基于擴展元模型的智能動態(tài)工作流建模方法

1、 計算機應(yīng)用研究JournalofApplicationResearchofComputers基于擴展元模型的智能動態(tài)工作流建模方法申利民1王磊1朱彩云1牛曉云21(燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北秦皇島066004)2(鐵道學(xué)院計算機系河北石家莊050034)摘要：為了提高工作流的智能性和動態(tài)性，對原有的工作流過程元模型進行擴展，提出一個基于該擴展元模型的智能動態(tài)工作流模型。該工作流模型引入控制規(guī)則來約束流程的實例化，并提出一種獨立于工作流系統(tǒng)的規(guī)則協(xié)調(diào)器，工作流通過該協(xié)調(diào)器對流程規(guī)則解析實現(xiàn)流程的智能動態(tài)變化。建立在智能動態(tài)工作流模型上的工作流管理系統(tǒng)不僅具有智能性和動態(tài)性，在通用性以及柔

2、性方面也有很大的提高。關(guān)鍵詞：元模型；智能動態(tài)工作流模型；規(guī)則；規(guī)則協(xié)調(diào)器Themethodonmodelingintelligentdynamicworkflowbasedonexpandmeta_model1SHENLimin1WANGLei1ZHUCaiyun2NiuXiaoyun1(CollegeofInformationScienceandEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao,066004,China)2(Computerdepartment,ShijiazhuangRailwayInstitute，Shijiazhuang,050034

3、)Abstract:Toimprovetheintelligenceanddynamicofworkflow,toexpandoriginalmeta_modelofworkflowandaIntelligenceandDynamicWorkflowModel(IDWFM)basedonthismeta_modelwasproposed.IDWFMConstraintExamplesofprocessesusingRule,andFlow-CoordinateSystem(FCS)independentoftheworkflowwasproposed.WorkflowrealizedIntel

4、ligentdynamicchangebyexplainingrule.WorkflowmangmentsystembasedonIDWFMnotonlyhaveacertaindynamicandtoperfectitinflexibilityandcompatibility,andatthesametimeenableWorkflowManagementSystemtobeofTransportability.Keywords:meta_model;IntelligenceandDynamicworkflowmodel;Rul;Flow-CoordinateSystem作者簡介：申利民、1

5、962、男、教授/博士、主要研究柔性軟件，協(xié)同技術(shù)；王磊、1984、男、碩士、主要研究工作流技術(shù)；朱彩云、1982、女、碩士、主要研究空間數(shù)據(jù)庫；牛嘵云、1984、女、碩士項目基金：河北省自然科學(xué)基金資助項目項目編號(F2008000861)0引言工作流(workflow)是經(jīng)營過程的全部或部分自動化1，工作流技術(shù)為企業(yè)更好地實現(xiàn)過程的組織管理與流程優(yōu)化提供了先進的手段。隨著企業(yè)環(huán)境的持續(xù)變化和企業(yè)目標的不斷調(diào)整，提高工作流的柔性成為工作流研究領(lǐng)域的熱點問題之一。但是，當前柔性工作流的研究主要偏重于柔性工作流的實現(xiàn)技術(shù)2，更多地體現(xiàn)在對變化的被動靈活反應(yīng)，而在動態(tài)變化競爭環(huán)境中，缺乏隨機應(yīng)變的

6、能力,即柔性工作流的智能性、動態(tài)性有待提高?；诖耍疚膶υ械墓ぷ髁鬟^程元模型進行擴展，擴展元模型支持業(yè)務(wù)流程與規(guī)則的集成。在該擴展元模型的基礎(chǔ)上提出了一種智能動態(tài)工作流模型(IntelligenceandDynamicWorkflowModel,IDWFM)。該模型在工作流中引入控制規(guī)則實現(xiàn)對流程的動態(tài)控制，并提出一個獨立于工作流系統(tǒng)的流程規(guī)則協(xié)調(diào)器(Flow-CoordinateSystem,FCS),該協(xié)調(diào)器可以識別用戶輸入的信息，通過對信息以及規(guī)則的解析實現(xiàn)流程的智能選擇，以及動態(tài)運行。在FCS的支持下，工作流管理系統(tǒng)的柔性和通用性也獲得了提高。最后，通過一個具體的實例說明IDWFM

7、能夠顯著提高工作流的動態(tài)性、智能性。1工作流過程元模型的擴展工作流管理聯(lián)盟(workflowmanagementcoalition，簡稱WFMC)定義了一個工作流過程元模型，該模型通過活動、轉(zhuǎn)換條件、角色、工作流相關(guān)數(shù)據(jù)、被調(diào)應(yīng)用5類元素描述工作流的組成及邏輯關(guān)系3。該模型適于描述具有標準、穩(wěn)定的流程輸入、輸出的業(yè)務(wù)，以利于業(yè)務(wù)過程能夠一致、準確、高效、可靠地執(zhí)行。當前工作流專注于業(yè)務(wù)流程的表示，工作流元模型不支持流程動態(tài)生成以及智能流轉(zhuǎn)的描述。為此，對原有的工作流元模型進行擴展，并做相應(yīng)的變化，使得工作流中動態(tài)因素在元模型中更好的描述。圖1為擴展后的工作流過程元模型。Mayreferto圖1

8、擴展工作流過程元模型由圖1可以看出對原有的工作流元模型進行了擴展，圖中陰影部分為新引入的元素，分別為：可擴展規(guī)則和規(guī)則引擎，其它元素的含義與WFMC給出的元模型元素一致?？蓴U展規(guī)則(extentRule)，是指流程運行過程中動態(tài)變化以及智能更改所必須遵守的約束條件，它主要包括：路由規(guī)則、活動屬性更改規(guī)則、自定義規(guī)則三種約束規(guī)則。其中，路由規(guī)則主要負責(zé)控制流程的走向；活動屬性更改規(guī)則負責(zé)控制流程運行過程中工作流活動屬性變化；自定義規(guī)則主要是指流程運行中活動參與者自己定義的規(guī)則，通過它系統(tǒng)可以實現(xiàn)部分環(huán)節(jié)的自動運行、智能流轉(zhuǎn)。自定義規(guī)則包括兩種：一種是上級定義規(guī)則，一種是用戶自定義規(guī)則，上級定義規(guī)

9、則優(yōu)先級高于自定義規(guī)則。通過引入可擴展規(guī)則，模型可以更好的描述工作流中動態(tài)變化的因素，從而更好的實現(xiàn)工作流的動態(tài)性以及智能性。規(guī)則引擎(Ruleengine)，主要負責(zé)對擴展規(guī)則以及轉(zhuǎn)移條件進行解析，并把解析的結(jié)果傳送給工作流引擎。規(guī)則引擎可以根據(jù)需要調(diào)用流程規(guī)則并且對規(guī)則進行解析，根據(jù)解析的結(jié)果實現(xiàn)流程的動態(tài)變化、智能流轉(zhuǎn)。擴展后的元模型可以很好的描述流程中的動態(tài)因素，給業(yè)務(wù)流程的建立提供了更好的擴展性?；谠摂U展后元模型建立的工作流管理系統(tǒng)具有更強的動態(tài)性以及智能性。2基于擴展元模型的智能動態(tài)工作流模型2.1智能動態(tài)工作流模型形式化描述智能動態(tài)工作流模型的形式化如下：定義1：IDWFM=V

10、er,D,A,E。其中，Ver為工作流的惟一版本號；D為動態(tài)工作流的一般信息，如對流程的基本描述、流程的創(chuàng)建日期等，D可表示為一個多元組：D=；A為流程中的活動集合；E是工作流的可擴展規(guī)則集合，它可以表示為一個二元組E=TAPi,TCRi，其中，TAP.為在流程運行中動態(tài)變化的活動組成i的集合，TAP.=a1,a2，.,ai，它可以在流程實例運行過程中被動態(tài)的選擇。TCR.為活動屬性動態(tài)變化自主計算實體規(guī).則集合，TCRi=RulR,RulA,Ru。其中，RulR為路由規(guī)則；RulA為活動屬性更改規(guī)則；Rulp為自定義規(guī)則。定義2:工作流活動ai=ID,Name,Typei,Ruli,Ex_A

11、。其中，ID為活動的唯一編號；Name為活動的名稱；Type為活動的類型,TypqStart,End,GeneralActivity,RoutingActivity,AutoActivity，當Typei=generalActivity時，Ruli為空，當Typei=RoutingActivity時Rule表示路由規(guī)則，當Typei=RoutingActivity時Rule表示自定義規(guī)則；Ex_A=N_Ai,V_Ai|i=1,2,.,n為活動可擴展的屬性集合，其中N_A為屬性的名稱，V_A為屬性的值。通過定義活動的可擴展屬性，就可以對活動的屬性進行描述，如生產(chǎn)過程中工人工作時間、溫度控制、等，

12、這些屬性是動態(tài)可擴展的屬性值是動態(tài)可變化的。定義3:弧e用于傳遞業(yè)務(wù)過程中兩個業(yè)務(wù)活動之間的數(shù)據(jù)信息和控制信息，是連接弧集合E的一個元素。e=ID,WFID,Name,Type,AF,AE，是一個六元組。其中，ID為連接弧的標識；WFID為連接弧所屬流程ID；Name為連接弧的名稱；Type為連接弧的類型，TypeStatic,Dynamic，Type=Static表示連接弧在建模時建立；Type=Dynamic表示連接弧在流程運行時建立的是一個臨時連接弧。AF為連接弧的源活動；AE為連接弧的目標活動。2.2智能動態(tài)工作流模型體系結(jié)構(gòu)智能動態(tài)工作流模型結(jié)構(gòu)如圖2：該模型右半部分即WfMC提出的

13、工作流參考模型，左半部分即FCS。IDWFM工作流模型與傳統(tǒng)工作流模型的不同主要體現(xiàn)在以下幾個方面：任務(wù)表管理器不僅管理和維護任務(wù)表，還引用FCS，提供用戶界面讓用戶選擇意見，并且可以自定義規(guī)則。用戶執(zhí)行提交操作時，它將檢查用戶有沒有完成必要的任務(wù)，有沒有簽署必要的意見。通過引用FCS接口判斷本結(jié)點是否具有解析規(guī)則，如果有，則把簽署意見送入FCS系統(tǒng)，由路由規(guī)則引擎負責(zé)解析規(guī)則，并把解析的結(jié)果送回到工作流引擎。如果超過時限，則調(diào)用自定義規(guī)則，系統(tǒng)服務(wù)將根據(jù)設(shè)定的規(guī)則進行流程的流轉(zhuǎn)。工作流引擎通過FCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口與其路由規(guī)則引擎進行交互，工作流中的一部分功能將由路由規(guī)則引擎負責(zé)，比如：規(guī)則解

14、析、活動屬性的更改、以及流程動態(tài)更改。這將大大地減少工作流引擎的負擔，使工作流引擎專注于任務(wù)的分配。工作流引擎接受到任務(wù)后將根據(jù)條件對任務(wù)進行分配，如果當前結(jié)點需要進行規(guī)則的解析，則工作流將把工作分配給路由規(guī)則引擎，并把意見傳送到FCS系統(tǒng)，由FCS中的路由規(guī)則進行解析，解析完成后把結(jié)果送回工作流引擎，工作流引擎根據(jù)結(jié)果進行任務(wù)的分配。這樣實現(xiàn)流程的智能流轉(zhuǎn)。從圖2所給的模型可以看出，F(xiàn)CS系統(tǒng)與工作流參考模型是相互獨立的，他們之間通過數(shù)據(jù)接口進行交互，因此當同一個流程應(yīng)用于其他的部門時，只需要通過FCS提供的設(shè)計器對意見字典和規(guī)則庫進行更新，而不需要通過工作流系統(tǒng)進行更改，這樣就可以非常迅速

15、方便地實現(xiàn)工作流管理系統(tǒng)的移植，從而提高了工作流管理系統(tǒng)的可移植性、通用性。3FCS系統(tǒng)傳統(tǒng)的工作流產(chǎn)品提供一定的意見路由支持功能。但是它們存在著以下不足：無法識別動態(tài)意見，無法根據(jù)流程中的信息項實現(xiàn)流程的動態(tài)變化、智能流轉(zhuǎn)。并且這些只是提供了對意見路由的支持，功能比較單一。傳統(tǒng)工作流中的路由解析由工作流引擎負責(zé)，而且在建立模型的同時，路由規(guī)則已經(jīng)固定好，無法實現(xiàn)規(guī)則的動態(tài)變化，而且當需求變化的時候，往往要對引擎做出調(diào)整。規(guī)則的解析由工作流引擎負責(zé)，從而加大了引擎的負擔，而且解析器的設(shè)計比較固定不容易更改?；诖?，本文提出一個獨立于工作流系統(tǒng)的流程協(xié)調(diào)器系統(tǒng)(FCS)，在工作流中引入FCS可以

16、更加靈活地處理復(fù)雜的流程，提高系統(tǒng)的智能性以及動態(tài)性，并且通過對FCS的更改，可以達到對系統(tǒng)的更改，提高了系統(tǒng)的通用性。FCS系統(tǒng)獨立于工作流系統(tǒng)，它與工作流系統(tǒng)共享同一個數(shù)據(jù)庫，并且通過本身提供的交互接口與工作流引擎進行交互，其結(jié)構(gòu)如圖3：12圖3FCS體系結(jié)構(gòu)規(guī)則設(shè)計器規(guī)則設(shè)計器主要負責(zé)設(shè)計系統(tǒng)中用于約束工作流動態(tài)因素變化所必須遵守的條件。當需求變化的時候，可以通過規(guī)則設(shè)計器修改規(guī)則從而達到對流程的設(shè)置，提高了系統(tǒng)的柔性。意見字典設(shè)計器業(yè)務(wù)負責(zé)人簽署的意見必須是計算機可以識別的規(guī)范化的意見，業(yè)務(wù)負責(zé)人只能從這些規(guī)范意見中進行選擇，而不能隨心所欲地在意見欄內(nèi)填寫意見，從而“制造”出計算機無法

17、理解的新意見。為此需要建立意見字典，用于存儲意見ID和意見名稱。通過意見字典設(shè)計器可以隨時進行添加以適應(yīng)不同審批系統(tǒng)的需求。此外，根據(jù)動態(tài)工作流的需要，意見字典還必須包括其它屬性項。該意見是否是動態(tài)意見，即選擇該意見是否還需要指定對應(yīng)的業(yè)務(wù)負責(zé)人（甚至還可以規(guī)定所指定的人員的角色類型、部門范圍等等）。該意見是否是路由意見，即選擇該意見是否與路由有關(guān)，如果與路由有關(guān)，那么選擇該意見意味著下一個活動將是哪一個活動。路由規(guī)則引擎路由規(guī)則引擎負責(zé)解析流程的規(guī)則。通過對流程規(guī)則的解析完成工作流動態(tài)因素的動態(tài)更改，包括：流程活動屬性的動態(tài)更改、動態(tài)添加、刪除流程活動。路由規(guī)則引擎通過交互接口完成與工作流引

18、擎的數(shù)據(jù)交換。通過加入路由引擎可以大大降低工作流引擎負擔，也降低了工作流引擎的復(fù)雜度。交互接口交互接口負責(zé)與工作流引擎進行數(shù)據(jù)的交換，它主要包括兩個接口：RulExplain（規(guī)則解析接口）GetNexeNode（）EditNode（）7IsHaveRul（）Getdate(數(shù)據(jù)提取接口)Getopinion()Getrul()圖4FCS交互接口規(guī)則解析接口規(guī)則解析接口主要描述FCS系統(tǒng)對工作流引擎提供的功能。其中，GetNexeNodeModelID函數(shù)主要是用于解析規(guī)則得到當前流程下一個活動，輸入的參數(shù)分別為：當前活動意見、流程模板ID、活動模板ID；EditNode函數(shù)負責(zé)更改活動屬性，

19、輸入的參數(shù)依次為：當前活動意見、流程模板ID、活動模板ID；IsHaveRul函數(shù)判斷當前活動是否具有解析的規(guī)則，如果返回真則表示當前活動具有解析的規(guī)則調(diào)用上面兩個函數(shù)，否則不調(diào)用路由規(guī)則引擎。數(shù)據(jù)提取接口數(shù)據(jù)提出接口描述FCS對外提供的數(shù)據(jù)獲取功能。其中，Getopinion函數(shù)主要是獲取意見列表,參數(shù)為流程模板ID。Getrul函數(shù)用來獲得某個活動的規(guī)則，參數(shù)分別為：流程模板ID、活動模板ID。以上接口中的函數(shù)可以根據(jù)需要進行擴展。4實例FCS系統(tǒng)的運行過程是和工作流引擎交互的過程，通過FCS系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)的交換。本節(jié)將一個簡單的審批流程為例子介紹流程動態(tài)智能流程的過程。圖5為

20、一個審批流程的流程圖。登記崗位責(zé)任人審核*主管處長審核-*黨委擴-大會議，局長審核備案圖5：審批流程圖該流程的關(guān)鍵路徑為登記-崗位責(zé)任人審核-主管處長審核-局長審核-備案。而黨委擴大會議為一個動態(tài)活動，它是在流程運行過程中動態(tài)添加的。流程中“主管處長審核”環(huán)節(jié)的審批時限是動態(tài)變化的。下面介紹整個流程的動態(tài)運行：假設(shè)審批輸入的信息項如下：審批項目名稱：爆炸物品生產(chǎn)審批生產(chǎn)產(chǎn)品：12#工業(yè)用炸藥數(shù)量：12T緊急程度為：緊急意見字典為：同意生產(chǎn)、不同意生產(chǎn)；系統(tǒng)規(guī)則如表1：表1：審批環(huán)節(jié)系統(tǒng)規(guī)則審批環(huán)節(jié)規(guī)則崗位責(zé)任人審核Rulp=1008，002，“崗位責(zé)任人審核，“上級指定規(guī)則”,IF（超過時限流

21、程自動通過，審批意見為：同意生產(chǎn)）主管處長審核RulA=1009，IF（事項類型為緊急）THEN環(huán)節(jié)中時限更改為1天。Rul“=1010,“add“，IF（意見為“同意生產(chǎn)”并且物品的數(shù)量10T）THEN增加環(huán)節(jié)“黨委擴大會議”，“主管處長審核”。流程運行過程如下：當?shù)怯浫藛T登記完后，提交申請，工作流引擎首先調(diào)用RulExplain中的IsHaveRul函數(shù)，函數(shù)返回false，這樣FCS系統(tǒng)將不進行工作，工作流引擎將負責(zé)解析流程模板，把任務(wù)發(fā)送給崗位責(zé)任人審核這個環(huán)節(jié)的任務(wù)處理人員。崗位責(zé)任人審核的處理人員得到任務(wù)后在任務(wù)處理界面進行審批，根據(jù)信息處理人員選擇了意見為“同意生產(chǎn)”。如果在規(guī)定時限內(nèi)審批，審批的過程為：提交任務(wù)后工作流引擎同樣調(diào)用IsHaveRul函數(shù)，返回值為true，因此工作流引擎通過調(diào)用EditNode函數(shù)把任務(wù)發(fā)送給FCS系統(tǒng)的路由規(guī)則引擎，引擎根據(jù)規(guī)則對“主管處長審核”這一環(huán)節(jié)的屬性進更改完成后函數(shù)返回true，并把結(jié)果送給工作流引擎，引擎得到返回結(jié)果后再次進行任務(wù)的分配，把任務(wù)發(fā)送給下一個審批環(huán)節(jié)的處理人員?！爸鞴芴庨L審核”這一環(huán)節(jié)的處理人員得到任務(wù)后在規(guī)定的時限處理任務(wù)，選擇同意生產(chǎn)，這樣工作流引擎通過調(diào)用GetNexeNode函數(shù)把