一種支持柔性的工作流過程元模型

黃紅梅

（1.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系 2.廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院）

1 引言

工作流管理技術(shù)對(duì)于提高企業(yè)敏捷性，特別是提高企業(yè)內(nèi)部的自我調(diào)整能力、適應(yīng)變化的能力和組織結(jié)構(gòu)的靈活變化能力起到了極其重要的作用。因而，如何使工作流管理系統(tǒng)（Workflow Management System，WfMS）具備自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化的能力成為近幾年工作流管理技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。工作流過程模型作為整個(gè)工作流管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其柔性程度直接影響工作流管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力。過程元模型是描述過程模型的模型，一套能夠描述動(dòng)態(tài)特性的元模型有利于過程模型對(duì)動(dòng)態(tài)、靈活性問題的解決。

為了支持工作流的動(dòng)態(tài)變化，文獻(xiàn)[1]引入了活動(dòng)實(shí)例、過程實(shí)例等運(yùn)行期元素，重新設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)工作流元模型。其動(dòng)態(tài)過程模型能較好的描述新增和刪除活動(dòng)的變化，但對(duì)活動(dòng)結(jié)構(gòu)的改變?nèi)狈γ枋觯晃墨I(xiàn)[2]將活動(dòng)中的結(jié)構(gòu)描述及約束分離出去，引入了連接符，并對(duì)工作流過程定義語言（Workflow Process Definition Language，WPDL）進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)展；文獻(xiàn)[3]、[4]改進(jìn)和擴(kuò)展了工作流元模型，將各工作流管理聯(lián)盟 WfMC過程定義元模型中的轉(zhuǎn)換條件分解為活動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則和活動(dòng)間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，并將活動(dòng)間的轉(zhuǎn)換規(guī)則單獨(dú)封裝。這些封裝使得WfMS對(duì)過程定義進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改變得更加容易和靈活，增強(qiáng)了WfMS對(duì)各種變化的適應(yīng)性。本文在此基礎(chǔ)上對(duì)工作流過程元模型進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展。

2 過程模型的動(dòng)態(tài)性分析

支持動(dòng)態(tài)特性的過程模型除了要描述并解決工作流中各種活動(dòng)的具體語義和活動(dòng)之間的依賴關(guān)系以外，還要體現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性的兩個(gè)方面：① 在工作流定義階段能夠定義過程的動(dòng)態(tài)行為，能夠表達(dá)在建立階段有語義不確定的活動(dòng)以及不確定的活動(dòng)與活動(dòng)之間的關(guān)系、不確定的子過程；② 允許在運(yùn)行階段修改預(yù)先定義的流程。比如，能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)增加或減少活動(dòng)、能夠動(dòng)態(tài)改變執(zhí)行的路徑。

下面從模型建立及運(yùn)行階段來分析過程級(jí)和活動(dòng)級(jí)的動(dòng)態(tài)特性。

2.1 過程級(jí)動(dòng)態(tài)特性

過程中可能存在的活動(dòng)以及活動(dòng)間連接的邏輯關(guān)系的變化如下：

(1)過程中增加或減少某個(gè)活動(dòng)

過程中增加或者減少活動(dòng)導(dǎo)致過程中活動(dòng)間的邏輯關(guān)系發(fā)生變化，影響了整個(gè)過程控制的變化。可能的情況如下：

① 串行的任務(wù)增加或者刪除；

② 串-并行增加：串行任務(wù)分解為并行任務(wù)；

③ 并-串行增加：增加一個(gè)任務(wù)與某個(gè)任務(wù)為并行關(guān)系；

④ 并-串減：并行任務(wù)刪除其中一個(gè)或者多個(gè)任務(wù)合并為一個(gè)。

(2)過程中業(yè)務(wù)規(guī)則的變化導(dǎo)致活動(dòng)間的邏輯關(guān)系發(fā)生變化，可能的情況包括：

① 任務(wù)間的串行關(guān)系變?yōu)椴⑿嘘P(guān)系；

② 任務(wù)間的并行關(guān)系變?yōu)榇嘘P(guān)系；

③ 任務(wù)間的分叉選擇關(guān)系變?yōu)榉植娌⑿嘘P(guān)系；

④ 任務(wù)間的分叉并行關(guān)系變?yōu)榉植孢x擇關(guān)系。

(3)過程中業(yè)務(wù)規(guī)則的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換條件的變化，執(zhí)行條件的變化將影響過程控制發(fā)生變化。

2.2 活動(dòng)級(jí)動(dòng)態(tài)特性

過程中業(yè)務(wù)規(guī)則的變化將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換條件的變化，包括活動(dòng)的前置條件或者后置條件的變化以及執(zhí)行條件的變化，這些變化可能會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)屬性的變化。在傳統(tǒng)的工作流中，一個(gè)活動(dòng)出現(xiàn)在一個(gè)流程中意味著當(dāng)流程到達(dá)該活動(dòng)時(shí)，活動(dòng)就要執(zhí)行，活動(dòng)之間分不出哪些是關(guān)鍵的，哪些是可以變通的。在流程執(zhí)行過程中，有些活動(dòng)是可以選擇執(zhí)行、可被替代執(zhí)行、可以被取消、可以被忽略、可以被合并、可以被分解等等。而 WfMC僅對(duì)活動(dòng)的一般屬性進(jìn)行了基本定義，無法支持工作流的動(dòng)態(tài)性。為使流程定義具有靈活性，現(xiàn)采用以下做法：

(1)將活動(dòng)分為幾類：必須的、可選的、可重復(fù)的，這與文獻(xiàn)[5]是一致的。

(2)通過規(guī)則靈活定義活動(dòng)的行為，將活動(dòng)的執(zhí)行劃分為維護(hù)原來的行為和可以改變?cè)瓉淼男袨閮深悺＞S護(hù)行為又可以分為必須執(zhí)行、可重復(fù)執(zhí)行、可等待執(zhí)行，這與文獻(xiàn)[1]的劃分一致。可改變行為又分為可被替代、可被忽略、可被取消、可被分解、可被合并、需要人工干預(yù)等。

3 擴(kuò)展的過程元模型

在 WfMC提供的過程定義元模型中，工作流定義的主要對(duì)象是活動(dòng)和轉(zhuǎn)換。WfMC通過工作流過程定義語言（WPDL）描述和解釋工作流。在WPDL中，活動(dòng)間的結(jié)構(gòu)（匯聚（join）、分支（Split））和約束關(guān)系（AND、OR、XOR）在活動(dòng)中加以說明。由于這些結(jié)構(gòu)和約束是活動(dòng)說明的一部分，因此當(dāng)業(yè)務(wù)過程發(fā)生動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和約束變化時(shí)必然引起活動(dòng)定義隨之變化。把匯聚、分支結(jié)構(gòu)以及它們的約束說明從活動(dòng)中提取出來，引入一種新的元模型元素“同步器（synchr-onizer）”。引入同步器將所有的控制信息說明從活動(dòng)說明中獨(dú)立出來，分別封裝，可以使變化的影響局部化，有利于工作流模型的動(dòng)態(tài)修改。

業(yè)務(wù)過程的動(dòng)態(tài)變化體現(xiàn)在過程中活動(dòng)的增減、活動(dòng)間邏輯關(guān)系的變化以及轉(zhuǎn)換規(guī)則的變化。在過程模型動(dòng)態(tài)性的分析基礎(chǔ)上，對(duì) WfMC提供的工作流過程定義模型進(jìn)行抽象和擴(kuò)展，得到擴(kuò)展的工作流過程定義元模型如圖1所示。

圖1 擴(kuò)展的過程定義元模型

圖1 中引入了新的元素：柔性工作流過程定義、同步器、變換器、活動(dòng)執(zhí)行類型、同步器類型。

(1)柔性工作流過程定義：柔性工作流過程定義類似于黑盒，其結(jié)構(gòu)和語義是在流程執(zhí)行階段才能確定。在工作流執(zhí)行中需等待一些結(jié)果明朗后才能確定其具體的意義。在這個(gè)階段，黑盒可以變?yōu)榘缀校赡苁且粋€(gè)空節(jié)點(diǎn)、原子活動(dòng)、子過程。子過程由活動(dòng)、同步器以及轉(zhuǎn)換組成，它還可以包括黑盒。

(2)同步器：把匯聚、分支結(jié)構(gòu)以及約束（AND、OR、XOR）等分離出來產(chǎn)生新的元模型元素“同步器”。可通過改變同步器或者重定義對(duì)工作流流轉(zhuǎn)類型進(jìn)行變更。當(dāng)增加和刪除一個(gè)活動(dòng)時(shí)，只需要增加和刪除同步器以及修改轉(zhuǎn)換條件。

(3)變換器：對(duì)于柔性的工作過程，只有在工作流執(zhí)行過程中，根據(jù)實(shí)際的執(zhí)行結(jié)果來明確流程的結(jié)構(gòu)和語義。另外，根據(jù)對(duì)活動(dòng)的靈活性分析，活動(dòng)可以被替代、可被組合、可被分解、可被忽略、可被取消。活動(dòng)間的邏輯關(guān)系也可能隨之改變，通過變換器，可以知道在什么規(guī)則下哪些活動(dòng)和邏輯關(guān)系被轉(zhuǎn)換，如何轉(zhuǎn)換。引入轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換規(guī)則，還可以自動(dòng)對(duì)活動(dòng)、同步器、轉(zhuǎn)換條件按照一定的變換推理規(guī)則[6]提供可供選擇的流程模型進(jìn)行人工選擇，提供系統(tǒng)的柔性和智能性。

(4)活動(dòng)執(zhí)行類型：把活動(dòng)分為維護(hù)執(zhí)行、可改變執(zhí)行兩大類，在此基礎(chǔ)上再細(xì)分為必須執(zhí)行、可等待執(zhí)行、可重復(fù)執(zhí)行、可取消、可替代、可忽略、可分解、可組合等類型。

(5)同步器類型：把同步器分為順序型、并行分叉-匯聚、選擇分叉-匯聚、多并行選擇分叉-匯聚、異或分叉-匯聚等類型。對(duì)同步器的靈活性描述增加了對(duì)復(fù)雜工作流模式的描述能力，同時(shí)為同步器在流程執(zhí)行時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化提供了具體的指導(dǎo)。

圖1中其它的元素的語義與WfMC提供的過程定義元模型相同。改進(jìn)的工作流過程定義元模型具有更大的柔性和可重構(gòu)性。

4 過程元模型的WPDL擴(kuò)展

工作流過程定義語言WPDL是基于WfMC提出的過程定義元模型而定義的文本描述語言。由于本文對(duì)工作流過程定義元模型進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)展，相應(yīng)的必須對(duì)工作流過程定義語言進(jìn)行修改和擴(kuò)展。在此給出引入的新元素的定義。

4.1 工作流柔性過程定義

工作流過程定義構(gòu)成了工作流模型的主題部分，它包含了組成模型的所有活動(dòng)和轉(zhuǎn)換信息。針對(duì)改進(jìn)和擴(kuò)展后的過程元模型，工作流過程定義主要包含了兩個(gè)主要的部分：常規(guī)過程定義和柔性過程定義。其中柔性過程定義的格式如下：

柔性過程定義中加入了變換器列表。規(guī)約了柔性過程定義中所包含的所有可能的變換集合，包括活動(dòng)的變換、同步器的變換以及轉(zhuǎn)換信息的變換。

4.2 工作流活動(dòng)

在常規(guī)過程以及柔性過程定義中，有部分內(nèi)容是描述過程中所包含的全部活動(dòng)的信息，它構(gòu)成了活動(dòng)列表。其中活動(dòng)分為普通活動(dòng)、開始活動(dòng)和結(jié)束活動(dòng)等。

普通活動(dòng)的定義格式如下：

執(zhí)行類型說明了活動(dòng)在流程執(zhí)行過程中具有的一些執(zhí)行特征，根據(jù)其屬性動(dòng)態(tài)選擇執(zhí)行活動(dòng)。

4.3 同步器

同步器是活動(dòng)之間的連接機(jī)制，例如：順序、與匯聚/分支、或匯聚/分支、異或匯聚/分支等。同步器的定義格式如下：

4.4 轉(zhuǎn)換信息

轉(zhuǎn)換(transition)信息規(guī)約的是活動(dòng)與同步器之間的流轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換以同步器為中心，分為兩種形式：活動(dòng)到同步器的轉(zhuǎn)換、同步器到節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，其中節(jié)點(diǎn)可以是同步器，也可以是活動(dòng)。條件(condition)是附著在活動(dòng)到同步器的轉(zhuǎn)換以及連接符到節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換上，用來決定工作流執(zhí)行的路徑。條件是由運(yùn)算符與狀態(tài)組成的邏輯表達(dá)式。因此把過程或者活動(dòng)轉(zhuǎn)換所涉及到的狀態(tài)、同步器、條件三個(gè)要素之間的關(guān)系定義為轉(zhuǎn)換信息[4]。

轉(zhuǎn)換信息的定義格式分為兩種：一個(gè)是活動(dòng)到同步器的定義格式：

另一個(gè)是同步器到節(jié)點(diǎn)的定義格式：

狀態(tài)是過程實(shí)例或活動(dòng)實(shí)例變遷觸發(fā)的一個(gè)條件，可作為轉(zhuǎn)換路由的一個(gè)輸入?yún)?shù)，部分決定了過程實(shí)例或者活動(dòng)實(shí)例的轉(zhuǎn)換路徑。狀態(tài)的具體內(nèi)容由具體業(yè)務(wù)流程決定，如：運(yùn)行、終止、等待、已提交、已處理、未處理等。狀態(tài)的定義格式如下：

4.5 變換器

變換器規(guī)約了活動(dòng)、同步器和轉(zhuǎn)換條件的變換信息。包括變換前后的類型、ID、變換的詳細(xì)內(nèi)容。變換的對(duì)象可以是活動(dòng)、同步器和轉(zhuǎn)換條件。變換器的定義格式如下：

5 案例分析

本節(jié)應(yīng)用實(shí)例說明改進(jìn)的過程定義元模型所具備的動(dòng)態(tài)支持能力并使用擴(kuò)展后的 WPDL描述變更后的流程。

某網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營部門故障工單處理簡化的工作流程為：客服中心接受申請(qǐng)派單，一種情況是客服中心處理派單然后結(jié)單；另一種情況是將單派送到運(yùn)維部門。運(yùn)維部門對(duì)故障申請(qǐng)單做處理后有兩種可能：一是處理完成結(jié)單；二是故障單派送到寬帶部，運(yùn)維部門結(jié)單，之后寬帶部處理故障單完成后結(jié)單。為了提高服務(wù)質(zhì)量和效率，對(duì)原有的流程進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。客服中心根據(jù)故障單的情況派送給故障處理部門，根據(jù)流程動(dòng)態(tài)執(zhí)行情況來決定由哪個(gè)部門或者部門間合作處理故障。

故障處理流程使用活動(dòng)、同步器和有向弧表示流程模型如圖2 所示。

圖2 （b）中黑盒是流程變換部分。黑盒中的具體流程按照實(shí)例執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)的選擇活動(dòng)和活動(dòng)的因果關(guān)系（由業(yè)務(wù)規(guī)則決定）執(zhí)行。如圖2 （c）、圖2 （d）、圖2 （e）、圖2 （f）所示，一旦黑盒變成白盒就確定了相應(yīng)的流程。從圖2 中可知，圖（a）和圖（c）是一樣的，也就是柔性過程與原來相比沒有變化。比較圖（a）和圖（d），圖（d）的柔性過程僅包含任務(wù)t6、t7和同步器p4。與原流程相比只需要對(duì)同步器p1做修改變換，采用的變換為表1中的CV1。由于改進(jìn)后的元模型將活動(dòng)、同步器分離封裝，流程的調(diào)整和組合只需要使用變換器對(duì)同步器或轉(zhuǎn)換信息進(jìn)行修改和變換，無需修改活動(dòng)本身的具體事務(wù)處理，從而使得元模型具備了柔性和可復(fù)用性。變換器還可以在變換引擎、規(guī)則庫的支持下，利用變換推理規(guī)則變換出多個(gè)柔性過程，提供給用戶選擇適當(dāng)?shù)牧鞒蹋乖Ｐ途邆渲悄苄浴?/p>

圖2 故障處理流程

表1 柔性流程的WPDL描述

6 小結(jié)

本文分析了過程模型和過程元模型對(duì)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性的支持能力。討論了過程模型的動(dòng)態(tài)特性以及WfMC的過程元模型，對(duì)該模型進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)展。將柔性工作流定義、同步器、變換器等新的元素引入到過程定義元模型。改進(jìn)和擴(kuò)展后的過程元模型具有更大的柔性和重構(gòu)性，由于引入了變換器，還為提高過程元模型的智能性做了基礎(chǔ)工作。另外，對(duì)描述過程元模型的定義語言 WPDL也做了改進(jìn)和擴(kuò)展。最后通過一個(gè)實(shí)例分析表明改進(jìn)的過程定義元模型具備柔性和可復(fù)用性，證明了模型的動(dòng)態(tài)支持能力。

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