（计算机应用技术专业论文）工作流系统中时间建模及其一致性验证研究.pdf

江苏人学硕士学位论文摘要 摘要 时间管理是工作流管理系统的重要组成部分。企业应用越复杂，对工作流时 间管理技术的要求越高。由于时间概念表示、分析的复杂性，以及缺乏统一的时 间建模规范与标准，对工作流中的时间信息的有效建模成为当前的研究热点。开 展工作流时间建模及时间管理研究对于丰富工作流建模理论、确保工作流计划的 高效执行和有效实施企业复杂应用具有重要意义。 工作流模式理论形成之后并没有进一步地突破，只有很少几种建模方法有意 识地运用了工作流模式来作为重要的设计准则。y a w l ( y e ta n o t h e rw o r k f l o w l a n g u a g e ) 工作流语言虽然可以全面地直接支持工作流模式并且具有图形化、形 式化的优点，但是在工作流时间管理方面比较薄弱。另外，传统的工作流系统因 为缺少适应性而备受质疑。 本论文针对以上问题，展丌以下方面的研究： 首先，在分析时间约束的基础上，深入研究工作流模式及其包含的时间信息， 结合区间时间表达方法和点时间表达方法提出一种工作流模式的时间建模方法， 并将它用于经典工作流模式的时间约束建模过程中。 其次，在工作流时间约束网络的建立和时间约束一致性验证两个方面进行了 较为深入的研究。结合工作流时间约束的表示及其转换给出工作流时问约束网络 w t c n ( w o r k f l o wt e m p o r a lc o n s t r a i n tn e t w o r k s ) 的定义及其相关运算。在此基 础上，基于工作流模式的时间约束分析给出一种w t c n 的建立方案，进而使用 时问约束一致性验证算法完成过程冲突检测任务。之后以签证办理过程为实例， 给出了具体实现过程和实际运行效果。 最后，针对在过程建模阶段无法完全预定义的业务过程，在时间约束概念的 基础上建立了一种动态可适应的过程建模框架，用以解决动态修改过程定义时涉 及到的工作流时间约束j 下确性和一致性问题。在这个框架中，执行过程可以根据 特殊需求在流程运行时由直观的图形语言定制，而过程时问约束的正确性和一致 性分析则通过时间约束网络推理来证明。 关键词：工作流模式；时间约束建模；y a w l ；时间约束一致性验证；动态过程 建模 i 江苏人学硕士学位论文 a b s t r a c t t i m em a n a g e m e n ti sa ni m p o r t a n tp a r to fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m t h e m o r ec o m p l i c a t e dt h ee n t e r p r i s e a p p l i c a t i o ni s ，t h em o r ep o w e r f u lt h e t i m e m a n a g e m e n tt e c h n o l o g ys h o u l db e e f f e c t i v em o d e l i n go ft i m ei n f o r m a t i o n i n w o r k f l o ws y s t e m si so n eo ft h ec u r r e n tr e s e a r c hh o t s p o t sd u et ot h ec o m p l e x i t yo f e x p r e s s i n ga n da n a l y z i n gt i m en o t i o na n dt h el a c ko fu n i f o r ms p e c i f i c a t i o na n d s t a n d a r do ft i m em o d e l i n g t h er e s e a r c ho nt i m em o d e l i n ga n dt i m em a n a g e m e n ti s s i g n i f i c a n tt oe n r i c ht h et h e o r yo fw o r k f l o wm o d e l i n g ，t oe n s u r et h ee f f i c i e n t e x e c u t i o no fw o r k _ f l o wp l a n sa n dt oa c t u a l i z et h ec o m p l i c a t e de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n e f f e c t i v e l y w o r k f l o wp a t t e mt h e o r yd o e s n tm a k em u c h p r o g r e s sa f t e ri t sf o u n d a t i o n af e w m o d e l i n gm e t h o d su s ew o r 姐o wp a t t e ma sa ni m p o r t a n td e s i g np r i n c i p l ec o n s c i o u s l y y a w lw o r k f l o wl a n g u a g ew h o l l ys u p p o r t sc l a s s i c a lw o r k f l o wp a t t e r n sb u ti t sw e a k i nw o r k f l o wt i m em a n a g e m e n t i na d d i t i o n ，t r a d i t i o n a lw o r k f l o ws y s t e m sa r ed o u b t f u l d u et ot h el a c ko ff l e x i b i l i t y r e s e a r c hb a s e do nt h ep r o b l e m sd e s c r i b e da b o v ea r ea sf o l l o w s f i r s t l y , w o r k f l o wp a t t e r n sa n dt h et i m ei n f o r m a t i o nc o n t a i n e di nt h e mh a v eb e e n d e e p l yr e s e a r c h e db a s e do nt h ea n a l y s i so ft i m ec o n s t r a i n t sa n do n ek i n do ft i m e m o d e l i n gm e t h o dc o m b i n i n gi n t e r v a lt i m ee x p r e s s i o na n dp o i n tt i m ee x p r e s s i o nh a s b e e np r o p o s e dw h i c hh a v et h e nb e e ne m p l o y e di nt h ep r o c e s so f t i m em o d e l i n go ft h e c l a s s i c a lw o r k f l o wp a t t e r n s s e c o n d l y , t h es e t t i n gu po fw o r k f l o wt e m p o r a lc o n s t r a i n tn e t w o r k sa n di t s c o n s i s t e n c yv e r i f i c a t i o nh a v e b e e nd e e p l yr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r f i r s t ，t h ed e f i n i t i o n o fw t c n ( w o r k f l o wt e m p o r a lc o n s t r a i n tn e t w o r k s ) a n di t sr e l a t e dc a l c u l a t i o n sa r e g i v e nc o n s i d e r i n g t h e e x p r e s s i o n o fw o r k f l o w t e m p o r a l c o n s t r a i n t sa n di t s t r a n s f o r m a t i o n s e c o n d ，o n ek i n do fw t c ns e t t i n gu pp r o j e c th a sb e e ng i v e nb a s e d o na n a l y z i n gt h et e m p o r a lc o n s t r a i n t so fw o r k f l o wp a t t e r n st od e t e c tt h ec o n f l i c t i o ni n p r o c e s sb yu s i n gt h ea l g o r i t h mo fv e r i f y i n gt h ec o n s i s t e n c yo fw o r l d a o wt e m p o r a l c o n s t r a i n t s t h i r d ，t h ep r o j e c ta b o v eh a sb e e ne m p l o y e dt oy a w lw o r k f i o w m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h ei m p l e m e n tp r o c e s sa n dr u n n i n ge f f e c ta r es h o w na f t e r m a t i nt h ee n d ，o n ek i n do fd y n a m i ca n da d a p t i v ep r o c e s sm o d e l i n gf r a m e w o r kh a s 江苏大学预1 学位论文 b e e nb r o u g h tu po nt h en o t i o no ft e m p o r a lc o n s t r a i n t st od e a lw i t ht h ep r o c e s s e st h a t c a n tb ep r e d e f i n e dt o t a l l yi nt h ep h a s eo fp r o c e s sm o d e l i n ga n dr e l a t e dv a l i d i t ya n d c o n s i s t e n c yp r o b l e m so fw o r k f l o wt e m p o r a lc o n s t r a i n t si nt h ec o u r s eo fr e v i s i n gt h e p r o c e s sd e f i n i t i o n i nt h i sf r a m e w o r k , i n s t a n c ec u s t o m i z a t i o ni so f f e r e di na ni n t u i t i v e g r a p h i c a ll a n g u a g et om e e ts p e c i f i cr e q u i r e m e n t s ，w h e r ea sa n a l y s i so nt h ec o r r e c t n e s s a n dc o n s i s t e n c yo ft e m p o r a lc o n s t r a i n t so ft h ei n s t a n c et e m p l a t ei sp r o v i d e dt h r o u g h w o r k f l o wt e m p o r a lc o n s t r a i n t sn e t w o r k sr e a s o n i n g k e yw o r d s ：w o r k f l o wp a t t e r n s ，t e m p o r a lc o n s t r a i n t sm o d e l i n g ，y a w l , c o n s i s t e n c y v e r i f i c a t i o no ft e m p o r a lc o n s t r a i n t s ，d y n a m i cp r o c e s sm o d e l i n g 1 1 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密酉 学位论文作者签名：藓娟 2 0 0 9 年6 月6 日 指导教师签 2 0 0 9 年舌月舻日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：薛娟 曰期：2 0 0 9 年石月6 日 江苏大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论弟一早珀下匕 工作流技术是实现企业业务流程建模、业务流程仿真分析、业务流程优化、 业务流程管理与集成，从而最终实现业务流程自动化的核心技术。至今，虽然已 经有不少研究人员从不同的角度开展了工作流管理及其相关技术的研究，但是有 关工作流管理技术研究和应用中的许多关键技术问题还处于探索阶段。 首先，9 0 年代术期，在软件领域丌始兴起了对模式( p a t t e r n ) 的研究热潮， 诞生了许多至今还难以超越的著作( e r i cg a m m a 等人合著的设计模式等) 。 在这股热潮的影响下，a a l s t 等人率先开始研究工作流领域的模式，并在2 0 0 2 年 初步形成了完整的“工作流模式( w o r k f l o wp a t t e r n s ) 理论【1 】1 2 11 3 】【4 】。此后，对 工作流领域的模式研究不断地拓展到控制流以外的新的问题域，比如“工作流资 源模式 ( w o r k f l o wr e s o u r c ep a t t e r n s ) 、“工作流数据模式 ( w o r k f l o wd a t a p a t t e r n s ) 、“工作流异常模式( w o r k _ f l o we x c e p t i o np a t t e r n s ) 等【5 】 6 1 【7 】1 8 】。但是 工作流模式( 控制流模式) 本身的研究并没有进一步地突破，而是作为一种“成 熟 手段被广泛地运用。而且国内目前很少有工作流模式的相关中文资料。 其次，所有的业务流程都存在于一个时间环境中，且带有时问约束，一个业 务流程是否能成功执行往往依赖于其所含活动的执行是否符合约定的同步关系。 在某些业务流程中，任何时间约束方面的背离将导致额外的支出、危险，甚至是 违法的。例如法律程序、航班调度和危险品处理。为了适应这个重要特征，工作 流系统必须具备业务流程时间管理的能力。然而，目前的工作流管理产品还远远 不能满足业务流程时间管理的需求，缺乏对时间管理的支持是当今工作流管理系 统的一个重要不足，也是工作流技术实施复杂企业应用的严重局限。工作流系统 中的时间管理仍是一个有待深入研究的开放性问题。 另外，面对动态的业务环境和不断变化的需求和目标，工作流技术不断经受 考验。目前，虽然已经提出了不少有意义的工作流模型，并在此基础上设计了许 多商品化的工作流管理系统。但从其功能上看，多数工作流模型基本上是基于“静 态”过程定义的，这使得用户在某些情况下不得不越过工作流管理系统而用其它 江苏人学硕上学位论文 第一章绪论 方法来完成有关的工作。这一点主要是由于目前已有系统中建立时过程定义与运 行时过程执行脱节，而致使预定义的过程模型不能很好地反映实际的业务流程， 工作流管理系统在应用的许多关键特性上无法得到保证。建立动态、可适应的工 作流管理系统是国内、国际工作流相关领域研究的热点问题【9 1 。但是，这种适应 性不能以牺牲过程控制为代价，因为过程控制仍然是过程执行技术的必备条件。 1 2 工作流时间约束的研究现状及不足 1 2 1 研究现状 一般来说，工作流模型的研究可分为三个层次：语义层、表示层和分析层。 语义层在概念级上给出了与工作流相关的定义等；表示层是对工作流的抽象描 述，也即对业务流程的抽象描述；分析层又可分为两个方面，一是逻辑分析，二 是性能分析。其中逻辑分析是验证模型中活动之间的结构关系，是否存在逻辑上 的死锁、不可达，而性能分析则一般通过对表示层模型仿真或严格的理论分析获 得与系统性能相关的量化指标，来评估建立的表示层模型是否满足目标需求。 对工作流模型时间约束的研究也可以从上述三个层次展开。下面我们就从这 三个层次介绍工作流模型的时间约束的国内外研究现状。 1 、语义层 工作流的时间约束语义层定义了与业务行为相关的显式时间约束概念。 e d e r l l o l1 1 1 】基于触发活动执行的事件，定义了活动的时问下界、时间上界， 另外给出了固定日期对象概念。m a r j a n o v i c l l 2 】定义了有限延迟约束、截止期限约 束和时间距离约束，并引入延迟空间和实例空间，分别对流程的静态和动态时间 约束信息描述。z h u g e 1 3 】显式定义了与时区相关的时问约束，为分布于不同时区 的活动建立不同的时间轴，其中一个作为参考轴，通过时间映射函数将其它轴的 时间映射至参考坐标轴。王海洋1 1 4 1 定义了扩展工作流模型g = ( v ，w ，a ，f ， r ) 中活动的延迟上界、开启时间、最后完成期限及运行时间概念，以描述g 中 活动之间的关键路径和模型的关键路径。 上述研究工作，分别从与业务流程相关的时间间隔、时间延迟、时间期限及 时区等方面给出了时间工作流中具体定义，以适应触发活动变迁的事件、活动执 2 江苏大学硕士学位论文第一章绪论 行控制及活动执行多时区分布的时间约束描述。 2 、表示层 工作流的时间约束表示层是在考虑时间约束条件下，业务流程的抽象表示。 由于工作流必须首先描述一个经营过程是怎样进行的，因此一般工作流都从流程 定义入手描述，如流程图、状态图等，这一类基于有向图模型的优点是直观、容 易理解。许多研究者同样基于有向图方法给出了工作流时间的表示层描述。 e d e r 1 0 】在基本工作流图中的活动节点引入时间约束信息，构造了赋时工作流 图。时间p e r t i 网也被用来描述时间工作流。l i n g t l s l x f fw f n e t 1 6 】进行扩充，加入 时间语义，提出t 、肺一n e t 模型( t i m ew f n e t ) ，对每项活动分配一相对时i 日j 段， 分别表示活动的静念设定最早执行和最晚执行相对时间，任务实际执行期间应在 该时间段内。当流程中活动的服务请求为泊松( p o i s s n o ) 过程、活动延迟时间 服从指数分布时，排队网络【1 7 】【1 8 】被用于描述业务流程，其网络中每一活动节点 可看作独立的m m 1 排队系统。e c a ( e v e n t c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则描述了触发 活动的事件和内部条件，因此广泛用于描述活动的执行依赖关系。胡锦敏【1 9 1 建 立了一种基于e c a 规则和活动分解的工作流模型。通过重写方法把e c a 模型变 为触发器形式的t a ( t r i g g e r - a c t i o n ) 模型，把事件重写为事件发生时间，重写 后事件表达式不仅可表达事件之间的逻辑关系，而且可表达与事件相关的时间约 束。 上述研究工作，分别从流程图、排队网络、p e r t i 网及e c a 规则等方面建立 了工作流模型的描述方式，表达了活动及活动之间的时间约束。由于流程图不便 于建立数学分析模型，排队网络只能适应于特定的时间约束，而时间p e r t i 网表 达具有不完善性【刎，因此，需要研究一种通用的、具有良好数学表达的时间约 束表示方式。 3 、分析层 工作流模型的时间逻辑分析层指时间相关的计算及时序一致性验证；性能分 析层主要分析模型的可靠性、任务处理能力和效率。 ( 1 ) 时间计算 时间计算包括求解流程的静态期限及活动间的动态传输延迟、相对时i 、丑j 和绝 对时间转换等。不同的时间表示层所考虑的时间约束不同，因此对应着不同的时 3 江苏人学硕ij 学位论文第一章绪论 间计算。e d e r l l o 】将时间计算分为3 个阶段：在流程建立阶段，将固定同期约束转 化为下界时间距离约束，求得活动的最早最晚完成时间；在流程实例化阶段， 将相对时间值转化为绝对时间点；在实例执行阶段，监控前序活动的结束时间， 重新计算后续活动的完成时间，以尽早发现时问错误。邢n e t 1 5 】的时间延迟通 过将其结构分解为顺序、并行及时问选择等子结构，根据线性推理规则，即可在 线性时间复杂度内求得【2 1 】【2 2 1 。j i n 1 8 】基于排队网络流程实例中活动的平均延迟时 间、平均等待时间，在流程结构( a n d 、o r 及l o o p ) 的基础上，给出了用来 计算流程从开始到结束的平均执行时间的算法。胡锦敏【1 9 】引入时间操作函数 t i m p o i n t ( 舻) ，计算时间点矽与相对时间点的差值，差值的单位取决于时间单元。 ( 2 ) 时序一致性验证 时序一致性验证是为了实现时问约束工作流的可靠执行，验证流程、活动的 时序一致性，即验证静态设定时间约束与工作流模型的一致性，以及工作流实例 执行中的时问约束满足性。时序一致性的验证分为以下3 个方面： 1 ) 相对时间约束一致性验证：这是一种模型建立阶段的静态验证方法。基 于所建立的工作流模型结构，检查流程模型与时间约束的可能冲突，修改或松弛 不一致的时间约束，为工作流设计者进行时间约束的合理设定与有效建模提供帮 助。e d e r 1 0 】在模型建立时确定不一致的时间约束，并反复修改赋时工作流图，以 确保时间约束的静态一致。z h u g e l 2 3 】通过计算活动之间的最长最短时间间隔，给 出了有限延迟时间距离和截止期限约束的一致性验证规则。 2 ) 绝对时间约束一致性验证：这是在模型实例动态执行过程中，基于实例 当前状态的绝对时间与关键路径，通过计算关键路径的执行延迟，估算尚未调度 活动的预期执行时间，从而判断时序一致性。随着实例执行进程的推进，即便一 致的期限约束也无法保证它在将来的工作流执行中仍然满足。为此，需要对时间 约束进行动态或多次验证。e d e r 1 0 1 利用流程定义所描述的时间信息，适时调度活 动，以寻找最优的工作流执行资源。z h u g e 2 3 l 引入活动和活动之间流程传输的检 测点集合c ，通过c 中元素时间点的计算，动态检测当前及预测潜在的时问约束 一致性。 3 ) 模型一致性验证：这是验汪集成时间约束工作流模型的合理性，模型中 是否存在由于时间约束而导致的死锁及不可达。合理的工作流要求它的每一次执 4 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 行，都是以整个工作流的一个初始事件为开始，以整个工作流的一个结束事件为 终止。在这个初始事件发生前，任何其他事件都不允许发生，即所有的活动任务 或者操作都处于未执行状态；在这个结束事件发生后，任何事件都不可能发生， 即不存在正处于进行中的活动任务或者操作，它为工作流的安全可靠执行奠定理 论基础。l i n g 1 5 】将活动执行对时间约束的影响分为两类，给出了相应的修改或扩 展规则，同时，通过分析活动中时间约束接触情形( c o n t a c ts i t u a t i o n ) ，定义了活 动的时间安全性( t i m e s a f e ) ，并给出了形式化方法以检测模型错误及资源冲突。 罗海滨f 冽从事件平衡的角度推导了合理工作流所具备的必要条件，提出工作流 执行历史的事件平衡定理，并把事件平衡的计算引入工作流模型，用以分析模型 中是否存在可能破坏工作流合理性的结构。 ( 3 ) 性能分析 工作流模型的性能指标包括两个方面：一方面是它的可靠性，即通过分析模 型中不同路径分支流程的时间耗费及发生概率，得到模型可正常工作的概率；另 一方面是其处理能力或效率，这可分为3 类指标：一类指标是各种吞吐率，如模 型在单位时间内可以处理的任务数；另一类指标是各种利用率，即在给定的时问 区间内，各种资源的工作时间与资源的占用时间之比；再一类指标是流程执行时 间，即流程从开始到结束之间的时间；对时间工作流来说，由于流程执行时间在 模型的分析层即己得到，因此其性能分析只基于前两类指标进行。 可靠性评价的关键在于流程对资源的耗费应当有恰当的数学度量。为此， j i n 1 8 】从工作流排队网的最大关键路径出发，基于m m c 分布函数和密度函数， 给出了在满足流程执行时间期限条件下，流程中活动的资源占用最少算法 m n s ，由此可计算模型的可靠性；林晖【2 5 1 建立了工作流结构的数学模型，提供 了计算系统资源耗费及流程不确定的方法，对包含环结构的系统，可以实现 对环的提取，同时给出了模型不可靠概率公式：r ( q ) = b z ) ，其中t 为流程时限，a 为超过时限的流程i 发生概率。 性能分析方法传统上采用排队沦数学理论来解决系统单个描述问题。 l ( i m 【御【2 7 1 立足于工作流模型的可伸缩性，建立了l q m ( l a y e r e dq u e u i n gm o d e l ) 性能分析模型，并给出了基于m o l ( m e t h o do f l a y e r s ) 的吞吐率x ：、资源占用 5 江苏人学硕士学位论文第一章绪论 时间舻y 等性能计算公式：林闯 2 8 1 通过分析随机p e r t i 网的工作流模型的j 顺序、 并行、选择、循环4 种基本模型，给出了这4 种基本模型的性能等价公式，通过 这些等价公式，不仅可以对复杂的系统进行性能等价化简，而且还可以得到性能 参数的乘积解，最终求出整个模型的性能参数，如吞吐率、系统中平均任务数等。 1 2 2 研究的不足 到目前为止，研究者虽然提出了不少有意义、有见解的时问工作流模型，但 从模型的能力上看，还有一些不足之处： ( 1 ) 语义层缺乏完备的时问约束规范与标准 工作流管理联盟旨在语义层建立工作流术语使用与规范之间的一致性，但由 于时间建模是一个新的研究领域，工作流管理联盟尚未制定时间约束的规范与标 准；当前的各种时i 、日j 工作流模型中，不同模型的语义层时间约束具有很大的不同 性、局限性，不能完全反映实际业务流程中对时间约束的要求。因此，为了支持 表示层中时间约束的描述及其形式化验证，应首先定义完备的、可描述业务流程 时间特点的时问约束语义，并且各时间约束语义概念不重叠，每一个都有特定的 含义。 ( 2 ) 表示层缺乏支持各种时间约束、流程演进的形式化数学模型 时间工作流表示层的核心是流程定义，包括组成流程的基本活动、活动之间 隐式时序关系、活动及活动之间显式时问约束和活动的同步协同约束。目前的各 种工作流模型大多从直观的感觉出发，以图形方式定义工作流程。这种图形定义 方式实际是面向用户层，具有直观、容易理解的优点，对用户而言是比较理想的 方式，但不便于对流程的本质特征进行形式化描述，从而无法对模型进行较深入 的分析和评价。p e t d 网作为一种图形化和数学化建模工具，既具有流程图和网 络图的可视化描述功能，又具有严格的数学描述，被应用于时问工作流模型中。 然而，这种应用只是局部的，并不能完备地反映业务流程中的各种时间特性，使 得p e t r i 网在应用于具体业务流程时存在限制。 ( 3 ) 分析层缺乏统一的时间约束分析方法 由于工作流建模与分析的复杂性，现有工作流模型中的时问计算和时序一致 性验证分析都是针对某一类模型，如流程图或活动网络图等，而缺乏对基于p e r t i 6 江苏人学硕士学位论文 第一章绪论 网的时间工作流模型分析。另外，目前的时间分析中，要么侧重于时间计算，要 么侧重于时序一致性验证，缺乏统一的集成分析体系。性能层次的分析，由于一 般采用排队论数学理论来解决系统描述问题，数学求解基础则是m a r k o v 随机过 程，它要求每个活动的执行延迟时间服从负指数分布，不适于一般的活动执行时 间延迟分布。 目前存在的上述不足，导致工作流时间约束在语义层、表示层和分析层都不 能完全反映业务流程的时间约束。 1 3 论文的研究目标及工作内容 1 3 1 研究目标 针对以上研究背景及研究现状和不足，提出本文的研究目标： 首先，在研究工作流模式及其包含的时间约束的基础上，提出一种基于区间 时间表达方法和点时间表达方法的工作流模式时间建模方法，并将其用于2 0 种 经典的工作流模式的时间约束建模过程中。从工作流时间约束角度进一步丰富工 作流模式内容，同时为工作流时间约束网络的建立打下坚实的基础。 然后，对工作流时间约束网的建立和工作流时间约束一致性验证两个部分进 行深入研究，旨在建立一种比较理想的、具有良好数学表达的时间约束表示方式， 在此基础上给出一种工作流时间约束网络的建立方案，并将它应用到y a w l 0 0 l 工作流管理系统中，从而弥补y a w l 在时间约束表示和时间约束一致性验证方 面的缺乏和不足。 最后在工作流时间约束概念上，建立一种动态可适应的过程建模框架，以此 来解决动态修改过程定义时涉及到的工作流时间约束正确性和一致性问题。 1 3 2 工作内容 基于上述研究目标，本文的主要工作内容包括： l 、通过阅读大量文献，对与本文相关的工作流技术进行了较为深入的研究 和分析，主要包括工作流模式，工作流的时间约束建模和工作流时间管理技术。 针对这些领域的研究现状和不足，提出了本文的研究目标。 7 江苏大学硕士学位论文第一章绪论 2 、在对工作流模式理论进行深入研究的基础上，回顾了文献1 1 中提出的2 0 种经典的工作流模式，给出了每个工作流模式的解释和图例，并对每个工作流模 式进行时间语义分析，阐述了工作流模式中包含的工作流时问约束。在此基础上， 提出一种基于区间时间表达方法和点时间表达方法的工作流模式时间建模方法， 并对2 0 种经典的工作流模式进行时问约束建模，给出建模实例。 3 、从工作流时问约束网络的建立和工作流时间约束一致性验证两个方面对 工作流中的时间管理进行深入研究。 ( 1 ) 综合应用区问时间表达方法和点时间表达方法，给出一种具有较强表 达能力的时间约束表示方法。这种方法将时间变量分为点时间变量和区间时间变 量，将工作流时间约束分为定性时间约束和定量时间约束，这样就可以全面描述 过程建模中遇到的所有时问对象及时间对象之间的所有时间关系。然后根据定量 时问表达方法，将所有的定性时间约束做定量化处理，最后所有的约束都转化成 点时间二元定量时间约束，便于时间约束的一致性处理。 ( 2 ) 结合以上时问约束表示方法，给出了工作流时间约束网络w t c n 的定 义及其相关定义和运算。在工作流模式分析的基础上，给出了一种w t c n 的建 立方案。该方案将工作流时间约束分为结构时间约束和非结构时间约束。首先， 分解出工作流控制结构中包含的工作流模式结构，作为工作流模型的基本结构。 根据每个基本结构的执行路径，得到工作流模型的所有执行路径。根据基本结构 的执行路径包含的时l 、日j 约束，得到工作流模型的所有执行路径中的结构时间约 束。然后，在结构时间约束的基础上，加入工作流模型中的非结构时间约束，包 括定性时间约束和定量时间约束。最后，将所有的时间约束转化为仅包含点时间 变量的二元定量时间约束，从而得到工作流模型的w t c n 。 ( 3 ) 针对y a w l 在工作流时间约束的表示和时间约束一致性验证方面研究 的不足，将以上方案用于y a w l 的w t c n 的建立和时间约束一致性验证过程中， 并给出了方案的具体实现以及它在y a w l 系统中的运行效果。 4 、针对在过程建模阶段无法完全预定义的业务过程，在时间约束概念的基 础上建立了一种动态可适应的过程建模框架，并结合实例描述了这个框架的功能 和执行步骤。首先在过程建模阶段，根据业务过程的时间约束要求建立业务过程 的时f 日j 约束网络，并且验证是否存在结构错误。在过程实例运行阶段，验证运行 8 江苏大学硕+ 学位论文第一章绪论 时建立的实例模板中的时间约束与过程建模阶段建立的时间约束网络是否一致。 应用该框架来解决动态修改过程定义时涉及到的工作流时间约束正确性和一致 性问题。 1 4 论文的组织结构 本文共分六章，各章节具体安排如下： 第一章绪论 介绍了本文的研究背景以及研究意义，较为全面地介绍了国内外的研究现 状，简要地介绍了论文的研究内容及主要工作和论文的组织结构。 第二章论文相关技术 本章首先给出了工作流技术中的基本知识。在此基础上着重介绍了工作流模 式理论和y a w l 工作流管理系统相关知识。 第三章工作流中的时间管理 本章从工作流系统中时间约束的建模、时间约束的执行和运行后的数据分析 三方面全面概述工作流系统中时间管理的内容。 第四章工作流模式的时间建模研究 本章提出一种工作流模式的时间建模方法，并对2 0 种经典的工作流模式进 行时问约束建模，为第五章时间工作流时i 、日j 约束网络的建立打下了坚实的基础。 第五章工作流时间约束网络的建立及其一致性验证 本章给出一种基于工作流模式分析的工作流时间约束网的建立方案，并将其 应用到y a w l 过程模型的时间约束网络的建立和一致性验证过程中。最后给出了 具体实现和运行效果。 第六章基于时间约束的动态过程建模框架研究 本章针对在过程建模阶段无法完全预定义的业务过程，在时间约束概念的基 础上建立了一种动态可适应的过程建模框架，并通过实例描述了这个框架的功能 和执行步骤，并给出了框架性能分析。 第七章总结与展望 总结本文的研究工作，根据自己的研究和体会，指出现有研究工作的局限性 和有待提高和改进的方面，确定下一步研究工作的重点及方法。 9 江苏人学顾i j 学位论文第一二章论文相关技术 2 1 工作流技术简介 第二章相关技术 工作流技术的概念起源于办公自动化和企业生产过程领域。它是针对r 常工 作中具有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好 的任务、角色，按照一定的规则和流程来执行这些任务并对它们进行监控，达到 提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标 3 x l o 工作流技术是实现企业业务过程建模、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的自动化的核心技术 2 3 1 。对企业 利用工作流方法进行业务过程的建模和深入分析不仅可以规范化企业的业务过 程，发现业务过程中不合理的环节，进而对企业的业务过程进行优化重组，而且 所建立的业务过程模型本身就是企业非常重要的知识库和规则库，可以成为指导 企业实施计算机管理信息系统的模型。在深入分析企业需求基础上建立的企业业 务模型可以在最大程度上提高企业实施e r p 或者其他管理信息系统的成功率。 所以，大力发展并推广工作流技术对于促进我国企业管理规范化和信息化有重要 的现实意义【3 2 1 。 2 1 1 工作流的定义和相关概念 工作流的概念源于生产组织和办公自动化领域，是针对日常工作中具有固定 程序的活动提出的一个概念，目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色， 并按照一定的规则和流程执行和监控这些任务，达到提高办事效率、降低生产成 本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目的。 1 9 9 3 年，国际工作流管理联盟( 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 ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。w f m c 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，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之问进行传递与执行【3 3 】。 还有许多关于工作流的不同定义【3 1 1 1 3 4 1 ，这些工作流的定义都是使用非形式 1 0 江苏人学硕士学位论文 第_ 二章论文相关技术 化的语言对工作流所进行的描述，虽然表达方式不同，但是基本上都说明了这样 一个问题，即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，并且这些工作流的定义分别反映了经营过程如下几个方面的问 题，即做什么w h a t ( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么做 h o w ( 活动问的执行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定 义l 、什么时间做w h e n ( 工作流的启动时间、时间约束) 、谁来做m o ( 人或者 计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 。 业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：为了实现特定业务目标和策略的一组相互连 接的过程和活动集合。 工作流模型( w o r k f l o wm o d e l ) ：工作流模型是对工作流的抽象表示，也就 是对企业业务过程的抽象表示。工作流模型包括流程的开始和完成条件、构成流 程的活动以及进行活动间导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应 用、工作流的引用关系，以及所有与工作流相关数据的定义。工作流模型由4 部分组成：( 1 ) 过程模型：用来定义工作流的过程逻辑。包括组成工作流的所有 活动及活动问的依赖关系。它是整个工作流模型的基础与核心。( 2 ) 组织模型： 用来定义企业人员的组织结构，为过程模型提供“人”的支持。( 3 ) 资源模型： 用来定义企业资源的组织结构，为企业人员执行工作流提供“物 的支持。( 4 ) 时间模型：主要是用来对业务过程的时间约束建模，以对工作流执行中时间约束 进行监控和调整，以在规定的时间内完成工作流实例或提高工作流的执行效率。 活动( a c t i v i t y ) ：工作流中的一个逻辑执行步骤。包含的信息有：开始和结 束条件、可参与的用户、完成此活动所需的应用程序或数据以及一些限制条件如 时间上的限制等。 流程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务过程的计算机形式表示，用来支持系统 建模和运行过程的自动化，它定义的是流程运行中涉及到的各种参数，如业务过 程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之间的控制流动与数据流动关系等。 不同的工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 所实现的工作流 模型是各不相同的。在早期的具有工作流管理功能的系统中，这种表示是通过“硬 编码”的方式完成的，因此导致修改工作流程上的困难。在后来的w f m s 中逐 渐出现了使用有向图、条件化有向图p e t r i n e t 、活动模型、语言动作( l a n g u a g e 江苏人学硕上学位论文 第一二章论文相关技术 a c t s ) 理论、基于约束条件的形式语言文法表示以及基于目标的知识表示等。这 些系统一般都提供有一个可视化的业务过程建模工具，以使用户能够以比较直观 的方式对实际的业务过程模型进行建模，并得到相应的形式化表示。不同的流程 模型各有其不同的特点，一个好的模型应该有比较强的描述能力、易于使用、易 于修改以便能够适应不断变化的工作环境的要求。 流程活动实例( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e s ) ：指的足某个工作流流程的一次执 行。在实例的执行过程中，w f m s 将解释相应的过程定义，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。一般情况下每一个活动实例都将表现 为一个工作项( w o r k i t e m ) ，它将由某个或某组用户负责完成。因此从用户的角 度来说实例的执行实际上是由用户调用相应的应用程序对他所涉及的那个环节 有关的数据进行处理，处理完之后由w f m s 根据相应的结果决定激活后续的那 个环节并生成相应的工作项，同时通知与此有关的那些用户对之进行处理。由此 依次反复进行，直至整个过程的完成。某个用户所负责的所有工作项将构成其工 作项列表( w o r kl i s t ) 。那些被称作是工作流应用数据的，其中有一部分将同工 作流过程定义一道用于控制工作流的执行。这部分数据一般被称作是工作流相关 数据。 代理( a g e n t ) ：工作流系统中，一个独立的处理实体被定义为代理，它由所 包含的个体、团队成员、工具及他们相应的职责所构成。在组织模型中代理包括 以下两种实体：( 1 ) 参与者( a c t o r ) 。一个参与者是个体处理单元，它可以是员 工和自动工具。与参与者相关的有工作时间表、身体状况或故障等因素，这些因 素可以综合确定一个参与者的当前状态。( 2 ) 组( g r o u p ) 。一个组是参与者的集 合组成，其具有所有参与者的公共特征。 角色