（计算机应用技术专业论文）工作流引擎研究及在计量mis中的应用.pdf

论文题目：工作流引擎研究及在计量m i s 中的应用 学科专业：计算机应用技术 研究生：王凯签名：王红 指导教师：张毅坤教授签名： 摘要 近年来工作流技术得到了迅速发展并取得了成功应用，是计算机研究与应用的一个热 点，广泛应用于企业管理信息、电子政务、办公自动化、生产制造、并行工程等领域。作 为一种业务过程优化、过程管理与集成，最终实现业务过程自动化的核心技术，它可以为 业务流程及信息过程提供有力的支持。 将工作流的概念、思想应用于计量管理信息系统，一方面实现信息共享、权限控制、 流程在计算机上自动协同处理、缩短办公周期、优化并合理利用资源、提高办公效率的目 的；另一方面实现业务流程的应用逻辑和过程逻辑分离，在不修改具体功能模块的情况下， 通过修改过程模型来改变系统功能。 本文首先对工作流技术和计量管理信息系统的研究现状和发展趋势进行了深入分析， 揭示了传统基于功能的管理信息系统开发策略存在弊端，提出了基于工作流的计量管理信 息系统开发策略；其次，叙述了工作流的基本理论和相关技术，工作流技术基本术语，工 作流管理系统的功能、体系结构、接口和参考模型等理论知识，在此基础上设计了一个轻 量级的工作流引擎体系结构，并针对这种工作流引擎体系结构进行了深入的研究与分析， 同时给出了这种工作流引擎的核心调度算法。给出了工作流引擎的系统功能设计及其实 现：最后，结合实际分析了基于工作流的计量管理信息系统的各种要求，给出了该系统的 详细设计方案和具体实现界面。 该系统的设计与实现对目前计量技术机构信息化建设起到了一定的促进作用，是一个 易于动态修改办公业务流程的，便于权限控制的、支持协同办公的计量管理信息系统。 ： ： 关键词：工作流；计量管理信息系统；工作流管理系统；工作流引擎 a b s t r a c t t i t i e ：s t u d yo fw o r k f l o we n g i n ea n di t sa p p l i c a t i o ni n m e t r o l o g ym i s m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n n a m e ：w a n gk a is i g n a t u r e ：幽竺：l s u p e r v i s o r ：p r o f y i k u nz h a n gs i g n a t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r sw o r k f l o wt e c h n o l o g y ，a sat e c h n o l o g ye v o l v i n gq u i c k l ya n di ss u c c e s s f u l l y a p p l i e dt om a n ya s p e c t s ，i sb e c o m i n ga h o ts p o ti nc o m p u t e rr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n i ti sn o w e x t e n s i v e l yu s e di ne n t e r p r i s em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，e g o v e r n m e n t ，o f f i c ea u t o m a t i o n ， p r o d u c t i o nm a n u f a c t u r ea n dp a r a l l e lp r o j e c t w o r k f l o wi st h ec o r et e c h n o l o g yf o rt h ep r o c e s s o p t i m i z i n ga n dp r o c e s sm a n a g e m e n t & i n t e g r a t i o n t h e f i n a lo b j e c t i v eo fw o r k f l o ws y s t e mi st o r e a l i z et h ea u t o m a t i o no fb u s i n e s sp r o c e s s w o r k f l o wt e c h n o l o g yc a np r o v i d es t r o n gs u p p o r tf o r b u s i n e s sp r o c e s sa n di n f o r m a t i o np r o c e s s t h ec o n c e p t sa n di d e a so fw o r k f l o wg a l lb eu s e di nb u i l d i n gm e t r o l o g ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m o no n eh a n d ，i tc a l li m p l e m e n ti n f o r m a t i o ns h a r i n g ，p r i v i l e g ec o n t r o l ， a u t o m a t i cp r o c e s sc o l l a b o r a t e t h i sm a k eo f f i c ec y c l es h o r t e n e d ，r e s o u r c e su s a g em a x i m i z e da n d w o r ke f f i c i e n c yi m p r o v e d o nt h eo t h e rh a n d , w o r k f l o wt e c h n o l o g yi m p l e m e n t st h es e p a r a t i o no f t h ea p p l i c a t i o nl o g i ca n dp r o c e s sl o g i c t h es y s t e mf u n c t i o n a l i t yc a l lb ec h a n g e d ，w i t h o u t c h a n g et h es p e c i f i cf u n c t i o nm o d u l e ，t h r o u g ht h em a n i p u l a t i o no ft h ep r o c e s sm o d e l t h ep a p e rf n s t l ya n a l y s e st h ec u r r e n ts t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dw o r k f l o wt e c h n o l o g yi nd e t a i l b ya n a l y z i n gt h ew e a k n e s s o ft h e f e a t u r e - b a s e dt r a d i t i o n a lm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，a u t h o rp r o p o s e dm e t r o l o g y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n ts t r a t e g yb a s e do nw o r k f l o w s e c o n d l y , t h ep a p e r d e p i c t st h ew o r k f l o wt h e o r i e so fb a s i cp r i n c i p l e ，r e l a t e dt e c h n o l o g y , b a s i ct e r m s ，a r c h i t e c t u r e ， i n t e r f a c ea n dr e f e r e n t i a lm o d e li n d e t a i l s b a s e do nt h i sf o u n d a t i o n , t h ep a p e rd e s i g n sa n d i m p l e m e n t sal i g h t w e i g h tw o r k f l o we n g i n ef r a m e w o r kw h i c hi sd e e p l ys t u d i e da n da n a l y z e d t h es c h e d u l i n ga l g o r i t h mo ft h ew o r k f l o we n g i n ea n di t sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o na r ea l s o i n t r o d u c e d f i n a l l y , d e r i v e df r o mp r a c t i c a lr e q u i r e m e n t ，t h ep a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t sa m e t r o l o g ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e d0 1 1w o r k f l o w m e t r o l o g ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i s p r o n et od y n a m i cm o d i f i c a t i o no f f i c e l a b s t r a c t b u s i n e s s p r o c e s s ，c o n v e n i e n tf o rp r i v i l e g ec o n t r o la n ds u p p o r tc o l l a b o r a t i v ew o r k i n g t h e i m p l e m e n t a t i o no ft h i ss y s t e mw i l lg r e a t l yc o n t r i b u t et ot h em e t r o l o g yt e c h n o l o g yi n s t i t u t i o n i n f o r m a t i o n i z a t i o nc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：w o r k f l o w ；m e t r o l o g ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；w o r k f l o wm a n a g e m e n t ； s y s t e m ；w o r k f l o we n g i n e i i 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名： 2 笔业 训g 年弓月工弓e t 学位论文使用授权声明 本人! 坳：在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：至k导师签名： 汐， 呶 汐 乙u u 它年了月i 了日 绪论 1 绪论 1 1 研究的背景和意义 随着全球信息化的加速进行，以计算机技术、网络通信技术、分布式处理技术和数据 库技术为基础的信息社会正快步向人们走来。信息化就是运用现代信息技术，从深度和广 度两方面对信息资源进行开发与利用，从而提高决策与管理、生产与经营的效率和水平， 获得更好的效益，更强的竞争力。信息化的过程，实际上就是以信息技术手段对企业各种 资源、组织机构、工艺流程等进行重新梳理、构造的过程。具体体现为业务流程的自动化、 管理方式的网络化、决策支持的智能化和商务运营的电子化。以计算机技术、网络通 信技术、分布式处理技术和数据库技术为代表的现代信息技术，使信息资源的开发利用摆 脱了迟缓分散的传统方式，代之以高效率、专业化、多样化的现代方式。信息化已成为一 个行业可持续发展的关键环节，成为衡量其综合业务能力的重要标志。如何开发和利用信 息资源为本行业、本部门服务是各行各业日常工作中的重要内容之一。 曾任国家总理的朱镕基在考察国家质检总局时指出“质检系统的信息化建设非常重要， 一定要把这项工作做好，国务院各部门都要给与支持。 这充分体现了党和国家对质检系 统的厚望重托。通过信息化建设，质量技术监督系统内部可以建立部门信息库和企业信息 库，方便有效地对企业进行监督和服务。从而进一步规范了工作程序，避免弄虚作假行为和 违法违规现象的发生。 计量技术机构信息化建设是在新时期按照i s o i e c1 7 0 2 5 “校准和检测实验室能力的 通用要求 规范行为，进一步达到相关方和客户满意的一项重要工作，它对建立和完善全 国计量检测体系和计量测试市场具有十分重要的现实意义。同时，作为政府依法设置的计 量技术机构具有十分独特的战略位置，计量技术机构作为质检系统的重要组成部分，为适 应新形势下计量业务管理与服务工作的需要，让计量管理与服务工作向更高的层次和领域 发展，计量技术机构的信息化建设刻不容缓。 计量技术机构承担诸如强制检定等法律法规所赋予的任务，还从事着科学计量、工业 计量、社会公正计量等相关业务，特别在工业计量方面又具有不可替代功能，是国家质检 总局建立全国统一、开放有序的计量测试市场的具体组成，又是提高企业产品质量、促进 技术进步的基本保证。独特的战略位置、超强的服务要求，使监管和服务成为计量技术机 构的两大基调。夯实两大基调功能，资讯成为不可回避的头等大事，不能为客户，社会和 监管部门提供全面的信息服务，就很难真正实现监管与服务，做到公开与公正。信息具有 时效性、有效性、正确性等特点，根据客户的需求和社会的需要，把有效的、正确的信息 在规定的时效内准确无误地送达到客户是技术机构的一项重要工作。因此，应将计量技术 机构建设成为计量测试市场的资讯中心，最大限度地利用其信息资源，让社会共享，客户 满意。 西安理工大学硕士学位论文 信息电子化、分类自动化、传输现代化是计量技术机构走向市场的必由之路。计算机 技术、通讯技术、网络技术是解决信息化的必备手段。组织建立起完整、有序的计量管理 业务的信息流程和作业框架，从根本上转变现有的作业方式和服务模式，实现利用计算机 技术对原始资料的分析处理，对计量管理与服务业务实行计算机化管理，为被服务单位或 个人提供规范的检定证书、检测报告、校准证书等相关结论和数据资料，从而提升了计量 技术机构服务的科技含量，有效地推动计量工作的管理标准化和高效率。 企业或组织内有许多繁琐复杂的流程，这些流程构成了企业或组织的日常运营活动。 工作流技术是实现业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优化、业务过程管理与集 成，从而最终实现业务过程自动化的核心技术，它的目标是通过现代的技术手段将这些流 程自动化，并对其进行有效地管理，以提高运作效率，降低成本，增强规范和标准化。因 此，将工作流技术的具体理论研究应用到计量管理信息系统，可以使系统具有良好的灵活 性和可扩展性，针对需求变更做出快速响应，动态适应于环境的改变。 本文以工作流引擎为基础，以x m l 语言描述的业务处理流程为依据，使流程的流动、 交互、控制、管理成为机动可变的过程，并通过对各种角色的定义以及对各种角色权限的 定义，把权限控制与办公人员联系起来，建立了一个易于动态修改办公业务流程的，便于 权限控制的、支持协同办公的计量管理信息系统。 1 2 工作流技术研究现状 工作流技术起源于二十世纪七十年代中期办公自动化领域的研究，由于当时计算机尚 未普及，网络技术水平还很低以及理论基础匮乏，这项新技术并未取得成功。1 9 8 3 年至 1 9 8 5 年间，在图像处理领域和电子邮件领域出现了早期的含有工作流特征的商用系统。 进入九十年代以后，随着个人计算机、网络技术的普及和推广，以及信息化建设的日 益完善，使得工作流技术的研究与开发进入了一个新的热潮。工作流技术被应用于电讯业、 软件工程、制造业、金融业、银行业、科学试验、卫生保健领域、航运业和办公自动化领 域。 1 9 9 3 年8 月，第一个工作流技术标准化的工业组织一工作流管理联盟( w o r k f l o w m a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，简称w f m c ，下同) 成立。工作流管理联盟的成立标志着工作流 技术开始进入相对成熟阶段。为了实现不同工作流产品之间的互操作，w f m c 在工作流管 理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口等方面制定了一系列标准。与此同时，关于 工作流技术的学术研究也十分活跃，许多原型系统在实验室里开发出来。人们从工作流模 型、体系结构、事务、适应性、异常、仿真、组织模型、安全、语言、形式化、正确性验 证、资源管理、开发过程等各方面对工作流技术进行探讨2 1 。 进入二十一世纪以来，工作流技术已被越来越多的人认可，与之相关的标准规范、工 作流引擎及商业产品不胜枚举。人们在开发推广工作流产品的同时，更加注重工作流的理 论研究，以推动该项技术走向成熟13 。 2 绪论 目前在国内，工作流技术已成为企事业单位、政府部门信息化建设方案中十分重要的 内容。工作流技术在协同办公、传统的企业应用( 如e r p 、c r m ) 以及近几年兴起的企业 应用集成( e a i ) ，业务流程管理( b p m ) 等领域都发挥了非常重要的作用。 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正在向更深层次进 行。工作流技术研究的主要目的有两个：一是为工作流技术的发展解决理论上存在的问题， 探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等4 1 ；二是从工作流实现技术的角度探讨利用 先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。 工作流技术的研究主要表现在： ( 1 ) 过程建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确地表示实际应用中地过程，特别 是研究如何以形式化的方法表示过程模型。如采用p e t r i 网方法来表示工作流模型、定义、 工作流过程描述语言等。研究和发展能够支持事务的工作流模型可以从根本上提高工作流 系统的正确性和可靠性，因此关于事务工作流模型的研究也得到了充分的重视。 ( 2 ) 模型验证和模型仿真方法：研究从理论上如何验证所建立的过程模型不存在死锁 问题，研究如何评价所建立的模型的性能和优化模型的方法，这个问题对于企业经营过程 重组问题的研究和实施企业经营过程重组具有重要的意义。 ( 3 ) 分布式环境下的资源协调和任务优化调度策略：研究在大范围的分布环境下，资 源有限和任务完成时间约束情况下，如何优化系统中任务执行的顺序和资源的分配方法， 这个问题的研究对于工作流技术在大规模生产和调度中有非常重要的意义，如在供应链管 理中的最佳供应和分销策略，复杂的交通管制中的应用。 ( 4 ) 过程模型和其它模型的集成方法：在描述一个企业和一个应用领域问题时，仅有 过程模型时不够的，还需要有功能模型，信息模型、资源模型、组织模型、甚至经济模型 和决策模型的配合，这些不同模型描述了一个应用领域的不同侧面，他们的集成可以完成 对一个企业或一个应用领域的全面描述。但是如何集成这些模型还没有良好的解决方法。 在工作流管理系统的实施上也存在非常多的问题需要研究，这些问题的解决对于提高管理 系统的性能具有重要的意义。 ( 5 ) 分布式工作流机的实施问题：在通常情况下，企业的应用一般都是运行在分布式 环境上，因此相应的工作流机也应该采用运行在分布式环境下的分布式结构。但是仍然有 许多问题需要进行深入研究，如工作流模型实例到每个执行工作流机的分解问题、分布式 环境下的可靠性问题，分布式系统的效率和鲁棒性问题等。 ( 6 ) 异常处理和错误恢复问题：当出现异常和错误是非常正常的情况，对于工作流管 理系统不仅要求它在正常情况能够发挥作用，更重要的是要求它能够灵活的处理各种异常 情况，并且在某个节点发生错速时能够保证整个系统不会发生崩溃。 ( 7 ) 融入事务管理概念：在工作流管理中融入事务管理的概念和模型方法可以显著的 提高工作流管理系统处理大规模业务应用的能力，目前这个工作己经得到许多研究人员的 重视。 3 西安理工大学硕士学位论文 ( 8 ) 应用集成问题：工作流管理系统本身是一个完成建模和过程管理的软件系统，但 是为了在企业的实际业务中得到有效的应用，它必须和企业已有的或购买的其它实现业务 应用的软件实现集成，通过集成来提高整个企业的应用水平和应用效率。 1 3 基于工作流的计量管理信息系统 当今时代的两个显著特点就是世界经济一体化和以计算机为代表的信息技术的快速 发展。一个组织要在激烈的竞争中保持优势和不断发展，必须对迅速变化的环境灵敏地做 出有效地反应，管理信息系统的应用能够提供这种有效的决策支持。管理信息系统是一个 以人为主导，利用计算机硬件、软件、网络通信设备以及其它办公设备，进行信息的收集、 传输、加工、储存、更新和维护，支持组织高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人 机系统5 1 。 在发达国家，管理信息系统由上世纪五十至六十年代开始出现，主要用于国防和宇宙 开发的信息和大型科学计算。六十至七十年代信息系统面向企业和工程的管理。在此期间， 各种类型的m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，管理信息系统) 迅速兴起，用于生 产、研制、商业和金融领域。八十年代前后，面向社会服务和个人享用的管理信息系统出 现了，它以智力开发和知识生产为目标，使信息成为人民所能共享的商品，它成为生产和 社会的巨大推动力，使当今的时代向信息化迈进6 1 。 我国信息系统经历了形成、发育、高速发展的几个不同时段。从7 0 年代末到8 0 年代 末经历了形成和发育两个阶段。即数据处理系统( d p s ) 和事务处理系统( t p s ) 。这类系 统主要用来处理日常业务和产生报表，它使日常事务处理自动化，以减轻人们的繁重劳动。 进入9 0 年代，随着计算机软、硬件的飞速发展，信息管理系统进入了高速的发展时期， 即管理信息系统( m i s ) 和决策支持系统( d s s ) ，它更强调为企业或部门的管理服务，以 完成部门的总体任务为目标1 6 1 。 随着计算机与网络技术的迅速发展，管理信息系统的分布性、异构性和自制性的特征 越来越显著，相应的信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息源之间的连接表现出松 散偶合的特点，部门物理位置的分散性和决策制定过程的分散性特征日益明显，对日常业 务活动详细信息的需求日益提高。从而，集中式信息处理的时代即将成为过去，取而代之 的将是大规模的异构分布式信息处理与应用执行环境。在这种大规模的分布式环境下高效 运转相互关联的任务，并且对执行的任务进行密切监控己成为一种发展趋势。 管理信息系统的建设是一个与企事业单位，政府机关业务流程密切相关的复杂工程。 如何有效地将信息化建设与业务流程管理结合起来，是信息化建设时必须面对的一个问 题。管理信息系统已从最初的基于文件系统的应用，发展到的基于数据库系统的应用，在 企业界得到了普遍的认可，许多企业都基于数据库管理系统开发了自己的企业应用系统， 许多专业公司也为广大用户开发了一系列成熟的数据库应用系统，如e r p 、s c m 、c r m 、p d m 、 m i s 等等。虽然这些数据库应用系统得到了一定的应用，但是管理系统实施成功的案例却 4 绪论 为数不多。分析这些单位或部门实施信息化的成功率不高的原因，除了企业计算机应用水 平、管理水平的限制之外，根本在于在实施软件系统时关注的焦点在于软件技术和软件的 功能，而忽视了业务流程的管理，从而直接导致了这些基于数据库的信息系统应用的失败。 当前的管理信息系统软件没有把过程管理软件和应用软件区别开来，即过程管理被隐 藏在管理信息系统中。因为在传统系统的框架中很少注意过程结构，所以很难识别业务过 程，系统中包含的过程往往是不正确和不完整的。工作流技术就是为解决过程管理与任务 执行相分离而出现的一种技术，过程管理系统负责处理的过程控制工作，而本身并不执行 任务。 国外计量在计算机和网络方面的应用非常广泛，所有的计量管理程序、计量校准程序、 操作维护规程等均通过网络进行管理，文件的编制、试用、审批、发布和修订均在网上进 行。同时，国外利用互联网大力发展区域、国家甚至全球计量体系，计量测试软件的应用 也相当广泛。近年来，国内在计量管理信息系统方面也做了很多研究工作。广东省计量科 学研究院经过多年的不断探索和实践，目前已经拥有一套包括仪器收发管理、证书管理、 业务管理、质量管理、网上( 局域网) 办公、信息发布等功能的信息管理系统 7 1 0 甘肃 省计量研究院建立了一个适合我国的国情及计量检测行业发展的管理信息系统1 。这些 研究与成果大大促进了计量管理信息系统的展开和深人，对促进计量工作的提高有重大的 实用意义。但是，通过对计量管理信息系统现状的调查发现，现行管理方式还存在着一些 问题，具体体现在： ( 1 ) 信息共享程度低。 ( 2 ) 不能实现器具信息动态管理。 ( 3 ) 工作效率低、质量管理成本高。 ( 4 ) 原有业务流程中存在不合理的地方。 因此，本文提出建立一个基于工作流的计量管理信息系统，该系统与传统的计量管理 信息管理系统的根本区别在于它将信息系统中的功能模块和过程管理分开，分别进行建模 和实行控制。其主要特点是使过程处理自动化，业务流程集中管理，使人以及各种应用工 具相互之间协调工作，以便完成某项工作，其目的是为让合适的人或软件在恰当的时间执 行正确的工作。工作流所关注的问题是处理过程的自动化，它根据系列的定义规则，将 ： 文档、信息在参与者之间传递，以达到易于动态修改办公业务流程的，便于权限控制的、 支持协同办公的目的9 1 “们1 1 1 n 明。 综上所述，计量管理信息系统应该是信息收集、存储、处理、流转、发布的过程，是 基于数据库管理系统、工作流管理系统和通用报表系统组成的集成开发平台上。数据库管 理系统负责信息的存储和检索，工作流管理系统负责信息流转，业务流程管理，通用报表 系统负责信息发布形式的表示和信息的收集，应用系统负责信息的处理，这种模块化的体 系结构使信息的收集、存储、处理、流转、发布相分离，既保证了系统的可靠性，又保证 了系统的柔性和扩展性。 5 西安理工大学硕士学位论文 本文将深入研究计量管理信息系统中的工作流管理。即，如何将业务流程的应用逻辑 和过程逻辑分离，从而实现业务流程的灵活定制、权限控制、交互协同的目的。 1 4 研究内容和组织结构 本文在深入分析工作流管理系统主要功能和体系结构的基础上，把研究的重点放在工 作流引擎和基于工作流的计量管理信息系统的设计与实现上。论文主要包括以下研究内 容： ( 1 ) 研究工作流管理联盟提出的工作流参考模型，以及相关的各种接口规范、流程定 义规范等。 ( 2 ) 在深入研究工作流理论和技术的基础上，对工作流引擎的逻辑结构、实现的方法 和技术进行分析和设计。 ( 3 ) 根据对计量技术机构业务需求的分析，针对计量技术机构业务过程中存在大量流 程性业务的现状，为了保证部门、人员之间协同工作，提高工作效率，设计并实现基于工 作流的计量管理信息系统，重点是流程定义与管理、权限控制等功能模块。 本文具体的内容组织如下： 第一章绪论 本章主要介绍课题研究目标及意义，并叙述了研究背景以及国内外在该领域的研究现 状。 第二章工作流技术概述 本章主要介绍工作流技术的有关基本概念，工作流管理系统的参考模型及接口标准以 及体系结构等。 第三章工作流引擎的设计与实现 本章主要介绍了工作流引擎的发展现状，工作流引擎的设计思想，以及引擎调度算法 设计，最后对实现该引擎的数据库设计和关键函数作了说明等。 第四章基于工作流的计量管理信息系统的设计与实现 本章总结归纳若干基于工作流技术的管理信息系统开发和设计方法，吸取不同项目在 平台搭建、采用理论和底层实现技术等方面的经验，确立系统的技术框架和实现思路；介 绍了系统设计的相关理论和技术；最后给出了计量管理信息管理系统部分功能的实现界 面。 第五章结束语 本章总结了本课题的研究成果，并对需进一步解决的问题进行了探讨和展望。 6 工作流相关技术概述 2 工作流相关技术概述 2 1 工作流的基本概念和定义 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工作活动分 解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成执行和监控，达到提高生产组织水平和工 作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的手段。 工作流管理联盟给出的工作流定义是：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经 营过程，它根据一系列过程规则，使得文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传 递与执行 1 3 3 。 从工作流定义中可以看出，工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流管理系统 则是这一实现的软件环境。使用工作流作为经营过程的实现技术首先要求工作流管理系统 能够反映经营过程的以下几个问题，即经营过程是什么( 由哪些活动、任务组成，也就是 结构上的定义) 、怎么做( 活动间的执行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流或 信息流的定义) 、由谁来做( 人或计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 、做得怎样( 通 过工作流管理系统对执行过程进行监控) t 4 1 1 1 5 1 。图2 一l 为工作流伞的示意图，反映了工 作流覆盖的经营过程范围对应的工作流的研究领域。 工譬流 张 。c 份扫轻 税愆义 f ：f 分流 l ：作流 张嚷鳃 t ：仆 髓 糕自硇化 l ： 斑 图2 1 工作流伞 f i g 2 1w o r k f l o wu m b r e l l a 事实上，工作流技术就是业务流程的计算机化或自动化，它将过程逻辑从业务逻辑中 分离出来，由工作流引擎专门完成对过程逻辑的计算，从而使开发人员将主要精力集中在 业务逻辑的处理上，有关工作流技术的一些术语如下： ( 1 ) 活动：组成流程定义中的一个逻辑步骤的任务，可以是自动的或人工的。自动指 在流程操作过程中定义脚本和触发器的能力。流程定义中的特定活动可以作为无人参与的 任务来运行，自动化可以在手工或人力驱动的任务中执行业务规则。 ( 2 ) 活动所有者：活动所有者是有权宣布一个活动结束，然后推进工作到流程中的下 一个活动的参与者。 ( 3 ) 工作所有者：工作所有者是有权整体控制流程实例执行过程的参与者。 西安理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 工作项和工作表：在一个工作流过程中，用户需要在它所涉及的活动中完成一些 处理工作，工作项就是这些处理工作的表现形式。通常，一个活动的实例就表现为一个工 作项。某个用户的所有工作项将构成该用户的工作项列表。 ( 5 ) 业务流程：日常活动中，包含了许多业务过程，每个业务过程都是为了完成日常 工作中的某项具体的工作，其中还包含了为了完成这项工作所必须经过的处理步骤，以及 这些步骤的具体处理次序。 ( 6 ) 工作流管理系统：一种能定义、创建和管理工作流执行的系统。就是将现实世界 中的业务过程转化为某种计算机所能识别的形式表示( 工作流逻辑) ，并在此形式表示的驱 动下完成工作流的执行和管理，使用它可以充分利用企业资源、有效地跟踪工作过程，提 高工作过程定制的速度与质量。 ( 7 ) 过程实例：过程实例是某个工作流过程的一次执行，是实例化的业务过程。一个 过程定义可以产生多个过程实例。在执行过程中，工作流管理系统通过解释过程定义，生 成有关的活动并根据过程定义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。当用户处理完成，工作流管理系统将 根据用户的处理结果和流程的定义来决定激活后续活动，并生成相应的工作项，同时通知 与此有关的用户进行处理。这个过程反复执行，直到整个流程结束。 ( 8 ) 活动实例：活动实例是活动的实例化，是活动的一次相对独立的执行。在一个过 程实例中，可能同时存在多个活动的实例，比如处于分支中的多个并发的活动；但是一个 活动实例只能存在于一个过程实例中。活动实例由工作流管理系统根据过程定义生成。 ( 9 ) 工作流模型：工作流过程依赖于一个形式化的工作流模型来描述工作流任务之间 的控制流和数据流。工作流模型由四部分组成，它们分别是过程模型、组织模型、资源模 型以及工作流相关数据。 ( 1 0 ) 角色：角色是指在过程中对某项任务或相关任务集合具有访问权限和完成能力的 处理实体，在一个业务流程中，角色用来指定代理的职责。代理是扮演一个或多个角色的 物理实体，角色表示的是责任的集合。角色的定义是在过程定义中完成，而代理是在组织 模型分析时才定义。针对不同的工作流系统，同一企业组织结构的划分可能不同，角色与 代理实体的映射关系是由授权完成的。在一个工作流中定义角色具有重要的意义，角色与 代理分离保证了授权的灵活性，使得在组织机构变化时，对工作任务的分配不会有影响。 当一个任务可以被一个以上的代理执行时，角色与代理的动态映射关系有利于管理，能够 帮助动态工作负载平衡。 2 2 工作流管理系统的分类 工作流管理系统通过管理工作活动的逻辑序列而提供企业过程的自动化，它是定义、 创建和执行工作流的系统。它通过把有关业务活动依时序或逻辑关系相互连接构成业务流 程，依据组织规范在参与者之间传递、处理或执行，从而实现业务流程的自动化管理。同 8 工作流相关技术概述 以前的信息系统相比，工作流管理系统更易于实现信息共享和协同工作。 工作流管理系统可以依不同的分类方法进行分类 1 6 1 。 按照工作流产品实现的业务过程，可将工作流管理系统及其产品分为： ( 1 ) 管理型工作流：工作流中的逻辑步骤可以预定义，并且有一套简单的任务协调规 则。 ( 2 ) 设定型工作流：与管理型工作流相似，一般用来处理异常或发生几率较小的情况。 ( 3 ) 协作型工作流：参与者的数量和协作的次数较多。在一个步骤上可能反复协调， 直至得到某种结果，甚至可能回到前一阶段。 ( 4 ) 生产型工作流：用来管理大量的重复性工作，以最大限度的自动化和高效的生产 力为目标，只需人工处理流程定义之外的一些异常的工作流管理系统。生产型工作流常被 优化为通过执行大量重复性工作而获得高级别的质量和准确度，可以管理大规模的复杂流 程并和现有系统紧密结合，通常倾向于作为规则引擎嵌入到大型的应用程序中。 按照工作流系统采用的实现技术分类 2 1 0 ( 1 ) 基于邮件传递的工作流：依赖于电子邮件机制完成不同用户间的流转，适合于协 作工作流和特殊工作流。 ( 2 ) 基于共享文档库的工作流：以共享文件的方式来完成任务，依赖于文档流转的思 想，与外部应用的交互受限，适用于管理工作流。 ( 3 ) 基于数据库的工作流：对应于产品工作流，它实现自己的通讯机制，借助于基于 c o r b a 、c o m 等规范的组件，在底层数据库的基础上提供了大量应用程序接口，它是工作 流的高级形式，它适应当今企业的需求，但有一些尚需在理论上解决的问题。 按照底层实现技术，可将工作流管理系统及其产品分为n 1 ： ( 1 ) 以通讯为中心：以电子邮件为底层的通讯机制。这类工作流管理系统适合于较为 简单的环境以及较少发生的情况。 ( 2 ) 以文档为中心：基于文档路由，同外界应用的交互能力有限。许多基于表单的管 理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。 ( 3 ) 以过程为中心：对应于大规模、复杂和异构的环境下。一般建立在数据库之上， 有自己专用的通信机制，并且提供同外部交互的接口。 ： 2 3 工作流的过程元模型 所谓元模型是指描述模型的模型。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， 这个元模型有利于建立可以在多个工作流产品之间交换信息的模型。工作流管理联盟定义 的过程元模型如图2 2 所示： 9 西安理工大学硕士学位论文 图2 2 工作流过程定义元模型 f i g 2 2w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o no ft h eo r i g i n a lm o d e l 过程元模型包含了以下几个基本实体。 ( 1 ) 工作流定义( 过程模型) ：它一般包含诸如工作流模型名称、版本号、过程启动和 终止的条件、条件安全、监控和控制信息等一系列基本属性。这个过程模型反映了企业中 一个经营过程的目的，即这个过程要实现的目的和最终达到的目标是什么。 ( 2 ) 活动：主要属性有活动名称、活动类型( 原子级活动、子流程等) 、活动的前、后 条件、调度约束参数( 如最长处理时间、排队等待时间等) 等。当工作流运行在分布的环境 下时，在活动的属性中还应该包括执行该活动的工作流机的位置。活动相应于企业经营过 程中的任务，主要反映完成企业经营过程需要执行哪些功能操作。 ( 3 ) 转换条件：主要负责为过程实例的推进提供导航依据，主要参数包括工作流过程 条件( 实例向前推进的条件) 、执行条件( 执行某个活动的条件) 和通知条件( 通知不同用户 的条件) 。转换条件对应于企业经营过程中的业务规则和操作的顺序 1 7 1 。 ( 4 ) 工作流相关数据：工作流机根据工作流相关数据的和转换条件进行推进，工作流 相关数据的属性包括数据名称、数据类型和数据值等。它是工作流机执行任务推进的依据。 ( 5 ) 角色：角色属性主要包括角色的名称、组织实体、角色的能力等。角色或组织实 体决定了参与某个活动的人员或组织单元。它主要描述企业经营过程中参与操作的人员和 组织单位。 ( 6 ) 需要激活的应用程序：主要属性包括应用程序的类型、名称、路径及运行参数等。 应用主要描述了用于完成企业经营过程所采用的工具或手段。如采用e r p 软件或决策支持 软件完成某个具体的企业业务功能。 过程定义元模型的组成核心是活动。工作流定义与角色、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、转移条件之间都是多对多的对应关系。如一个活动可 1 0 工作流相关技术概述 以引用多个角色、使用多个相关数据，同样一个角色可以被多个活动引用，一个工作流相 关数据可以被多个活动使用。 2 4 工作流管理系统的基本控制流 w f m c 定义了六种基本工作流原语，它们描述了最简单的控制流关系顺序( s e q u e n c e ) 。 ( 1 ) 顺序关系( s e q u e n t i a lr o u t i n g ) 顺序模式是最基本的工作流模式，当两个或更多任务间存在依赖关系时需用顺序模 式，顺序模式由一条不含分支的通路构成，活动按固定顺序串行执行，如图2 - 3 所示。 图2 - 3 顺序关系 f i g 2 3s e q u e n t i a lr o u t i n g ( 2 ) 与分支( a n d - s p l i t ) 某一个活执行完毕后，其后面的两个或两个以上的活动都需要被执行，它们相互平行， 且不影响，如图2 - 4 所示。 图2 4 与分支 f i g 2 - 4a n d s p l i t ( 3 ) 与连接( a n d j o i n ) 某一活动必须等到其前面平行执行的所有活动都执行完成，才可以被执行，如图2 - 5 所示。 图2 - 5 与连接 f i g 2 5 a n d j o i n ( 4 ) 或分支( o r s p l i t ) 一个活动执行完后，其后面的两个或两个以上的活动根据一定的规则，只有一个活动 被执行，如图2 6 所示。 西安理工大学硕士学位论文 图2 - 6 或分支 f i g 2 6o r - s p l i t ( 5 ) 或连接( o r j o in ) 某一活动前面的两个或两个以上的活动只有一个可能被执行，当该活动执行完成后， 其后继活动才可以被执行，如图2 - 7 所示。 图2 7 或连接 f i g 2 - 7 o r - j o i n ( 6 ) 循环关系( i t e r a t i o n ) 一个活动反复被执行，直到满足某一条件得到满足，如图2 8 所示。 2 5 工作流参考模型 图2 - 8 循环关系 f i g 2 - 8 i t e r a t i o n 1 9 9 3 年工作流管理联盟w f m c 的成立，推进了工作流管理的标准化。w f m c 提出了一个 工作流参考模型，定义了工作流系统的体系结构及其与应用、管理工具和其它工作流管理 系统之间的应用编程接口，主要目的是为了实现工作流技术的标准化和开放性。工作流模 型包含了描述一个能够由工作流执行服