（计算机软件与理论专业论文）基于pddl语言的工作流过程模型系统研究.pdf

中山大学硕士学位论文基- - t - p d d l 语言的工作流矗程模型系统研究 基于p d d l 语言的工作流过程模型系统的研究 专业；计算机软件与理论 姓名：李苑薇 指导老师：姜云飞教授 摘要 定义和描述业务过程的工作流模型，是企业应用工作流管理技术的关键。 办公自动化系统、企业m i s 系统、客户关系管理( c 砌田系统等都涉及到了企业 业务过程的定义，这些业务过程如果完全依赖于传统的手工操作，其工作量是 难以想象的。因此，需要能够实现帮助企业实现业务流程自动定义的工作流技 术近十多年来，研究者们提出了多种工作流模型来满足不同的应用需求，如 基于活动网络图模型、基于i d e f 模型、基于p e t r i 网模型和基于对话模型等， 然而，它们主要集中于对异步结构化流程的支持，尤其缺乏智能化、自动化等 特点。 本文从工作流过程定义中自动化的考虑出发，讨论了工作流过程建模需要 考虑的几个问题，总结出实现工作流定义的自动化及柔性的方法。在此基础上 对工作流过程模型进行了系统化、形式化的描述，把其中各个过程要素抽象出 来，利用智能规划语言p d d l 对工作流过程模型进行了建模，把智能规划的方 法应用到工作流技术中去，对于实现工作流过程建模自动化，智能化有一定的 启示作用。 关键词：智能规划，p d d l 语言，工作流模型，工作流过程建模系统 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作流过程模型系统研究 r e s e a r c ho np d d l - b a s c dw o r k f l o wp r o c e s s a u t o - m o d e l i n g s y s t e m m 面o fc o m p u t e rs o f l w 玳a n dt h e o w n a m e ：y u a n w e il i s u p e r v i s e p r o f e s s o r y u n f e ib a n g a b s t r a c t b u i l d i n gaw o r k f l o wm o d e lw h i c hc a nd e s c r i b eb u s i n e s sp r o c e s s e sf o r m a l l ya n d b et r e a t e db yc o m p u t e r si sak e yf a c t o rt om a k eu s eo fw o r k f l o wm a n a g e m e n t t e c h n o l o g yi ne n t e r p r i s e o a , m i s ，c r m , e r pn e e dt h ed e f i n i t i o no fb u s i n e s s p r o c e s s ，b u ti tw o u l db ev o l u m e so fw o r ki ft h i so n l yd e p e n do nm a n u a lo p e r a t i o n t h e r e f o r e , w en e e dan e wt e c h n o l o g yw h i c hc o u l dh e l pt h eo r g a n i z a t i o a st od e f i n e t h eb u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i c a l l y i nt h el a s td e c a d e ，m a n yw o r k f l o wm o d e l ss u c h a sa c t i v i t yn e t ，i d e f , p e t r in e ta n dd i a l o g u eh a db e e np r o p o s e dt om e e tv a r i o u s a p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s b u tt h e ya r em a i n l yf o c u so nm o d e l i n ga s y n c h r o n o u sa n d s t r u c t u r ep r o c e s s e s ，l a c k so f t h ec a p a c i t yt od e f i n et h ep r o c e s sa u t o m a t i c a l l y i nt h i sp a p e r , w eu s et h ea ip l a n n i n gl a n g u a g ep d d lt om o d e lt h ew o r k f l o w p r o c e s s t h i sp a p e rf i r s tp o i n to u tt h ea s p e c t sw h i c hs h o u l db ep a ya r e n f i o nw h e n m o d e l i n gw o r k f l o wp r o c e s s ，s u m m a r i z e dt h ew a y st oi m p l e m e n tw o r k f l o wd e f i n e a u t o m a t i o n w ea b s t r a c tt h eb a s i ce l e m e n t sf r o mw o r k f l o wd e f i n i t i o nm o d e l ，b r i n g u paw o r k f l o wm o d e lw h i c hi sd e f i n e db yp d d l , a n dd e v e l o pa ne x p e r i m e n t a la u t o b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gs y s t e m t h ec o m b i n a t i o no fa ip l a n n i n ga n dw o r k f l o w p r o c e s sm o d e l i n gg i v eg r e a tr e f e r e n c ea n dv a l u et ot h ea r e ao fw o r k f l o wm o d e l d e f t n i t i o na u t o m a t i o n k e y w o r d s ：a ip l a n n i n g ，p d d ll a n g u a g e ，w o r k f l o wm o d e l ，a u t ob u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n g s y s t e m - 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程模型系统研究 第1 章引言 1 1 研究的背景和出发点 办公自动化系统、企业m i s 系统、客户关系管理( c r m ) 系统等都涉及到了 企业业务过程的定义。如今，工作流技术已经具备了业务过程定义的图形化， 以及过程定义和过程执行完全分开等特点。但是，现实企业运作的业务流程是 复杂，庞大的，这些业务过程如果完全依赖于传统的手工操作，其工作量是相 当巨大的。同时，企业面临市场竞争环境是快速变化的，这导致企业的业务流 程是不稳定的，易变的，要手工管理原有的业务流程，使其与新的需求相适应， 也有不可忽视的工作量。 因此，企业需要更加智能化，自动化，更具灵活性的工作流技术。它需要 帮助企业实现业务流程自动化定义，从而减少用户的人手操作，提高工作效率； 需要具备一定的柔性，减少因流程变动而带来的影响，从而提高企业内部业务 流程对变化的适应能力。所以，对于定义业务过程的工作流技术而言，首先必 须具备一定智能，以减少用户的工作量，同时还需要具有扩展性，具备适应变 化的柔性。 目前，大部分工作流管理系统对企业业务流程的定义都是手工的，静态的， 不具备自动定义和适应变化的能力。本文从工作流过程定义中自动化的考虑出 发，讨论了工作流过程建模需要考虑的几个问题，总结出实现工作流定义的自 动化及柔性的方法。在此基础上，对工作流过程模型进行了系统化、形式化的 描述，把其中各个过程要素抽象出来，利用智能规划语言p d d l 对工作流过程 模型进行了建模，把智能规划的方法应用到工作流技术中去，对于实现工作流 过程建模自动化，智能化有一定的启示作用。 1 2 研究的方向与重点 本文的研究重点跟据工作流过程模型中的各过程要素的特点和关系，使用 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程模型系统研究 智能规划语言p d d l 对工作流过程进行领域建模和问题建模 根据研究重点，本文做了如下的工作： 1 研究总结智能规划理论及工作流技术的相关理论 2 分析工作流建模过程中的重要考虑因素，利用智能规划语言p d d l 对 工作流过程模型领域建模和问题建模。 3 在上述理论的基础上，实现了工作流自动建模系统。 本文创新处在于把智能规划的方法应用到工作流系统中去，提出更有智能 化自动化的工作流模型定义问题，并对工作流过程模型使用了智能规划语言 p d d l 进行了建模。对于实现工作流过程建模自动化，智能化有一定的启示作 用。 1 3 文章结构 本文共分为六个章节，具体结构如下； 第l 章：为引言，介绍了本课题提出的由来和意义，研究的出发点，本文 包括的内容要点、创新之处以及文章结构。 第2 章：为本文研究基于的智能规划知识背景。主要介绍了智能规划建模 语言p d d l 的发展和特点。 第3 章：为工作流相关知识的详细阐述，包括工作流的基本概念及对工作 流动态过程建模方法、过程描述语言的相关研究。 第4 章：给出工作流过程模型的各个过程要素进行抽象，使用了智能规划 语言p d d l 对其进行建模，并与其他过程建模方法相行了分析比较。 第5 章：介绍了本文实现的工作流动自动建模系统，包括其功能、系统设 计及实验结果。 第6 章为小结，对本文所阐述的内容进行了总结，并对进一步的研究工作 进行了展望。 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作漉过程建模系统研究 第2 章智能规划方法与技术 2 1 智能规划理论研究 规划系统的研究起初源于问题的求解，但是规划研究比起一般的问题求解更 注重于解决具体的实际问题，而不单单是抽象的数学模型。因此近年来智能规划 重新受到了学者们瞩目，成为人工智能研究领域上的一个热点。 近九年来，通过i c a p s 举办的五次规划大赛( 1 9 9 8 年的i p c 1 ，2 0 0 0 年的 i p c - 2 ，2 0 0 2 年的i p c - 3 ，2 0 0 4 年的i p c - 4 ，2 0 0 6 年的i p c 5 ) 使得世界各国智能 规划研究学者们有了统一交流平台和标准的实验数据来测试规划系统，对智能 规划的理论研究起到很大的推动作用。 目前，由于智能规划问题本身的复杂性决定了这门学科不可能快速的得到 较大规模的实际应用。但在国外某些高科技领域的确已经有一些应用，进行得 比较好的是美国宇航局( n a s a ) 用在哈勃望远镜修复和宇宙空间探测机器人里 的a s p e n ( a u t o m a t o ds c h e d u l i n ga n dp l a n n i n ge n v i i j o n m o n t ) 规划系统。在物流调 度、车间生产安排等方面，智能规划也有一程度的应用。我们相信，随着人工 智能研究的不断发展，智能规划研究的不断深入，将会有更多的规划系统应用 到实际生产和生活中来。 2 1 1 智能规划的基本组成 智能规划实质上是根据初始状态和目标状态，在满足一定的时间和资源约束 下，从可供选择的动作集中进行逻辑推理选择，得到求解动作序列或半序的一个 过程。它至少包括三个部分： 初始状态，以一阶逻辑或命题逻辑等形式化语言描述 目标状态，以一阶逻辑或命题逻辑等形式化语言描述。 动作，也称为算子，主要包括三部分：动作名称、动作前提和动作效果。 有时还需要考虑动作的开销或占用资源的情况等。 规划也属于类问题求解的方法，但问题求解偏重理论研究，规划旨在解决 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 实际问题，因此规划的理论在很多方面都进行了扩展。【1 】 2 1 2 规划领域的形式化 领域形式化的目标是提供一个领域理论以刻画目标动作的语义，通常领域 理论用状态迁移系统来表示。在状态迁移系统中，状态( 情景) 是描述世界在某 个特定时间点的快照，而动作用于把一个状态转换成另一个状态。 早期领域理论的研究都采用纯逻辑的方法，这包括m c c a r t h y 的情景演算， k 0 w a l s l 【ia n ds e r g o t 的事件演算和g i o r d a n oda l 基于模态逻辑的动作理论。虽 然用纯逻辑的方法能够精确的刻画动作的语义并且能够证明领域理论的某些性 质。但实用的规划系统大多不直接采纳，而是采用非形式化一定的方法，这些 方法多数根源于f i k e sa n dn i l s s o n 的s t r i p s 描述。s t r i p s 通过指明前提表、 增加表和删除表来定义一个动作，它们都表示为原子的合取式。其语义也比较 直观：当前世界状态满足前提表，一个动作才可适用。在动作执行之后，增加 表中的原子加到世界状态( 数据库) 0 e ，而删除表中的原子从世界状态中移去。 a o l t 2 ) 语言提供了比s t r i p 更强的表达能力：a d l 允许定义上下文依赖的效果、 全称量化的效果、否定式和析取式。 随着智能规划应用研究的开展，人们急切需要表达诸如时态推理、数值， 任务网络等的内容，于是涌现了大量扩展了s t r i p s 和a d l 的专门语言格式。 然而，它们的语义通常都非常模糊，不便于研究者进行交流。为了对付这一问 题，g i o r d a n oe ta l 【3 】专门设计了规划领域定义语言( p d d l ) 作为标准的领域( 问题) 描述语言。使用p d d l ，可以非常方便的对不同的规划系统进行比较。在表达 方面，最初的p d d l ( p d d l l 2 1 基本与a d l 持平，但其后续版本大大增强了表 达能力，这包括：p d d l 2 1 增加了时间的概念，p d d l 2 2 增加推导谓词和初始 时间文字。在此基础上，还有其它很多的扩展，例如，使得p d d l 可以表示不 确定性和条件规划。 2 1 3 初始世界的形式化 初始世界只不过是领域理论定义的世界状态之一。对于所有关注初始世界 的方法来说，其中核心议题是哪些原子可以被认为在初始世界状态中为真。经 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 典的智能规划方法假设初始世界状态的定义提供了完整的描述，即封闭世界假 设( 任何在状态数据库中没有被显式表明的事实都为假) 但是，对于像机器 人或w 西服务计算领域等真实世界的运用，这样简化的假设是不合理的。事实 上。我们将会面临如下的问题： 不完整的信息：初始世界的定义没有详述与规划任务相关的所有信息； 错误的信息；一些被定义为真的原子可能在现实中是假的( 反之亦然) ； 模糊的信息：一些原子只在一定的概率下才为真。 为了处理以上的诸种困难，有必要区分两类动作：改变世界的动作和影响 a g e n t 知识的动作，后者被称为感知动作。s a d l 【】在a d l 的基础上增加了对不 完整信息和感知的支持；类似地，o p t s 堆p d d l 的框架上增加了知识效果和可 学习项 2 1 4 目标的形式化 大多数经典的智能规划方法都把目标表示为需要在预期世界状态( 目标状 态) 成立的属性集，通常以文字( 正原子或负原子) 的合取式、析取式的形式 出现，而变量被认为是存在量化的。规划器需要定下一个解( 规划，动作序列) ， 当这个解在初始世界状态中执行后，会产生一个目标状态来满足这个目标。 但是，对于现实世界的规划领域，这样的目标描述还是不足够的，对目标 描述的需求包括： 需要时态信息：一些复杂的目标不能简单表示为单一最终状态的属性 处理不确定性的策略：动作的执行没有达到预期结果应该如何处理； 安全属性：并不是所有能够达到目标的解都是符合要求的。 信息目标和完成目标的区别：许多问题需要这样的区分，因为信息目标 只能由感知动作完成。 2 2 规划问题描述语言p d d l 2 2 1 p d d l 语言的发展 p d d l 6 7 1 是用作智能规划问题描述与设计的标准定义语言，其构建在 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 s t r i p s 和a d l 语言基础上，其领域描述的语法结构是一个类似l i s p i 吾言的括号 表达式列表。随着智能规划研究的发展，p d d l 语言本身也在不断完善。 1 9 9 8 年以前，研究学者们热衷于在s t r i p s 上进行研究，忽略了解决实际 应用的问题。在a i p s 9 8 上，m c d e r m o r 等提出了规划问题描述语言p d d l1 2 版本，用在1 9 9 8 年第一届国际智能规划大赛上，但当时这个较低版本还不具备 时序逻辑的描述功能。 直到2 0 0 2 年，在l o n g 和f o x 主持的a i p s 0 2 上，他们才提出具有数值度 量和持续时间描述功能的规划描述语言p d d l2 1 。p d d l2 1 是一种基于时序 规划和度量规划的语言，它的描述能力采用了a d l 一部分内容，比s t r i p s 更 接近实际应用问题上的描述，缩小了理论研究与实际应用之闻的距离。 在i p c - 4 上，组委会又对p d d l 2 1 进行了一些微小的修改，增加了两个新 特性即d e r i v e dp r e d i c a t e s 和1 铀e di n i t i ml i t e r a l s ，从而形成了p d d l2 2 版本。 使得p d d l 能更加准确的描述现实问题。 i p c - 5 中，组委会与d e r e k l o n g 联合定义了新的p d d l 3 0 语言。对p d d l 2 2 进行了一些重要的扩充。其主要特征是“软目标( s o f tg o a l s ) 和“状态轨迹约 束”( s t a t e t r a j e c t o r y c o n s t r a i n m ) ，所谓的“软目标”是指一个有效的规划不一定能到 达期望的目标，而“状态轨迹约束 贝是指对规划的结构迸行约束。轨迹约束可 是以刚性的，也可以是柔性的。刚性的轨迹约束可以用于表达在规划域中的有 效规划或一个特定规划问题中对知识的控制和约束。软目标和轨迹约束则可以 在没有限制有效规划的情况下描述影响规划质量的参数选择。在p d d l 3 里，软 目标或约束是一个有很多“惩罚权重”( 即对规划的损害程度) 的优先选择。一 个规划的规划度量说明包括的惩罚权重必须最小化。总的来说，不是所有的特 定参数选择( 可能包含不同的惩罚权重) 都能够被满足，区分最好的参数选择子 集在一个c p u 时间有限的规划中会因规划处理过程而带来额外的难度，为了产 生高质量的解，规划器必须能同时在有限数量的计算资源里区分出一个好的或 次优化的软目标约束集合。从p d d l 语言的发展过程我们可以看出，对规划问 题的研究正在朝着越来越接近实用的方向发展。 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 2 2 2p d d l 语言的特点 p d d l 包括五个层次： 第一层：相对应于p d d l1 7 版本中的命题层，它和a d l 层相兼容这是 为了保证p d d l 语言的向下兼容性，没有进行新的添加和修改只包含这层的 规划问题我们通常把它叫做s t r i p 型问题。 第二层：在第一层的基础上增加了数值变量，劳且能够对这些数值变量的 值进行即时的测试和更新。包含这层的规划问题，我们把它叫做n u m e r i c 型 问题。 第三、第四层：在第二层的基础上增加了持续的动作的描述。持续的动作 定义为：在动作开始执行后要经过一段时问才能得到动作的效果。第三层和第 四层的区别在于：在第三层描述上的动作没有持续的影响，而在第四层描述上 的动作有持续的影响。因为持续动作被限定在它影响的变量上，故第四层简化 了在实际时间领域的模型。第三层问题也叫做s i m p l e t i m e 型问题，第四层即 是t i m e 型问题，目前属于较复杂的问题类型，研究的学者们还不多。 第五层：是第四层的一个自然扩展，增加了表示任意实际时间、复杂的度 量领域。该层问题相当复杂，很少有规划系统进行到这层研究。它目的是为以 后研究者们设计规划问题描述语言p d d l 指明方向。 2 2 3p d d l 语言的语法 智能规划所要解决的问题其实是对某特定领域( d o m a i n ) 及其在该领域里需 要解决多大规模问题( p r o b l e m ) 这两个实体的一个统称因此p d d l 语言也就被 设计成对d o m a i n 和p r o b l e m 分别进行描述。p d d l 语言对d o m a i n 进行描述时， 所需要的关键字很多，简单介绍以下几个常用的： d e f i n ed o m a i n ：表示一个d o m a i n 定义文件的开始，用来说明领域的名 字。 ：r e q u i r e m e n t s ：这个关键字与它后面所带的关键字一起表示该d o m a i n 描 述的问题所处的层次，即上面提到的五个层次中的哪个。跟着它后面的关 键字有： 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 一 一 一 ：s t r i p s 表示这是最基本的s t r i p 型问题； ：t y p i n g 允许有不同类型的变量； ：f l u e n t s 允许函数( f u n c t i o n ) 中出现变量的数值运算如： 勰s i g i l ( = ) ，i n c r e a s e ( + ) ，d e c r e a s e ( 一) ，s c a l e - u l g ) ，s e r e - d o w n ( ) 有该关键字出现的问题就属于n u m e r i c 型问题； ：d u r a f i v e - a c t i o n s 表示动作可以持续，它对应上面提到的第三 层s i m p l e - t i m e 型问题： ：c o n t i n u o u s e 脓t s 动作可对数值变量产生持续效果，即t i m e 型问题。 ：t y p e s ：用来定义变量所属的类型。类型名字前面都有 符号以示区别。 注意只有：r e q u i r e m e n t s 里面有：t y p i n g 关键字，才可以定义各种不同的变 量类型。 ：p r e d i c a t e s ：就是谓词。注意在变量名前加上“? ”符号，且用“符号指 出其所属的类型。 ：f u n c t i o n s ：即函数，它用来记录变量的值。 ：a c t i o n ：用来描述该d o m a i n 里面可以执行的工作。它由动作名称 ( n a m e ) 、参数( p a r a m e t e r s ) 、前提( p r e c o n d i t i o n s ) 和效果( e f f e c t s ) 部分组成。 用p d d l 定义p r o b l e m 文件关键字相对少些： d e f i n ep r o b l e m ：表示p r o b l e m 文件的开始，后面一般跟上问题名。 ：d o m a i n ：表示该问题所属的d o m a i n ，后面跟上d o m a i n 的名称。 ：o b j e c t s ：该部分列出p r o b l e m 的所有对象及其所属的类型。这些类型 必须是在d o m a i n 文件里已经定义过的。 ：i n i t ：在这里描述出规划问题的初始状态。它里面只能出现d o m a i n 文 件定义过的p r e d i c a t e s ，f u n d i o n s 和前面o b j e a s 里声明的对象。 ：g e m ：规划问题所要达到的目标状态。里面的要求和：i m t 一样。 ：m e t r i c ：在这里可以给出一个副目标，它不是规划器求解时必须满足的。 但满足这个副目标而得出的规划解将有较好的质量。 虽然p d d l 2 1 版已经具备了较强描述功能，但是它离无缝的描述现实生产 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作漉过程建模系统研究 生活中的规划问题这个目标还有一定距离。随着学者们研究的不断深入，p d d l 语言一定会得到不断完善，从而推动智能规划研究的发展例如。i p c - 4 上对 p d d l 进行了一些改进，增加了两个新特性，即d e r i v e d p r e d i c a t e s 和t i m e d i n i t i a l l i t e r a l s ，从而形成了p d d l2 2 版本使得p d d l 能更加准确的描述现实问题。 p d d l2 2 对比以前版本有以下的新特征：修改了对数值表达的处理方法；提出 时刻和持续时间的明确表达方式；为时态规划提出完整的语法；把规划评价函 数的定义作为问题文档定义的一部分 2 2 a 选择p d d l 建模的原因 p d d l 作为对众多规划语言进行系统化总结而得的标准语言，已经运 用到各种正式的比赛中。 许多优秀的规划器，如l p g 规划器，把p d d l 语言作为标准的输入语 言。 p d d l 语言的核心是s t r i p s ，其有不少的改进：包括领域对象带有类 型结构；动作参数具有类型；谓词参数具有类型约束；动作带有否定 的前件和后件；动作的前后件可以用量化的方式表达。更适合运用到 现实的领域当中。 p d d l 语言中对离散和持续动作、数值变量的比较和改变，以及对规 划质量评价函数的表示等提出较为完善和具体。 中山大学硕士学位论文 基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 第3 章工作流技术的发展及应用 3 1 工作流技术 3 1 1 工作流的定义 不同的研究者从不同的角度给出了工作流定义，下面给出几个比较有代表 性的定义。 w f m c 给出的定义是：工作流是一类能够完全或部分自动执行的经营过 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传递 与执行。 m ma l m a d e n 研究中心的定义是：工作流是经营过程的一种计算机化的表 示模型，定义了完成整个过程所需的各种参数。 上述定义虽然角度不同，但都强调对业务过程的形式化描述，这也是工作 流建模理论的重要研究内容。除此之外，人们普遍认为工作流应具有以下三个 最基本的要素： 串行或并行：即业务中的步骤或者以串行方式执行，或者由不同的人或 组合根据不同的情况同时处理( 并行) 。 两个或两个以上的人：即一个人处理的业务不称其为工作流，需要多 人合作完成时才能称之为工作流。 共同的目标：个体参与工作流必须是为了同一个工作目标。 3 1 2 工作流技术的发展 工作流的概念起源于制造业和办公自动化领域中的过程思想，这种过程的 思想自工业化生产以来就已经存在，主要侧重于工作中各项活动的流程性方面， 通过改进流程以提高效率。所采用的典型方法是将工作中各项活动分解成具有 良好定义的任务、角色、规则和规程等，使得制造业和办公领域中的大部分工 作得以在良好的管理和控制下进行。不过，在刚丌始的时候，整个过程都是由 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 人工完成的，只是在引入信息技术后才使得过程中的工作得以自动或半自动地 处理，能够辅助自动或半自动完成过程中工作的信息技术正是工作流及其相关 技术 工作流产品最早出现在八十年代中期，比较典型的有f i l e n e t 于1 9 8 4 年 推出的w o r k f l ob u s i n e s ss y s t e m ，v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r 。这些 产品把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、关键字索引以及光盘存 储等功能结合起来，形成了一种全过程支持某些业务流程的软件系统。但是限 于当时的计算机技术发展水平，这些产品所集成的功能较为简单。进入九十年 代后，随着计算机及网络技术的发展，现代组织的信息资源越来越呈现出一种 异构、分布、松散耦合的特点，组织物理位置上的分散性、各项业务活动的分 散性、各级领导对日常业务活动详尽信息的需求，加上客户服务器体系结构的 普遍应用、分布式处理技术0 v w w 、c o r b a 、j a v a 等) 的日益成熟，使得实 现大规模异构分布式执行环境并使相互关联的任务能够高效执行成为可能。在 这样的应用背景和技术背景下，工作流系统也由原来的简单过程管理便成为同 化组织复杂信息环境、实现业务流程自动执行的必要工具，这也使得工作流技 术得到了突飞猛进的发展。 为了更好地促进和规范工作流技术的发展，工作流技术的标准化组织“工 作流管理联l l 显o v o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n , w f m c ) ”于1 9 9 3 年成立，这 是一个由研究机构和企业界共同组成的开放式、非盈利组织，其目标是通过开 发公共技术和标准来促进工作流技术的发展和应用，使工作流产品的提供商和 用户都受益。工作流联盟的成立对工作流技术研究以及相关产品开发进入了更 为繁荣的阶段，它所制定的标准、规范、概念和术语等也得到了普遍的承认。 更多更新的技术也被集成了进来，众多新的工作流产品也纷纷推出。根据工作 流系统所采用的任务项传递机制的不同，可以将市场上的工作流产品划分为四 类； 基于文件和数据库的工作流系统 以共享文件或数据的方式来完成任务，通常包括客户服务器模式下的图 像、文档与数据库管理系统。代表产品有f i l e n e t 的v i s u a lw o r k f l o ，i b m 的 f l o w m a r k ，x a i t 的i n c o n c e r t 。 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 基于消息的工作流系统 通过各种消息机制( 如电子邮件系统、永久消息队列、事件传送机制等 来 传递任务项信息。利用电子邮件系统的产品有n o v e l ! 与f f l e n e t 合作开发的 e n s e m b l e ，j e t f o r m 的i n t e m p o 等，而i b ma l m a d e n 的e e o f i c a f m q m 则使 用了像m m 的m q s e r i e s 这样的消息机制，瑞士苏黎士大学的e v e 则是利 用事件机制来耦合各项分布式功能组件。 基于w e b 的工作流系统 通过w w w 来实现任务的通信与协作。这一类产品是随着i n t e r n e t 的发 展而出现的，是目前市场上流行的一种趋势。代表产品有a c t i o nt e c h n o l o g i e s 公司的a c t i o n w o r k sm e t r o ，u l f i m u s 的u l t i m u s 等。 群件与套件系统 这一类产品虽然与前面三类产品有所重叠，但因为他们需要依赖自己系统 的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管理、数据库与文档管理服 务等，它们本身就构成了一个完整的应用开发环境。代表产品有i b m l o t u s 的 l o t u sn o t e s ，m i c r o s o r 的o f f i c e 与e x c h a n g e ，n o v d l 的g r o u p w i s e 等。 关于工作流技术的研究，目前主要包括以下几个方面的内容： 工作流管理系统体系结构 这方面的专门研究目前还不是很多，工作流管理联盟提出了一个工作流参 考模型，其中对整个工作流系统中的相关部分及各部分之间的接口都作了研究 和说明。但这仅仅是一个可供参考的框架。也并没有对真正意义下的工作流管 理系统体系结构进行定义。而各种工作流管理系统都是根据具体情形提出自己 具体的体系结构。 t 作流模型与工作流定义语言 由于工作流系统涉及从其应用领域到其具体实现的整个过程，因此，如何 理解和表达工作流应用、如何理解和表达工作流的执行过程以及如何将应用转 换为相应的实现等等，这都是关于工作流建模方面的问题。以适当模型构筑和 表达过程以便能转换为可理解和可执行的工作流定义语言，这可以说是工作流 技术要得以应用首先需要解决的主要问题之一。 工作流的事务特性 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 由于工作流管理系统要负责整个业务过程的执行、监控，并保证其执行结 果的完整性、可靠性和正确性，这就是工作流的事务特性与传统数据库系统 的事务管理类似，工作流管理系统也必须提供相应的工作流事务管理，而且是 分布、长时间事务管理由于有传统数据库事务管理的基础，因此，这方面开 展的研究也比较多，研究的目的在于将高级事务处理技术与工作流技术相结合， 提高工作流系统的可靠性和实用性。 工作流的实现技术 将先进、可用的各种技术用于工作流系统的实现，主要包括面向对象技术、 异构分布式计算、图形用户界面、消息通信机制、数据库技术、w w w 等在内 的与工作流实现有关的各项技术和方法。 工作流系统的测试、分析与监控 与一般的软件系统一样，工作流系统在开发和定义完毕后，在正式投入运 行之前，也应该进行严格的测试，以确保系统的可靠性；如果在系统运行之前 能够根据工作流需求说明来收集有关数据，并对其进行分析和评估，从而发现 潜在的问题或提供可能的改进方案，如分析系统执行效率等；类似地，在系统 的运行期间还要提供对执行过程的监控手段，以帮助掌握各项活动的进展情况， 从而有助于发现可能的问题，如瓶颈环节等。目前，关于这几个方面的研究工 作还比较少，相应的辅助工具就更少了。 工作流系统的集成与互操作技术 由于工作流系统要控制业务过程中各项活动的执行，而这些活动可能是人 工完成的，也可能是软件系统完成的，而且还可能是各种各样的异构计算机软 硬件系统，因此，需要研究异构应用系统的集成与不同工作流系统之闯的互操 作问题，同时还要考虑跨组织机构的分布工作流应用中各项功能的集成。 工作流与经营过程重组 经营过程重组( b p r , b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ) 是对组织经营过程中的 核心流程进行根本的重思考和彻底的重设计，以期实现组织的各项关键性能( 如 成本、质量、服务和时间等) 同时获得极大豹改善。要想对经营过程进行重新设 计，就必须首先要能理解组织现有过程并表达出来，然后再进行规划和改进， 这实际上就是对组织经营过程的建模问题，只有建模还不够，还要有相应的评 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建模系统研究 价、分析和改进设计的方法和支撑技术，而工作流技术正是支持经营过程重组 的主要技术。因此，需要研究相应的方法和策略，使通过工作流技术的应用来 有效实现组织的经营过程重组。 通过以上关于工作流起源与发展、工作流产品以及工作流方面的研究来看， 工作流技术确实是一项与当今新经济时代相适应的技术，并且已经得到了较大 发展和许多领域的应用，具有广阔的发展前景。在工作流的诸多研究方向中， 工作流建模与工作流实现技术是最基本的两个方面，接下来将对工作流建模这 一方面作更进一步探讨。 3 2 工作流建模方法 工作流建模是工作流技术研究领域比较热门的研究方向。国外的许多研究 者从各自的研究背景和应用需求出发，分别提出了许多有价值的方法。主要研 究或应用的建模方法有： 基于活动网络的建模方法【8 】是以活动和活动之间的关系为基础建立的工作 流模型，这种方法的好处是直观、易于理解。目前大多数工作流管理系统都采 用这种方法建模。由于这种方法强调直观性和易理解性，而直观性和易理解性 通常与系统的具体实现关系密切，所以理论上的研究相对不多。 基于状态和活动图的建模方法【9 】是一种介于p e t r i 网模型和图形化模型之 间的方法，这种方法的优点是容易学习和理解，比图形化模型容易验证，但可 视性效果和可理解性不好，模型验证工作也较p e t r i 网复杂。和活动网络建模 方法类似，这种方法的理论研究也相对较少。 p e t r i 网【1 0 】i n 有坚实的数学基础，是完全形式化的，可以对模型进行准确 的判断和分析，目前基于p e t r i 网的建模和分析得到了广泛的发展。基于事务 模型的建模方法来源于数据库研究领域，事务处理对于维护数据库的正确性、 一致性和出错恢复都具有重要意义，在工作流模型中引入事务概念可以提高工 作流管理系统的可靠性。 基于语言行为理论的建模方法【1 2 】从客户方和服务方之间的语言行为交互上 对工作流进行建模，在第一章中介绍的a c t i o n f i o w 就是采用语言行为理论的工 作流模型。协调理论【”】是m r r 协调科学中心提出的一种管理一组协同工作的 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建横系统研究 活动及其相关性的科学，主要研究如何管理活动之间的相关性 另外，随着合作伙伴之间交互与合作的增加，越来越多的业务过程相互渗 透，因此协作工作流建模技术也受到越来越多的关注。 3 2 1 基于p e t r i 网的建模方法 基于p e t r i 网的建模方式也是工作流过程模型研究的一个热点p e t r i 网是 1 9 6 0 年代由卡尔a - 佩特里发明的，最初是用来研究异步并发现象的计算机系统 理论模型。它是对离散并行系统的数学表示。p e t r i 网既有严格的数学表述方式， 也有直观的图形表达方式，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又 为计算机科学提供坚实的概念基础。由于p e t r i 网能够表达并发的事件，被认为 是自动化理论的一种。研究领域趋向认为p e t r i 网是所有流程定义语言之母。p e t r i 网有精确的定义，同其他非形式化的框图技术相比，p e t r i 网避免了模糊性、不 确定性和矛盾性，并可对工作流及工作流系统进行定性和定量分析，这使得p e t r i 网成为主要的建模技术之一 z i s m a n 在1 9 7 7 年首次采用p e t r i 网表示办公流程t 堋，e l l i s 在z i s m a n 的方 法基础上引入一个经典p e t r i 网的扩展，称为信息控制网( i n f o r m a t i o nc o n t r o l n e t s 。心) 【l5 1 ，并用于对办公信息系统的建模。v a nd e xa a l s t ( 以下简称a a l s t ) 在p e t r i 网工作流建模研究方面做出了重要贡献他将工作流模型的原子( 基本 模型元素) 映射为p o t r i 网【峋，并提出了工作流的三维结构，即工作流有三个不 同的维( d i m e n s i o n ) ，分别是过程( p r o c e s s ) 、实例( c a s e ) 和资源( r e s o u r c e ) ，如图3 1 所示a a l s t 认为，p e t r i 网最适合对过程和实例进行建模，同时，p e t r i 网也可 以对资源维建模。要根据建模对象不同而选择不同的p e t r i 网子类( s u b c l a s s ) 。比 如，经典p e t r i 网最适合建模过程的结构特性，时间p e t r i 网( t i m e d p e t r iu e t s ) 可 用于分析工作流的时间特性，而如果同一时刻运行多个工作流实例或对不同的 工作流建模与跟踪，且要区分不同的实例。则有色p e t r i 网( c o l o r e dp e t r in e t s ， c p 最合适。 中山大学硕士学位论文基于p d d l 语言的工作流过程建横系统研究 强魏维 a 顺序关系 t l s l 图3 ，1 工作流模型的三维视图 t i 玎t4 c 并行关系 s l 程维 s 3 b 选择关系 s 2 d 同步关系 图3 2 用p e t r i 网表示的四种关系 在基于p c t r i 网表示的模型中，通常库所表示活动，而变迁则表示活动间的 1 6 - 雾善。昙 誊 ，鬻零占篙 中山大学硕士学位论文基于p d d l 著言的工作流过程建横系统研究 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图3 2 是采 用p e t r i 爵表示的4 种基本关系在基本的p e t r i 网工作流模型中，通常无法表 示资源和时间方面的特性，且只表示单个的流程实例，若要对这些特性建模， 则必须对p e t f i 网进行扩展，如采用时问p c t r i 网表示模型的时间特性，用有色 p e t r i 网表示资源和多实例。 3 2 2 基于e p c 的建模方法 基于事件驱动的过程链模型( e p c ) 最早由k e l l e f l l 7 】提出，它是一种应用比较 广泛的，用来描述企业事件与经营过程的方法。e p c 模型是一种符合i s