工作流過程模型研究綜述

劉 鵬 袁 華 歐陽寧

(桂林電子科技大學信息與通信學院，廣西 桂林 541004)

工作流過程模型研究綜述

劉 鵬 袁 華 歐陽寧

(桂林電子科技大學信息與通信學院，廣西 桂林 541004)

工作流技術起源于辦公自動化領域，對提高企業運行效率方面具有重要意義。工作流模型的優劣則決定了工作流管理系統效率的高低。文章詳細闡述了四種常用的工作流過程模型，并總結了它們的優缺點，其中基于活動網絡的過程模型更適合企業建模。

工作流；過程模型；企業建模

工作流技術起源于20世紀70年代中期的辦公自動化領域的研究。按照工作流管理聯盟的定義，工作流是“按照一定預先定義的規則，使得文檔、信息或任務能夠在不同的參與者之間傳遞執行，從而實現全部或部分經營過程的自動化執行”[1]。工作流模型是對工作流的抽象表示，其中過程模型是工作流模型的核心。而當前常用的工作流過程建模方法有：基于活動網絡的建模方法、基于Petri網的建模方法、基于事件驅動的過程鏈建模方法、基于語言行為理論的建模方法[2-4]。其中，基于活動網絡的建模方法直觀、易于理解，非常適合企業建模人員使用。

1 工作流過程模型

在工作流建模問題上，許多研究人員提出了一些有價值的方法，目前典型的工作流過程建模方法有以下四種。

1.1 基于活動網絡的過程模型

基于活動網絡的過程模型把一個企業的經營過程看作一個有向圖，活動代表任務，活動之間的連接弧代表過程流轉的方向。比如IBM的工作流產品FlowMark[5]，在FlowMark中，一個完整的工作流過程由一個無自環的有向圖構成。組成模型的實體包括過程（process）、活動（Activity）、模塊（block）、控制連接?。╟ontrol connector）、數據連接弧（data connector）和條件（condition），他們之間的關系如圖1所示。

圖1 FlowMark實體之間的關系

由圖1可以看出過程（process）包含活動（Activity）和連接?。╟onnector）；連接弧可分為控制連接?。╟ontrol connector）、數據連接?。╠ata connector；模塊（block）類似于過程（process），不同之處體現在是否有唯一固定標示，是否可以應用在不同的工作流；條件（Condition）則可以綁定在連接弧（connector）上也可以綁定在活動（Activity）內部。下面對各個模型實體進行解釋。

（1）過程（process）：由一系列具體的活動和連接弧組成，為完成企業某一業務流程而定義的，一個過程就是用有向圖來表示的一個過程模型。

（2）活動：表示業務流程的某一具體任務，用有向圖中的一個節點來表示。它可以是程序活動(program activity)，也可以是過程活動(process activity)。程序活動是指在活動上綁定了一段程序代碼，當活動激活后，執行相應的程序代碼；過程活動強調的是模型的嵌套和層次化，該活動可以理解為一個子過程，當活動開始時，也就開始執行相應的子過程。

（3）模塊：模塊則沒有唯一固定標示，它只能被一個工作流過程所使用；過程有唯一固定表示，并且可以被多個過程使用。

（4）控制連接?。河脕磉B接兩個活動，并定義了過程的執行順序，在有向圖中以節點間的連接弧表示。

（5）數據連接?。憾x兩個活動之間的信息流，在有向圖中也以節點間的連接弧來表示。

（6）條件：用于定義過程執行中的約束，主要分為三種基本類型：轉移條件，綁定在連接弧上控制流程的流轉；屬于活動內部的有兩種：開始條件與結束條件。

1.2 基于事件驅動的過程鏈過程（EPC）模型

EPC(event-driven process chain)模型是由 Keller 等人提出的基于有向圖模型的建模方法，它主要被用于企業的經營過程重組(BPR)、工作流過程模型的定義與控制、軟件的配置與開發等領域[6]。

過程鏈的主要元素包括功能和事件，功能可以理解為“基于活動網絡過程模型”中活動或者工作過程。

活動即可被事件觸發，也可以通過執行活動產生相應的事件。這些功能和事件通過控制流彼此連接構成業務流程，邏輯操作符實現了分支（split）、匯合（join），使表達的流程更加豐富。

圖2 EPC元模型

圖2給出了一個 EPC 元模型，圖中各類模型元素的含義如下：

（1）業務事件：由業務流程的狀態改變引起，通常是完成某一功能后的響應。

（2）業務功能：通常是指業務流程中一項具體任務，可以分為人工任務和自動任務：人工任務由組織單元中相關人員完成；自動任務是通過激活應用程序來自動完成。

（3）控制流：連接功能與事件的有向弧，表示過程的流轉方向。

（4）邏輯操作符：由分支與匯合及它們的約束（AND、OR、XOR）組成，一共有八種。

（5）業務/信息對象：主要是指業務流程執行時，每個功能所需要用到的數據。即可作為功能的輸入，也可作為功能的輸出。

（6）組織模型：它反映了企業人員與工作任務之間的關系。

1.3 基于Petri網的過程模型

Perti網的概念最早是由原西德的C.A.Petri博士于1962年提出的，是一種適用于多種系統的圖形化、數學化建模工具[7]。過程模型由條件和事件組成，分別用“庫所”及“變遷”表示。變遷是主動元素，在工作流模型中經常表示事件、操作、轉換或傳輸，用矩型表示。庫所是被動元素，不能改變Petri網的狀態，在工作流模型中通常表示媒介、緩沖器、地理位置、狀態、階段或條件，用圓圈表示。庫所中的黑點代表可以使用的資源或數據，稱為標記或托肯。Petri 網中的庫所和變遷用有向弧連接。

Petri網具有規范的語義和圖形語言，是一種基于狀態的過程建模方法，它表達能力豐富，更具有柔性特征。但它無法體現數據流，建模元素數量很多，隨著模型復雜程度上升，建模元素數量也會相應升高，不易于用戶理解。

1.4 基于語言行為理論的過程模型

傳統工作流過程模型著重于活動及其邏輯關系的研究，對于參與者之間的交互則涉及較少。如上面提到的基于活動網絡的過程模型和基于事件驅動的過程鏈模型。Winograd 與Flores 在“語言行為”理論的基礎上提出了一種協作過程的建模方法。他們認為，人的語言不僅可以描述事物、交流信息，而且還能夠進行行為的計劃與協調，通過語言能夠承諾自己未來的行為，通過語言也可以協調自己與他人的合作[8]。

基于語言行為理論的工作流模型中，業務過程被分解為一系列的對話協作過程，每一次對話協作過程被表示為一個閉合的行為工作流環（Action workflow loop），每個工作流環包含四個階段：需求、協商、執行和滿意。

這種過程模型適合以人的交互為特征，具有易變性、不固定的業務流程。它能夠處理復雜多變的經營過程。但無法支持層次化建模，不適合比較固定的企業經營過程，對于建模人員來說由于無法完全列出所有可能的語言行為，不利于用戶理解。

2 四種過程模型的比較

通過對以上四種典型的工作流過程模型的分析看以看出。

基于活動網絡的過程模型相對于Petri網、EPC模型，可讀性最好，對于非專業人員來說是一種最直觀、最容易理解的過程表達方式，因此是一種最常用的工作流過程模型，但此過程模型缺乏柔性，比較適合流程固定，顯得比較死板。

EPC 模型包含較多的建模元素，隨著企業業務流程復雜程度的增加，組成模型的建模元素數量也將成倍增加，可視化工作流比較大，且缺乏對各業務處理之間的數據流的描述。但 EPC 模型描述能力強且容易理解。

Petri網具有嚴格語義與圖形語言，能精確定義過程的控制邏輯，但無法體現數據流，并且組成模型的元素數量過多。Petri 網基于狀態的特點是通過在模型中增加表示狀態的模型元素來實現。Petri 網實際上是通過庫所中的托肯顯式地表達過程的狀態，而基于活動網絡的過程模型則因為沒有單獨表示狀態的模型元素，只能隱式地或通過其他方法來表達相關狀態。因此，這就大大增加了 Petri 網組成模型的元素數量，一個基于活動網絡的模型中的活動對應 Petri 網中的一個庫所、一個變遷以及一條使它們互連的連弧來表示，這必然使模型變得復雜化。即使是一個比較簡單的過程，其相應的 Petri 網模型也會有較多的庫所與變遷，對于復雜的業務流程，這一問題則更顯突出。

綜上所述，在描述能力、可讀性、是否體現數據流、是否引入狀態、是否引入組織模型等方面不同的模型有其不同的側重點，很難精確的斷言某個模型就是最優的，我們應該針對具體問題，結合過程模型的特點及優缺點，選擇適當的過程模型來建模。

對于企業來說，經營過程是比較固定的，而且企業的建模人員專業性較弱，可觀性好、易于理解是非常重要的，因此基于活動網絡的過程模型相對其它模型更加適合企業的應用，為了彌補基于活動網絡過程模型的不足，可以吸收其它模型的一些優點，比如：引入狀態元素，使模型的表達能力得到提高；引入邏輯操作符元素，增加系統靈活性等。

3 工作流模型的發展趨勢

工作流模型主要研究工作流模型設計和描述語言，前者包括實現流程的各種實體元素和數據，如流程開始和結束條件，組成流程的各個實體、實體之間是如何傳遞數據的，以及所需調用的應用程序等等。模型可以通過兩種方式來描述：非形式化和形式化，非形式化包括圖形和表單，形式化如XML文檔等。

目前，很多研究機構著重研究基于 OOT、基于AI和基于集成的工作流模型，預計仍是近幾年研究的焦點。由于工作流過程模型各有利弊，所以在研究過程建模理論基礎，開發新的過程定義方法的同時，吸收各個模型的優點構建新的過程模型是十分有效的方法，工作流模型的研究也在朝著這個方向發展。如何描述工作流各種元素之間的關系，尤其是活動之間的前驅后繼關系，也是目前工作流過程模型的一個研究熱點。

[1] TC00-1003-1995. The Workflow Reference Model[S]. Workflow Management Coalition,1995.

[2] 鄭長友,劉曉明,姚奕,等.基于Petri網的面向測試的工作流系統建模方法[J].電子科技大學學報, 2014,43(1):119-124.

[3] 張朝輝,劉大為,劉偉江.工作流建模技術綜述[J].微電子學與計算機,2008,25(10):69-71.

[4] 劉怡,張子剛,張戡.工作流模型研究述評[J].計算機工程與設計,2007,28(2):448-451.

[5] 尚世峰,姜進磊,鄭緯民.CWFlow:支持資源自適應使用的云工作流框架[J].清華大學學報(自然科學版), 2013,53(3): 415-420.

[6] Yan Cai. Comparative Analysis of the Workflow Modeling [J].Management of e-Commerce and e-Government(ICMeCG), 2012 International Conference on. IEEE,2012:226-229.

[7] 焦合軍,張璟,李軍懷,等.協同設計中基于混合Petri網的云工作流表示模型[J].應用科學學報,2014,32(6): 646-651.

[8] Medina-Mora, Raul, Terry Winograd. The Action Workflow approach to workflow management technology ACM[J]. Proceedings of the Conference On Computer-Supported Coooperative Work, Toronto, November,1992.

Review on the research of the workflow process model

The origin of workflow technology in office automation field, has an important significance to improve the operating efficiency of enterprises. The advantages and disadvantages of workflow model determines the efficiency of workflow management system. This paper introduces four common workflow process model, and summarizes their advantages and disadvantages, the process model based on active network is more suitable for enterprise modeling.

Workflow;process model; enterprise modeling

TP393

A

1008-1151(2015)03-0027-03

2015-02-10

廣西科技開發項目（桂科攻1348020-6，桂科能1298025-7）。

劉鵬（1989－），男，桂林電子科技大學信息與通信學院碩士研究生，研究方向為智能信息處理；袁華（1975－），男，桂林電子科技大學講師，研究方向為圖像處理、智能信號處理；歐陽寧（1972－），男，桂林電子科技大學教授，研究方向為智能信號處理。