协同工作流过程模型的时间机制研究
2011-12-20蒋国银刘行军
蒋国银,刘行军
(湖北经济学院 信息管理学院,湖北 武汉 430205)
●模型研究
协同工作流过程模型的时间机制研究
蒋国银,刘行军
(湖北经济学院 信息管理学院,湖北 武汉 430205)
时间机制是工作流过程模型的一个关键部分,开展时间机制研究,对于增强工作流过程模型的柔性和提高企业竞争力具有重要意义。文章通过总结当前关于工作流过程模型的时间约束机制研究工作的不足,基于时间约束的过程模型,探讨了自动和手动触发实例的时间约束变量设定方法,简单讨论了不同时区下时间映射方法,并辅以算例解释,为分布式环境下企业工作流过程模型应用提供了方法指导。
工作流过程模型;时间约束机制;时区
一、引 言
随着网络和信息技术的发展,企业之间的竞争日益激烈,提升核心竞争力和敏捷性成为企业当前的迫切任务。作为提高核心竞争力的主要手段,并行工程、经营过程重组以及敏捷制造工程等管理思想对企业发展起着重要的作用,而这些管理方法的核心思想在于对流程的管理或改造,需要工作流管理系统的支持。
工作流过程模型是工作流管理系统的核心。现代组织的信息环境的动态性、分布性、异构性和自治性的特征日益明显,传统的工作流模型缺乏对动态变化所必须的柔性支持[1],时间成为影响流程运行和资源分配的关键因素,具有时间约束描述功能的时间工作流过程模型成为当前研究的重点。当前对时间约束研究工作主要有:
(1)关键路径约束[2-3]:通过相关算法找出工作流程的关键路径,对关键路径最大完成时间进行估算,并以此时间控制其他路径任务执行时间;
(2)时间区间约束[4,5]:为每个活动设置最早和持续约束时间,活动的执行应在约束时间内,否则为异常,若活动时间约束为不确定变量,可对开始时间和结束时间分别用时间区间描述[6],也可能用模糊量进行描述[7];
(3)时间段约束[8]:对工作流程中任意两个活动之间分配一时间段或时间常量,而活动正常执行期间应在该时间段或时间常量内;
(4)超级时间约束[9]:在前面两类约束基础上,将流程中时间约束分为建立和执行时两类,为分布于不同时区业务过程建立在不同的时间轴,其中一个作为参考轴,当涉及与时间有关的业务过程时,将其他轴的时间映射至参考坐标轴;
(5)扩展时间约束:超级时间约束考虑了时区约束问题,但只是基于同一流程的时间约束研究,没有考虑并行流程时间约束和同一流程的多个实例的时间约束问题。文献[10]定义了一类规则,用于描述同一流程的时间约束和不同流程时间约束问题,但该类规则应用前提为流程已知,流程实例间的时间约束在运行前预先静态设定,而这些设定值并非通过一定的计算机制动态求得,通常靠人为的经验估计,当流程发生改变,所有的流程的时间约束参数得重新手工变动,针对动态的流程运行环境,这种静态设定方法显得尤为不便和不科学,所以动态灵活地设定约束时间具有重要意义。
在业务过程的实例中,不同的实例,其优先级别不同,在系统中逗留的时间也各异,正是这种差异,使得业务过程的逻辑及实例的资源分配变得愈为复杂,尤其是在这种环境下的资源分配问题,没有得到很好的解决。当前的研究工作均考虑了过程的时间属性,都从静态的角度出发考虑了时间的影响,设定了变迁的静态触发时间,即设定了触发时间的上下限,但没有探讨上下限如何设置;讨论了先进先出的排队机制,即静态的考虑了不同流程按先进先出 (FIFO)的规则进行资源分配,事实上,由于同一流程的不同实例和不同的流程,其优先级别不尽相同,对于高优先级别的流程,有可能终止当前流程的服务或插队服务,所以,对过程的动态特性还需考虑。
本文以扩展的 Petri网为例,探讨过程模型的时间约束机制。先设计过程模型的时间机制,然后详述相关时间参数的设定方法和分布环境下的时间调准方法,并辅以算例进行说明。
二、基于时间约束机制的工作流过程模型
工作流过程建模方法有很多,相关的研究工作也很多,以扩展的 Petri网为例,探讨过程模型的时间约束机制。
定义:扩展对象网XOPN=(OPS,R,C,FT,I,O,M0),其中:
(1)OPS为一系列对象库所组成的对象网系统;R活动变迁集合;C为颜色托肯集合;I是连接从对象到拥有颜色托肯变迁之间的弧的转移函数;O是连接从拥有颜色托肯变迁到对象之间的弧的转移函数;M0为模型的初始标志。对于 OPS、R、C、I和 O的详细定义参阅文[11]。
(2)FT=FI∪FD∪FE,其中:
Q+为正实数, INT为变迁的静态触发时间,即变迁的服务时间,通常用期望服务时间来表示;DWT为变迁的触发等待时间,即变迁准备触发到变迁触发的时间,其值为相对值,即相对于变迁准备触发时间点;EWT为变迁的期望等待时间,由排队理论计算得到。
三、时间约束参数的设定与调准
(一)时间参数设定
对于工作流过程建模,其流程的运转有两种方式,即系统自动触发运作,如产品信息处理流程中的产品信息管理类[11],由系统自动触发处理;还有一种是手工触发处理,如总工程师审批类。对于不同的触发方式,其时间参数的设定方法将不同。下文将对这两种触发方式的流程实例进行参数设定进行分别探讨。
1.自动处理实例时间参数设定
由于面向对象的特点,自动处理机制可以产生多个实例,即相当于由多个人工去执行或处理该实例,当有多个实例同时到达某一流程节点处,系统将产生多个处理机制分别处理各个实例,不存在等待现象,这种服务方式相当于排队理论中无穷多个服务台情况 (M/M/∞)[12],令流程实例的到达率为λ,而系统的服务率为μ,由于是 0等待,则流程实例的 EWT为 0,每个实例的服务时间 INT即为在系统中的平均逗留时间,即:
其平稳分布函数:
故系统拥挤概率小于某一确定值α时 (α为常数),其系统自动处理机制的个数 n应满足下式 (n为变量,待求值):
假设流程的实例到达该处理机制的过程为 Poisson过程,其到达率为模拟求得 n,对系统自动处理类进行优化设计,以保证流程实例的正常运行,尤其可以对WebService服务数进行控制。
2.手工处理实例时间参数设定
一般情况,该实例由一个人或一个单位去处理,故其服务模式为单服务机制,又由于不同实例和不同的流程可能具有不同的优先级别,在使用资源时的时间顺序也可能不相同,因此依据具有优先级别的强制服务排队理论对流程的时间参数进行设定,该方法也包括先来先服务 (FIFO)的服务思想 (所有流程实例的优先级别相同,则按先来先服务的思想执行)。
λ,λi为具有优先级别 i的流程实例的到达速率,该流程被执行或被服务时间均服从负指数分布,其服务率为μ,记Wqi,Wsi分别为第 i级流程实例在系统中平均等待时间和平均逗留时间,Ws,1-k为 1,2…k级优先权流程实例在系统中每一个流程实例的平均逗留时间。
根据排队理论[11],i级流程实例的平均服务时间即为NT,则:
故 i级流程实例的 EWT=Wqi。
不论是自动触发过程实例还是手工触发实例,其 DWT为动态等待时间,即为系统实际的等待时间,其值应该小于等于期望时间,即 DWT≤EWT,否则出现异常。
(二)时间参数调准
为了支持全球的业务过程应用,工作流过程模型应用于全球范围,每个活动可能分布于不同的地理位置,也就是分布于不同时区[9]。传统的过程模型忽视了流相关时间因素,逻辑序列和时间序列关系,为便于统一时区管理,可进行时区映射。
1.确定时间参数映射
文献 [9]给出时区映射方法,参照该文献方法,引入时间调准准则,将所有的过程活动的时间约束映射至同一时区上。
记 axisk(k∈[1,n])为时区坐标轴,axisk(i)为活动 Ai的时间轴,时区差异函数 TD(axisi,axisj)为时间轴 axisi和时间轴 axisj的时间差,时区映射函数 T M(
在过程模型中,每一个活动的所有关于时间约束值都属于一个具体的时区,选定一个时区参考轴 axisi,利用时区映射函数将每个时间值映射至参考时区轴,图 1中,活动 B在活动A之后执行,axisi为参考时间轴,活动A为处于时间轴axisi上,则不需调准,而活动 B的一个时间参数 timej(1)在时间轴 axisj上,则需调准,将其调准至参考轴上的 timei(2)处,则有:
timei(2)=T M(
图1 确定时间映射
2.模糊时间参数映射
若活动在时间轴上的映射为不确定时间,此时活动的开始和结束时间不确定,可用模糊或者定性方法对时间进行描述,本文探讨模糊时间。如图 2所示,活动 B在活动 A之后执行,将非参考时间轴上活动B的时间关系映射至时间参考轴上,此时,可能出现 3种情形:(1)时间点 d’在时间点a之前。此时,系统活动 A和 B之间的逻辑关系有误,应提示错误;(2)时间点 c’在时间点 a和 b中间。在图 c’be区域,若活动A的结束晚于活动A的开始,系统出现逻辑错误,否则,系统正常工作,可用该三角区的面积代表出错可能性,面积越大,出现逻辑错误概率越大,反之,越小;(3)时间点 c’在时间点 b之后。这种情形下系统能正常工作。
图2 模糊时间映射
四、结束语
在基于时间机制的工作流过程模型基础上,探讨了时间参数的约束问题。针对依靠设备和程序自动触发实例,探讨了实例排队机理,得到系统平均逗留时间和服务台数,而对手工触发实例,也探讨其各实例平均等待时间。为解决不同时区时间映射问题,初步分析时间轴映射方法,但略显粗糙,尤其是当实例出现异常时的时间同步、不同时区活动交互作用时的时间同步等问题还需深入探讨。
文中提出的工作流过程模型的时间约束机制,有助于并行流程和同一流程的不同实例之间的时间管理,有效的解决了流程实例的资源分配和资源竞争问题,通过时间调准机制,使过程模型能很好的应用到分布式企业的应用环境中,具有现实意义。
[1]李慧芳,范玉顺.工作流系统时间管理 [J].软件学报,2002,13(8):1552-1557.
[2]Jim Hyun Son,Jung Sun Kim,Myoung Ho K im.Extracting the workflow critical path for m the extended well-formed workflow schema[J].Journal of Computer and System Sciences,2005,70:86-106.
[3]Jin Hyun Son,Myoung Ho Kim. Improving the performance of t ime-constrained workflow processing[J]. The Journal of Systems and Software,2001,58:211-219.
[4]李炜,曾广周,王晓琳.一种基于时间 Petri网的工作流模型 [J].软件学报,2002,13(8):1666-1671.
[5]HuaiqingWang,Qingtian Zeng.Modeling and Analysis for Workflow Constrainedby Resources and Nondetermined T ime:An Approach Based on PetriNets[J].IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics—Part A:Systems and Humans,2008,38(4):802-817。
[6]邓水光,吴朝晖,李莹,等.一种网格工作流的时间管理方法 [J].计算机集成制造系统,2008,14(2):357-365.
[7]PAN Yan,TANG Yong,TANG Na,et al.A Workflow ModelBased on Fuzzy-timing Petri Nets[C].The 9th International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design Proceedings,2005:541-545.
[8]Marjanovic O,Orlowsk M E.On Modeling and verification of temporal constraints in production workflows[J].Knowledge and Information Systems,1999,1(2):157-192.
[9]Hai Zhuge,To-yat Cheung,Hung-keng Pung.A timed workflow process model[J]. The Journal of Systems and Software,2001,55(3):231-243.
[10]杜栓柱,谭建荣,陆国栋.一个基于 T WF-net的扩展时间工作流模型及其应用 [J].计算机研究与发展2003,40(4):521-530.
[11]蒋国银,何跃.基于高级对象 Petri网的工作流过程建模研究 [J].系统工程理论与实践,2005,25(3):86-97.
[12]陆传赉.排队论 [M].北京:北京邮电学院出版社,1994.
Research on T imeM echan ism of CollaborativeW orkflow ProcessM odel
J IANG Guo-yin,L IU Xing-jun
(School of Infor m ation M anagem ent,Hubei University of Econom ics,W uhan430205,China)
Time mechanism is a key part ofworkflow processmodel.Doing related researches for time mechanis m can enhance the flexibility ofworkflow process model and make enterprise more competitive.By concluding the current state of research in time constraint mechanism ofworkflow processmodeling,the workflow processmodel based on timing constraint is put forward,and then,examples are given to explain how to set up variables of timing constrains for manual and automatic workflow instance.Finally,we explore the t ime mappingmethod among different time zone.
workflow processmodel;time constraintmechanism;time zone
F270.7
A
1007—5097(2011)01—0150—03
10.3969/j.issn.1007-5097.2011.01.036
2009—09—20
蒋国银 (1976—),男,湖北天门人,讲师,博士,研究方向:管理信息系统,管理系统模拟;刘行军 (1974—),男,湖北仙桃人,讲师,博士,研究方向:信息管理。
[责任编辑:张 青 ]
