（计算机系统结构专业论文）petri网工作流建模及工作流管理系统flowstep任务引擎.pdf

摘要 随着网络技术的发展，许多以网络为基础的信息管理应用领域孕育而生并不 断壮大。电子商务、电子政务、办公自动化和企业信息系统的应用成为了当今管 理信息系统应用的焦点。在这些领域中，业务流程管理( b u s i n e s sp r o c e s s m a n a g e m e n t ，简称b p m ) 是它们共同关心的问题。不同的应用领域具有不同的 业务需求，同时，随着应用环境的发展，相应的业务过程也有可能会发生变化。 因此，将工作流概念引入到管理信息系统中，使其具备自适应和重配置能力就显 得相当重要。 本文介绍了p e t r i 网技术、讧l 技术在工作流建模中的应用及一种基于w 曲 的分布式工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称w f m s ) f l o w s t e p 文章首先介绍了工作流技术和p e t r i 网技术的基本知识以及构建一个工作流 管理系统的体系结构，并分析了工作流管理系统f l o w s t e p 的体系结构和运行机 制。 文章中心部分是提出了符合工作流元模型的六种基本p e t r i 网流程模块，给 出了由p e t r i 网流程模型向x p d l 转换的方法以及由x p d l 构造p e t r i 网的方法， 为不同的建模方法利用p e t r i 网分析技术奠定了基础；扩展了分布式工作流管理 系统f l o w s t e p 的e j b 任务引擎和子流程任务引擎。 文章最后对p e t r i 网技术、x m l 技术及工作流技术的发展应用提出一些展望， 并对f l o w s t e p 系统的研究方向提出建议。 关键词：工作流工作流管理系统( w f l v t s ) p e t r i 网x m lx p d l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e e h n o l o g i e s ，m a n ya p p l i c a t i o nf i e l d s0 1 1 i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tb a s e du p o nn e t w o r k sh a v ee m e r g e da n dt e n d e dt ob em a t u r e e - c o m l n c r c c ，e a f f a i r sf o rg o v e r n m e n t , o f f i c ea u t o m a t i s m ( 0 a ) a n d 锄州s 岱 i n f o r m a t i o ns y s t e mh a v eb e c o m et h ef o lp o i n t so f t h ea p p l i e a t i o mo l lm 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 s ( m i s ) i nt h e s ef i e l d s ，b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t p m ) i s ac o m m o nc o n c e r n e dp r o b l e m d i f f e r e n ta p p l i c a t i o nf i e l d sc o n t a i nd i f f e r e n ti m s i n e s s r e q u i r e m e n t s ，a n dw i t ht h ee v o l u t i o no ft h ea p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t s ，c o r r e s p o n d i n g b u s i n e s sp r o c e s s e sm a yb cc h a n g e d t h e r e f o r e ，i n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to fw o r k f l o w i n t om i $ a n dm a k i n gt h em i $ p o s s e s st h ec a p a b i l i t i e so fa u t o - a d a p t a b i l i t ya n d r e e o n f i g u r a f i o na r er a t h e ri m p o r t a n t t h i sp a p e ri n t r o d u e 螂t h ea p p l i c a t i o no fp e t r in e ta n dx m li nw o r k f l o w m o d e l i n ga n dak i n do fd i s t r i b u t e d w o r k t l o wm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n w e b f 1 0 w s 姊 f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a s i ck n o w l e d g e 0 1 1w o r k f l o wa n dp e t r in e ta n d t h ea r c h i t e c t u r eo f c o n s t r u c t i n gaw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m a n di ta n a l y z e st h e a r c h i t e c t u r ea n dr u n n i n gm e c h a n i s mo f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t 锄卜f l o w s t e p i nl h em i d d l eo ft h i sp a p e r , s i xk i n d so fb a s i cp e t r in e tf l o wm o d u l e sw h i e l a c o n f o r mt ow o r k f l o wm o d e l 黜p u tf o r w a r d t h em e t h o do ft r a n s f o r m i n gp e t r in e t t l o wm o d e lt ox p d la n dc o n s t r u c t i n gp e t r in e t w o r ku s i n gx p d li sg i v e n t h e s e e s t a b l i s ht h eb a s ef o rd i f f e r e n tm o d e l i n gm e t h o du s i n gp e t r in e t a n dt h e s ee x t e n d e j bt a s ke n g i n ea n ds u b p r o e e s st a s ke n g i n eo fd i s t r i b u t e dw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t 即卜羽o w s t e p f i n a l l y ，t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r ds o m ep r o s p e c to i lt h ea p p l i c a t i o n o f p e t r in e t 、 w o r k f l o wa n dx m l a n dt h er e s e a r e l ad i r e c t i o no f f l o w s t e ps y s t e mi sp r o p o s e d k e y m , o r d s ： w o r k f l o ww o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mo v t ! m s ) p e t r in e t x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) x p d l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：圭1 云兰 签字日妇：口占年2 月2g 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫盗盘茔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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 主3 姓导师签名：专长轫刁 签字日期：口占年月2 譬日 签字日期： 口6 年z 月吁日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 i 1 研究背景 第一章绪论 i 1 1 工作流基本概念和发展方向 i i 1 i 信息系统演变及工作流产生 业务过程管理这一课题，随着信息技术的飞跃发展，被赋予了新的含义， 特别是管理业务过程的通用软件包( 即工作流管理系统) 的发展，全新的业务过 程组织方式应运而生。透过业务过程信息系统及其开发方式的演进过程，可以把 工作流理解为一种业务处理方式，一种业务信息系统开发方式。 信息系统用于支持日益复杂的组织间过程管理与过程协调，按系统在过程 中扮演的角色，由低级到高级分为：办公信息系统、事务处理系统、知识管理系 统、决策支持系统、控制系统。 同样，信息系统的开发方式也在不断变化，越来越多的通用任务已被从程 序中分离出来并且放入分解的管理系统中，其演进过程如图所示： 图1 1 通用任务分解 图l l 显示了工作流管理的发展过程。图中描述了过去四十年中的典型的 信息系统的体系结构包括它们所包含的各个组成部分的变化。在上个世纪六十年 代，信息系统由大量的独立运行的应用程序组成。对于每一个应用系统的用户接 口和数据库系统而言，都必须进行独立的开发，所以这些用户接口和数据库系统 都只满足特定的应用程序。到了七十年代，应用程序中的数据被分离出来。为了 实现这一数据分离的目的，数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，简 称d b m s ) 被开发出来。数据库管理系统的使用为应用程序减轻了负担，应用程 序不用再负责数据管理工作，而将这一工作移交给了数据库管理系统。在八十年 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 代以后，用户接口部分也成功地从应用程序中脱离出来，用户接口管理系统的出 现使得应用程序开发人员可以将用户与应用程序的交互操作从应用程序中分离 出去。从九十年代开始，当通用的功能化部分也从应用程序中被分离出来的时候， 就意味着真正的工作流管理系统( w o r l d t o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称w 0 “s ) 产生了。因此上个世纪九十年代就被标志为工作流软件诞生的时期。这些软件允 许应用程序开发人员将业务流程从应用程序中分离出去。在图1 一l 中可以清晰 的看出，工作流管理系统是支持业务流程的通用的内部构筑模块。由于许多信息 系统都可以受益于这样的通用内部构筑模块，所以许多企业或组织都开始意识到 它们需要一些先进的工具来完成业务流程的设计和执行。企业或组织开始关心业 务流程主要有以下几个原因： 首先，像业务流程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr c 圮n g i n c c r i n g ，简称b p r ) 和 持续性流程更新( c o n t i n o u sp r o c e s si m p r o v e m e n t ，简称c p i ) 这样的管理理念刺 激了企业或组织更加意识到业务流程的重要性。 其次，现今的企业或组织需要提供大量的多品种的产品和服务，这使得 在一个企业或组织内部的业务流程的数目急剧增加。 再次，不仅产品和服务的品种和数量增加了，就连产品和服务的生命周 期在过去的三十年间也增加了。 如今的业务流程会经常发生变化，而且，这些流程的复杂性也大大地增加了。 所有这些在每一个企业或组织的信息系统环境中的变化，都使得业务流程成为信 息系统开发过程中的一个重要的问题。所以，将工作流管理系统这样的内部构筑 模块引入到信息系统之中就显得相当重要。 1 1 1 2 工作流的基本概念 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o nw f m c ) 的成立 标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的互 操作，w f m c 在工作流的相关术语和体系结构等方面制定了一系列标准。按照工 作流管理联盟的定义，工作流是一类能够完全或部分自动执行的业务过程，它根 据一系列的过程规则，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与 执行。 工作流管理系统是一种能够完整地定义、管理和执行工作流的系统，这些功 能通过一组软件的执行来实现，而这组软件的执行顺序由一种计算机化的工作流 逻辑表示来完成。 工作流管理系统还可以用其他的一些术语来描述，例如：。业务操作系统”， “工作流管理器”，“用例管理器”，以及“逻辑控制系统”等。对于工作流管理 2 天津大学硕士学位论文第一章绪论 和工作流管理系统的关系可以从两个层面进行分析，一方面，大多数人总是将工 作流管理和工作流管理系统混淆在一起，这是不应该的，因为这一误解限制了工 作流管理的应用领域，而实现工作流管理是不必要一定采用工作流管理系统的。 而另一方面，工作流管理系统却为工作流管理提供了本质概念、技术和方法的具 体实现形式。 并不是所有的业务流程都是工作流。工作流应该具备三种特征。首先，工作 流应该是应用实例驱动的。其次，流程本身被认为是基本的要素。最后，流程可 以用一种显式的方式定义。 工作流是基于应用实例( c a s e ) 的，即工作流中的每一项工作都是为特定的 应用实例而执行的。例如抵押贷款、保险申请、报税过程、订货和索取信息过程 都是应用实例的例子。应用实例经常是由外部用户发起的。但是，在同一个企业 或组织的另一个部门中的人员( 即内部用户) 也可以发起一个应用实例。工作流 管理的目标是尽量有效地处理应用实例。一个工作流过程( w o r k f l o wp r o c e s s ) 可以处理相似的应用实例。通过特定顺序处理可执行任务，使得应用实例得以执 行。同样，工作流过程也可以用其他一些术语来描述，例如：“工作流程序”，“流 图表”，以及“路由定义”等。由于任务以特定顺序执行，所以定义一些条件性 判定来指明任务与任务之间的依赖关系相当有用。一个条件判定式或者成立，或 者不成立，这体现为输出值是真值还是假值。对于每一个任务，在运行它之前应 该通过上一个任务导航到当前任务，而当它被处理后应该判断下一个应该执行的 任务。许多应用实例都可以由同一个工作流过程定义处理，所以，同样的任务可 能被执行多次。对于一个应用实例中必须执行到的任务，被称为工作项( w o r k i t e m ) 。大多数工作项都是由特定的资源来执行的。一个资源或者是一台机器( 例 如：打印机或者传真机) ，或是一个人( 参与者、工作者或是雇员) 。在大多数办 公领域，资源都是人。但由于工作流管理不仅仅局限于办公领域，所以采用了“资 源”这一术语。资源被授权处理特定的工作项。为了简化工作项的分配，资源可 以组成资源组类。一个资源组类是一些具有相似特性资源的集合。所以，在同一 个资源组类中，可以有多个资源，同一资源也可以被包含在多个资源组类中。假 如根据成员的操作功能来划分资源组类，则这一类资源具有相同的角色。如果根 据企业或组织的结构来划分资源组类，则这一类资源称为一个组织单元( 例如： 小组和部门) 。由一个特定资源执行的工作项称为一个活动( a c t i v i t y ) 。 工作流过程定义指明了应用实例的路由过程，即根据下一将要执行的任务来 执行工作流过程。图1 - - 2 显示了由工作流管理联盟定义的工作流路由结构。其 中包含了以下四种路由方式： 1 顺序路由 3 天津大学硕士学位论文第一章绪论 工作流流程实例中的任务是顺序执行的，即后一个任务在前一个任务执行完 毕后才开始执行。在图l 一2 ( a ) 中，任务b 在任务a 完成以后被执行，同时在 任务c 启动以前被执行。 2 并行路由 在图1 2 ( b ) 中，任务b 和任务c 是并行执行的。这意味着b 和c 可以同 时执行，也可以以任何顺序执行。为建立并行的路由，定义了两种内部模块，它 们是：a n d - s p l i t 和a n d - j o i n 模块。a n d - s p l i t 模块在任务a 执行完以后使能b 和c 。然后，由a n d - j o i n 模块来同步这两个分支流，即在b 和c 都执行完以后， d 才可以开始执行。 3 条件路由 在图1 2 ( c ) 中，无论是任务b ，还是任务c 都有可能被执行。为建立条 件路由，定义了另外两种内部模块，它们是：0 r - s p l i t 和o r j o i n 模块。假如 任务a 被执行了，会在任务b 和c 中做出一个条件性选择。然后，任务d 可以在 b 或c 结束以后开始执行。 4 反复路由 有时，有必要多次执行同一个任务。在图i - - 2 ( d ) 中，任务b 可以被执行多 次。 c 舢臣( 咽肼路由 ( b ) ( c ) ( d ) 图i - - 2 ：四种路由结构 4 并行路由 条件路由 反复路由 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 1 3t 作流的基本功能 从九十年代开始，工作流应用的得到了飞速的发展，在应用厂商的推动下， 也诞生了各式各样的工作流系统。这些工作流系统很难兼容，采用的术语和模型 也有很大差异，不同的术语和模型，使得众多的客户和厂商之间的沟通变得复杂。 工作流管理联盟( w 埘c ) 于1 9 9 5 年提出了工作流管理系统的体系结构模型 工作流参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) 工作流参考模型标识了构成工作流管理系统的基本模块和这些基本部件交 互使用的接口。 虽然不同的工作流管理系统具有不同应用范围和实施方式，但从较高层面来 看。所有的工作流管理系统都提供了三种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动定义和建模过程。 本文第三章即是对p e t r i 网建模技术的研究。 ( 2 ) 运行阶段的控制功能；在一定环境下，执行工作流过程，并完成每 个活动中活动的排序和调度功能； ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与i t 应 用工具之间的交互 图1 - 3 说明了工作流管理系统的功能特性。它描述了工作流管理系统各个功 能模块的划分以及相互之间的联系。 图1 - 3 工作流管理系统功能特性 具备了上述功能的工作流系统具有自身的优势。由于信息技术的发展和日趋 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 激烈的商业竞争，人们不再满足于独立、零散的办公自动化和计算机应用，而是 需要综合、集成化的解决方案。作为一种对常规性事务进行管理、集成的技术， 工作流管理系统的出现是必然的。工作流管理的最大优点是将应用逻辑与过程逻 辑分离，再不修改具体功能的情况下，通过修改过程模型来改变系统的功能，完 成对生产经营中部分过程或全过程的集成管理。具体来说，工作流技术具有如下 优点： 一。 智能化 按照既定工作流进行事务处理，任务的某一环节处理完成后，反馈任务的完 成情况，并自动转入下一处理环节。转移过程自动进行处理和判断，相关信息也 不需要人工传递。工作人员只需专注于与其相关处理环节的具体工作，而不用再 操心环节问的衔接。 ， 高效性 取消了人工信息传递、拷贝与检索工作，信息在网络中自动传递，由于工作 流系统信息流动的自动性，当一个环节执行完毕时，会自动启动下一环节的活动， 因此可大大缩短整个运作周期。同时，工作流减少了中间环节，所以可减少员工 数量，降低成本。另外，工作流系统可以实时监控各种信息，工作处理任务会快 速进行通知，保证相关工作人员尽快完成工作。 可控性 采用工作流技术后可以对当前正在处理的所有事务进行实时跟踪和监控，从 而清晰了解各种事物的进展情况。 灵活性 由于事务处理流程可以根据实际情况随时建立，随时修改。因此，一旦企业 某一事务处理流程发生变化，可以快速建立相应的新工作流程，从而最大程度的 适应企业的各种变化。 集成化 工作流的处理环节可以灵活定义，并可以启动各种应用程序( 如企业现有 的其它管理软件) ，因此，可将企业现有的多种管理工具和现有软件系统纳入工 作流的处理环节中去。 此外，采用工作流管理对于企业的信息现代化具有显著的作用。采用工作 流管理系统可以在最大程度上集成企业的现有信息资源，实现资源的充分利用。 由于工作流管理系统具有较好的柔性和开放性，因此可以保证企业的信息系统能 够顺利的扩展，以满足不断变化的市场环境 6 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 1 4 工作流发展趋势 随着工作流技术研究的深入，工作流产品供应商发布了一些工作流管理产 品，但工作流系统的实际应用状况还处于初级阶段，在经营过程中采用工作流管 理系统的企业很少，而且应用范围有限，并不能全面支持企业的关键业务流程， 主要因为工作流系统存在很多不足之处： l 、工作流管理系统之间缺乏互操作性 2 、实现的复杂性 3 、系统的安全性 4 、标准化程度 工作流技术的发展方向为： 1 、过程建模理论与建模方法。包括对工作流过程模型和过程描述语言两个 方面的研究，研究如何清晰、准确地表示实际应用中的过程，特别是研究如何以 形式化的方法表示过程模型。如本文的采用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( 尤其是形式化语言如x 札) 等。 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，本文采 用的p e t r i 网技术是解决这一问题的良好方法。 3 、分布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，在资源有限和任务完成时间约束的情况下，如何优化系统中任务执行的顺序 和资源的分配方法。包含几个方面的研究：基于w e b 的工作流、分布式工作流、 工作流管理系统中的移动计算等。 4 、工作流互操作研究。包括工作流模型的互操作和工作流系统的互操作两 个方面的研究。嘲旧 1 1 2p e t r i 网技术 1 1 2 1p e t r i 网的基本特征 p e t r i 网是在1 9 6 2 年由科学家c a r la d a mp e t r i 作为一种过程建模和分析 工具提出来的。此后，p e t r i 网理论得到了极大的丰富，已被人们以多种不同的 方式进行了扩展，并被广泛应用于许多研究领域，如协议工程、柔性制造系统、 业务处理等等。目前针对p e t r i 网的分析技术和工具已得到广泛发展，使用p e t r i 网描述业务过程主要有以下优点： 7 天津大学硕士学位论文第一章绪论 直观的图形表示p e t r i 网是一种图形化语言。p e t r i 网有两种元素： 变迁元素( 口) ，库所元素( 0 ) ，而有向边表示这两种元素之间的关系。 形式化的语义p e t r i 网( 包括各种高级网系统) 都有形式化的语义 语义。一个p e t r i 网模型加上相应的语义就能描述一个业务过程。 状态和事件的显式表示有些过程建模方法侧重于描述系统状态的 变化，如状态自动机；有些建模方法是基于系统中事件的发生，如过程代数、 数据流图。p e t r i 网能够同时显式地描述系统状态和时间。这样便于对系统 的理解和分析。 基于状态而不是基于事件与其它过程定义技术相比，在p e t r i 网 中安全的状态能够被清晰地描述。这有很多优点：( 1 ) 能清晰地区分一个任 务是处于授权( e n a b l i n g ) 状态还是处于执行( e x e c u t i o n ) 状态，虽然一 个任务被授权表示有能力执行，但是并不意味着这个任务可以处于执行状 态。( 2 ) 通过对状态的明确建模，才有可能实现竞争任务( c o m p e t i t i v e t a s k ) 。 两个任务是竞争的表示这两个任务被同时授权，但只有其中一个可以执行。 ( 3 ) 工作流的控制流和程序分离，使系统具有面向对象的特点。 丰富的分析技术p e t r i 网模型一个很重要的特点在于它提供了丰 富的系统分析技术，如对系统不变量( i n v a r i a n c e ) 、活性( 1 i v e n e s ) 、有 界性( b o u n d n e s s ) 、安全性( s a f e t y ) 等分析计算，也可以计算系统的性能， 如响应时间、等待时间、资源利用率等。 1 1 2 2 p e t r i 网概念 定义1p e t r i 网( p e t r in e tp n ) 一个p e t r i 网系统是一个5 元组( p ，t ，f ，w ， i d ) ，其中：( p ，t ，f ) 是一个 基本p e t r i 网，p 表示库所的有限集，t 表示变迁的有限集，且满足： ( 1 ) p n t = o ； ( 2 ) p ut 中； ( 3 ) f - - ( p x t ) u ( t p ) ，表示弧的集合，其中代表笛卡尔积； ( 4 ) w 是弧的权函数： ( 5 ) m 是系统标识，表示系统所处的状态，地表示初始状态。 定义2p n 的变迁规则：一个变迁被授权( e n a b l e d ) ，当且仅当变迁t 的每 个输入库所p 含有至少一个托肯。一个被授权的变迁可发生( f i r e o c c u r ) 。如 果变迁t 发生，那么t 消耗它的每个输入库所p 中的一个托肯，并且在它的每个 输出库所p 中产生一个托肯。状态m 授权变迁t 发生可记为m t 。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 定义3 可达状态：一个状态m 是从m 。可达的( r e a c h a b l e ) ，当且仅当存 在一个发生序列o = t 。t 2 - t ，。使m 。一地。 p e t r i 网的基本属性： 定义4 活性( l i v e n e s s ) ：一个p e t r i 网( p n ，) 是活的，当且仅当对于 每个从地可到达的状态m 和每一个变迁t ，存在一个从m 开始的可到达状态 m ”，使m t 。 定义5 有界性( b o u n d n e s s ) 一个p e t r i 网是有界的当且仅当对于每个库所p ，存在一个自然数n ，在任 何强到达状态下，p 中的托肯数小于n 。 定义6 强连通( s t r o n g l yc o n n e c t e d ) 一个p e t r i 网是强连通的对于任意一对结点x ，y e x ，x - - p ut ，存在一条路 径从x 到y 。 1 1 2 3 工作流网的概念 定义7 工作流网( w f - n e t ) 一个p e t r i 网系统被称为工作流网，当且仅当它满足下面的条件： ( 1 ) p n 有两个特殊的库所：i n 和o u t ，i n 是一个起始库所，o u t 是一个终止 库所。 ( 2 ) 如果在p n 中加入一个新的变迁t ，使t 连接o u t 与i n ，这对所得到的 p n 是强连接的。 条件1 使工作流网必须有一个起始点和一个终止点，条件2 使工作流网中不 存在处于孤立状态的活动与条件。 1 2 项目背景 工作流管理系统f l o w s t e p 的设计开发分为2 个主要阶段。第一个阶段的主 要工作是对整个系统进行结构设计、功能划分，并开发出基本框架。第二个阶段 的任务是对第一个阶段的成果进行改进和完善。现进入第二阶段的开发，主要工 作是增加引擎种类，强化系统功能，并开发建模工具。 随着p e t r i 网技术和x 甩技术的深入研究和广泛应用，推动了工作流建模和 分析技术的不断发展。为了把这两项技术融入到工作流建模领域，期望达到开发 出基于p e t r i 网的建模工具和使用p e t r i 网进行流程分析的目标，对这两项技术 的关系进行了研究。 9 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 作者的主要工作 论文期间作者的主要工作如下： 对p e t r i 网技术和x m l 技术在工作流建模领域的应用进行了研究。 对f l o w s t e p 进行评估，找出不足。确定研究方向和解决策略； 解决f l o w s t e p 不支持子流程任务和e j b 应用任务的问题： 增加几类新的引擎，使系统功能更加强大，适应能力更强： 指出工作流建模领域的研究任务和f l o w s t e p 系统仍然需要进一步提高的 地方，指明今后研究方向。 1 0 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 2 1 工作流管理系统 2 1 1 工作流管理系统的体系结构 图2 - 1 为w f m c ( 工作流管理联盟) 提出的工作流参考模型的体系结构图。 这个参考模型的体系结构给出了抽象工作流管理系统的功能组成部件和接口，能 够满足工作流管理系统和产品应该具有的主要功能特征。 园 外部产品，数据 图2 1 工作流参考模型体系结构 可以看出，工作流管理系统主要有三类构建组成： 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现，主要包括 过程建模工具、工作流引擎和任务表管理器； 系统控制数据：由工作流管理系统使用的内部数据 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 应用程序数据：由工作流引擎调用来完成工作流管理功能的外部应用 程序即由这些应用程序操作的数据 2 1 2 工作流参考模型 图2 - 2 工作流参考模型 如图2 2 描述了工作流参考模型中的主要组件与接口：工作流执行服务和五 个主要接口。 工作流执行服务有一个或多个工作流引擎组成( 在分布式环境下有多个工 作流引擎组成) ，它提供了过程实例执行的运行环境，是工作流管理系统的核心。 工作流执行服务要根据过程执行需要的初始条件和执行参数生成过程实例，运行 过程实例并管理其运行过程。在过程实例的执行过程中，工作流执行服务根据过 程定义和工作流相关数据，为过程实例的运行进行导航，如根据过程的进入和退 出条件启动和终止一个过程实例；根据活动之间的关联和活动的执行条件，决定 并行或串行执行后继活动；给用户提供需要操作的工作流任务项信息；或者根据 所需激活的应用程序信息启动相应的应用程序。工作流执行服务通过提供客户应 用接口和直接调用应用程序接口两种方式完成与外部应用程序和用户的交互。对 于客户应用方式，工作流引擎通过任务项列表管理器对应用的执行进行管理。任 务项列表管理器提供任务项列表供用户进行选择，并记录监督工作项的完成情 况。对于直接由工作流引擎启动的活动，工作流引擎通过应用程序接口直接调用 相应的应用程序来完成。在集中式工作流执行服务中，由一个工作流引擎控制所 有计算机上活动的执行。分布式工作流执行服务采用一组分布在不同节点上的工 天津大学硕士论文第二章基于w e b 的工作流管理系统h o w s t e p 作流引擎共同协作来完成整个工作流实例的执行。每个工作流引擎完成其中一部 分实例的执行，不同工作流引擎之间通过可靠的通信机制实现协作。 此外，工作流执行服务还要维护执行过程中不同过程和活动实例的内部状态 信息，以及用于协调和恢复各种检查数据和恢复重启信息，并在应用和用户间 传递必要的工作流相关数据。 工作流参考模型中涉及到三种数据： 工作流控制数据 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t e ) 是由工作流执行服务工作流 引擎管理的用来辨别每个过程或活动实例状态的内部数据，例如工作流实例 的状态信息和每一活动的状态信息等。这些数据由工作流执行服务工作流 引擎进行控制，用户和应用程序不能对其直接进行读写操作，它们可以通过 向工作流执行服务工作流引擎发消息请求获得工作流控制数据的内容。 工作流相关数据 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v e n td a t a ) 是工作流管理系统用来确定 过程实例状态转换的条件，并选择下一个将执行活动的数据，例如过程调度 决策数据，活动间的传输数据等。这些数据可以被工作流应用程序访问并修 改，因此，工作流管理系统要在活动实例之间传递工作流相关数据。 应用程序及应用程序数据 应用程序可以直接由工作流引擎调用或通过应用程序代理间接调用。 通过应用程序调用，工作流管理系统部分或完全自动地完成一个活动，或者 对业务参与者的工作提供支持。 工作流应用数据是指由应用程序操作而不能被工作流管理系统访问的数据。 与工作流控制数据和相关数据不同，工作流应用数据是针对应用程序的，是企业 完成具体业务功能需要的的数据，如产品结构数据和订单数据等，它们对工作流 管理系统的其它部件来说不可见。 工作流定义转换接口是在建模或定义工具与运行时期工作流管理软件间的接 口，被称为过程定义导入导出接口。这个接口的特点是：转换格式和a p i 调用， 从而支持过程定义信息间的互相转换。这个接口也支持己完成的过程定义间的互 相转换，或过程定义的一部分。例如，过程定义的改变或者活动中属性的改变。 标准的过程定义格式有很多优点：首先，把建立阶段与运行时期环境进行了分离， 可以使用一个建模工具来产生过程定义，这个过程定义可以作为很多个不同工作 流运行时期产品的输入。从而用户可以单独地选择建模工具和工作流运行时期产 品。其次，可以为几个工作流机输出过程定义，这几个工作流机合作来构成分布 式的工作流执行服务器。w f m c 在此部分作了以下两个方面的工作： 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 提出了一个元模型，可以用来表示过程定义中的对象、对象问的关系和属 性。这个元模型为不同的产品间的过程定义相互转换奠定了基础，并形成了一套 转换格式。 工作流系统间或工作流系统与过程定义产品间的a p i 调用，提供了公共的 方法来访问工作流过程定义。访问可能是读、读写或者只写操作，并且操作标 准对象集合( 在元模型中定义的对象集合) ，或者产品自己的对象集合。 工作流系统是通过客户端应用程序与工作流机问的定义良好的接口进行交 互。在这个接口中包含任务表由工作流机分配给用户的任务序列。最简单的 情况是，工作流机访问任务表，把任务分配给用户；任务表处理器访问任务表， 向任务表中添加任务项。 在简单的情况中，工作流机在本地处理应用程序调用，使用过程定义中的信 息来确定，活动的性质、将要调用的应用程序的类型和所需的数据。被调用的应 用程序可能存储在工作流机中，或者与工作流机一同存储在相同的平台下，或者 存放在一个独立的网络访问的平台中；过程定义中有足够的应用程序类型和寻址 信息( 工作流机的特殊需求) ，来实现应用程序调用。 标准a h 瓤转换 应用的详细接口 ( 本地和远程) 图23 应用程序调用接口 w f m c 的一个主要目标是，为不同开发商的工作流系统产品，相互间能够进 行无逢传递任务项，定义标准，这就是工作流执行服务间的互操作接口。w f m c 把焦点聚集到，开发多种不同的协同工作框架，这些框架可以操作一系列标准的 协调工作，从简单的任务传递到整个工作流系统的协同工作( 包括过程定义转换、 工作流相关数据交换、通用的界面等) 。 为管理和监视功能开发公共接口标准，使一个开发商的产品可以用来管理其 他工作流机的运行。通过公共的接口，几个不同的工作流执行服务器可以共享， 管理和监视功 1 4 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 互。 在图2 4 中，是一个独立的管理应用程序与多个不同的执行服务器进行交 妒固 典型功耗操作 用户管理 角色管理 审查管理 资源管理 过程管理 w h 接n 5 图2 - 4 管理和监控接口 2 2f i o w s l ：e p 的体系结构 f l o w s t e p 工作流管理原型系统可以将业务流程抽象为个或多个流程x m l 文件。包含在流程中的活动可以被表示为多个步幅x m l 文件。所以，可以从一个 流程瑚l 文件中容易地解析得到当前的步幅x m l 文件并将其看成一个对象分配到 工作流引擎端去。因为在分布式环境中工作流引擎可以与x m l 文件解析器进行通 信，所以流程设计员可以利用分布式的系统将不同的工作流分配到不同的引擎 上，并行地完成解析执行的工作。利用f 1 0 w s t e p 中的工作流控制台，用户可以 通过w e b 浏览器从任何连接到分布式环境中的终端上访问工作流管理系统，并参 与手工型活动的执行。所以f l o w s t e p 实际上是一个基于w e b 的分布式工作流管 理系统。 本文工作流管理系统f l o w s t e p 主要是采用j m s 技术在其各个分布式功能单 元之间传递信息的。 j m s ( j a v am e s s a g es e r v i c ej a v a 消息服务) 为j a v a 进程相互之间发送同 步的或异步的消息提供了一种机制。这些进程可以运行在相同或不同的虚拟机 中，并可以在网络或i n t e r n e t 上相同或不相同的计算机中。 j m s 是通过发送消息( m e s s a g e ) 来进行信息传递的。消息是包含从一个应用 ( a p p l i c a t i o n ) 发送到另一个应用的信息对象。j m s 提供m e s s a g e 接口作为在 j m s 中的所有消息的基本接口。 j m s 有两种消息传递机制：点对点( p t p ) ，公布和预订( p u b s u b ) 。f l o w s t e p 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统h o v t c p 采用了j m s 的点对点的持久的消息传递机制，为工作流管理系统各个模块的信息 传递提供了稳定可靠的保障。 f l o w s t e p 系统是由三个部分构成的，它们分别是工作流控制台、x m l 解析器 和工作流引擎。 2 2 1 工作流控制台 工作流控制台是f l o w s t e p 系统提供给各类用户的基于w e b 浏览器的管理界 面。该工作流管理系统的用户可分为三种，即模型设计员、系统管理员以及工作 流用户。这三类用户都采用工作流控制台作为访问工作流管理系统的接口。不同 的用户以不同的角色登录w e b 应用，并完成相应的工作。 作为本论文的重点，f l o w s t e p 的建模工具就集成在工作流控制台中。用户 可以通过图形化的界面，方便的对企业业务流程进行建模。并可以通过建模工具 将生成的过程定义文件实例化，送到工作流引擎解释执行。 2 2 2x m l 文件解析器 在f l o w s t e p 系统中，工作流过程被表示为流程x m l 文件，而每个当前将要 执行的活动，以及该活动的后继活动被表示为步幅x m l 文件。在这里，每个工作 流过程从图形化建模的角度看，表示为一个节点网络。每个节点网络都对应一个 流程x m l 文件。 x m l 文件解析器是一个j a v a 应用。它对主要的作用是根据当前要执行活动 的活动标示符从流程x m l 文件中解析出当前活动的步幅信息，并将这些信息封装 成一个新的步幅x m l 文件。当然x 儿文件解析器所负责的功能从工作流参考模型 的角度来说应该是属于工作流执行服务的一个组成部分。 2 2 3 工作流引擎 工作流引擎也是一个相对独立的j a v a 应用。它是f l o w s t e p 的核心。从工作 流参考模型结构的角度，该部分直接对应着参考模型体系结构中的工作流执行服 务部分，只是部分功能分给了) a 儿文件解析器去完成。 由于工作流用户会直接参与工作流的执行，所以工作流控制台与工作流引擎 有联系紧密的接口。，用户处理任务的功能由控制台和引擎共同完成。另外，每 次要处理的任务都是以部分x m l 文件的形式由捌l 文件解析器传递到工作流引擎 中。而且，当工作流引擎处理完当前任务时也需要解析出下一活动的活动标示符， 1 6 天津大学硕士论文 第二章基于w e b 的工作流管理系统f l o w s t e p 并将其作为参数传递回x m l 文件解析器所在的计算机上。所以工作流引擎与x m l 文件解析器之间的接口相当重要。 工作流引擎具备对多种任务进行解析并执行的能力其支持的任务种类越 多，系统功能就越强大。所以，在f l o w s t c p 第二阶段的工作中，对工作流支持 任务类型的丰富，是工作重点之一。增加了f j b 应用程序引擎和子流程任务引 擎。 2 3fio w s t e p 的各个各个功能模块以及执行过程 整个f l o w s t e p 系统的功能模块比较复杂。上述三个组成部分每一个都有1 0 几个功能模块构成。总体上看，基本和w f m