基于工作流模型的工作流模型研究

基于工作流模型的工作流模型研究

0信息流的完整定义,是工作流技术理论研究的基础流模型为建模用户提供了流定义操作的必要组件或元素，包括活动、控制流程、数据流、操作流程执行所需的各种信息，以及活动、绩效评估流程、绩效评估流程和绩效评估流程。这是基于工作量理论研究和实际应用的基础。本文从研究内容、建模方法、理论基础、存在的不足以及发展趋势等几个方面对工作流模型的研究现状进行了分析,为工作流模型的后续研究提供了一定的基础。1工作流模型的语义表达为了使计算机能够支持工作流,就要分析业务过程,抽象出业务过程的本质特征,并使用某种计算机可处理的方式表示,其结果称为过程模型。过程模型是整个工作流系统的基础,它的确定性保证了系统内各组成部分间交互的一致性,也决定了一个工作流系统从设计开发到运行实施的诸多环节。它不同于其它建模工具构造的流程模型,不仅包括用来描述活动的概念集、活动、活动之间的依赖关系,而且还包含其它执行活动的必要信息,如组织、资源和数据等,以便计算机辅助实现。工作流模型的主要内容就是提供一套完整有效的描述业务过程的建模语言,定义出正确的过程模型,完成实际的业务过程到计算机可处理的形式化定义的转化。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、分支、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。理想的工作流模型应该具有表达能力丰富、容易理解、最小化(模型中的概念不重叠)、形式化等特性。2事件驱动的外部世界企业和网络自20世纪60年代初期以来,已经开发了许多建模方法。具有代表性的建模方法有:活动网络、状态图、事件驱动的过程链(event-drivenprocesschain,EPC)、语言行为理论、Petri网和统一建模语言(UML)等。从对过程的认识论角度可以将建模的方法分为两类:一类是基于通讯的建模方法,另一类是基于活动的建模方法。2.1基于活动的工作流模型基于通讯的建模方法源于Winograd和Flores的“语言行为模型”理论,从客户方和服务方之间的语言行为交互上对工作流进行建模,突出了工作流模型中的客户与执行者之间语言行为交互和承诺,从而在一定程度上克服了传统的基于活动的工作流模型的不足,即只强调组成模型的各个活动及其逻辑关系,而忽视过程参与者之间的交互,将业务过程分解为一系列的两人对话协作过程,一次对话表示为一个行为工作流环,一个业务过程是由多个行为工作流环组成,这些工作流环之间存在着某种依赖关系。ActionTechnologies公司的工作流产品ActionFlow就是采用这种工作流模型,它着重支持员工间和团队间通信为主的过程。但是,基于语言行为理论的模型由于兼顾了活动与角色之间的交互,使得模型的描述过于复杂。面向通信的建模方法侧重于对不同角色之间委托与承担行为的协作关系的描述,具有较高的灵活性。2.2基于活动的建模方法基于活动的建模方法是针对过程中的活动进行建模,目前大多数工作流系统都采用此类方法。2.2.1强调读性的方法基于活动网络的建模方法是以活动和活动之间的关系为基础建立工作流模型的方法。与其它建模技术相比,基于活动网络的模型直观、自然,具有很好的可读性,是一种适合非专业人员使用的过程表达方法,目前大多数工作流产品都采用这种方法建模。IBM公司在20世纪90年代中期推出的工作流产品FlowMark采用的就是该方法。在FlowMark中,一个完整的经营过程由一个无自环的有向图构成,有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务,节点间的连接弧代表了过程中的控制流与数据流。基于活动网络图的过程模型简单、直观、便与理解,适合流程较为固定、异常情况较少的生产型工作流。2.2.2模型之间的方法基于状态图的建模方法是一种介于Petri网模型和图形化模型之间的方法。状态图有形式语义、支持并发过程,这种方法的优点是容易学习和理解,比图形化模型容易验证,但可视性效果和可理解性不好,模型的验证工作也较Petri网复杂。2.2.3模型构建及描述基于事件驱动的过程链模型(EPCM)通过基于事件驱动形成一个直观的图形化的业务过程描述。模型的主要元素是功能和事件,功能被事件触发,功能也能产生相应的事件。经营过程的控制流由交替出现的功能和事件彼此连接而构成,控制流的分支选择、汇合连接以及并发进行则通过逻辑操作符或者更复杂的表达式来完成。通过引入组织和信息建模元素,可以生成扩展的事件驱动过程链,使得与业务流程有关的各个方面的信息能够在一个模型中被描述。EPC模型兼顾了模型描述能力强与模型易读性这两个方面。为了进一步提高建模的质量与效率,不少研究人员试图把已有的建模方法与EPC结合,成为一种集成的建模方法,以便更有针对性地面向某一领域。2.2.4petri网模型基于Petri网的工作流建模方法是主要的建模技术之一,它可以用图形化方式来描述工作流,同其它非形式化的框图技术相比,Petri网有规范而明确的语义和丰富的分析技术,避免了模糊性、不确定性和矛盾性。1962年,Petri网被CarlAdamPetri作为一种过程建模和分析工具提出,Zisman于1977年首次采用Petri网表示办公流程。自20世纪80年代以来,基于Petri网的工作流建模开始受到关注。但是,经典Petri网并不适合于直接描述业务过程,它在描述真实系统时往往过于复杂,工程较为庞大,不能很好处理模糊信息,对特定环境约束下流程的描述能力也显得不够。为了解决这些问题,不少研究者采用了不同的方式对经典Petri网进行了扩展和改进。Ellis在Zisman的方法基础上引入一个经典Petri网的扩展,称为信息控制网(informationcontrolnet,ICN),用其来描述业务过程;vanderAalst等在Petri网的基础上定义了工作流网(WF-net)模型及其有效性准则,用任务对应变迁,状态对应库所。多年来Petri网被人们以多种不同的方式进行了扩展,如颜色扩展、时间扩展和层次扩展等,因而能以更加容易理解的方式对复杂过程建模。目前利用Petri网进行过程建模仍是工作流模型研究的一个热点。2.2.5工作流的可视化表示统一建模语言(UML)是一种图形化建模语言,近年来已经成为软件开发事实上的标准。UML的定义有两个主要组成部分:语义和表示法。UML的语义用自然语言描述,表示法定义了UML的可视化标准表示符号。UML中的一些图可以用在企业建模、业务工程和过程分析上。UML提供标准的图形元素,具有较强的直观性,采用对象传递表示信息流,可以通过消息机制来同步活动。但是,总的来说,UML仍然是利用静态图的方式来表示工作流的动态过程,其对工作流过程中根据现有资源灵活决策、动态选择工作项表示不足。与Petri网相比,UML逻辑描述能力相对较弱,缺少精确语义,不支持模型的验证和优化。3个统一的理论基础目前,工作流模型所涉及到的理论比较多,但是并没有形成一个统一的理论基础。虽然各种工作流模型的理论基础不同,但目标都是一致的,即提高工作流模型的描述能力、交互性、适应性和实用性。影响较大的工作流建模基础理论有以下几种:(1)种管理组织模式为了提高工作流系统的柔性,范玉顺等提出了一种基于协调理论的工作流建模方法。协调理论是麻省理工学院协调科学中心的Malone提出的一种管理一组协同工作的活动及相关性的理论。协同过程的组成元素包括共同的目标、完成目标需要执行的活动、活动的执行者以及活动间的相关性,它与工作流的本质是相符合的。这种基于协调理论的建模方法扩展了传统活动网络模型,增加了请求、服务、协调、多实例化等建模元素,通过引入协调机制和反馈机制,提高模型的描述能力和柔性,但存在建模的方式不太直观、流程的有效性很难验证的缺点。(2)工作流系统的设计事件―条件―动作规则(event-condition-actionrule,ECA)具有很强的语义表达能力,一般用于主动数据库系统中,使数据库对外部或内部事件作出反应,从而触发一系列动作,如通知用户和应用程序或执行数据库更新等。基于ECA规则的工作流系统能够充分利用数据库的安全、恢复、并发等方面的成熟的技术,提高系统的适应性、灵活性和动态性。2001年,A.Goh等人提出一个基于ECA规则的工作流建模软件框架,将ECA规则用于描述工作流活动的执行方式;胡锦敏等人提出了一种基于ECA规则和活动分解的工作流模型,在该模型中,ECA规则反映活动之间的执行依赖关系。基于ECA规则的工作流技术具有成熟、实现相对简单的特点,但ECA规则难于被形式化描述,不易实现对工作流模型的正确性分析,通常与其它方法结合来描述工作流模型。(3)工作流的高级模型为了处理复杂业务活动,提高工作流系统一致性控制、并发控制和错误恢复的能力,研究人员提出在工作流模型中引入事务处理机制。事务处理技术是保证信息可靠性和一致性的重要技术,由于工作流涉及到的处理过程和信息比数据库应用更复杂、更灵活,所以事务工作流一般是基于高级事务模型的。不少学者提出了多种高级事务模型用来描述工作流过程:嵌套事务模型、多层事务模型、Sagas、分支/汇合事务模型、柔性事务模型、ACTA等。丁柯等人给出了一个事务工作流模型并提出了一个良构性判断定理,通过一种构造性的方法来有效地验证事务工作流的良构性,设计了事务工作流的描述语言ISWDL并实现了良构性验证器。(4)协作模型及模型描述协作工作流是工作流管理技术在跨组织应用领域的延伸。随着企业合作伙伴之间交互与合作的增加,越来越多的业务过程相互渗透,协作工作流建模技术也受到越来越多的关注。Aalst在1999年给出了几种工作流协作形式:能力共享、连锁执行、转包、实例迁移、扩展的实例迁移和松耦合。在此基础上,Aalst采用消息序列图表示上述各种协作模型;张艳和史美林提出一个层次协同模型HCM,采用一个四元组对虚拟企业的协同工作进行整体描述,并采用有限状态马尔可夫链对模型进行了动态描述;文献以工作流服务为基础提出一种跨组织工作流模型CA-PLAN;刘明忠等从面向不同主体间协作和系统高柔性要求的角度出发,提出了一种支持跨企业协作的柔性工作流系统建模方法;崔卫华等提出了一种称为协同关联图(MCM)的协作工作流建模方法,借助界面模型突出表达了工作中的协同性,但该方法缺乏对工作层次性的描述。(5)基于opn和文本文本的工作流模型面向对象技术适合由许多活动实体构成的复杂、大规模系统的建模和分析,利用面向对象技术描述工作流系统,就是以面向对象为基础,给出由对象配置、对象结构及对象行为模型构成的通用工作流模型过程分析方法,这种方法有益于降低描述的复杂性。基于对象Petri网(OPN)的工作流过程定义也具有面向对象的特征,曹化工提出了基于OPN和基于OPN文本描述语言的工作流过程定义接口标准,试图加快工作流概念和接口标准化的进程。(6)WF-net网的扩展。为了给与时间密切相关的业务过程建模,SeaLing等对WF-net进行了扩充,加入时间语义,提出TWF-net模型(timeWF-net),对工作流程中每项活动分配一时间段,任务实际执行期间应在该时间段内;杜栓柱等通过分析TWF-net模型不足之处,引入与时区相关的时间映射函数,建立了一种扩展时间Petri网工作流模型XTWF-net。另外,为了明确表达过程中的活动及活动间的依赖关系,以及对活动间所传的信息、活动的执行体、执行活动所需的资源等方面进行定义,研究人员在一些模型中加入了描述数据、组织、资源等部件,如组织模型、信息模型和过程模型等,逐渐把若干不同用途的模型组合为工作流模型:Kradolfer在文献中提出的建模方法则将工作流模型划分为组织模型和执行模型两部分;李红臣提出一个由组织模型、数据模型和过程模型共同组成的三维工作流模型,分别从不同侧面描述工作流的各种属性。4流程模型的反思与优化工作流模型是整个工作流管理系统(WfMS)的基础,它的性能很大程度上影响了WfMS的功能。工作流建模是一个复杂的过程,虽然人们在工作流建模方面作出了诸多努力,但目前仍存在一些问题:(1)缺乏对非结构化流程的支持能力。目前的工作流模型一般适合结构化或半结构化的流程描述,对非结构化的流程支持能力较弱。所谓非结构化流程是那些重复性不是很强或没有重复性的流程,这类流程执行所需的有关参数事先无法确定,一般要等到流程实例运行时才能确定,同时在流程运行期间还可能会出现一些异常情况。这种动态多变的特点在提供更高灵活性的同时,也为流程的建模与执行带来更多的复杂性。(2)描述不够全面。现有的模型大多是用活动及其关系来描述工作流过程的,对工作流所涉及的数据资源、执行者组织结构、成本、时间及其关系描述不够,进而导致工作流系统对异常处理的表述和处理能力不够,也无法对工作流进行优化与重组分析。(3)刚性较强,柔性不够。目前大多数单一建模理论对工作流环境变化的考虑不够,许多工作流模型只对企业现有业务过程或理想化的将来模型进行静态描述,由于流程定义和执行两个阶段分离,模型往往要求用户在流程执行前将流程中所有可能路径定义到流程模型中,而现实是千变万化很难穷举的,当环境发生改变时,工作流模型不易做出相应的变动。此外,目前的工作流模型多是基于活动的,忽略了参与者的角色定位和合理配置,对意外难以处理,可重构性不足,直接影响了工作流的实用范围。现实中企业业务过程存在着大量的动态性、不确定性、不完整性和模糊性,如何提高工作流的柔性,是新一代工作流模型需要关注的问题。(4)分析能力有待加强。目前许多建模方法只具有比较简单的语法和语义检查功能,缺乏对模型进行比较完善的、严谨的分析手段,只能由建模者对所建立的当前模型进行直观分析,主观性和随意性较强。5工作流模型主要体现由于不同的建模方法各有优缺点,所以越来越多的研究人员在研究和开发新的工作流建模方法时,把充分利用已有的研究成果、综合不同的建模方法作为快速、高效构建工作流模型的一种有效手段。在发展方向上,工作流模型呈现出以下几个特点:(1)动态。企业环境持续变化,不确定性和多变性已经成为现代企业流程的内在特点。提高WfMS应对流程变化的能力,是当前工作流领域研究的热点问题之一。为了提高工作流对动态不确定因素的处理能力,邓水光等提出了一种基于ECA规则和活动组合的动态工作流模型;JieMeng等提出一种可以描述业务过程动态属性的动态工作流模型。另外,角色(参与者)作为业务过程中的行为主体,可能是导致例外的主要因素之一。以往的许多建模方法多把注意力放在工作流的活动分析上,不能有效地反映角色在过程中的交互和变化情况,通过把目标、角色和角色的协作作为工作流分析的主要因素为工作流建模,是提高WfMS动态变化能力的一种方法。(2)智能化。为了让系统能够主动地执行并处理执行过程中出现的问题,智能化WfMS的研究正在迅速开展。通过挖掘算法提取工作