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信息流的完整定義,是工作流技術(shù)理論研究的基礎(chǔ)流模型為建模用戶提供了流定義操作的必要組件或元素，包括活動(dòng)、控制流程、數(shù)據(jù)流、操作流程執(zhí)行所需的各種信息，以及活動(dòng)、績(jī)效評(píng)估流程、績(jī)效評(píng)估流程和績(jī)效評(píng)估流程。這是基于工作量理論研究和實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文從研究?jī)?nèi)容、建模方法、理論基礎(chǔ)、存在的不足以及發(fā)展趨勢(shì)等幾個(gè)方面對(duì)工作流模型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,為工作流模型的后續(xù)研究提供了一定的基礎(chǔ)。1工作流模型的語義表達(dá)為了使計(jì)算機(jī)能夠支持工作流,就要分析業(yè)務(wù)過程,抽象出業(yè)務(wù)過程的本質(zhì)特征,并使用某種計(jì)算機(jī)可處理的方式表示,其結(jié)果稱為過程模型。過程模型是整個(gè)工作流系統(tǒng)的基礎(chǔ),它的確定性保證了系統(tǒng)內(nèi)各組成部分間交互的一致性,也決定了一個(gè)工作流系統(tǒng)從設(shè)計(jì)開發(fā)到運(yùn)行實(shí)施的諸多環(huán)節(jié)。它不同于其它建模工具構(gòu)造的流程模型,不僅包括用來描述活動(dòng)的概念集、活動(dòng)、活動(dòng)之間的依賴關(guān)系,而且還包含其它執(zhí)行活動(dòng)的必要信息,如組織、資源和數(shù)據(jù)等,以便計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。工作流模型的主要內(nèi)容就是提供一套完整有效的描述業(yè)務(wù)過程的建模語言,定義出正確的過程模型,完成實(shí)際的業(yè)務(wù)過程到計(jì)算機(jī)可處理的形式化定義的轉(zhuǎn)化。工作流的描述應(yīng)當(dāng)基于具有豐富語義表達(dá)功能的建模方法,這個(gè)方法應(yīng)當(dāng)具有清晰性、一致性、易表達(dá)性和可擴(kuò)充性,應(yīng)當(dāng)能足以表達(dá)步驟、循環(huán)、分支、條件、路徑選擇、任務(wù)分配、時(shí)間、調(diào)度和約束條件,其語義應(yīng)當(dāng)能夠定義控制流、數(shù)據(jù)流、資源流,并且能夠定義策略來處理這些流的中斷。理想的工作流模型應(yīng)該具有表達(dá)能力豐富、容易理解、最小化(模型中的概念不重疊)、形式化等特性。2事件驅(qū)動(dòng)的外部世界企業(yè)和網(wǎng)絡(luò)自20世紀(jì)60年代初期以來,已經(jīng)開發(fā)了許多建模方法。具有代表性的建模方法有:活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)圖、事件驅(qū)動(dòng)的過程鏈(event-drivenprocesschain,EPC)、語言行為理論、Petri網(wǎng)和統(tǒng)一建模語言(UML)等。從對(duì)過程的認(rèn)識(shí)論角度可以將建模的方法分為兩類:一類是基于通訊的建模方法,另一類是基于活動(dòng)的建模方法。2.1基于活動(dòng)的工作流模型基于通訊的建模方法源于Winograd和Flores的“語言行為模型”理論,從客戶方和服務(wù)方之間的語言行為交互上對(duì)工作流進(jìn)行建模,突出了工作流模型中的客戶與執(zhí)行者之間語言行為交互和承諾,從而在一定程度上克服了傳統(tǒng)的基于活動(dòng)的工作流模型的不足,即只強(qiáng)調(diào)組成模型的各個(gè)活動(dòng)及其邏輯關(guān)系,而忽視過程參與者之間的交互,將業(yè)務(wù)過程分解為一系列的兩人對(duì)話協(xié)作過程,一次對(duì)話表示為一個(gè)行為工作流環(huán),一個(gè)業(yè)務(wù)過程是由多個(gè)行為工作流環(huán)組成,這些工作流環(huán)之間存在著某種依賴關(guān)系。ActionTechnologies公司的工作流產(chǎn)品ActionFlow就是采用這種工作流模型,它著重支持員工間和團(tuán)隊(duì)間通信為主的過程。但是,基于語言行為理論的模型由于兼顧了活動(dòng)與角色之間的交互,使得模型的描述過于復(fù)雜。面向通信的建模方法側(cè)重于對(duì)不同角色之間委托與承擔(dān)行為的協(xié)作關(guān)系的描述,具有較高的靈活性。2.2基于活動(dòng)的建模方法基于活動(dòng)的建模方法是針對(duì)過程中的活動(dòng)進(jìn)行建模,目前大多數(shù)工作流系統(tǒng)都采用此類方法。2.2.1強(qiáng)調(diào)讀性的方法基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法是以活動(dòng)和活動(dòng)之間的關(guān)系為基礎(chǔ)建立工作流模型的方法。與其它建模技術(shù)相比,基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的模型直觀、自然,具有很好的可讀性,是一種適合非專業(yè)人員使用的過程表達(dá)方法,目前大多數(shù)工作流產(chǎn)品都采用這種方法建模。IBM公司在20世紀(jì)90年代中期推出的工作流產(chǎn)品FlowMark采用的就是該方法。在FlowMark中,一個(gè)完整的經(jīng)營(yíng)過程由一個(gè)無自環(huán)的有向圖構(gòu)成,有向圖中的節(jié)點(diǎn)元素表示可執(zhí)行的步驟或任務(wù),節(jié)點(diǎn)間的連接弧代表了過程中的控制流與數(shù)據(jù)流?；诨顒?dòng)網(wǎng)絡(luò)圖的過程模型簡(jiǎn)單、直觀、便與理解,適合流程較為固定、異常情況較少的生產(chǎn)型工作流。2.2.2模型之間的方法基于狀態(tài)圖的建模方法是一種介于Petri網(wǎng)模型和圖形化模型之間的方法。狀態(tài)圖有形式語義、支持并發(fā)過程,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是容易學(xué)習(xí)和理解,比圖形化模型容易驗(yàn)證,但可視性效果和可理解性不好,模型的驗(yàn)證工作也較Petri網(wǎng)復(fù)雜。2.2.3模型構(gòu)建及描述基于事件驅(qū)動(dòng)的過程鏈模型(EPCM)通過基于事件驅(qū)動(dòng)形成一個(gè)直觀的圖形化的業(yè)務(wù)過程描述。模型的主要元素是功能和事件,功能被事件觸發(fā),功能也能產(chǎn)生相應(yīng)的事件。經(jīng)營(yíng)過程的控制流由交替出現(xiàn)的功能和事件彼此連接而構(gòu)成,控制流的分支選擇、匯合連接以及并發(fā)進(jìn)行則通過邏輯操作符或者更復(fù)雜的表達(dá)式來完成。通過引入組織和信息建模元素,可以生成擴(kuò)展的事件驅(qū)動(dòng)過程鏈,使得與業(yè)務(wù)流程有關(guān)的各個(gè)方面的信息能夠在一個(gè)模型中被描述。EPC模型兼顧了模型描述能力強(qiáng)與模型易讀性這兩個(gè)方面。為了進(jìn)一步提高建模的質(zhì)量與效率,不少研究人員試圖把已有的建模方法與EPC結(jié)合,成為一種集成的建模方法,以便更有針對(duì)性地面向某一領(lǐng)域。2.2.4petri網(wǎng)模型基于Petri網(wǎng)的工作流建模方法是主要的建模技術(shù)之一,它可以用圖形化方式來描述工作流,同其它非形式化的框圖技術(shù)相比,Petri網(wǎng)有規(guī)范而明確的語義和豐富的分析技術(shù),避免了模糊性、不確定性和矛盾性。1962年,Petri網(wǎng)被CarlAdamPetri作為一種過程建模和分析工具提出,Zisman于1977年首次采用Petri網(wǎng)表示辦公流程。自20世紀(jì)80年代以來,基于Petri網(wǎng)的工作流建模開始受到關(guān)注。但是,經(jīng)典Petri網(wǎng)并不適合于直接描述業(yè)務(wù)過程,它在描述真實(shí)系統(tǒng)時(shí)往往過于復(fù)雜,工程較為龐大,不能很好處理模糊信息,對(duì)特定環(huán)境約束下流程的描述能力也顯得不夠。為了解決這些問題,不少研究者采用了不同的方式對(duì)經(jīng)典Petri網(wǎng)進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)。Ellis在Zisman的方法基礎(chǔ)上引入一個(gè)經(jīng)典Petri網(wǎng)的擴(kuò)展,稱為信息控制網(wǎng)(informationcontrolnet,ICN),用其來描述業(yè)務(wù)過程;vanderAalst等在Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上定義了工作流網(wǎng)(WF-net)模型及其有效性準(zhǔn)則,用任務(wù)對(duì)應(yīng)變遷,狀態(tài)對(duì)應(yīng)庫所。多年來Petri網(wǎng)被人們以多種不同的方式進(jìn)行了擴(kuò)展,如顏色擴(kuò)展、時(shí)間擴(kuò)展和層次擴(kuò)展等,因而能以更加容易理解的方式對(duì)復(fù)雜過程建模。目前利用Petri網(wǎng)進(jìn)行過程建模仍是工作流模型研究的一個(gè)熱點(diǎn)。2.2.5工作流的可視化表示統(tǒng)一建模語言(UML)是一種圖形化建模語言,近年來已經(jīng)成為軟件開發(fā)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。UML的定義有兩個(gè)主要組成部分:語義和表示法。UML的語義用自然語言描述,表示法定義了UML的可視化標(biāo)準(zhǔn)表示符號(hào)。UML中的一些圖可以用在企業(yè)建模、業(yè)務(wù)工程和過程分析上。UML提供標(biāo)準(zhǔn)的圖形元素,具有較強(qiáng)的直觀性,采用對(duì)象傳遞表示信息流,可以通過消息機(jī)制來同步活動(dòng)。但是,總的來說,UML仍然是利用靜態(tài)圖的方式來表示工作流的動(dòng)態(tài)過程,其對(duì)工作流過程中根據(jù)現(xiàn)有資源靈活決策、動(dòng)態(tài)選擇工作項(xiàng)表示不足。與Petri網(wǎng)相比,UML邏輯描述能力相對(duì)較弱,缺少精確語義,不支持模型的驗(yàn)證和優(yōu)化。3個(gè)統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)目前,工作流模型所涉及到的理論比較多,但是并沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)。雖然各種工作流模型的理論基礎(chǔ)不同,但目標(biāo)都是一致的,即提高工作流模型的描述能力、交互性、適應(yīng)性和實(shí)用性。影響較大的工作流建模基礎(chǔ)理論有以下幾種:(1)種管理組織模式為了提高工作流系統(tǒng)的柔性,范玉順等提出了一種基于協(xié)調(diào)理論的工作流建模方法。協(xié)調(diào)理論是麻省理工學(xué)院協(xié)調(diào)科學(xué)中心的Malone提出的一種管理一組協(xié)同工作的活動(dòng)及相關(guān)性的理論。協(xié)同過程的組成元素包括共同的目標(biāo)、完成目標(biāo)需要執(zhí)行的活動(dòng)、活動(dòng)的執(zhí)行者以及活動(dòng)間的相關(guān)性,它與工作流的本質(zhì)是相符合的。這種基于協(xié)調(diào)理論的建模方法擴(kuò)展了傳統(tǒng)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型,增加了請(qǐng)求、服務(wù)、協(xié)調(diào)、多實(shí)例化等建模元素,通過引入?yún)f(xié)調(diào)機(jī)制和反饋機(jī)制,提高模型的描述能力和柔性,但存在建模的方式不太直觀、流程的有效性很難驗(yàn)證的缺點(diǎn)。(2)工作流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)事件―條件―動(dòng)作規(guī)則(event-condition-actionrule,ECA)具有很強(qiáng)的語義表達(dá)能力,一般用于主動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,使數(shù)據(jù)庫對(duì)外部或內(nèi)部事件作出反應(yīng),從而觸發(fā)一系列動(dòng)作,如通知用戶和應(yīng)用程序或執(zhí)行數(shù)據(jù)庫更新等?；贓CA規(guī)則的工作流系統(tǒng)能夠充分利用數(shù)據(jù)庫的安全、恢復(fù)、并發(fā)等方面的成熟的技術(shù),提高系統(tǒng)的適應(yīng)性、靈活性和動(dòng)態(tài)性。2001年,A.Goh等人提出一個(gè)基于ECA規(guī)則的工作流建模軟件框架,將ECA規(guī)則用于描述工作流活動(dòng)的執(zhí)行方式;胡錦敏等人提出了一種基于ECA規(guī)則和活動(dòng)分解的工作流模型,在該模型中,ECA規(guī)則反映活動(dòng)之間的執(zhí)行依賴關(guān)系。基于ECA規(guī)則的工作流技術(shù)具有成熟、實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),但ECA規(guī)則難于被形式化描述,不易實(shí)現(xiàn)對(duì)工作流模型的正確性分析,通常與其它方法結(jié)合來描述工作流模型。(3)工作流的高級(jí)模型為了處理復(fù)雜業(yè)務(wù)活動(dòng),提高工作流系統(tǒng)一致性控制、并發(fā)控制和錯(cuò)誤恢復(fù)的能力,研究人員提出在工作流模型中引入事務(wù)處理機(jī)制。事務(wù)處理技術(shù)是保證信息可靠性和一致性的重要技術(shù),由于工作流涉及到的處理過程和信息比數(shù)據(jù)庫應(yīng)用更復(fù)雜、更靈活,所以事務(wù)工作流一般是基于高級(jí)事務(wù)模型的。不少學(xué)者提出了多種高級(jí)事務(wù)模型用來描述工作流過程:嵌套事務(wù)模型、多層事務(wù)模型、Sagas、分支/匯合事務(wù)模型、柔性事務(wù)模型、ACTA等。丁柯等人給出了一個(gè)事務(wù)工作流模型并提出了一個(gè)良構(gòu)性判斷定理,通過一種構(gòu)造性的方法來有效地驗(yàn)證事務(wù)工作流的良構(gòu)性,設(shè)計(jì)了事務(wù)工作流的描述語言ISWDL并實(shí)現(xiàn)了良構(gòu)性驗(yàn)證器。(4)協(xié)作模型及模型描述協(xié)作工作流是工作流管理技術(shù)在跨組織應(yīng)用領(lǐng)域的延伸。隨著企業(yè)合作伙伴之間交互與合作的增加,越來越多的業(yè)務(wù)過程相互滲透,協(xié)作工作流建模技術(shù)也受到越來越多的關(guān)注。Aalst在1999年給出了幾種工作流協(xié)作形式:能力共享、連鎖執(zhí)行、轉(zhuǎn)包、實(shí)例遷移、擴(kuò)展的實(shí)例遷移和松耦合。在此基礎(chǔ)上,Aalst采用消息序列圖表示上述各種協(xié)作模型;張艷和史美林提出一個(gè)層次協(xié)同模型HCM,采用一個(gè)四元組對(duì)虛擬企業(yè)的協(xié)同工作進(jìn)行整體描述,并采用有限狀態(tài)馬爾可夫鏈對(duì)模型進(jìn)行了動(dòng)態(tài)描述;文獻(xiàn)以工作流服務(wù)為基礎(chǔ)提出一種跨組織工作流模型CA-PLAN;劉明忠等從面向不同主體間協(xié)作和系統(tǒng)高柔性要求的角度出發(fā),提出了一種支持跨企業(yè)協(xié)作的柔性工作流系統(tǒng)建模方法;崔衛(wèi)華等提出了一種稱為協(xié)同關(guān)聯(lián)圖(MCM)的協(xié)作工作流建模方法,借助界面模型突出表達(dá)了工作中的協(xié)同性,但該方法缺乏對(duì)工作層次性的描述。(5)基于opn和文本文本的工作流模型面向?qū)ο蠹夹g(shù)適合由許多活動(dòng)實(shí)體構(gòu)成的復(fù)雜、大規(guī)模系統(tǒng)的建模和分析,利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)描述工作流系統(tǒng),就是以面向?qū)ο鬄榛A(chǔ),給出由對(duì)象配置、對(duì)象結(jié)構(gòu)及對(duì)象行為模型構(gòu)成的通用工作流模型過程分析方法,這種方法有益于降低描述的復(fù)雜性?；趯?duì)象Petri網(wǎng)(OPN)的工作流過程定義也具有面向?qū)ο蟮奶卣?曹化工提出了基于OPN和基于OPN文本描述語言的工作流過程定義接口標(biāo)準(zhǔn),試圖加快工作流概念和接口標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。(6)WF-net網(wǎng)的擴(kuò)展。為了給與時(shí)間密切相關(guān)的業(yè)務(wù)過程建模,SeaLing等對(duì)WF-net進(jìn)行了擴(kuò)充,加入時(shí)間語義,提出TWF-net模型(timeWF-net),對(duì)工作流程中每項(xiàng)活動(dòng)分配一時(shí)間段,任務(wù)實(shí)際執(zhí)行期間應(yīng)在該時(shí)間段內(nèi);杜栓柱等通過分析TWF-net模型不足之處,引入與時(shí)區(qū)相關(guān)的時(shí)間映射函數(shù),建立了一種擴(kuò)展時(shí)間Petri網(wǎng)工作流模型XTWF-net。另外,為了明確表達(dá)過程中的活動(dòng)及活動(dòng)間的依賴關(guān)系,以及對(duì)活動(dòng)間所傳的信息、活動(dòng)的執(zhí)行體、執(zhí)行活動(dòng)所需的資源等方面進(jìn)行定義,研究人員在一些模型中加入了描述數(shù)據(jù)、組織、資源等部件,如組織模型、信息模型和過程模型等,逐漸把若干不同用途的模型組合為工作流模型:Kradolfer在文獻(xiàn)中提出的建模方法則將工作流模型劃分為組織模型和執(zhí)行模型兩部分;李紅臣提出一個(gè)由組織模型、數(shù)據(jù)模型和過程模型共同組成的三維工作流模型,分別從不同側(cè)面描述工作流的各種屬性。4流程模型的反思與優(yōu)化工作流模型是整個(gè)工作流管理系統(tǒng)(WfMS)的基礎(chǔ),它的性能很大程度上影響了WfMS的功能。工作流建模是一個(gè)復(fù)雜的過程,雖然人們?cè)诠ぷ髁鹘７矫孀鞒隽酥T多努力,但目前仍存在一些問題:(1)缺乏對(duì)非結(jié)構(gòu)化流程的支持能力。目前的工作流模型一般適合結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的流程描述,對(duì)非結(jié)構(gòu)化的流程支持能力較弱。所謂非結(jié)構(gòu)化流程是那些重復(fù)性不是很強(qiáng)或沒有重復(fù)性的流程,這類流程執(zhí)行所需的有關(guān)參數(shù)事先無法確定,一般要等到流程實(shí)例運(yùn)行時(shí)才能確定,同時(shí)在流程運(yùn)行期間還可能會(huì)出現(xiàn)一些異常情況。這種動(dòng)態(tài)多變的特點(diǎn)在提供更高靈活性的同時(shí),也為流程的建模與執(zhí)行帶來更多的復(fù)雜性。(2)描述不夠全面?，F(xiàn)有的模型大多是用活動(dòng)及其關(guān)系來描述工作流過程的,對(duì)工作流所涉及的數(shù)據(jù)資源、執(zhí)行者組織結(jié)構(gòu)、成本、時(shí)間及其關(guān)系描述不夠,進(jìn)而導(dǎo)致工作流系統(tǒng)對(duì)異常處理的表述和處理能力不夠,也無法對(duì)工作流進(jìn)行優(yōu)化與重組分析。(3)剛性較強(qiáng),柔性不夠。目前大多數(shù)單一建模理論對(duì)工作流環(huán)境變化的考慮不夠,許多工作流模型只對(duì)企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)過程或理想化的將來模型進(jìn)行靜態(tài)描述,由于流程定義和執(zhí)行兩個(gè)階段分離,模型往往要求用戶在流程執(zhí)行前將流程中所有可能路徑定義到流程模型中,而現(xiàn)實(shí)是千變?nèi)f化很難窮舉的,當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí),工作流模型不易做出相應(yīng)的變動(dòng)。此外,目前的工作流模型多是基于活動(dòng)的,忽略了參與者的角色定位和合理配置,對(duì)意外難以處理,可重構(gòu)性不足,直接影響了工作流的實(shí)用范圍?，F(xiàn)實(shí)中企業(yè)業(yè)務(wù)過程存在著大量的動(dòng)態(tài)性、不確定性、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關(guān)注的問題。(4)分析能力有待加強(qiáng)。目前許多建模方法只具有比較簡(jiǎn)單的語法和語義檢查功能,缺乏對(duì)模型進(jìn)行比較完善的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鍪侄?只能由建模者對(duì)所建立的當(dāng)前模型進(jìn)行直觀分析,主觀性和隨意性較強(qiáng)。5工作流模型主要體現(xiàn)由于不同的建模方法各有優(yōu)缺點(diǎn),所以越來越多的研究人員在研究和開發(fā)新的工作流建模方法時(shí),把充分利用已有的研究成果、綜合不同的建模方法作為快速、高效構(gòu)建工作流模型的一種有效手段。在發(fā)展方向上,工作流模型呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)動(dòng)態(tài)。企業(yè)環(huán)境持續(xù)變化,不確定性和多變性已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)流程的內(nèi)在特點(diǎn)。提高WfMS應(yīng)對(duì)流程變化的能力,是當(dāng)前工作流領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。為了提高工作流對(duì)動(dòng)態(tài)不確定因素的處理能力,鄧水光等提出了一種基于ECA規(guī)則和活動(dòng)組合的動(dòng)態(tài)工作流模型;JieMeng等提出一種可以描述業(yè)務(wù)過程動(dòng)態(tài)屬性的動(dòng)態(tài)工作流模型。另外,角色(參與者)作為業(yè)務(wù)過程中的行為主體,可能是導(dǎo)致例外的主要因素之一。以往的許多建模方法多把注意力放在工作流的活動(dòng)分析上,不能有效地反映角色在過程中的交互和變化情況,通過把目標(biāo)、角色和角色的協(xié)作作為工作流分析的主要因素為工作流建模,是提高WfMS動(dòng)態(tài)變化能力的一種方法。(2)智能化。為了讓系統(tǒng)能夠主動(dòng)地執(zhí)行并處理執(zhí)行過程中出現(xiàn)的問題,智能化WfMS的研究正在迅速開展。通過挖掘算法提取工作