论文：工作流过程模型研究（一）（赵卫东）

摘要：工作流过程模型是整个工作流管理系统的基础，模型描述能力的强弱决定了系统所支持应用的范围以及系统的灵活度。近年来随着工作流技术应用的发展，对工作流过程模型的研究也就得到普遍重视。首先介绍了工作流过程模型的概念本质，然后对工作流的研究现状进行综述，主要包括工作流过程模型理论基础、工作流过程模型的不足等重要问题，最后指出了工作流过程模型的发展趋势。

工作流过程模型研究（一）

赵卫东

关键词： 工作流 工作流过程模型 过程

中图法分类号： TP30

1 引言

工作流技术是信息时代组织与组织间应用集成的一个研究热点，它对于充分利用组织资源，提高运行效率以及自动化水平都有重要的作用。

工作流过程模型（过程定义）是整个工作流管理系统的基础，其质量直接影响了整个工作流管理系统WfMS（workflow management system）的应用范围和对变化的适应能力。随着变化管理的发展，对工作流过程模型的研究得到普遍重视。经济的全球化和竞争的加剧，企业的管理模式和组织结构出现了许多新的情况，过程的复杂化对工作流过程模型提出了更高的要求。目前人们虽然提出了不少有意义的工作流过程模型，并在此基础上设计了许多商品化的工作流管理系统。但从过程模型的功能看，大多数产品还不能支持复杂应用，尤其是电子商务环境下的跨组织过程，与实用要求尚有一定的距离。

本文介绍了对工作流过程模型的研究现状进行综述，主要包括过程模型理论基础、工作流过程模型的不足等重要问题，并且指出了工作流过程模型的发展趋势，为工作流建模的进一步研究提供基础。

2 工作流过程模型的实质

根据工作流管理联盟 (Workflow Management Coliation，Wf MC)，工作流是多个参与者之间按照某种预定义的规则传递文档、信息或任务的过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标^[1]。可见Wf MS的功能是将现实业务过程模型转化成计算机化的形式，并在此基础上完成工作流的运行和管理（其中包含过程模型的仿真和优化）。作为整个管理系统的基础，工作流过程模型的实质是可以在计算机上执行并从中分析其性能优劣的过程模型。

工作流过程模型包括一些离散的活动模型、相关的资源、信息和角色描述以及反映上述元素关系的管理规则。对活动及其路由（routing）的描述是工作流过程模型的主要内容，因为过程最终都可分解为原子活动、路由等节点。模型能否方便全面描述过程，并便于过程的分析优化，依赖于节点的类型和语义。节点语义的丰富性，将直接影响模型的表达能力。

从面向对象观点看，过程实例是工作流过程模型类的一个具体对象。工作流在过程实例的执行过程中，工作流引擎将生成有关的活动实例并根据工作流过程模型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。

工作流过程模型应能适应用户在建模和分析过程中所提出的各种要求。对工作流过程模型通常有以下几点要求：

（1）形式化语义。工作流过程模型是对工作流的抽象表示，理想的工作流过程模型能够提供各种情况下的工作流规则。现实中工作流多是非结构化的，且业务规则具有多样化的特点，这就要求工作流过程模型的建模元素能够具有全面的描述能力，其语义应当能够覆盖控制流和数据流。并能容易翻译为工作流机可以高效运行的语言代码。

（2）图形化特征。从用户的角度讲，工作流过程模型应能较直观地表达工作流，尤其是业务逻辑。

（3）较完整的表达能力。工作流过程模型应能表达过程的活动、循环、分枝、路由、角色分配、时间等控制和约束条件。

（4）层次性。这体现在工作流节点的层次上，某些节点可能是子工作流。模型具有嵌套的层次，便于处理复杂的过程。对于跨组织的工作流，便于从供应链和角色的侧面把握整个过程。

（5）便于工作流性能的分析和优化。对工作流过程模型的分析主要包括 3个方面：有效性分析、正确性分析和性能分析^[2]。工作流的设计过程是复杂的。为改善工作流的性能和效率、在工作流实际运行之前发现存在的一致性、正确性和实用性等问题，工作流过程模型应便于工作流的分析和优化。采用分析技术能够记录工作流的运行过程并作一些统计，以监督管理、分析工作流瓶颈，并在此基础上优化工作过程。这涉及到计算各种性能参数，如响应时间、等待时间、资源占有率等，找出影响工作流过程性能的主要因素并使用这些因素对其进行定量分析，来比较工作流实例的优劣。这可以结合BPR进行^[3]。它们的关系是紧密的，BPR为工作流管理系统提供了基础，工作流管理系统是BPR的深化。还有工作流过程模型的可解释性^[4]、安全性^[5]、死锁和冗余等问题。

（6）柔性。企业运作环境的变化，导致企业过程和组织的变革，工作流过程模型应能适应这些变化并为变化提供灵活的支持。这体现在工作流过程模型能够处理工作流可能发生的变化或异常情况。

如何针对过程的变化及时对工作流过程模型升级的动态建模是工作流过程模型柔性需要解决的问题。这需要过程模型易修改和可重用，即过程模型应能反映工作流的实际。采用模型元素的构件化设计，是提高模型的可重用性和可扩展性的有效方法。

在工作流过程模型中，活动之间的前驱和后继关系可以通过下述方法描述：

（1）状态驱动。在这种模式下，工作流引擎对活动的调度依据活动的状态变化。活动之间传递的是数据信息，并且活动之间的数据流动是受数据对象本身控制。如此工作流的控制流和程序设计容易分离。

（2）事件驱动。事件是过程中活动的连接者和触发者。一个活动的激活需要特定的事件，在活动完成时它也能激发新的事件，如此反复完成工作流的运行。在工作流的事件驱动模式下，活动元素本身的定义是很清晰的，但活动之间的事件却是隐含的，工作流过程模型的控制流必须由逻辑代码来完成，常用的方法是ECA (Event/Condition/Action)，如Puustj等人^[6]用ECA规则表示工作流活动并发执行而必须满足的谓词条件。ECA起源于主动数据库领域，用于工作流的定义可以是工作流的运行表现一定的主动性。

工作流过程模型的描述方法有两种：形式化描述和非形式化描述。非形式化工具采用图形符号表示活动和活动之间的约束关系。这种方法简单直观，在用户建模、浏览时，提供图形用户界面是必要的，大多数工作流产品都支持图形化用户界面描述业务过程。形式化描述采用工作流描述（specification）语言，即使用某种语言符号来表示过程模型中的各种元素：活动和业务处理规则。工作流过程模型形式化的描述方式主要有两种：

（1）用类似解释程序的计算机语言描述活动、数据和逻辑关系，这种工作流过程模型描述可以直接被工作流引擎解释执行或被转化为其它形式再执行。

（2）采用面向对象技术分析活动及其逻辑关系，确定对应的对象属性和方法。通常把活动和关系都视为对象。

工作流非形式化模型向形式化模型的转化，可以弥补前者分析能力的不足。两者的结合，是许多工作流过程模型的选择。

3 工作流过程模型的理论基础

工作流过程模型理论基础的研究还很不成熟，在建模方法上还没有形成比较系统的理论体系。这是与过程建模缺乏统一有效的理论基础有关。目前已有的工作流过程模型涉及的理论主要包括计算机支持的协同工作（CSCW）、协调理论、语言行为 (speech act)理论、智能体agent、图论、Petri网和面向对象技术等。

从 CSCW^[7]研究的角度来说，工作流管理系统是一种形式化、结构化协作的群件系统。工作流的日益分布化和复杂化，导致工作流建模是一个群组协作的过程。这需要借助CWCS理论来协调建模者的行为。

协同理论研究如何管理一组协同活动之间的相关性，它和工作流的本质是相符合的。如范玉顺等^[8]在协调理论和反馈控制思想指导下，通过引入协调等机制，拓宽了工作流过程模型的表达能力。

基于语言行为理论的工作流过程模型突出客户与执行者两个角色之间的语言行为交互和承诺^[9]（commitment），一定程度上克服了传统工作流过程模型把注意力集中于活动及其逻辑关系，忽视了参与者之间的交互。这种工作流过程模型由一系列封闭的工作流子环相互连接而成的。每个工作流环包含 4个阶段：包括需求阶段、协商阶段、执行阶段和满意阶段。本质上讲，这种过程模型仍属于以活动为中心的建模方法，而且因兼顾活动和角色交互可能使过程的描述复杂化，不便于大型，尤其是跨组织工作流的描述。

在众多的过程建模方法中，Petri网^[10]（变种）是既有严格数学基础的形式定义，又有直观的图形表示描述系统动态行为的方法。尽管传统的Petri网还难以直接用于工作流过程模型的建立，但它的高级变种（有色网、时间网、层次网、对象网等）却能描述和分析复杂的过程^[11]。Petri网变种（高级Petri网）用来建模也是工作流过程模型研究的一个热点。通常库所表示活动，而变迁则表示活动间的转移。但也有用变迁来表示活动，库所表示活动使能条件的做法。如Van der Aalst定义的WF- net工作流网^[12]。Petri网变种比较适合过程模拟时使用的形式化表述格式，而传统工作流过程模型的仿真能力不足，因此它们之间具有很强的互补性，通常可以将工作流过程模型转化为Petri网来实现企业过程的分析和优化，也有直接将Petri网用作工作流过程模型的做法。如牛军钰等^[13]采用基于Petri网技术的功能网 (Function Net)构造工作流过程模型，可通过这个模型形式化来验证其逻辑正确性及完整性。

面向对象技术用于企业建模有下列优点^[14]：全面、易理解、灵活和重用。它侧重于对业务过程中各种实体对象本身的描述，理论上比较成熟且目前已标准化，目前统一建模语言UML（Unified Modeling Language）已用于复杂过程的建模。面向对象技术和其它方法有很强的结合力，有时也用在过程建模中。

此外，agent理论、图论等在工作流的定义中得到了广泛的应用。限于篇幅，这里就不再讨论。由于各种理论都有自己的适用范围，因此针对工作流的具体情况结合使用多种建模理论是目前工作流过程模型常采用的措施

浏览：工作流过程模型研究（二）

本文原载于《系统工程理论方法应用》由作者向AMT提供
作者联系方式：wdzhao_fudan@etang.com

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