支持節點協同的工作流模型構建方法研究

趙建民　儲孝國

摘要：為解決協同科技管理平臺業務協同性和動態性的問題，基于工作流過程元模型的構建方法，結合協同活動模型和工作流動態變化的要求，對元模型進行了改進和擴展，將協同活動元素、連接符及ECA規則引入其中，并對模型屬性進行修改，從根本上解決科技業務處理過程中協同性和工作流動態性的問題，增強了科技業務工作流程的靈活性和自適應能力。

關鍵詞：工作流；元模型；動態性；協同性

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

Abstract：In order to solve the problem of cooperation and dynamics on the collaborative management platform of science and technology， based on the construction method of the workflow process metamodel， we improved and extended the metamodel by combining the cooperation activity model and the requirement of workflow dynamic modification， which imported cooperation activity elements， connector， ECA rules and modified the properties of the model. Fundamentally， it solved the problem of the cooperation and dynamic characteristic of workflow and enhanced the flexibility of workflow and selfadaptation ability in the business process of science and technology.

Key words：workflow；meta model；dynamic；collaborative

1引言

隨著計算機和協同技術的高速發展，CSCW（計算機支持的協同工作）在很多領域都有著大量的應用，它能夠為一個群體在計算機支持的協同環境中完成同一項共同的任務提供有力的支持。而工作流技術作為CSCW研究方向的一項重要應用，在行業協同過程管理中起到了越來越重要的作用。

在協同業務平臺的搭建的過程中應用了工作流的相關技術，如何在工作流的基礎上解決多任務協同分配并完成相關任務是目前遇到的主要問題。為了從根本上解決工作流中動態性和特定協同機制相結合的問題，很自然想到從工作流元模型的角度入手去擴展工作流過程定義的手段，并在運行階段去實現其對于靈活性、動態性的要求是目前解決問題的主要研究方向。

2工作流元模型及相關研究

元模型通常用來定義語義模型的構造和規則的，通常稱為定義表達模型的語言的模型。工作流管理聯盟（WFMC）于1993年成立，WFMC的成立標志著工作流技術開始進入相對成熟的階段。基于對工作流模型標準化的考慮，工作流管理聯盟對工作流模型進行了標準化定義。

工作流元模型通常涉及相互關聯的3 個子元模型[1]，即：

過程定義元模型：模型元素用于定義業務過程，控制工作流的執行。

組織機構元模型：描述單位、部門、人員的組織關系以及所擔當的角色。

相關數據元模型：工作流“生產”和“消費”的數據以及它們的流動關系。

工作流元模型的核心是過程定義元模型，工作流管理聯盟為過程定義開發了一個基本的元模型，如圖1所示：

文獻[1]對工作流元模型中各個元素進行了詳細的闡述，出于篇幅考慮，本文不做過多的重復。過程定義元模型規約出元素類型的一個基本集合，這些元素類型適合于相對簡單的過程定義，工作流開發人員根據需要可以對該元模型進行適當的擴展。

在文獻[2-5]中，為了確保工作流的動態性，研究者們采用了多樣性的處理方法，如果在工作流的過程定義中能夠充分考慮動態特性，配合運行階段的處理，可以從更基本的層次解決動態自適應性問題。下面針對WFMC提出的工作流元模型進行擴展以達到協同平臺模型的要求。

3結合協同活動模型擴展的工作流元模型

針對目前遇到的問題，考慮把協同活動模型元素引入到工作流元模型中，并引入連接符、ECA規則等分離角色元素，狀態元素以實現工作流模型定義階段的協同機制和動態性靈活性相結合的目的。

3.1協同活動模型的引入

協同活動包括一組為了完成某項特定任務而在一起協同工作，具有一定組織結構的人，以及他們在協同工作中所承擔的職能、角色，協同工作中的各種信息資源，進行信息交流和對信息資源進行操作所應遵循的協同規則及各種協同機制。文獻[6]中因此提出協同活動模型，對協同模型的相關元素進行抽象，對其中元素需要的屬性進行封裝，得到7個子模型，分別為協同活動對象、協作成員對象、協作角色對象、消息對象、規則對象、資源對象和代理對象。

3.2擴展的工作流元模型

本文針對目前對工作流元模型定義階段的需求，對WFMC提出的工作流元模型進行改進，提出一種優化的工作流元模型如圖2所示：

改進的元模型不僅僅是將過程定義中活動的屬性獨立成元素，還引入了以下元素：子流程、活動狀態、事件、觸發器、規則以及連接狀態降低元素的耦合度以達到定義階段的靈活性和動態性并且引入協同活動模型的全新元素，使工作流元模型在屬性定義方面考慮到了工作流中協同任務分配的各個要素。

3.2.1協同活動模型的引入

通過引入協同活動模型，可以從模型定義階段對工作流某個不確定的節點完成多任務協同操作進行支持。

3.2.2連接符的引入

連接器主要由連接裝置和轉移狀態兩個部分組成[7]。連接裝置負責活動之間的連接機制，主要包括工作流的主要路由結構和標示活動的前驅和后繼節點以及轉移產生的約束條件，把路由結構類型（orsplit、orjoin、andsplit 以及 andjoin）的說明從活動中提取出來，而轉移狀態表示是目前已連接態還是未連接態。當需要動態改變流程實例的時候，我們只需要改變它的前后連接器即可。

3.2.3子流程的分離

在原來工作流元模型中，子流程是活動元素中的一種類型[8]，在本文擴展的工作流元模型中，將子流程獨立出來，我們可以使工作流的描述更加的簡潔易懂，增加工作流程的層次性，也可以更加方便的對工作流程進行合理性分析。

3.2.4活動狀態的分離

分離了活動的屬性，活動實例的狀態可以在就緒、激活、掛起、完成、終止之間靈活改變。

3.2.5角色元素屬性的增加

在角色元素的基礎上，對于角色四元組（Id， Type， Name， Specialty， WFP_Id）中Type集合元素中添加任務執行者和任務分配者兩個角色，增加對協同任務中人員組織分配任務的支持。

3.2.6事件、觸發器、規則的引入

現有的工作流過程定義語言 WPDL是一種靜態的文本描述語言，給出了一般的模型元素和定義了其相應的屬性結構[9]。但是因為它是靜態的，不能很好的解決工作流中動態更改實例的要求，所以本文中引入事件、觸發器、規則能夠很好的解決此類問題，起到一個動態自適應的作用。通過引入ECA規則，一個工作流實例傳遞事件能夠自動觸發設置的規則，解決工作流的動態路由變換的能力。

4工作流模型的形式化

工作流可以表示為一個五元組 WFP=。其中每個組成元素的意義如下：

ID：流程定義的唯一標識符，用以區分不同的流程定義。

D：工作流 WFP的一般信息描述，包括流程定義的流程版本號、創建者、創建日期以及流程基本說明。

D=。

A：流程的活動集合，既可以是一般活動，也可以是動態活動。它可以表示為 A={a1，a2，a3，……，an}，每一個活動a都可以表示為一個八元組 a=。

E：規則集合 E={e1，e2，e3，…，en}。ECA 規則規定了活動間的轉移條件。

R：流程的執行結果，R是集合{Null，Success，Failure}中的一個值，即{Null，Success，Failure}，并且R的初始值為Null。

基于圖2所示的元模型，可以直接導出工作流的形式化模型。限于篇幅，本文僅對工作流中的活動狀態集、規則、角色、協同活動模型等進行介紹并且只介紹其主要屬性。

定義1活動狀態集

State = {S0，S1，S2，S3，S4，S5}，S0表示等待初始狀態，S1表示就緒，S2表示運行，S3表示完成，S4表示取消，S5表示異常終止。活動的狀態轉換和活動間的轉移都是由事件和條件觸發的。當活動狀態到達終止態時，觸發活動完成事件ECA規則來規定這些活動。

定義2規則的表達形式是[10]：

WHEN Events

IF Conditions THEN

Action

ENDIF

ENDWHEN

定義3角色形式化表示為

Role= < Id， Type， Name Specialty， WFP_Id >，其中Type、Name是角色標識和名稱；Specialty是角色能力的集合；WFP_Id是該角色所處的流程實例的ID，這里在Type中添加任務執行者和任務分配者兩個新屬性。

定義4協同活動模型元素表示為

Cooperate=

其中Cid代表所屬唯一標示符，C_ Activity代表協同活動元素，C_ Member代表協同成員元素，C_Role代表角色元素，C_ Information代表信息元素，C_ Rule代表規則元素，C_ Resource代表資源元素，C_ Agency代表代理元素。

定義5連接器元素表示為

Place=（Id ，Pre_T_Condition ，Pre_T_Ids，Post_T_Condition， Post_T_Ids， Type， Status ， WF_P_Id），其中Pre_T_Condition代表前置條件，Pre_T_Ids代表前置id，Post_T_Condition后置條件，Post_T_Ids代表后置id，Type代表路由類型，Status代表連接狀態。

定義6子流程元素表示為Sub_WFP

表示子流程集合，同時子流程也可以是一個流程過程，其描述和WFP工作流元組具有相同的結構，所有說子流程也可以再嵌套一個子流程，增加了流程的層次性。

下面通過科技管理平臺中的項目報表流程對改進的工作流元模型進行應用說明。

5元模型應用實例

在簡化的科技項目報表管理流程中，涉及到按照要求格式填報月報表，因為項目報表中處理任務工作量很大，這樣就在工作流程中涉及到了協同處理任務的能力。首先下達科技項目計劃，然后針對組織項目實施，按照要求填寫報表，然后審查、復查，形成項目送審稿、審核、復審，最后進行綜合審定。新的審批流程中，我們動態的加入一個協同編輯的模塊，分成多個子流程，進行匯總之后進行審查的環節，下面是科技項目報表流程的一部分。

可以看到，在原流程中，活動A1代表組織項目實施，A2代表填報日報，A3代表匯總審查，A4代表修改完善報表，P1，P2，P3代表連接器，封裝了相應的流轉規則。在修改后的流程中，我們在連接器P2上加入協同機制，并且加入了A5、A6兩個子流程實時協同地完成報表填報工作，填報完成后根據連接器P4的規則流轉到活動節點A3進行匯總審查的工作。具體描述轉換規則的ECA建模語言如下：

通過連接器并結合ECA規則能提高工作流動態改變實例的能力，并且通過引入協同機制在工作流定義階段考慮了其協同編輯，協同工作的能力，滿足工作流對靈活性和動態性的要求，實現了軟件自動路由的功能，增強其自適應的能力。

6結論

本文在工作流元模型中引入協同活動模型的特征，并且擴展了工作流標準元模型，引入連接符，子流程、活動狀態、事件、觸發器、規則來達到工作流能動態的改變實例的目的。該元模型從不同的角度對一般活動節點的動態屬性和過程修改進行了描述，為用戶提供了一種靈活的手段和動態支持能力，并提供了各種規則使修改后的工作流在繼續執行中有了保證。通過這種結合了協同機制和工作流動態變更特性的工作流元模型，為研究協同平臺的多人協同任務操作奠定基礎。

參考文獻

[1]趙文，胡文蕙，張世琨，等.工作流元模型的研究與應用[J].軟件學報，2003，14（6）：1052-1059.

[2]FLORES L，WINOGRAD A.Managing Business Processes as an information Resource[J]. IBM Systems Journal， 1994，33（2）：326-348.

[3]SADIQS， ORLOWSKAM. Pockets of flexibility in workflow specifications[A]. Proceedings of the 20th International Conference on Conceptual Modeling[C]. Yokohama， Japan： Springer， 2001.513-526.

[4]孫志瑞，史美林. 一個支持動態變化的工作流元模型[J]. 電子學報，2002，30（12A）：2052-2056.

[5]MENG J，STANLEY Y W.Herman Lam and Abdelsalam Helal.Achieving Dynamic InterOrganizational Workflow Management by Integrating Business Processes，Events and Rules[C].Proceedings of the 35th Annual Hawaii International Conference on System Sciences，pp.10-22，2002.

[6]李敏強，王琛CSCW系統中協同機制及協同活動模型[J].系統工程與電子技術2000（04）：190-196.

[7]The Workflow Management Coalition SpecificationDocument Number TC00-1003 Document StatusIssue 1.1， Author： David Hollingsworth， 2005.

[8]于帆，王葉. 工作流元模型改進研究[J]. 西安工業大學學報， 2012，11（32）：899-903.

[9]胡錦敏，張申生，余新穎.基于ECA規則和活動分解的工作流模型[J].軟件學報，2002，13（4）：0761-0767.

[10]朱文華，王茜.企業動態聯盟中柔性工作流地研究與實現[J].小型微型計算機系統，2003，24（4）：758-762.