（计算机应用技术专业论文）水利工程设计工作流管理系统研究.pdf

摘要 水利工程设计运行于流程之中，设计院所有的项目管理及业务活动都是由 各种流程组成的。设计流程是设计项目管理的核心，最终决定设计院的实际收 益，因此迫切需要一种能够支持业务流程自动化的软件工具来满足对流程管理 的需要。工作流管理系统正是顺应这一需求孕育而生，它是用于实现工作流建 模、执行、监控、分析和优化的基础中间件平台，一方面实现了流程在计算机 上的自动处理，大大缩短了流程的生命周期，提高了工作效率；另一方面，便 于用户分析和优化设计流程，快速给出最优方案。 本文结合水利工程设计管理的特点，利用工作流技术实现对设计流程进行动 态管理，选择系统建模与工作流引擎两个重点进行深入的研究。本文的主要内 容如下： 首先，对工作流管理系统进行全面介绍，对目前国内外工作流领域的研究现 状进行总结与归纳。然后，详细分析水利工程设计流程的特点以及目前管理中 存在的不足，将设计流程进行归纳和抽象，提取设计流程图，利用工作流技术 来管理设计流程。第三，采用多层次的工作流形式化建模方法，并利用可视化 的建模技术将之转化为能被工作流系统识别的模型。最后，完成基于关系结构 的工作流引擎的设计，使之能够驱动所建立的工作流模型。 关键词：水利工程设计，设计流程，工作流管理系统， 工作流建模，工作流引擎 塑堂查兰堡主兰垒堡塞 a b s t r a c t h y d r a u l i ce n g i n e e r i n gd e s i g n r u n si np r o c e s sf l o w s a n da 1 1p r o j e c t sa n dw o r k s a r em a d e u po fp r o c e s sf l o w s d e s i g nf l o wi st h ec o r eo fm a n a g e m e n t a n dd e c i d e s a c t u a l i t ye a r n i n g s s ow e n e e ds o f t w a r e ，w h i c hc a l ls u p p o r tf l o wa u t o m a t i o n ，t o f u l f i l lt h er e q u i r e m e n to f m a n a g e m e n t w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mc a nf u l f i l lt h e n e e d i ti sam i d d l e w a r e ，w h i c hs u p p o r t sf u n c t i o n ss u c ha sf l o wm o d e l i n g ， a u t o m a t i o n ，a n a l y s i sa n ds u p e r v i s i o n i ta c h i e v e sw o r k f l o wa u t o m a t i o n ，s h o r t e n st h e t i m ea n dr a i s e st h ee f f i c i e n c y ；o nt h eo t h e rh a n di ti sc o n v e n i e n tf o ru s e rt om o d i f y t h ew o r k f i o wa n dt og i v et h eb e s tf l o w c o m b i n e dc h a r a c t e r so fh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gd e s i g n ，t h i sp a p e rp r o p o s e s u s i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g y t om a n a g ed e s i g nw o r kd y n a m i c a l l y t h ep a p e rh a st w o e m p h a s i z e s ：w o r k f l o wm o d e l i n g a n dw o r k f l o we n g i n e t h ec o n t e n t so f t h i sp a p e ra r e a sf o l l o w s ： f i r s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma n d s u m m a r i z e s s e c o n d ，t h ep a p e ra n a l y s i st h ec h a r a c t e r so fd e s i g nw o r k a n dt h ed e f e c t si n m a n a g e m e n t a tp r e s e n t ，a b s t r a c t st h ew o r k f l o wo fd e s i g n t h i r d ，t h ep a p e rr a i s e s m u l t i l a y e rf o r m a lm o d e l i n g m e t h o da n dc o n v e y sm o d e l st ou s e di nc o m p u t e r f i n a l l y ，t h ep a p e ra c c o m p l i s h e st h ed e s i g no f w o r k f l o w e n g i n e t oc a r r yo u tt h e m o d e l s k e y w o r d s ：h y d r a u l i ce n g i n e e r i n gd e s i g n ， 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 昏d e 1 i d e s i g nf l o w ， w o r k f l o wm o d e l ， 第1 章绪论 第t 章绪论 1 1 工作流技术溯源 最近几年，随着信息技术的发展，作为计算机支持的协同工作研究领域的 工作流技术，在理论研究与应用实践方面都取得了长足的进展。目前，政府部 门、金融机构、海关系统、工程领域等不同的应用领域，越来越倾向于采用工 作流技术或工作流思想提高办事效率。这方面应用软件的开发也越来越引起i t 领域的重视。 工作流技术最早可以追溯到上个世纪七十年代美国率先提出的“办公自动 化”( o 硒c ea u t o m a t i o n ) 概念。办公自动化概念的提出，主要是受到当时计算 机作为办公工具给传统的办公环境带来的巨大冲击，计算机办公所带来的诸多 便利，使纸质办公环境发生了革命性的变化。于是，消除纸张载体，利用电子 形式对大多数的办公程序实施自动化变成为实施办公自动化的追求目标。像许 多信息技术一样，这种理想化的设想，在具体的应用中并没有得到全面的实 现，时至今日，纸张仍然是办公环境中不可缺少的基本要素。随着计算机技术 的发展与工作方式的历史变迁，尤其是网络技术以及电予商务技术在协同办公 环境中的应用，传统意义上的办公环境无论从概念还是从形式上都被赋予了很 多新内容。办公环境的复杂化为实现办公程序的自动化提出了越来越高的要 求，利用传统的办公自动化概念对其进行理解，已经不太适合时代的发展要 求。 在上述历史发展中，工作流的概念和对应的应用技术逐渐兴起、发展并完 善；同时，随着它与数据库技术、计算机支持的协同工作、知识应用与管理、 分布式处理、软件工程等相关领域的结合，工作流技术具有了更为丰富的硬究 内容。 八十年代中期，f i l e n e t 、v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为 最早的一批工作流产品开发与供应商。早期的工作流管理系统，作为种面向 过程的系统集成技术面出现，适合于办公环境相对较为简单紧凑、对应工作过 河海大学硕士学位论文 程开展的逻辑性较强的一些领域( 如政府部门的文件传递等) 。这个阶段的工 作流技术的另个技术特点是：工作流开展所需的信息和过程开展所产生的信 息，种类上较为简单，内容和数量较少，是一种基于集中式信息处理的流程开 展模式。限于当时的计算机发展水平，这个阶段的工作流系统在功能上较为简 单，是工作流技术发展的早期雏形阶段。 进入九十年代，随着计算机应用技术的不断完善、网络技术的应用延伸以及 计算机辅助技术在工程实践领域应用上的不断深入，协同办公环境下的信息资 源越来越呈现出一种异构、分布、松散耦合的特点；尤其是随着基于 c l i e n t s e r v e r 体系结构的信息处理模式、分布式处理技术( c o r b a 、w w w 、 o l e 、j a v a ) 的日益成熟，为推动集中式信息处理模式向分布式处理模式的转 变提供了可靠的技术支撑。大规模异构分布式执行环境的形成，使工作流技术 成为复杂工作环境的首选方案，它为提高跨部门、跨企业、跨领域之间的协同 管理提供了坚实的技术支撑。技术进步推进了工作流技术的发展，是人们从更 深层次、更广领域对工作流技术进行研究。 近十年中，工作流技术无论是在理论研究、还是在应用实践中之所以能得 到越来越多的关注，主要是该项技术的实施具有一定的软硬件基础。而1 9 9 3 年 工作流技术的标准化组织，工作流管理联盟( w 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 ) 的成立，则标志着工作流技术已经成为计算机应用与研究领域中的一 个重要分支。 1 2 工作流相关概念与标准模型 1 2 1 工作流的相关概念 上世纪九十年代初。软件开发商根据自身对工作流管理系统的理解与自身的 技术储备，推出了许多工作流性质的软件系统。由于他们所采用的技术以及不 同系统内部所采用的相关术语不统一，造成该领域软件市场上一定程度的混 乱。十几年来，不同的研究者对工作流分别提出了不同的定义，它们分别从不 同的角度对工作流概念进行了描述，可以使我们对工作流的一些基本特征有 定的理解。列举如下几种： g i g ag r o u p 的定义4 1 第1 章绪论 工作流是经营过程中可自动运转的部分，包括任务的顺序以及由谁来执行、支持任务 的信息流、任务的跟踪、评价与控制以及报告机制。 i b ma i m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义【5 】 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要 的各种参数。这种参数包括对过程中每一个单独步骤的定义、步骤间的执行顺 序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需的应用程 序。 a m i ts h e n t h 的定义川 工作流是涉及多任务协调执行的活动，这些任务分别由不同的处理实体完 成。一项任务定义了需要做的某些工作，可以以各种形式定义，包括在文件或 电子邮件中的文本描述、表格、消怠或计算机程序，任务执行者可以是人，也 可以是计算机系统。 w m pv a nd e r a a l s t 的定义【3 】 工作流是一切工作的偏序集，工作的序列可以有多种方式，比如工作x 与 y 满足x y 当且仅当x 在y 开始之前已经就绪。 以上这些对工作流的定义虽然表达方式略有不同，但基本上都说明这样个 问题：即工作流是经营过程的一个计算机实现，两工作流管理系统则是这一实 现的软件环境。 鉴于工作流领域存在的上述认识上的不一致，工作流联盟成立伊始，主要致 力于制定该领域的相关行业标准，包括术语的统一，以及软件系统应具备的体 系框架与系统结构。目前工作流领域的基本概念与术语大都采用工作流管理联 盟所规定的内容。工作流管理联盟的定义如下： 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、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 2 引。 接下来，按照从局部到整体的逻辑思路对工作流领域中的主要概念进行分析 介绍。 活动( a c t i v i t y ：ad i s c r e t ep r o c e s ss t e p ) ：对应于业务过程中的任务，主要 是反映业务过程中的执行动作或操作。 河海大学硕士学位论文 过程，业务过程( p r o c e s s b u s i n e s sp r o c e s s ：as e q u e n c eo fa c t i v i t y ) ：为完成 某一系统目标，具有特定逻辑关系的若干个活动的组合。 工作流( w o r k f l o w ) ：集成环境下，为实现某业务目标，具有一定的逻辑关 系并接受统一管理的过程或活动单元的集合。 工作流系统( w o r k f l o ws y s t e m ) ：处于有组织的、动态的监控环境下的过 程或活动单元，由计算机软件、硬件和数据资源组成的系纠 】。 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：工作流系统中，具有对 过程或活动开展进行系统建模、执行监控、意外处理、模式复用等功能或手段 的软件系统。它是工作流系统中主要的软件工具，对过程或活动的所有计算机 化操作，都是通过工作流管理系统实现【1 7 】。 工作流技术( w o r k f l o wt e c h n o l o g y ) ：研究工作流系统的组成结构并能付 诸实施的所有可行性技术的总称 1 7 】。 1 2 2 工作流管理系统标准模型 在对工作流系统提出了明确的基本概念的基础上，w f m c 定义了一个工作 流参考模型i ”) ( 如图1 1 所示) 。 图1 1 w t m c 提供的工作流参考模型 4 第1 章绪论 下面对图中涉及的功能进行简单介绍。 接口1 ：过程定义服务接口( p r o c e s sd e f i n i t i o ns e r v i c e s ) 过程定义服务模块主要用于过程分析与建模。通过该模块提供的过程定义工 具，对实际的业务过程进行过程定义，形成易于被计算机处理的形式化描述文 件。该功能模块往往提供一个图形化的用于过程定义的建模环境。 接口2 ：工作流客户应用接口( w o r k f l o w c l i e n t a p p l i c a t i o n ) 工作流客户应用模块定义了一个标准的用户交互机制，过程定义的结果往往 以图形化界面的形式提供给用户，而用户根据过程定义的结果进行人机交互操 作。过程定义的解释与执行，主要通过该模块来完成。 接口3 ：应用程序调用接口( i n v o k e d a p p l i c a t i o n ) 应用程序调用模块主要用于实现过程定义与外部应用程序之间的交互操作。 现有的其他应用系统( 如e r p 或其他程序) ，与w f m s 系统的交互主要是通过 应用程序调用模块来实现，它是w f m s 系统集成功能的体现。 接口4 ：其他工作流系统的执行服务接口( o t h e rw o r k f l o we n a c t m e n t s e r v i c e ) 不同供应商提供的工作流管理系统之间的交互与调用主要通过该接口来实 现，这在电子商务中很重要。 接口5 ：管理及监控工具接口( a d m i n i s t r a t i o na n dm o n i t o r i n 2s e r v i c e ) 该接口提供了一种行为规范，主要用于描述与过程执行有关的各种事件以及 相关信息。根据这些信息，可以及时地对过程实例进行管理、监控和协调。 1 2 3 已有系统的分类 根据工作流过程本身的特点、系统建模的方式、所使用的底层支撑技术以及 工作流过程的执行方式等的不同可以将现有的几百种具有工作流管理功能的商 品化软件产品及原型系统进行相应的分类如下 3 j ： 结构化的与即席的结构化工作流指的是在实际工作过程中会反复重复、严 格按照某个固定的步骤进行的业务过程。定义此种工作流所需要的各种类型的 信息可以通过对业务过程进行详细的分析而得到，从而得到完整的过程定义并 河海大学硕士学位论文 在以后的应用过程中反复使用。大量的办公程序，如公文处理、审批等都属此 类。即席工作流则是针对那些重复性不是很强或没有重复性的工作流程的，关 于这类流程执行所需的有关参数( 如参加者等) 事先无法确定，而必须推迟到过程 实例运行时才能确定，同时在执行过程中间还可能会发生一些意外的情况。这 种动态多变的特点在提供更高灵活性的同时，也为过程的建模与执行带来更多 的复杂性。 面向文档的与面向过程的前者的侧着点在于将电子形式的文档、图像等在 有关人员之间进行分发，以便能够得到不同人的处理与审阅。现有的文档管理 与映像管理系统均属此类。在面向过程的w f m s 中，工作流被描述成一系列执 行环节。与各环节相应都有待处理的数据对象。各环节的数据对象可以按不同 的方式分发到其它环节中去，如可以将数据对象的值作为控制条件、或者依此 数据对象组装成其它的数据对象等。高端的w f m s 一般都属此类系统。 基于邮件的和基于数据库的前者使用电子邮件来完成过程实例执行过程中 消息的传递、数据的分发与事件的通知。低端的系统所使用的经常就是此种方 法，它可以充分发挥电子邮件系统在广域环境下的数据分发功能，但整个系统 将运行于一种松散耦合的模式下。在基于数据库的w f m s 中，所有的数据都保 存在某种类型的d b m s 中，过程的执行实际上就是对这些数据的查询与处理。 高端的大规模系统所使用的一般都是此种方法。 任务推动的与目标拉动的前者指的是从过程的开始个环节一个环节逐步 地执行，当某个活动实例被处理完之后，后续的有关活动将被创建并被激活， 由此直至整个工作流程的完成。这是目前大多数面向过程的w f m s 所使用的执 行方式a 而在目标拉动的w f m s 中，一个业务流程被看成是个目标。过程实 例执行时，该目标将被分解得到多个相互之间按一定约束条件关联起来的可执 行的多个环节，其中各环节还可以当成是子目标而进一步进行分解。在各环节 均执行完毕之后，整个过程也就完成了。目标拉动是种全新的执行方式，下 一代的w f m s 将具有此种特征。 应该说明的是：上述分类只是从不同的角度人手的。一般来说，后面那些 特点将给w f m s 带来更好的灵活性，同时也将成为那些能够支持跨机构的大规 模复杂工作流管理、面向关键任务的w f m s 不可缺少的特征。 1 3 工作流技术研究与应用现状分析 1 3 ，l 国外研究现状 作为计算机支持的协同工作( c o m p m e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i o n w o r k ， c s c w ) 领域的一个重要研究方向，工作流技术自上个实际9 0 年代至今，吸引 了包括i b m 、微软、富士通等在内的研究机构越来越广泛的关注。虽然美国的 开发商与供应商作为工作流技术的早期身体力行者，在8 0 年代就推出了许多工 作流性质的软件应用系统，但有趣的是，九十年代关于工作流技术的研究与开 发中心却集中在欧洲的一些工业发达国家，如德国、英国、荷兰等，美国的相 关研究机构，只是在最近几年才对工作流技术进行全面深入的研究。最近两三 年，该项技术在美国等地也逐渐得到重视，相关部门对这一技术的研究投入大 幅提高，包括微软、i b m 等国际知名企业的研究机构均加入了这一研究领域。 在亚洲，包括日本、香港、韩国等在内的科研院所对工作流技术的研究也是方 兴未艾。由于本质上的集成功能，工作流技术往往作为计算机应用领域实施系 统集成的首要方案，国外的一些公司，已经推出了他们的工作流性质的产品 【l7 1 。 1 3 2 国内研究现状 我国开展对工作流技术的研究，则是最近几年的事情，基本上始于上世纪 九十年代后期，1 9 9 9 年5 月的第1 7 期“计算机世界”在c 版所推出的一个工 作流技术专栏，可以看作是国内计算机应用领域对工作流技术进行全面理解的 开始。目前，国内工作流领域方面的研究与应用，已经引起越来越多的科研院 所的重视，其中国家8 6 3 c i m s 主题下，工作流技术的研究与应用实施是一个 十分重要的领域f l 】，以清华大学自动化系与上海交通大学计算机系为代表的相 关课题组结合制造领域的应用情况开展了深入的应用研究。 虽然国内工作流领域方面的研究与应用起步较晚，但由于起点高，较好地 吸收了国外的先进技术，所以，迅速跨越了概念消化、原型开发等初级阶段， 最近几年取得了较好地研究成果。国内一些公司的产品虽然声称具有工作流管 理的功能，但大都是采用工作流思想对不同应用领域进行集成，拥有自主知识 河海大学硕士学位论文 产权的具体的工作流产品还未见形成。由清华大学自动化系范玉顺教授负责研 制开发的c i m f i o w 虽然不是很成熟、在功能上还有很多需要补充完善的地方， 但却是目前工作流技术应用的一个较好的软件原型。 1 3 3 工作流技术未来发展方向 文献( 3 中总结了当前工作流技术中的几个研究热点，并对未来工作流技术 的发展趋势进行了总结与展望。从中可以看出以下几个方面将是工作流技术在 今后几年发展的重点方向： ( 1 ) 智能化的w f m s 建模阶段，不可能预见过程开展中所有可能发生的情况，就此而言，模型本 身必然是不完善的。针对知识应用领域，工作流建模时，同样也会存在这种情 况，即许多过程参数需要在过程的执行中进行定义、或根据过程的执行情况进 行动态的变化。这种应用上的需求，对系统在智能化方面提出了要求。而人工 智能( a i ) 所使用的经常是启发式或扩展性的方法。这种方法使得系统中的信 息能够随人机交互过程的进行而动态增长( 这就是所谓的学习过程) ，而不是 一开始就将系统中所有的信息都从内容上完全定义。显然，人工智能中的方法 与思路和工作流技术的结合，比将增强工作流技术的智能化程度。 ( 2 ) 分布式的w f m s 分布式w f m s 包括分布式体系结构与分布式数据管理。分布式体系结构的 发展与工作流应用环境的拓展有关，基于局域网乃至移动环境下的i n t e r n e t 都对 w t m s 的分布式体系环境提出了要求：另外，为了突破现有的单工作流引擎的 各种局限，实现多工作流引擎之间的协作与互操作，构造一个包含多工作流引 擎( 即多w f m s 共享) 的分布式工作流执行环境也十分必要。分布式数据管理 则是分布式体系结构发展的必然需求。这里的数据管理主要是具有时效特点的 过程数据的管理，跨组织之间过程数据的有效管理与共享，为保证分布式体系 结构的正常运行提供了信息支撑。这一研究方向是在不同w f m s 之间互操作的 基础上，实现w f i v i s 和b p r 结合的基础。 ( 3 ) 基于w e b 的w f m s w e b 技术可以保证用户界面的一致性，并能保证用户应用平台之间的无关 r 第1 章绪论 性，这就为基于移动用户的工作流系统提供了理想的协同工作环境。这种情况 下，用户往往利用h t m l 页面，通过w e b 浏览器w f m s 的各种指令信息。虽 然交互能力的不足会影响h t m l 技术对工作流系统高级功能( 如图形化的建模 工具) 的应用。但日渐成熟的j a v a 技术，可以有效地弥补这方面的不足，如直 接利用j a v aa p p l e t 作为用户界面，用户就可以在w e b 浏览器中进行工作流程的 定义以及工作项的处理。 ( 4 ) 意外处理机制的完善 这里的意外事件具有以下两种含义：一种是产生于模型的实际执行阶段而未 在模型的理论分析阶段进行描述和定义的系统冲突，相对系统执行而言，这是 个性化的局部意外情况：另外种是广义的意外事件，即随着工作流系统功能 的扩展与完善，在继承的基础上，实现原有系统的升级与版本更新，这种意外 是可预见的，是一个共性化的全局意外情况。前者是系统容错性以及环境适应 性分析的基础；后者则是根据系统需求、保证系统不断完善的必经之路。 ( 5 ) 事务型工作流系统 事务处理技术是保证信息可靠性与一致性的重要技术。传统意义上的事务是 具有a c i d ( a t o m i c i t y 、c o n s i s t e n c y 、i s o l a t i o na n dd u r a b i l i t y ) 特性的原子操作 序列。事务型工作流系统试图将事务模型应用到工作流系统过程实例的执行过 程中去，以提高工作流模型执行的可靠性，以及过程实例中各个活动执行的完 整性。利用事务组合原理，事务工作流的执行满足松弛原子性( r e l a x e d a t o m i c i t y ) ，即事务工作流的执行或者正常结束，或者通过补偿事务取消所有 已提交事务的执行效果，从执行效果上保证系统执行从一个一致性状态转换到 另外一个一致性状态。由于工作流模型具有比事务模型更为丰富的过程语义， 所以，w f m s 为事务模型提供了十分理想的应用环境。 ( 6 ) 广义的工作流思想 工作流不仅是一种技术，它更是一种思想，一种在集成环境下统一处理问 题的思想，工作流技术更深层次、更广范围内考虑问题的方法，必将从根本上 促进工作流技术在更多领域的研究和应用。 1 4 选题背景与研究意义 河海大学硕士学位论文 水利工程设计作为工程施工的基础一直受到重视，设计图档管理的有效性是 制约设计进度的一个关键因素。设计图档指的是工程图纸以及相关的说明文 档。实际上，工程图纸所表征的既是设计的对象，又是设计的结果。工程图纸 在设计流转中还真实、形象地体现了设计者的设计思想逐步演变为设计结果的 技术过程【3 。因此设计图档管理和设计流程管理是密不可分的，而且其核心是 工程设计流程管理。 在参与实施福建省水利规划院水利工程规划设计项目及图档管理系统 的过程中，笔者发现传统的水利工程设计管理模式存在着许多问题，其中，最 突出的问题就是大量图纸的审批、校验、归档等流程须通过手工完成，而手工 管理文档不仅效率低，而且无法实现诸如版本管理、设计流程跟踪等工程设计 中必须解决的问题。本文采用工作流这一先进的思想改善水利工程设计的管理 现状，拟解决如下三个方面问题：首先从复杂多变的水利工程设计流程中归 纳、总结、抽象出基本设计流程：第二，研究如何实现设计流程的工作流建 模，包括工作流模型( 信息模型和组织模型) 的形式化和可视化两个方面；第 三，设计工作流引擎以驱动已有的工作流模型，实现设计流程的自动执行。 1 5 本文的工作和组织缩构 本文的主要研究工作如下： 第章，绪论，介绍了本文的研究背景，工作流和工作流管理的基本概念。 第二章，对水利工程设计流程的分析是本文的研究重点。首先详细分析水利 工程设计的流程、该流程的特点以及水利工程设计管理的现状。通过对设计流 程归纳、抽象，从中提取核心设计流程。 第三章，分析工作流管理的特点和适用范围，在工作流标准参考模型的基础 上，设计水利工程工作流系统的体系结构，简介各部分功能。 第四章，工作流建模方法的研究是本文的又个重点。 首先，讨论工作流模型的形式化定义方法，采用多层次多方式的形式化定义 方法，将矩阵描述和巴科斯一诺尔范式( b a c k u sn a u rf o r m ，b n f ) 结合起来。 利用矩阵来描述整个设计过程的流程，因为矩阵具有良好的数学运算基础，所 以矩阵表达的流程可以方便地实现正确性校验和模型的修改；丽利用巴科斯诺 第1 章绪论 尔范式来描述具体工作流活动和变迁的详细信息。接着，烈用活动图来实现可 视化建模。活动图的特点在于能够描述活动的变迁和业务流程，并且直观，便 于用户掌握。 第五章，工作流引擎的设计和系统实现。基于关系结构的工作流引擎实现 任务管理、任务指派、依赖检查、转发控制以及启动控制等功能将第四章的 工作流模型转换为工作流引擎中具体的关系型数据模型，实现了流程的自动化 运行。另外，该引辇开发成本低，便于嵌入到其它系统中使之具有工作流特 征。 第六章，总结与展望。陈述本文的工作成果，并指出有待于改进之处和 进一步研究的方向。 河海大学硕士学位论文 第2 章水利工程设计流程分析 水利工程设计作为工程施工的基础一直受到重视，设计流程是设计院工作 的核心，设计流程管理的有效性是制约设计进度的一个关键因素。另一方面， 水利工程设计处于流程之中，适合利用工作流的思想进行动态管理。因此，本 章首先深入了解水利工程设计的流程及其特点，然后与工作流管理系统结合， 利用工作流技术的优越性来改善设计管理现状，提高工作效率。 2 1 水利工程设计流程简介 水利工程设计是一个综合水工、水文、机电、地质等多个专业的综合项 目；而且水利工程设计过程中，每个专业的设计文档( 如图纸、文档等) 都需 要经设计、校对、校核、审查、审定、会签、出图、归档等等系列的工作之 后才能完成。如图2 1 利用u m l 的活动图来描述水利工程设计的整个过程。 图2 1 设计流程的活动图 测量队首先经测量得到实际数据，验证正确之后，交给地质队录入数据生 成相应的地貌图，此时生成的原始地貌图需要归档保存。前期工作做好之后， 第3 章水利工程设计工作流管理系统 需要各专业人员( 水工、水文、机电、水机) 进行不同专业的设计a 图纸或者 文档的设计流程也分为多个步骤：首先是设计，然后需要依次经过校对、校 核、审查、审定等业务环节，期闻一旦发现有错就需要返回给设计人员进行设 计修改。只有通过审定的图档，最后才能由归档人员归档保存。 2 2 水年i l 工程设计流程的特点 水利工程设计中，任何一个项目都需要设计大量的图档，图档的设计流转过 程需要经过设计、校对、校核、审查、归档等繁杂的工作流程，整个流程涉及 到不同部门的多个人员，其中存在任务分配、项目进度监控以及不同业务环节 之间的信息交互等问题。目前，设计流程管理中存在的主要问题是，图档在业 务环节之间滞留时间长、人员变动、工程项目的进度和质量难以被有效控制 等，都是制约工程进度的因素。 一般来说，水利工程设计流程具有以下特点： 1 ) 工程设计是设计院赖以生存的基础，设计流程也是设计院的企业资 源。 2 ) 设计流程由多个设计环节组成，图档的流转规则复杂。 3 ) 设计任务的完成依赖于其中众多设计环节之间的交互和众多的设计人 员的协作参与。 4 ) 设计任务的分配规则多种多样。 5 ) 设计人员的组织管理适于采用“矩阵管理”。 下面，详细分析水利工程设计流程的特点。 2 2 1 设计流程是设计院的企业资源 2 0 0 0 版的i s 0 9 0 0 0 族标准以企业管理质量为核心，企业质量管理分为了两 个层次： i ) 产品服务质量管理t 它的对象是企业的产品服务，管理规范是产品质 量管理制度。 2 ) 流程管理它的对象是企业的流程，管理规范是企业流程管理制度。 13 河海大学硕士学位论文 企业流程管理是企业管理的重要内容，尤其对于设计行业来说，以时阀作为 竞争的基础，设计效率高，图纸出得快，设计院就有利润；反之，设计速度 慢，设计院的利益就会受损。 那么，设计流程和设计院以时间为基础的竞争是一个什么关系? 设计院的工程设计运行于流程之中，所有的项目管理及业务活动都是由各 种设计流程组成的，这些流程最终输出的是设计院交付给客户的产品一一设计 图档，设计流程是设计院项目管理的基石，最终决定设计院的实际收益。因 此，设计流程必须具备能力和效率。 流程管理的一个最为重要的绩效指标是通流效率。 工作实际占用时间为增值活动时间，系统运行时间包括工作实际占用时间与 一定的非增值活动时间。非增值活动时间越少，工作实际占用时间与系统运行 时间就越接近，则通流效率越高。企业流程的通流效率决定企业以时间为基础 的竞争结果。 设计流程运行的通流效率决定设计院以时间为基础的竞争模式的执行力，最 终决定设计院的业绩。因此，设计流程被认定为设计院的一种企业资源。 2 2 2 水利工程的设计流程复杂 首先，水利工程设计过程中涉及的部门多。如要设计一张图纸首先需要测量 队经过测量以获取数据，然后由地质队根据测量数据生成相应的地貌图，之后 才能由水文、水工、电气、水机等不同专业的人员进行设计、校对，最后由项 目负责人审查和审定a 整个设计过程涉及到不同部门、不同专业的人员。设计 工作流程如图2 2 所示： 如果忽略设计图纸的种类仅仅考虑设计环节的话，图2 。2 可以简化为图 23 。 从图2 3 中可以看出，简化的设计工作流程由两个主要漉程组成，即数据采 集流程和设计子流程。因此，图2 3 可以分解为如图2 4 所示的两个子图。 第3 章水利工程设计工作流管理系统 图2 2 设计工作流程图 ：一。一一一一一。一一一一一一。一一一- j ： ： 匠h 卧医h 面面伍习 ： ： l 叵卜园越丑卧园一回； ： ： 一一一一。1 。一一一一一一一一一一一一j 图2 4 工作流程的分解图 图2 4 所包含的两个子流程中，前者属于数据采集流程，通常由勘测队或者 地质队测量采集数据，并绘制成地貌图供设计者使用。所采集的数据以及生成 的地貌图在实际项目管理中需要存入流转图档库进行保存，由于数据由实地测 量而来，所以无需经过校对、审查、审定等环节即可直接归档。后者是设计子 流程，在该流程中，设计人员根据已有数据进行设计( 包含不同图纸的设计， 如断面图设计、剖面图设计等) ，之后，设计图纸还需经过各级负责人的校 对、审查和审定，如果发现有错，需要返回给设计人员进行修改，直至通过审 1e 河海大学硕士学位论文 定，才能完成归档。数据采集是设计子流程的设计基础。设计子流程是工程设 计的核心，本文主要针对设计子流程进行研究，实现设计流程的自动化。 从图2 4 中可以看出水利工程设计包括五个主要环节，这五个主要环节是设 计、校对、校核、审查和审定。实际运行中，每一个流程都对应着三个方面的 管理，它们是设计项目管理、图档流转管理和强档归档管理。因此，借助流程 可以动态地控制设计的进度，而管理功能则保证了设计工作能按要求顺利完成 “，如图2 5 所示。其中的结构，其纵向是设计项目的阶段任务，反映为设计 工作流程；其横向是某一阶段的设计任务在执行过程中的管理工作和管理对 象，以及对象在被管理过程中的变迁。 设计项目立项p l 卜设计- 提交设计囝摄卜存 流转囱揖摩 l 校对、 f1f l 谚旋设计1 + l - 批注，存入蕊转图挡库 l 域核+ l - 修改芦计十1 。审每t l 修随谦计。+ 一f l 审定 l 设计图档归档 设计项8 鲒项 图2 5 设计流程图p 2 2 3 矩阵式的人员管理 在设计院里，人员组织结构般采用功能部门制度，即按照不同的功能和职 能设立不同的部门，每个部门由若干人员组成。部门设立相应的部门负责人， 每个下级部门从属于某个上级部门。上下级之间形成个纵向树形的组织结构 “1 。如设计院里设置有生产管理室、她质队、测量队、设计室等科室，而设计 室中的人员又分为水工、水机、水文和电气等不同的专业设计组，如图2 6 所 示： 第3 章水利工程设计工作流管理系统 图2 6 人员的纵向行政隶属结构 然而，对于设计工作来说，设计院一般以项目为单位进行管理，每个项目都 有项目负责人、设计人员( 包含不同专业的多个设计人员) 、校对人员、审定 人员等，参与项目的人员一般是临时组成的团队，团队通常表示横向的合作关 系。如图2 7 所示： h 至 圃 u 亟卜臣固 图2 7 人员的横向合作关系 从上述可以看出，在传统的组织结构下，一个项目的完成需要通过不同的功 能部门，而一个部门同时为许多不同的设计项目服务，为完成工程设计而执行 的活动在不同的部门之间的传递逻辑复杂，出现问题时容易出现扯皮和责任不 清现象，最终导致设计时间长、客户满意度不高。综上所述，设计院人员的 组织模式适于由传统的部门制度转变成“矩阵管理”，工作人员方面隶属于 行政部门，另方面参与不同的设计项目，又属于不同的团队管理。如图2 8 所示。 圈囹圈圈 翌塑奎兰璺圭兰篁堡兰 网 【，i j 图2 8“矩阵式”组织结构 z 4 水利工程设计管理现状 目前，部分水利设计院的工程设计项目已经有管理系统进行管理。但是 当蓠的管理系统往往侧重于对项目的管理，雨没有实现对设计流程够管理。 工程设计项目管理主要包含三大功能模块，即项目管理、流转图档管理和 归档图档管理。三大功能模块以项目管理数据库、流转图档数据痒和归档图档 数据库为核心，实现对整个项目设计过程的管理 3 0 j 。以下对三个模块的功能做 简单介绍： 项目管理：主要实现与项目相关信息( 项目名称、负责人、起止日期、合 同等) 的录入、存档、查询、报表输出以及设计资源和设计成采的安全保障 措施( 如图档原件的密级设定、使用权限设定) 等功能。 流转图档管理：记录图档流转情况，以便对设计过程实现有效的监督。记 录内容包括：使用者、使用时间、所做操作。流转图档的查询、引用、统计、 报裹输出以及使用权限设定等功能也包含在该模块中。 归档图档管理：对归档原件进行分类保存设定不同人员的使用权限以及 管理密级，以便对归档库进行查询、统计、维护等操作。 本文以流转图档管理为研究对象，对其进行分析、归纳，并利用工作流思 j j巨匣 墨! 兰查型三堡堡生三堡堡篁垩至堡一 想来改进之。 首先，目前已有流转图档管理模块以单个设计文档为研究对象，将其所需 流经的业务环节固化在程序中，所以，业务环节是不可变的，一旦用户业务需 要调整的时候，原有的功能可能就不能适应工作要求，需要放弃或修改，再根 据需要增加新的功能到信息系统中去，这样整个信息系统又要面临再一次的开 发维护，用户业务调整一次，信息系统就要改造一次，用户的业务工作就不能 对变化的需求做出及时有效的响应，错失时机，同时也造成时间和资金的浪 费。 其次，图档在不同环节之间的流转需要人工方式来完成。设计人员根据自 己的权限在所有的图档中查找对应的文件，从而下载进行业务操作，之后手工 更改图档的状态再进行上传。整个环节虽然能够实现图档的流转，一定程度上 减少用户日常重复繁琐的工作，但是并没有真正实现业务过程的自动化。 第三方面，设计工作的任务分配由项目管理人员来进行，没有实现人员分 配的柔性化，难以均衡设计人员的工作负荷，最终易导致设计任务积压或者客 户满意度降低。 从以上各方面的分析可以看出，当前的信息系统采用面向功能的事务处理 模式，可以看成是一个实现各种操作功能的集成体。首先将用户业务执行过程 所需要的功能实现，然后通过一个主控模块将各种功能集成在一起，信息系统 也就构建成功了。至于如何调用功能去组织成一个业务流程，如何对一个业务 流程的执行进行管理监控，还得依靠用户用人工方式去完成或者调用一些管理 功能去完成。以这样的方式开发出来的信息系统可以实现用户当前的业务需 求，一定程度上减少用户日常重复繁琐的工作，但是并没有真正实现业务过程 的自动化。因为尽管信息系统具备一些管理功能，但是这些管理功能还不能对 整个业务过程进行全程实时的监控。而且一旦用户业务需要调整的时候，原有 的功能可能就不能适应工作要求，需要放弃或修改。 所以，目前对流转图档的管理没有实现对设计流程的动态管理，已不能完 全适应工程设计发展的要求，采用工作流管理技术则可以从根本上解决上述问 颗。 河海大学硕士学位论文 2 5 本章小结 水利工程设计是工程施工的前提和基础，图档设计是设计院的工作核心。 设计图档在多个设计环节之间流转，形成动态的设计流程。本章详细分析水利 工程设计的流程及其特点，从复杂的设计流程中归纳、抽象出设计工作的基本 流程，该流程适合利用工作流技术进行管理。同时，分析已有水利工程项目管 理系统的功能和局限性，针对流转图档管理，利用工作流技术进行管理以实现 流程的自动化运行。 2 0 兰! 童查型三堡至苎三堡鎏笪兰叠篓 第3 章水利工程设计工作流管理系统 工程设计环节之间相互耦合，适合运用工作流技术来管理流程，实现对设 计流程的定义、建立和执行的管理监控，可以使“水利工程设计管理系统”从 面向功能的处理模式转向面向设计流程的处理模式使之成为具备业务流程管 理能力的系统。本章将设计水利工程设计工作流管理系统的体系结构，介绍各 组成模块的功能以及实施该系统能够带来的好处。对于其中的关键技术一一设 计流程的定义和工作流引擎的设计，将在第四章和第五章分别深入研究。 3 1 水利工程设计工作流管理系统 根据工作流管理联盟提出的工作流参考模型( 图1 1 ) ，设计基于工作流 的水利工程设计流程管理系统，其体系结构图如图3 1 所示， 图3 1 基于工作流的水利工程设计管理系统体系结构图 2 1 鎏塑查兰堡圭茎堡丝兰 _ - = = = 口= = _ = ，口e _ = _ _ = _ 口口i 口i _ - t = i _ # _ d _ - - 口口_ _ _ 口_ q e _ _ 一。一一 该系统的体系结构给出了抽象的水利工程设计工作流管理系统的功能组成 部件和接口。从图3 1 可以看出，该系统主要由以下功能部件组成： 设计流程建模工具：相对独立的功能模块，给用户提供一种对实际设计过 程进行分析、建模的手段，负责工作流模型的建立和维护。所建模型的数据通 过建模工具一方面存储于工作流模型数据库中，以备工作流引擎使用；另方 面生成可被其他工作流管理系统处理的形式化描述。 设计流程定义：将实际的设计流程转化为工作流模型，是设计流程的形式 化描述，用来支持自动化操作。流程定义包括活动及其相互关系、活动起始和 终止的标准以及活动的参与者、需调用的应用程序等。 工作流引擎：又称工作流机，是工作流管理系统的核心，对系统的其他部 分起控制和协同作用。工作流引擎负责解释工作流模型，推进过程的执行，完 成与活动参与者之间的交互( 绘用户下达任务、为用户准备任务数据