jù)庫）、ConfigFile（工作流系統(tǒng)配置文件）。這里，WfClient 作為接收用戶交互的界面部分，將用戶所作的行為，依照固定的規(guī)則，將請求送給工作流執(zhí)行子系統(tǒng)進行處理。Monitor 作為接收系統(tǒng)管理員交互的界面部分，將系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)作出的調(diào)整，發(fā)送給工作流執(zhí)行子系統(tǒng)進行處理。其余的DefinitionDB 等活動者，負責將工作流執(zhí)行子系統(tǒng)每一步的操作與狀態(tài)記錄到數(shù)據(jù)庫中，以永久保存。用例包括Resource

14、Locate （ 資源定位）、EngineContainer （ 引擎容器）、ProcessDefLoad（定義裝載）、ProcessMonitor（過程監(jiān)控）、Util（公用程序）。其中，EngineContainer 通過ResourceLocate 定位所有系統(tǒng)所用到的資源，表EngineContainer 用例使用ResourceLocate 用例，用帶有箭頭的實線表示。EngineContainer 不直接與用戶交互，活動者對工作流的參與都是通過ProcessMonitor 這個工作流執(zhí)行子系統(tǒng)的入口來進行的。EngineContainer 通過ProcessDefLoad 將現(xiàn)有的

15、工作流定義裝入，這樣才能運行該工作流，EngineContainer 用例與ResourceLocate 用例之間是使用關(guān)系。這里僅給出用例ProcessMonitor 的具體功能分析。這些功能分析作為對ProcessMonitor 用例的注釋，不在用例圖上標識，只作為系統(tǒng)詳細設(shè)計時的要點。對其余用例的分析方法與之類似。過程監(jiān)督服務器作為引擎容器的一部分，主要提供外部對引擎容器的運行狀況的監(jiān)督，即對引擎當前運行狀況的查詢。譬如，當客戶端或管理端需要了解引擎的運行狀況時，首先發(fā)出一個消息請求，消息服務器接受到該消息后對消息進行解釋，如果屬于查詢引擎的運行狀況，則調(diào)用監(jiān)督服務部分提供的API（應用

16、程序接口）對引擎進行查詢，然后將結(jié)果返回至請求者。監(jiān)督服務器處理的查詢請求根據(jù)請求對象的不同主要有如下內(nèi)容：引擎容器運行狀況的查詢；各引擎運行狀況的查詢；過程定義信息的查詢；過程實例信息的查詢；活動實例信息的查詢；工作項信息的查詢；同步命令請求的響應。b.工作流引擎圖2表示工作流引擎的用例圖。其中的活動者包括EngineManager（引擎管理器）與LogFiles（日志文件）。EngineManager 負責控制工作流中所有元素的狀態(tài)，是工作流調(diào)度的核心。LogFiles 階段性將固定格式的文字記錄為日志，用以保存。這里的用例有ProcessControl（控制過程實例）、Transitio

17、nControl（控制轉(zhuǎn)移）、ActivityControl（控制活動）、WorkItemControl（控制工作項）、DanamaticModify（動態(tài)修改流程）、CreateLogfile（創(chuàng)建日志文件）。EngineManager 根據(jù)一定的條件，通過ProcessControl、TransitionControl、ActivityControl、WorkItemControl 與DanamaticModify，控制工作流各個組成元素的狀態(tài)，以達到控制工作流的目的。c.過程監(jiān)督圖3表示過程監(jiān)督用例圖。其中的活動者包括EnactmentDB（工作流運行數(shù)據(jù)庫）與engineContain

18、er（引擎容器）。用例有EngineQuery（對引擎的查詢）、ProcessDefQuery（對過程定義信息的查詢）、EngineContainerQuery（引擎容器運行狀況的查詢）、ProcessInstanceQuery（對過程實例進行查詢）、ActivityInstanceQuery（對活動實例進行查詢）、WorkItemQuery（對工作項進行查詢）、TransitionQuery（對轉(zhuǎn)移信息查詢）。這里僅對用例ProcessInstanceQuery 進行詳細功能分析，對其余用例的分析方法與之類似。ProcessInstanceQuery 是對系統(tǒng)中的過程實例進行查詢，主要包含如

19、下內(nèi)容：取得過程實例列表：得到系統(tǒng)中的所有過程實例的一個列表；從過程實例列表中取得一個過程實例的信息；根據(jù)給定的過程實例編號得到該過程實例的詳細信息；關(guān)閉已經(jīng)打開的過程實例列表；取得系統(tǒng)中過程實例的各種狀態(tài)的一個列表；根據(jù)給定的過程實例編號查詢其狀態(tài)；關(guān)閉打開的過程實例列表；取得系統(tǒng)中過程實例的各種屬性信息的列表。5.2 創(chuàng)建交互視圖交互視圖描述了實現(xiàn)系統(tǒng)行為角色之間的消息交換序列。分類角色是對交互中充當特殊角色的對象的描述。交互視圖提供了系統(tǒng)中行為在全局的描述，顯示了多個角色間的控制流程。交互視圖用側(cè)重點不同的兩種圖來顯示：順序圖和協(xié)作圖。消息指角色間的單向通信，從發(fā)送者到接收者的攜帶信息的

20、控制流。消息可能帶有角色間傳遞值的參數(shù)。順序圖和協(xié)作圖均顯示了交互，但它們強調(diào)了不同的方面。順序圖顯示了時間順序，但角色間的關(guān)系是隱式的。協(xié)作圖表現(xiàn)了角色之間的關(guān)系，并將消息關(guān)聯(lián)至關(guān)系，但時間順序由于用順序號表達，并不十分明顯。每一種圖應根據(jù)主要的關(guān)注焦點而使用。a.順序圖順序圖表示了隨時間安排的一系列消息。每個分類角色顯示為一條生命線，代表整個交互期間上的角色。消息則顯示為生命線之間的箭頭。順序圖可以表達場景，即一項事務的特定歷史。順序圖以二維圖表來顯示交互?？v向是時間軸，時間自上而下。橫向顯示了代表協(xié)作中單個對象的分類角色。每個對象用方框表示，對象的名字在方框內(nèi)部，并在名字的下方加下劃線。

21、每個分類角色表現(xiàn)為垂直列生命線。在角色存在的時間內(nèi)，生命線顯示為虛線；在角色的過程激活時間內(nèi)，生命線顯示為雙線。消息顯示為從一個角色生命線出發(fā)至另一個角色生命線的箭頭，箭頭用從上而下來的時間順序來安排。順序圖的一個用途是顯示用例的行為序列。當行為被實現(xiàn)時，每個順序圖中的消息同對象的操作或狀態(tài)機中遷移上的事件觸發(fā)相一致。圖4 表示處理請求用例的順序圖。圖中五個方框分別表示五個對象：ProcessMonitor、EngineManager、Engine、EntactmentDB、Logfiles。這個用例是由ProcessMonitor 接收用戶操作，再將這些操作轉(zhuǎn)換成固定的請求，發(fā)送給引擎執(zhí)行而

22、產(chǎn)生的。當ProcessMonitor 接收到用戶在界面上所作的操作后，將這些操作轉(zhuǎn)換為固定的命令請求，發(fā)送給EngineManager。EngineManager 再根據(jù)接收到命令的類別，將命令分發(fā)給不同的Engine。Engine 則具體執(zhí)行相應的命令。Engine 執(zhí)行完命令后，通知EntactmentDB 修改相應的數(shù)據(jù)。接下來，Engine 再通知Logfiles 將所作的操作記錄下來，以供以后查詢。最后，Engine 直接將結(jié)果返回給ProcessMonitor，由ProcessMonitor將結(jié)果包裝，顯示給用戶。b.協(xié)作圖協(xié)作圖對交互中存在意義的對象和鏈建模。對象和鏈僅在提供的上下文中存在意義。分類角色描述了對象，關(guān)聯(lián)角色描述了協(xié)作中的鏈。協(xié)作圖通過圖形的幾何排布顯示交互中的角色。消息顯示為附屬在連接分類角色的關(guān)系直線上的箭頭。消息的順序由消息描述前的順序號來表示。協(xié)作圖的一個用途是表現(xiàn)操作的實現(xiàn)。協(xié)作顯示了操作的參數(shù)和局部變量，以及更永久性的關(guān)聯(lián)