協(xié)同工作流過程模型的時間機(jī)制研究

蔣國銀,劉行軍

(湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息管理學(xué)院,湖北 武漢 430205)

●模型研究

協(xié)同工作流過程模型的時間機(jī)制研究

蔣國銀,劉行軍

(湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息管理學(xué)院,湖北 武漢 430205)

時間機(jī)制是工作流過程模型的一個關(guān)鍵部分,開展時間機(jī)制研究,對于增強(qiáng)工作流過程模型的柔性和提高企業(yè)競爭力具有重要意義。文章通過總結(jié)當(dāng)前關(guān)于工作流過程模型的時間約束機(jī)制研究工作的不足,基于時間約束的過程模型,探討了自動和手動觸發(fā)實例的時間約束變量設(shè)定方法,簡單討論了不同時區(qū)下時間映射方法,并輔以算例解釋,為分布式環(huán)境下企業(yè)工作流過程模型應(yīng)用提供了方法指導(dǎo)。

工作流過程模型;時間約束機(jī)制;時區(qū)

一、引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展,企業(yè)之間的競爭日益激烈,提升核心競爭力和敏捷性成為企業(yè)當(dāng)前的迫切任務(wù)。作為提高核心競爭力的主要手段,并行工程、經(jīng)營過程重組以及敏捷制造工程等管理思想對企業(yè)發(fā)展起著重要的作用,而這些管理方法的核心思想在于對流程的管理或改造,需要工作流管理系統(tǒng)的支持。

工作流過程模型是工作流管理系統(tǒng)的核心?，F(xiàn)代組織的信息環(huán)境的動態(tài)性、分布性、異構(gòu)性和自治性的特征日益明顯,傳統(tǒng)的工作流模型缺乏對動態(tài)變化所必須的柔性支持[1],時間成為影響流程運(yùn)行和資源分配的關(guān)鍵因素,具有時間約束描述功能的時間工作流過程模型成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。當(dāng)前對時間約束研究工作主要有:

(1)關(guān)鍵路徑約束[2-3]:通過相關(guān)算法找出工作流程的關(guān)鍵路徑,對關(guān)鍵路徑最大完成時間進(jìn)行估算,并以此時間控制其他路徑任務(wù)執(zhí)行時間;

(2)時間區(qū)間約束[4,5]:為每個活動設(shè)置最早和持續(xù)約束時間,活動的執(zhí)行應(yīng)在約束時間內(nèi),否則為異常,若活動時間約束為不確定變量,可對開始時間和結(jié)束時間分別用時間區(qū)間描述[6],也可能用模糊量進(jìn)行描述[7];

(3)時間段約束[8]:對工作流程中任意兩個活動之間分配一時間段或時間常量,而活動正常執(zhí)行期間應(yīng)在該時間段或時間常量內(nèi);

(4)超級時間約束[9]:在前面兩類約束基礎(chǔ)上,將流程中時間約束分為建立和執(zhí)行時兩類,為分布于不同時區(qū)業(yè)務(wù)過程建立在不同的時間軸,其中一個作為參考軸,當(dāng)涉及與時間有關(guān)的業(yè)務(wù)過程時,將其他軸的時間映射至參考坐標(biāo)軸;

(5)擴(kuò)展時間約束:超級時間約束考慮了時區(qū)約束問題,但只是基于同一流程的時間約束研究,沒有考慮并行流程時間約束和同一流程的多個實例的時間約束問題。文獻(xiàn)[10]定義了一類規(guī)則,用于描述同一流程的時間約束和不同流程時間約束問題,但該類規(guī)則應(yīng)用前提為流程已知,流程實例間的時間約束在運(yùn)行前預(yù)先靜態(tài)設(shè)定,而這些設(shè)定值并非通過一定的計算機(jī)制動態(tài)求得,通?？咳藶榈慕?jīng)驗估計,當(dāng)流程發(fā)生改變,所有的流程的時間約束參數(shù)得重新手工變動,針對動態(tài)的流程運(yùn)行環(huán)境,這種靜態(tài)設(shè)定方法顯得尤為不便和不科學(xué),所以動態(tài)靈活地設(shè)定約束時間具有重要意義。

在業(yè)務(wù)過程的實例中,不同的實例,其優(yōu)先級別不同,在系統(tǒng)中逗留的時間也各異,正是這種差異,使得業(yè)務(wù)過程的邏輯及實例的資源分配變得愈為復(fù)雜,尤其是在這種環(huán)境下的資源分配問題,沒有得到很好的解決。當(dāng)前的研究工作均考慮了過程的時間屬性,都從靜態(tài)的角度出發(fā)考慮了時間的影響,設(shè)定了變遷的靜態(tài)觸發(fā)時間,即設(shè)定了觸發(fā)時間的上下限,但沒有探討上下限如何設(shè)置;討論了先進(jìn)先出的排隊機(jī)制,即靜態(tài)的考慮了不同流程按先進(jìn)先出 (FIFO)的規(guī)則進(jìn)行資源分配,事實上,由于同一流程的不同實例和不同的流程,其優(yōu)先級別不盡相同,對于高優(yōu)先級別的流程,有可能終止當(dāng)前流程的服務(wù)或插隊服務(wù),所以,對過程的動態(tài)特性還需考慮。

本文以擴(kuò)展的 Petri網(wǎng)為例,探討過程模型的時間約束機(jī)制。先設(shè)計過程模型的時間機(jī)制,然后詳述相關(guān)時間參數(shù)的設(shè)定方法和分布環(huán)境下的時間調(diào)準(zhǔn)方法,并輔以算例進(jìn)行說明。

二、基于時間約束機(jī)制的工作流過程模型

工作流過程建模方法有很多,相關(guān)的研究工作也很多,以擴(kuò)展的 Petri網(wǎng)為例,探討過程模型的時間約束機(jī)制。

定義:擴(kuò)展對象網(wǎng)XOPN=(OPS,R,C,FT,I,O,M0),其中:

(1)OPS為一系列對象庫所組成的對象網(wǎng)系統(tǒng);R活動變遷集合;C為顏色托肯集合;I是連接從對象到擁有顏色托肯變遷之間的弧的轉(zhuǎn)移函數(shù);O是連接從擁有顏色托肯變遷到對象之間的弧的轉(zhuǎn)移函數(shù);M0為模型的初始標(biāo)志。對于 OPS、R、C、I和 O的詳細(xì)定義參閱文[11]。

(2)FT=FI∪FD∪FE,其中:

Q+為正實數(shù), INT為變遷的靜態(tài)觸發(fā)時間,即變遷的服務(wù)時間,通常用期望服務(wù)時間來表示;DWT為變遷的觸發(fā)等待時間,即變遷準(zhǔn)備觸發(fā)到變遷觸發(fā)的時間,其值為相對值,即相對于變遷準(zhǔn)備觸發(fā)時間點(diǎn);EWT為變遷的期望等待時間,由排隊理論計算得到。

三、時間約束參數(shù)的設(shè)定與調(diào)準(zhǔn)

(一)時間參數(shù)設(shè)定

對于工作流過程建模,其流程的運(yùn)轉(zhuǎn)有兩種方式,即系統(tǒng)自動觸發(fā)運(yùn)作,如產(chǎn)品信息處理流程中的產(chǎn)品信息管理類[11],由系統(tǒng)自動觸發(fā)處理;還有一種是手工觸發(fā)處理,如總工程師審批類。對于不同的觸發(fā)方式,其時間參數(shù)的設(shè)定方法將不同。下文將對這兩種觸發(fā)方式的流程實例進(jìn)行參數(shù)設(shè)定進(jìn)行分別探討。

1.自動處理實例時間參數(shù)設(shè)定

由于面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn),自動處理機(jī)制可以產(chǎn)生多個實例,即相當(dāng)于由多個人工去執(zhí)行或處理該實例,當(dāng)有多個實例同時到達(dá)某一流程節(jié)點(diǎn)處,系統(tǒng)將產(chǎn)生多個處理機(jī)制分別處理各個實例,不存在等待現(xiàn)象,這種服務(wù)方式相當(dāng)于排隊理論中無窮多個服務(wù)臺情況 (M/M/∞)[12],令流程實例的到達(dá)率為λ,而系統(tǒng)的服務(wù)率為μ,由于是 0等待,則流程實例的 EWT為 0,每個實例的服務(wù)時間 INT即為在系統(tǒng)中的平均逗留時間,即:

其平穩(wěn)分布函數(shù):

故系統(tǒng)擁擠概率小于某一確定值α?xí)r (α為常數(shù)),其系統(tǒng)自動處理機(jī)制的個數(shù) n應(yīng)滿足下式 (n為變量,待求值):

假設(shè)流程的實例到達(dá)該處理機(jī)制的過程為 Poisson過程,其到達(dá)率為模擬求得 n,對系統(tǒng)自動處理類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,以保證流程實例的正常運(yùn)行,尤其可以對WebService服務(wù)數(shù)進(jìn)行控制。

2.手工處理實例時間參數(shù)設(shè)定

一般情況,該實例由一個人或一個單位去處理,故其服務(wù)模式為單服務(wù)機(jī)制,又由于不同實例和不同的流程可能具有不同的優(yōu)先級別,在使用資源時的時間順序也可能不相同,因此依據(jù)具有優(yōu)先級別的強(qiáng)制服務(wù)排隊理論對流程的時間參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,該方法也包括先來先服務(wù) (FIFO)的服務(wù)思想 (所有流程實例的優(yōu)先級別相同,則按先來先服務(wù)的思想執(zhí)行)。

λ,λi為具有優(yōu)先級別 i的流程實例的到達(dá)速率,該流程被執(zhí)行或被服務(wù)時間均服從負(fù)指數(shù)分布,其服務(wù)率為μ,記Wqi,Wsi分別為第 i級流程實例在系統(tǒng)中平均等待時間和平均逗留時間,Ws,1-k為 1,2…k級優(yōu)先權(quán)流程實例在系統(tǒng)中每一個流程實例的平均逗留時間。

根據(jù)排隊理論[11],i級流程實例的平均服務(wù)時間即為NT,則:

故 i級流程實例的 EWT=Wqi。

不論是自動觸發(fā)過程實例還是手工觸發(fā)實例,其 DWT為動態(tài)等待時間,即為系統(tǒng)實際的等待時間,其值應(yīng)該小于等于期望時間,即 DWT≤EWT,否則出現(xiàn)異常。

(二)時間參數(shù)調(diào)準(zhǔn)

為了支持全球的業(yè)務(wù)過程應(yīng)用,工作流過程模型應(yīng)用于全球范圍,每個活動可能分布于不同的地理位置,也就是分布于不同時區(qū)[9]。傳統(tǒng)的過程模型忽視了流相關(guān)時間因素,邏輯序列和時間序列關(guān)系,為便于統(tǒng)一時區(qū)管理,可進(jìn)行時區(qū)映射。

1.確定時間參數(shù)映射

文獻(xiàn) [9]給出時區(qū)映射方法,參照該文獻(xiàn)方法,引入時間調(diào)準(zhǔn)準(zhǔn)則,將所有的過程活動的時間約束映射至同一時區(qū)上。

記 axisk(k∈[1,n])為時區(qū)坐標(biāo)軸,axisk(i)為活動 Ai的時間軸,時區(qū)差異函數(shù) TD(axisi,axisj)為時間軸 axisi和時間軸 axisj的時間差,時區(qū)映射函數(shù) T M(,axisj)為將屬于時區(qū)軸 axisi的時間 timei映射到時間軸 axisj的時間值。

在過程模型中,每一個活動的所有關(guān)于時間約束值都屬于一個具體的時區(qū),選定一個時區(qū)參考軸 axisi,利用時區(qū)映射函數(shù)將每個時間值映射至參考時區(qū)軸,圖 1中,活動 B在活動A之后執(zhí)行,axisi為參考時間軸,活動A為處于時間軸axisi上,則不需調(diào)準(zhǔn),而活動 B的一個時間參數(shù) timej(1)在時間軸 axisj上,則需調(diào)準(zhǔn),將其調(diào)準(zhǔn)至參考軸上的 timei(2)處,則有:

timei(2)=T M(,axisi)

圖1 確定時間映射

2.模糊時間參數(shù)映射

若活動在時間軸上的映射為不確定時間,此時活動的開始和結(jié)束時間不確定,可用模糊或者定性方法對時間進(jìn)行描述,本文探討模糊時間。如圖 2所示,活動 B在活動 A之后執(zhí)行,將非參考時間軸上活動B的時間關(guān)系映射至?xí)r間參考軸上,此時,可能出現(xiàn) 3種情形:(1)時間點(diǎn) d’在時間點(diǎn)a之前。此時,系統(tǒng)活動 A和 B之間的邏輯關(guān)系有誤,應(yīng)提示錯誤;(2)時間點(diǎn) c’在時間點(diǎn) a和 b中間。在圖 c’be區(qū)域,若活動A的結(jié)束晚于活動A的開始,系統(tǒng)出現(xiàn)邏輯錯誤,否則,系統(tǒng)正常工作,可用該三角區(qū)的面積代表出錯可能性,面積越大,出現(xiàn)邏輯錯誤概率越大,反之,越小;(3)時間點(diǎn) c’在時間點(diǎn) b之后。這種情形下系統(tǒng)能正常工作。

圖2 模糊時間映射

四、結(jié)束語

在基于時間機(jī)制的工作流過程模型基礎(chǔ)上,探討了時間參數(shù)的約束問題。針對依靠設(shè)備和程序自動觸發(fā)實例,探討了實例排隊機(jī)理,得到系統(tǒng)平均逗留時間和服務(wù)臺數(shù),而對手工觸發(fā)實例,也探討其各實例平均等待時間。為解決不同時區(qū)時間映射問題,初步分析時間軸映射方法,但略顯粗糙,尤其是當(dāng)實例出現(xiàn)異常時的時間同步、不同時區(qū)活動交互作用時的時間同步等問題還需深入探討。

文中提出的工作流過程模型的時間約束機(jī)制,有助于并行流程和同一流程的不同實例之間的時間管理,有效的解決了流程實例的資源分配和資源競爭問題,通過時間調(diào)準(zhǔn)機(jī)制,使過程模型能很好的應(yīng)用到分布式企業(yè)的應(yīng)用環(huán)境中,具有現(xiàn)實意義。

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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

蔣國銀 (1976—),男,湖北天門人,講師,博士,研究方向:管理信息系統(tǒng),管理系統(tǒng)模擬;劉行軍 (1974—),男,湖北仙桃人,講師,博士,研究方向:信息管理。

[責(zé)任編輯:張 青 ]