工作流过程模型研究综述

刘 鹏 袁 华 欧阳宁

(桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004)

工作流过程模型研究综述

刘 鹏 袁 华 欧阳宁

(桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004)

工作流技术起源于办公自动化领域，对提高企业运行效率方面具有重要意义。工作流模型的优劣则决定了工作流管理系统效率的高低。文章详细阐述了四种常用的工作流过程模型，并总结了它们的优缺点，其中基于活动网络的过程模型更适合企业建模。

工作流；过程模型；企业建模

工作流技术起源于20世纪70年代中期的办公自动化领域的研究。按照工作流管理联盟的定义，工作流是“按照一定预先定义的规则，使得文档、信息或任务能够在不同的参与者之间传递执行，从而实现全部或部分经营过程的自动化执行”[1]。工作流模型是对工作流的抽象表示，其中过程模型是工作流模型的核心。而当前常用的工作流过程建模方法有：基于活动网络的建模方法、基于Petri网的建模方法、基于事件驱动的过程链建模方法、基于语言行为理论的建模方法[2-4]。其中，基于活动网络的建模方法直观、易于理解，非常适合企业建模人员使用。

1 工作流过程模型

在工作流建模问题上，许多研究人员提出了一些有价值的方法，目前典型的工作流过程建模方法有以下四种。

1.1 基于活动网络的过程模型

基于活动网络的过程模型把一个企业的经营过程看作一个有向图，活动代表任务，活动之间的连接弧代表过程流转的方向。比如IBM的工作流产品FlowMark[5]，在FlowMark中，一个完整的工作流过程由一个无自环的有向图构成。组成模型的实体包括过程（process）、活动（Activity）、模块（block）、控制连接弧（control connector）、数据连接弧（data connector）和条件（condition），他们之间的关系如图1所示。

图1 FlowMark实体之间的关系

由图1可以看出过程（process）包含活动（Activity）和连接弧（connector）；连接弧可分为控制连接弧（control connector）、数据连接弧（data connector；模块（block）类似于过程（process），不同之处体现在是否有唯一固定标示，是否可以应用在不同的工作流；条件（Condition）则可以绑定在连接弧（connector）上也可以绑定在活动（Activity）内部。下面对各个模型实体进行解释。

（1）过程（process）：由一系列具体的活动和连接弧组成，为完成企业某一业务流程而定义的，一个过程就是用有向图来表示的一个过程模型。

（2）活动：表示业务流程的某一具体任务，用有向图中的一个节点来表示。它可以是程序活动(program activity)，也可以是过程活动(process activity)。程序活动是指在活动上绑定了一段程序代码，当活动激活后，执行相应的程序代码；过程活动强调的是模型的嵌套和层次化，该活动可以理解为一个子过程，当活动开始时，也就开始执行相应的子过程。

（3）模块：模块则没有唯一固定标示，它只能被一个工作流过程所使用；过程有唯一固定表示，并且可以被多个过程使用。

（4）控制连接弧：用来连接两个活动，并定义了过程的执行顺序，在有向图中以节点间的连接弧表示。

（5）数据连接弧：定义两个活动之间的信息流，在有向图中也以节点间的连接弧来表示。

（6）条件：用于定义过程执行中的约束，主要分为三种基本类型：转移条件，绑定在连接弧上控制流程的流转；属于活动内部的有两种：开始条件与结束条件。

1.2 基于事件驱动的过程链过程（EPC）模型

EPC(event-driven process chain)模型是由 Keller 等人提出的基于有向图模型的建模方法，它主要被用于企业的经营过程重组(BPR)、工作流过程模型的定义与控制、软件的配置与开发等领域[6]。

过程链的主要元素包括功能和事件，功能可以理解为“基于活动网络过程模型”中活动或者工作过程。

活动即可被事件触发，也可以通过执行活动产生相应的事件。这些功能和事件通过控制流彼此连接构成业务流程，逻辑操作符实现了分支（split）、汇合（join），使表达的流程更加丰富。

图2 EPC元模型

图2给出了一个 EPC 元模型，图中各类模型元素的含义如下：

（1）业务事件：由业务流程的状态改变引起，通常是完成某一功能后的响应。

（2）业务功能：通常是指业务流程中一项具体任务，可以分为人工任务和自动任务：人工任务由组织单元中相关人员完成；自动任务是通过激活应用程序来自动完成。

（3）控制流：连接功能与事件的有向弧，表示过程的流转方向。

（4）逻辑操作符：由分支与汇合及它们的约束（AND、OR、XOR）组成，一共有八种。

（5）业务/信息对象：主要是指业务流程执行时，每个功能所需要用到的数据。即可作为功能的输入，也可作为功能的输出。

（6）组织模型：它反映了企业人员与工作任务之间的关系。

1.3 基于Petri网的过程模型

Perti网的概念最早是由原西德的C.A.Petri博士于1962年提出的，是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具[7]。过程模型由条件和事件组成，分别用“库所”及“变迁”表示。变迁是主动元素，在工作流模型中经常表示事件、操作、转换或传输，用矩型表示。库所是被动元素，不能改变Petri网的状态，在工作流模型中通常表示媒介、缓冲器、地理位置、状态、阶段或条件，用圆圈表示。库所中的黑点代表可以使用的资源或数据，称为标记或托肯。Petri 网中的库所和变迁用有向弧连接。

Petri网具有规范的语义和图形语言，是一种基于状态的过程建模方法，它表达能力丰富，更具有柔性特征。但它无法体现数据流，建模元素数量很多，随着模型复杂程度上升，建模元素数量也会相应升高，不易于用户理解。

1.4 基于语言行为理论的过程模型

传统工作流过程模型着重于活动及其逻辑关系的研究，对于参与者之间的交互则涉及较少。如上面提到的基于活动网络的过程模型和基于事件驱动的过程链模型。Winograd 与Flores 在“语言行为”理论的基础上提出了一种协作过程的建模方法。他们认为，人的语言不仅可以描述事物、交流信息，而且还能够进行行为的计划与协调，通过语言能够承诺自己未来的行为，通过语言也可以协调自己与他人的合作[8]。

基于语言行为理论的工作流模型中，业务过程被分解为一系列的对话协作过程，每一次对话协作过程被表示为一个闭合的行为工作流环（Action workflow loop），每个工作流环包含四个阶段：需求、协商、执行和满意。

这种过程模型适合以人的交互为特征，具有易变性、不固定的业务流程。它能够处理复杂多变的经营过程。但无法支持层次化建模，不适合比较固定的企业经营过程，对于建模人员来说由于无法完全列出所有可能的语言行为，不利于用户理解。

2 四种过程模型的比较

通过对以上四种典型的工作流过程模型的分析看以看出。

基于活动网络的过程模型相对于Petri网、EPC模型，可读性最好，对于非专业人员来说是一种最直观、最容易理解的过程表达方式，因此是一种最常用的工作流过程模型，但此过程模型缺乏柔性，比较适合流程固定，显得比较死板。

EPC 模型包含较多的建模元素，随着企业业务流程复杂程度的增加，组成模型的建模元素数量也将成倍增加，可视化工作流比较大，且缺乏对各业务处理之间的数据流的描述。但 EPC 模型描述能力强且容易理解。

Petri网具有严格语义与图形语言，能精确定义过程的控制逻辑，但无法体现数据流，并且组成模型的元素数量过多。Petri 网基于状态的特点是通过在模型中增加表示状态的模型元素来实现。Petri 网实际上是通过库所中的托肯显式地表达过程的状态，而基于活动网络的过程模型则因为没有单独表示状态的模型元素，只能隐式地或通过其他方法来表达相关状态。因此，这就大大增加了 Petri 网组成模型的元素数量，一个基于活动网络的模型中的活动对应 Petri 网中的一个库所、一个变迁以及一条使它们互连的连弧来表示，这必然使模型变得复杂化。即使是一个比较简单的过程，其相应的 Petri 网模型也会有较多的库所与变迁，对于复杂的业务流程，这一问题则更显突出。

综上所述，在描述能力、可读性、是否体现数据流、是否引入状态、是否引入组织模型等方面不同的模型有其不同的侧重点，很难精确的断言某个模型就是最优的，我们应该针对具体问题，结合过程模型的特点及优缺点，选择适当的过程模型来建模。

对于企业来说，经营过程是比较固定的，而且企业的建模人员专业性较弱，可观性好、易于理解是非常重要的，因此基于活动网络的过程模型相对其它模型更加适合企业的应用，为了弥补基于活动网络过程模型的不足，可以吸收其它模型的一些优点，比如：引入状态元素，使模型的表达能力得到提高；引入逻辑操作符元素，增加系统灵活性等。

3 工作流模型的发展趋势

工作流模型主要研究工作流模型设计和描述语言，前者包括实现流程的各种实体元素和数据，如流程开始和结束条件，组成流程的各个实体、实体之间是如何传递数据的，以及所需调用的应用程序等等。模型可以通过两种方式来描述：非形式化和形式化，非形式化包括图形和表单，形式化如XML文档等。

目前，很多研究机构着重研究基于 OOT、基于AI和基于集成的工作流模型，预计仍是近几年研究的焦点。由于工作流过程模型各有利弊，所以在研究过程建模理论基础，开发新的过程定义方法的同时，吸收各个模型的优点构建新的过程模型是十分有效的方法，工作流模型的研究也在朝着这个方向发展。如何描述工作流各种元素之间的关系，尤其是活动之间的前驱后继关系，也是目前工作流过程模型的一个研究热点。

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

[2] 郑长友,刘晓明,姚奕,等.基于Petri网的面向测试的工作流系统建模方法[J].电子科技大学学报, 2014,43(1):119-124.

[3] 张朝辉,刘大为,刘伟江.工作流建模技术综述[J].微电子学与计算机,2008,25(10):69-71.

[4] 刘怡,张子刚,张戡.工作流模型研究述评[J].计算机工程与设计,2007,28(2):448-451.

[5] 尚世峰,姜进磊,郑纬民.CWFlow:支持资源自适应使用的云工作流框架[J].清华大学学报(自然科学版), 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] 焦合军,张璟,李军怀,等.协同设计中基于混合Petri网的云工作流表示模型[J].应用科学学报,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

广西科技开发项目（桂科攻1348020-6，桂科能1298025-7）。

刘鹏（1989－），男，桂林电子科技大学信息与通信学院硕士研究生，研究方向为智能信息处理；袁华（1975－），男，桂林电子科技大学讲师，研究方向为图像处理、智能信号处理；欧阳宁（1972－），男，桂林电子科技大学教授，研究方向为智能信号处理。