基于时序约束的工作流时间异常处理方法

基于时序约束的工作流时间异常处理方法

0工作流异常处理流管理是实施企业业务流程整合的重要支撑技术。随着劳动流程技术的快速发展，市场上出现了许多劳动流程产品。工作流系统在企业中主要负责业务过程的建模和执行,这些业务过程往往涉及到多个参与者,需要使用分布的资源,调用多个软件系统,而且时间跨度很长,因此,在工作流执行时可能存在多种潜在的工作流异常。现有的工作流管理系统还缺乏对各种异常处理的有效支持,远远不能满足企业应用的需要,尤其在应用实施中的异常处理方面。工作流异常可以定义为一种对正常工作流流程状态的偏离,这种偏离主要指工作流实例运行状态与其原始定义的不一致,在某些特殊情况下(如工作流模型动态演进),也可能指与所期待状态的不一致。工作流异常处理是研究在工作流执行遇到异常时,通过适当的方法对异常进行有效处理来保证工作流执行状态的一致。在工作流异常中有一类与时间有关的异常称为工作流时间异常(workflowtimeexception)。近年来,动态多变的业务环境和激烈的市场竞争,使企业工作流系统运行过程中时间异常的出现频率大大增加,工作流对时间异常处理的需求日益迫切。另外,时间异常可以用来表示绝大多数其他工作流异常,现在的企业业务流程一般都有对活动执行时间和流程执行时间等方面的约束和要求,所以活动或者过程不能顺利执行必然会反映到其相应的执行时间异常上,可见对时间异常处理的研究同时也有助于解决其他类型的工作流异常问题。工作流异常处理是工作流领域研究的一个难点,国内外已经开展了一些研究工作,形成了一些异常处理的方法,如基于事件-务件-动作(Event-Condition-Action,ECA)规则的方法、基于事务的方法、基于模式的方法、基于知识的方法、基于多层日志的方法等。具体到工作流时间异常的处理,还没有见到有效的方法,上述现有的异常处理方法抽象层次大都比较高,只是给出了处理异常的一些思路,缺乏可操作性,另外由于时间异常产生与传播的特殊性,以上方法很难直接用到时间异常的处理上来。本文首先给出了工作流时间异常处理的概念和时间异常的分类,提出了一套行之有效的时间异常处理方法,并应用在一个创新产品设计领域的实际工作流系统中,验证了它的有效性。1异常工作流概念1.1工作流时间异常工作流时间异常指工作流执行偏离正常的执行路线,使得工作流模型中定义的时序约束得不到满足。现给出工作流时间异常的定义。定义1工作流时间异常是指在工作流实例执行过程中,由于工作流系统内部或外部产生的错误或意外所引起的工作流时序约束集与工作流模型不一致的情况。需要说明的是,这里的工作流时间异常是由于实例执行过程中的意外和错误产生的,不包括因为工作流模型定义中的逻辑错误和时序约束的静态不一致而导致的异常,即工作流模型在执行前不存在逻辑和时序约束的错误。这是因为逻辑错误和静态时序不一致问题应该在建模阶段,利用模型逻辑验证方法和静态时序验证方法解决,而不应将错误的模型产生的错误实例与工作流异常混为一个问题,在这一点上,现有的研究成果都没有进行区分,使得工作流异常问题变得难以解决。产生工作流时间异常的原因很多,只要与工作流执行相关的因素,包括硬件、软件、通讯、工作流系统(主要是工作流引擎和应用程序接口)、工作流执行者、相关应用程序、资源分配算法和活动执行调度算法等都可以引起不同种类的工作流时间异常。工作流系统中出现了时间异常,就要对其进行相应的处理,下面给出工作流时间异常处理的定义。定义2工作流时间异常处理是指通过一定的技术手段,按照某种处理机制和一定的处理方法去解决工作流时间异常,以保证工作流时序约束集与工作流模型的一致性。1.2工作流执行逻辑的状态工作流时间异常种类很多,很难有统一的处理方法,要针对不同的异常类型,采用特定的处理方法。下面给出两种工作流时间异常的分类方法。(1)按照所违反的时间约束的不同种类,可以分为:1)活动延迟异常活动延迟异常是指工作流执行期间,由于系统内部或外部产生的错误或因意外所引起的工作流中某一活动不能满足其期望的延迟时间限制。如,由于活动执行者经验不足使得某一活动执行时间的长度不能在其期望的区间[Tmin,Tmax]内。2)有限延迟约束异常有限延迟异常是指工作流执行期间由于系统内部或外部产生的错误或因意外所引起的工作流整个流程不能满足其期望的时间限制。如,由于工作流引擎的调度错误,使得流程不能在其截止期限前完成。3)期限时间异常期限时间异常是指工作流执行期间由于系统内部或外部产生的错误或因意外所引起的某一活动或子过程不能满足其期望的开始或结束时间限制。如,某一活动要求在整个流程开始后5d内开始,但由于某种原因,流程在开始执行2d后被挂起,经过6d后才恢复运行,从而使上述活动的期限时间不能满足。4)时间距离异常时间距离异常是指工作流执行期间,由于系统内部或外部产生的错误或因意外所引起的某两个活动之间的时间距离约束得不到满足。如,模型中要求从活动A结束到活动B开始之间的时间间隔要小于3h,但是由于活动B的资源得不到满足,使得活动A执行完毕之后超过3h,B才开始执行。5)固定日期约束异常固定日期约束异常指的是工作流执行期间由于系统内部或外部产生的错误或因意外所引起的固定日期与某一活动的绑定失效。如,某一活动要求在星期三的8:00～12:00开始,但是由于某种原因使该活动不能在指定的时间开始。2)按照时序约束被违反时工作流执行逻辑的状态可以分为:1)逻辑失效的时间异常指工作流执行期间,由于系统内部或外部产生的错误或因意外引起某种时序约束得不到满足,并且这时工作流的执行逻辑已经失效。如,由于活动A执行失败,产生的A的期限时间异常,这时因为活动A执行失败,如果不进行相应的异常处理,整个工作流在逻辑上将无法继续执行,工作流执行逻辑已经失效。2)非逻辑失效的时间异常指工作流执行期间,由于系统内部或外部产生的错误或因意外引起某种时序约束得不到满足,但是工作流的执行逻辑并没有失效。如,由于某种原因使活动A执行时间过长,而产生的A的期限时间异常,这时如果不考虑工作流模型的时序约束,工作流在逻辑上还可以继续执行,执行逻辑并没有失效。2异常工作流时间处理方法2.1工作流时序约束的一致性根据第1章中给出的工作流时间异常的定义和分类,本文提出了针对不同时间异常的处理方法,以保证执行过程中工作流时序约束集与工作流模型的一致性。下面首先定义本文提出的时间异常处理方法中用到的两个概念。定义3时序约束中,与保证时序约束的一致性直接有关的活动称为工作流时序约束相关活动。下面根据具体时序约束的类型,对其时序约束相关活动做出定义。(1)活动中断相关活动活动延迟相关活动只包括该活动本身。(2)有限的延迟相关活动有限延迟相关活动包括整个流程关键路径上的所有活动。(3)关于持续时间的活动将从工作流的第一个活动开始到期限时间活动结束之间的所有连通路径看成一个流程,期限时间相关活动包括这个流程中关键路径上的所有活动。(4)关于时间间隔的活动时间距离相关活动包括时间距离约束对应的两个活动之间所有可能执行的活动。(5)基于数据的工作流算法在网络实时将从工作流的第一个活动开始到固定日期绑定活动结束之间所有连通路径看成一个流程。定义4由于工作流活动延迟异常而在工作流执行过程中产生其他类型的时间异常,该过程称为工作流时间异常的传播。下面给出工作流时间异常传播的算法。步骤1根据工作流中产生延迟异常活动的实际执行时间,更新该活动的延迟约束。如果该活动延迟异常属于非逻辑失效时间异常,则用活动的实际执行时间作为新的延迟约束,如果该活动延迟异常属于逻辑失效时间异常,则用正无穷作为新的延迟约束(实际计算中可以令其等于一个远大于整个工作流执行时间的数值)。步骤2根据更新后的工作流活动延迟约束,重新计算所有时序约束的相关活动集合。步骤3如果时序约束的相关活动集合包含此产生延迟异常的活动,则重新对该时序约束进行验证,如果未通过验证,则时间异常传播到该时序约束。上述算法中,步骤2需要对流程关键路径进行计算,步骤3需要对时序约束进行验证,这两个问题在工作流时间管理领域都有成熟的算法和方法可以应用。根据对工作流时间异常传播的计算,能够在活动延迟异常发生时,预测其将会引起的其他异常,从而使得本文的时间异常处理方法总是能在除活动延迟异常外的其他时间异常实际发生之前对其进行处理,而不是在其发生后进行补救性处理。2.2hlhf的组合处理在以上两个定义的基础上,给出工作流时间异常的处理方法。综合运用1.2节中给出的两种分类方法,将工作流时间异常分为10类,对于这10类异常提出了各自的异常处理方法,表1列出了所有的时间异常处理方法的类型名称,如HP表示对于非逻辑失效的有限延迟约束异常的处理方法。下面对表1中的处理方法进行具体描述。对于非逻辑失效的时间异常,具体的处理方法如下:HT:一般不需要对引起延迟异常的活动本身进行直接处理,而是顺序执行以下处理步骤:①根据本节给出的算法计算活动延迟异常引起的工作流时间异常传播;②对异常传播涉及的时序约束选择其在表1第2列中相应的异常处理方法进行处理。HP,HL,HD,HF可根据具体的应用场景选择如下的处理方法之一或其组合进行处理:①扩展或修改产生异常的时序约束使其一致性得到满足;②调整产生异常的时序约束相关活动中未执行活动的延迟时间;③动态调整产生异常的时序约束相关活动中未执行活动的执行逻辑;④请求人的干预,通过人与工作流系统的交互,调整工作流执行状态。对于逻辑失效的时间异常,首先应该对引发工作流逻辑失效的活动进行相应的异常处理,然后针对该活动不同的异常处理方法进行相应的时间异常处理。MT:首先对引发逻辑失效延迟异常的活动本身进行异常处理,处理的方法通常是对该活动进行取消、忽略、重试、执行替代活动、补偿5种操作,然后顺序执行以下处理步骤:①计算活动延迟异常引起的工作流时间异常传播;②对异常传播涉及的时序约束选择其在表1第3列中相应的异常处理方法进行处理。表1第3列中MP,ML,MD,MF的处理方法相似,统一叙述为:步骤1如果对时间异常传播源中引起逻辑失效的活动本身进行的异常处理操作是取消,则对于其引起的其他时间异常不必进行处理;如果异常处理操作是忽略,则转到步骤2;如果是重试、执行替代活动或补偿,则转到步骤3。步骤2将引起逻辑失效的活动本身已经执行的时间加上异常处理所用的时间作为该活动的实际执行时间,计算该活动延迟异常引起的工作流时间异常传播,转到步骤4。步骤3将引起逻辑失效的活动本身已经执行的时间加上异常处理所用的时间,再根据异常处理的不同操作加上重试活动、替代活动或补偿活动的执行时间作为该活动的实际执行时间,计算该活动延迟异常引起的工作流时间异常传播,转到步骤4。步骤4根据需要执行的4种时间异常处理方法MP,ML,MD,MF,分别选择对应的方法HP,HL,HD,HF进行处理。上述的各种时间异常处理方法是从比较通用的层次上给出的,适用于任何工作流系统,但是对于具体的工作流应用领域,上述方法还可以根据领域特点进行细化和定制,形成在该领域更为有效的时间异常处理方法。下面介绍上述方法在一个实际工作流系统中的实现和应用。3工作流平台中的时间异常处理本文提出的工作流时间异常处理方法已成功应用到一个工作流系统的工程项目中,该项目主要是由清华大学为北京航空制造工程研究所开发并实施的“基于工作流技术的产品设计制造管理集成系统运行平台”,以提高该所在创新产品设计方面的质量和效率。这里,产品创新设计并不是指一般的产品改型设计等,而是指基本从零开始的全新产品设计过程。该工作流平台对时间管理以及时间异常处理的要求很高,为更有效地进行时间异常处理,首先对产品创新设计过程的特点进行仔细的调研与分析,发现其主要有以下特点:①工作流模型中时序约束比较多,时间异常的产生也比较频繁;②在工作流建模阶段,模型的不确定性因素较大,包括逻辑结构的不确定性以及某些时序约束的不确定性;③基本上所有活动在执行延迟方面都有一定范围的可调整性;④某些期限时间约束及整个流程的有限延迟约束轻易不能做出调整;⑤在工作流执行阶段,未执行活动的逻辑结构、组织、资源等属性的调整比较灵活。在此工作流平台中,用本文提出的方法实现了对时间异常的处理,并且针对产品创新设计过程的上述特点,提出了应用于该领域的异常处理具体操作方法,使其在实际运用时更为有效。下面给出在此工作流平台中应用本文的时间异常处理方法中的一些具体操作方法:(1)在每个活动的结束位置设立时间异常检查点,用来发现时间异常。(2)根据时序约束的重要性定义了时序约束的优先级,根据优先级的顺序,处理相应的时间异常。(3)对于一些优先级最高的时序约束(比如整个设计过程的完成截止期限),在其异常处理方法中去掉了修改该时序约束的方法,因为这种约束是不能修改的。(4)注意到本文提出的异常处理方法中,大都有“调整约束相关活动中未执行活动的延迟时间”,在产品创新设计领域为这一异常处理方法设计了具体的算法,即假设为了满足出现异常的时序约束,需要调整的总时间长度为τ,则对于约束相关活动中未执行活动Tk,其活动延迟调整的时间为τd[Tk]∑k=1nd[Tk]。其中,d[Tk]是Tk的执行延迟时间,n是约束相关活动中未执行活动的数量,此算法采用的是按比例调整的思想。有了具体的算法,就使得这一异常处理方法可以由工作流系统自动完成。(5)对于“调整约束相关活动中未执行活的执行逻辑”的异常处理方法,在系统中选择如下的操作:对尚未执行的时序约束相关活动中,执行延迟较长的活动重新进行任务分解与转派,使得该活动变成几个并行的活动从而减少执行时间;对时序约束相关活动中,尚未执行活动的执行者的定义,由指定到具体人员变成指定到该人员所属的角色。从而增加该活动被执行的机会。下面用一个例子简单介绍该平台中工作流时间异常的处理过程。首先,假设某产品的设计过程中包括对部件XYJ0_0的设计,而部件XYJ0_0的设计过程中有一个活动“设计零件XYJ0_1.2”。在该活动执行结束之后的系统时间异常检查点上对该活动的执行时间信息进行检查,发现该活动的实际执行时间比其预定的执行时间长,这就产生了一个非逻辑失效的活动延迟异常,系统对该异常进行异常传播计算,发现该异常会引起部件XYJ0_0设计的截止期限异常,然后系统通过如图1所示的界面和用户交互