工作流管理系统中存在的主要问题研究

1、2南京师范大学中北学院2011/10/18南京师范大学中北学院信息技术与科学系1工作流管理系统中存在的主要问题研究作者（南京师范大学信息技术与科学系江苏省南京市210046）The research of the main problems in workflow management system(Department of Information Technology and Science , Nanjing Normal University )+ Corresponding author: Phn, E-mail:Abstract: With the development of w

2、orkflow management system, solves the problem of the system becomes more and more important. These issues include the definition of the workflow management system is not clear, the lack of a unified conceptual model and systematic structure of defects, and of course the workflow management system al

3、so has some security vulnerabilities. This thesis is devoted to study how to solve these problems.Key words: workflow workflow management system system architecture safety problems摘 要：随着工作流管理系统的发展，解决系统中存在的问题显得愈发的重要。这些问题包括工作流管理系统定义的不明确、缺乏统一的概念模型和系统结构存在缺陷，当然工作流管理系统也存在着一些安全漏洞。本篇论文致力于研究如何解决这些问题。关键词：工作流工

4、作流管理系统系统结构安全问题中图法分类号：TP303TP315文献标识码：A工作流管理系统1.1工作流定义工作流（workflow ）是指业务过程的部分或整体在计算机应用环境下的自动化。工作流是工作流程的计 算模型，即将一个工作流程中的业务或数据按照一定的逻辑和规则前后组织在一起，并在计算中以恰当的模 型进行表示并对其实施计算或处理。1.2工作流管理系统的定义工作流管理系统就是通过管理一序列的工作活动以及相关人员、资源、信息技术资料来提供业务处理程 序上的自动控制。工作流管理系统通过计算机软件来定义、管理和执行工作流程。在工作流管理系统中计算 机运用程序的执行顺序是由工作流逻辑的计算机描述来驱

5、动的。她的主要目标是对业务过程中各步骤（或称活动、环节）发生的先后次序，以及同各个步骤相关的人力、资源、信息资料的调用等进行管理，从而实现业务 过程的自动化。当然这种管理可能会在不同的信息及通信环境下实现，所涉及的范围可以小至一个只有几人 的工作组，也可以大到政府、企业组织各个机构之间。工作流管理系统将人员、组织结构、设备资源、信息 源(如数据库、文件系统、电子邮件、计算机辅助设计工具等)整和成一个整体。这样，工作流管理系统就 成为了一个理想的用来收容业务逻辑的业务知识仓库，并给予业务逻辑一个易操作易控制的界面。1.3工作流管理系统的组成部分流程定义工程，也就是通常的流程设计器。用来创建计算机

6、可处理的业务流程描述。这些描述可以是形式化的过程定义语言或对象关系模型，也可以是简单地规定用户间信息传输的一组路由命令。工作流执行子系统和工作流引擎，工作流执行子系统也称为“工作流运行环境”,也包括一个或多个工作流引擎。工作流引擎室工作流系统的核心软件组元，不同工作流引擎通过协作共同执行工作流。11.4工作流管理系统的三个主要功能构建阶段的功能；对工作流过程以及组成它的活动进行定义和建模.运行阶段的控制功能：对工作流运行进行管理，及对每个工作流过程中的活动进行排序.运行阶段与用户和IT应用工具之间的交互作用.其中，构建阶段的功能主要体现在过程的计算机定义。在这个阶段要通过使用分析、建模和系统定

7、义将一个现实世界的业务过程转换成可用计算机处理的形式化定义，这个形式化定义有时被称为过程模型、 过程模板、过程中间数据或过程定义。定义中的信息通常包括一些分散的活动步骤；相关的计算机操作 和人的操作，以及通过不同的活动步骤来进行过程处理的管理规则，过程定义的表达形式可以是文字形 式，图形形式或一种形式化的语言符号。有些工作流管理系统还允许过程定义部分和工作流运行环境的 动态改变。3工作流管理系统产生的历史必然性工作流技术的历史可以追溯到70年代末的办公自动化和任务批处理。第一次使用工作流术语可追溯到80年代初，但是那个时候还没有真正的工作流管理系统岀现。在以前，网络互联的应用不十分普及，并且功

8、能相对较弱，各种软件系统被设计成用于处理单个任务随着计算机网络技术的发展，计算机的处理模式从集中式处理向分布协作式处理发展在这种新的处理模式中，人们可以更加精确地对高层的系统行为进行建模，开发的系统能够更快地对应用需求的变化作岀反应。因此应用系统不仅仅要处理单个任务，还要能够管理组织机构内部的工作流，这种应用需求推动了工作流管理的迅速发展。为了更加深刻地认识工作流管理对未来的影响，有必要回顾一下过去40年应用软件系统的演化历程，从历史的观点来认识工作流。工作流管理系统成为应用软件系统的一个组成部分的历史发展过程。在60年代，应用系统是一个个独立的程序，每个应用程序都有着自己特有的用户界面和专门

9、的数据存取系统，各个应用程序之间互不相干。在70年代，把数据管理部分分离岀来，于是产生了数据库管理系统(DBMS，应用系统大大地简化了数据管理工作。到了80年代，同样地又把用户界面部分分离出来，于是产生了用户界面管理系统(ulMs)通过使用 UIMS,应用程序不再过多地管理和用户的交互功能，并且使应用程序有相似的用户界面，方便了用户使用。直到90年代，工作流管理系统作为一个通用的应用功能开始出现，用于支持业务处理，使应用开发人员可以把业务流程从应用中提取出来。进入90年代，越来越多烦人组织机构开始认识到需要有支持设计和执行业务流程的高级工具。业务流程问题成为目前系统开发中的突岀问题，要求信息系

10、统包含工作流管理系统以支持各种业务流程，其理由主要有 4个：新的管理哲学激发了组织机构对业务流程的兴趣，如业务流程再造(BRP)和持续过程改进(CPI)；组织机构内部的业务过程数量比以前大大增加，如今的组织机构比以前提供更多的产品和服务，并且产品和服务的生命周期也比以前大大缩短了，从而业务过程的数量也急剧增加；为了适应激烈的竞争，组织机构需要经常改变业务流程；业务历程变得更加复杂。从工作流管理的发展历程可以看岀，工作流管理的概念早在80年代初就已提岀，但是由于当时计算机技术发展的限制，一直未能得到充分发展。直到最近几年，随着计算机技术和网络技术的迅猛发 展以及伴随着市场竞争的加剧，企业对提高生

11、产质量、缩短生产周期等的要求强烈，使得工作流管理 成为企业界和研究领域的热门话题。种种迹象表明工作流管理将会对下一代的信息系统产生重大影响。现行工作流管理系统中存在的主要问题工作流管理作为一个新兴的研究领域，自然还存在许多问题有待于进一步研究解决。我们以荷兰海关(Dutch Cus toms Department)Sagitta-2000项目中工作流管理系统的选型为背景，来说明当前工作流管理系统的不足Sagitta2000 项目是开发一千全国范围的信息系统用于处理各种海关申报处理海关申报是一项非常复杂的工作。并且处理方式经常改变固此t在sa tta 一2000项目中信息后勤(informati

12、onlogistics)被分离岀来。需要工作流管理系统来支持信息后勤在工作流管理系统选型时，从技术需求和功能需求两千方面来考虑在筛选过程中，当前一些主流工作流管理系所暴露岀来的问题主要有：()虽然WIM(制定了一系列标准，但是在系统实现上太多不遵守WfMC勺标准.大多数系统的过程表达不友好不是一种自然的方式在流程建模中，对并行、选择结构的嵌套和混音使用有所限制.太多数工作流管理系统是基于事件的，不支持对状态的显式建模，因而不能很好地支持触发器和外部选择(即由外部环境影响工作流的执行).太多数系统不支持异构系统平台.在这些系统中，只有基于Petri网的COS?系统(Software Ley) 基

13、本上满足技术需求和功能需求，被选择用于本地的平台，但是对于工作流引擎，则没有合适的候选系统，这是因为它们都是基于Client/Se rver技术的基于以上考虑，我们总结出了目前工作流管理的两个主要的不足：工作流管理系统的定义不明确以及缺乏统一的概念模型；工作流管理系统的系统结构和能力上的不足.23.1工作流管理的定义不明确以及缺乏统一的概念模型目前工作流管理发展的状况非常类似于70年代初关系数据模型和E R模型岀现以前数据库管理系统的发展状况，大家各持己见，没有一个统一的标准，所开发的产品大部分相互之间不兼容，使得很多 用户不愿意使用商品化的工作流管理产品。虽然 WfMC工作流管理联盟 )在工

14、作流概念和接口标准化方面作出了很多努力，但是这些标准仅仅是停留在技术层次上，而且重点放在语法上而不是语义上。在概念层次上至今仍没有统一的意见。例如，在WfMC参考模型接口的规范中，就没有关于状态及基本构造块的形式化描述。总的来说，工作流的描述应当基于具有丰富语义表达功能的建模方法。这个方法应当具有清晰性、一致性、易表达性和可扩充性，应当能足以表达步骤、循环、分枝、条件、路径选择、任务分配、时间、调度和约束条件。其语义应当能够定义控制流、数据流、资源流.并且能够定义策略来处理这些流的中断。3.2工作流管理系统的系统结构和能力上的不足商品化的工作流产品提供的功能决定了当前工作流管理的技术水平，通过

15、分析这些工作流系统可以发现其中还有很多不足，这些不足之处不仅是我们研究工作流管理技术的重点和难点，也是目前许多企业不敢把工作流产品用于关键业务流程的主要原因。这些不足主要是：目前的工作流产品不适用于企业级的工作流管理。目前的商品化工作流系统起源于办公自动化 系统，因此工作流系统一开始只是作为一个协同工具，是为小群体而设计的，要解决的主要问题是关 于共享和协作。而当人们发现了工作流的应用潜力，想将其运用到大型环境中时，其本身的一些弊病就暴露岀来了，如单数据库、通信支持的不足不支持异构和分布的环境等，至于可测量性、可靠性等，则基本上未考虑。因此，目前的工作流产品不适用于企业级的工作流管理。目前的工

16、作流系统缺乏健壮性和可用性，没有备份机制和有效的恢复手段，容错问题基本上没有考虑，系统对于岀错的恢复弹性是极小的。一个大型的企业级工作流管理系统可能包括有几千个用户和几十万个并行运行的过程，并且分布在一个大型网络的几千个位置，其持续可用性就非常关键。目前工作流普遍使用的是c/s系统，其结构有一定的脆弱性，服务器的错误将导致整个工作流系统的失败。另外，集中式服务容易形成瓶颈，并因此很难对系统性能进行测量。不同的工作流产品之间缺乏互操作性。大多数工作流产品的可视化建模方法都缺乏形式化语义。33.3工作流系统的安全漏洞工作流里的安全问题可分为公共安全问题和工作流特有的安全问题两大类；公共安全问题这方

17、面的问题可用其它领域已经成熟的安全技术来解决。工作流特有的安全问题研究的重点和核心则集中在授权、访问控制和约束等几个方面。基于角色的访问控制(RBAC)对用户赋予角色，再根据角色的不同分配相应的权限，大大简化了授权控制和安全控制。基于任务的授权控制仃BAC)则是以任务为中心，并采用动态授权的主动安全模型。然后描述了一个工作流授权模型，并结合职责分离原 则(SoD)，提出了具有动态 SoD限制的授权模型。5新模型考虑到了工作流任务实例执行的历史，可根据工作流任务的执行过程动态地进行授权。随后建 立一个通用的安全工作流系统模型。此模型以基于任务的访问控制为基础，结合基于角色的访问控制思想， 把安全

18、模块分为授权和约束两个相互独立的子模块。通过把权限动态分配给任务，把任务动态分配给角色， 使工作流中加入了动态的权限授权和动态的权限回收。此安全模型还把安全控制细化到任务实例级，实现了 动态约束功能，最后，以此模型为基础，结合腐蚀数据库系统的开发，实现了一个基于B/S三层体系结构的工作流管理系统。4如何解决这些问题4.1解决定义不明确和概念模型不统一的问题工作流的描述应当基于具有丰富语义表达功能的建模方法。这个方法应当具有清晰性、一致性、易表达 性和可扩充性，应当能足以表达步骤、循环、分枝、条件、路径选择、任务分配、时间、调度和约束条 件。其语义应当能够定义控制流、数据流、资源流。并且能够定义

19、策略来处理这些流的中断。4.2完善系统结构根据工作流的三个阶段的分工，工作流管理系统结构可以分为过程设计定义功能、运行控制功能和运行 交互接口三个层次的功能。421过程设计定义功能过程设计定义功能主要作业务处理流程的计算机定义，它提供了一种分析、建模、系统定义技术，将 一个现实世界的业务处理过程转换成计算机可处理的定义；最终的定义叫作工作流模型、过程模版或过程定 义，它可以用图形符号进行表示。工作流管理系统结构这一层次主要包括以下功能：业务建模与信息建模、组织管理、资源管理、内部应用开发工具、数据窗口开发工具、工作流定义等功能。业务建模与信息建模业务流程是由各业务环节连接而成，而每一个业务环节

20、都由多个相互关联、不同层次的要素构成。在业务 建模时可自顶向下的将业务流程中各个业务环节最终分解成一系列的原子任务。所谓原子任务，即将有可能 发生的每笔业务进行原子化分解，细分到不能再分割的操作单元，每个操作单元即是一个原子任务。任务之 间的相互联结也将最终转化为数据流、信息流、协作流、资源流。这样各个原子任务的控制连接，就成为了 工作流模型。因此，工作流是企业中过程流、数据流、信息流、协作流、资源流等各种流的综合集成。业务 建模工具主要提供流程定义开发人员便捷的与数据流图工具或活动图等流程描述工具类似的业务流程分析工 具。业务模型是信息模型的岀发点。信息模型说明了业务处理对象中所包含的信息，

21、或者说执行具体功能的活动的输入、输岀数据、以及这些数据之间的逻辑关系。信息建模工具可提供使用E R图方法构建信息系统的逻辑数据模型；根据实际选用的数据库管理系统，建立适用于该数据库管理系统的物理数据模型，同时可 生成目标数据库管理系统的数据库创建脚本。信息模型是个两层次的建立过程，先建立逻辑模型，再建立物理模型。逻辑模型支持数据的概念模式，它从抽象的层次上反映内部数据间的关联，不管具体的数据结构及 数据存储方式等等。物理模型支持数据库的物理设计，它与具体选定的数据库类型密切相关。组织管理在组织单位中组织结构是信息决策、任务执行和监督管理等重要活动的载体，组织结构揭示了组织单位人 员管理的层次，

22、反映了人与工作、决策、责权之间的联系。因此，组织结构对于一个组织单位中如何完成业 务流程的建模和提高管理、生产效率是至关重要的。组织结构、工作流、过程建模等概念的提岀，为描述组 织单位业务流程提供了有力的工具，也使过程到组织的映射模型的建立成为可能。工作流管理系统结构提供了组织管理功能，用于定义业务单位的组织架构和人员管理职责分配等工作。为 工作流模型的定义和工作流的实例化、执行提供人力资源约束和支持。资源管理资源是进行生产经营不可缺少的物资因素，在工作流的执行过程，必须得到企业资源的支持，相应的组织 实体才能够按照要求完成活动。同时，工作流要保证将正确的信息和资源在正确的时刻以正确的方式送给

23、正 确的小组或成员。工作流管理系统结构提供了资源管理功能，用于建立组织单位的资源模型，表示组织单位的资源结构和配 置情况，描述组织单位各种资源对象之间的联系和关系，为工作流模型提供资源约束和支持。内部应用开发工具工作流管理系统结构提供了图形化应用开发工具，用户可以使用图形化设计方法，开发出动态页面应用， 其结果可保存为html或jsp或其他可直接调度执行的运用程序。这些内部应用程序具有数据库访问能力，能 够访问或存储工作流相关数据和控制数据。在流程定义时流程开发人员可以直接设计并提供流程节点预调用。运行时用户可以在任务列表中直接调用，执行所需完成的工作。它的最大的优点是让开发人员避免了复杂业

24、务处理应用程序的开发。数据窗口开发工具工作流管理系统结构提供了图形化设计复杂报表页面的能力，可设计任意复杂的报表，并可画岀各种统计 分析图并能够使用多种形式输出。在流程定义时数据窗口开发工具就像内部应用开发工具一样可以由用户自 行定义并提供流程节点预调用。当流程实例运用到指定节点时，用户可以直接调用该数据窗口以用户所需要的形式展现相关信息内容。4.2.1.6工作流建模工具工作流建模工具以工作流元模型为基础，通过分析不同类型的业务过程，采用有向图的方法对现实的业务 活动进行形式化描述，建立业务过程到工作流模型的映射机制。对于建模工具而言一方面为用户提供了一个 建立规范的业务过程的接口，另一方面，

25、所建立的工作流过程可以存储于工作流库中作为工作流引擎的输入,投入运转、执行并接受监控。建模工具的主要包含以下功能：提供建立工作流模型所需的各类基本元素，比如活动、子过程、连接弧等；支持图形用户界面的基本操作，比如鼠标的点击与拖动；提供用户定义各模型单元属性的对话框；模型的保存与读取；支持多层次建模；与外部自动应用的接口；工作流模型库工作流模型库主要用于保存和管理已定义完成的工作流模型。在工作流程启动时工作流引擎将直接加载并 将其实例化，同时为工作流的流转提供基础模板。422运行控制功能运行控制功能主要对工作流模型的定义进行解释，创建并控制过程的运行实例，调度过程的各种行为 步骤，调用适当的人力

26、、资源和应用程序以完成任务的执行。工作流管理系统的核心部件就是工作流管理控 制软件一一工作流引擎。工作流管理系统结构在这一层次的主要包括：工作流引擎和工作流监控管理。4.2.2.1工作流引擎BOS工作流引擎可以说是工作流管理系统的心脏。一个工作流管理系统通常可以包括一个或多个工作流引擎， 不同工作流引擎通过协作共同执行工作流程。工作流引擎实际上是经营过程的任务调度器，在某种程度上还 是资源的分配器。在采用工作流管理系统支持经营过程中，工作流引擎可以看成是一个业务操作系统（Business Operating System ）。业务过程在它的管理、监控之下运行，因此工作流引擎的性能和可靠性就直

27、接决定了业务过程的运行效率和安全性。422.2工作流监控管理系统管理与监控是工作流系统一个非常重要的功能。工作流系统管理与监控工具能够对工作流在整个组织 内部的流动状况进行监视，并提供一系列的管理功能，实现安全性、过程控制和授权操作等方面的管理。它 包括以下几个方面的功能：1）建立、设置和优化组成工作流管理系统的各个软件。2）对过程模型进行实例化。3）将过程模型中的角色实例化。4）将运行中的过程实例、活动实例和数据分发到各个工作流机中。5）启动、挂起、恢复和终止过程实例。6）管理正在执行的过程实例，并对正常结束或异常退岀的过程实例的历史数据进行统计和分析4.2.3运行交互接口运行交互接口主要提供工作流管理系统