面向集團(tuán)企業(yè)的服務(wù)工作流系統(tǒng)架構(gòu)研究＊

陳智敏，李海波

（華僑大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 廈門 361021）

現(xiàn)代企業(yè)從單個(gè)企業(yè)為主體的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展到今天的多企業(yè)間的業(yè)務(wù)協(xié)同。集團(tuán)企業(yè)在跨地域經(jīng)營(yíng)和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的情況下，業(yè)務(wù)活動(dòng)需要經(jīng)過企業(yè)各部門、供銷商以及客戶之間的協(xié)作，同時(shí)需要考慮設(shè)計(jì)需求和制造約束，與制造伙伴共同協(xié)調(diào)。要求企業(yè)必須柔性地適應(yīng)動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)組織方式，以快速響應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)需求。從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型升級(jí)是全球制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是我國(guó)制造業(yè)尤其是集團(tuán)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、增加產(chǎn)品附加值、走向價(jià)值鏈高端的重要手段[1]。新環(huán)境下的集團(tuán)企業(yè)面臨著企業(yè)資源分散、物流網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、協(xié)調(diào)成本高、產(chǎn)品多樣化和需求個(gè)性化等問題，急需構(gòu)建一個(gè)以服務(wù)為核心，能夠按需整合優(yōu)勢(shì)資源，動(dòng)態(tài)編排業(yè)務(wù)流程的企業(yè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

本文基于服務(wù)工作流構(gòu)建服務(wù)工作流引擎執(zhí)行框架，并針對(duì)服務(wù)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)與建模不足，為工作流中的服務(wù)進(jìn)行語義信息擴(kuò)展，以此建立動(dòng)態(tài)的服務(wù)調(diào)度機(jī)制。最后，提出一種適用于集團(tuán)企業(yè)應(yīng)用的服務(wù)工作流系統(tǒng)體系架構(gòu)，為企業(yè)動(dòng)態(tài)編排和執(zhí)行業(yè)務(wù)流程提供有效方案，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)企業(yè)在新環(huán)境下的資源優(yōu)化配置，以及與伙伴企業(yè)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同。最后通過一個(gè)設(shè)計(jì)與制造業(yè)務(wù)的協(xié)同過程實(shí)例，詳細(xì)說明該架構(gòu)的實(shí)施方法。

1 相關(guān)工作

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA （ServiceOriented Architecture）作為一種架構(gòu)模型，它可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。SOA將企業(yè)應(yīng)用看作由一些不同粒度、能跨越企業(yè)邊界以及能實(shí)現(xiàn)特殊功能的服務(wù)集合所構(gòu)成，并通過定義良好的、獨(dú)立于平臺(tái)的接口進(jìn)行聯(lián)系，使此類系統(tǒng)可通過一種通用的方式進(jìn)行交互。因此，采用SOA實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)能在更大范圍內(nèi)達(dá)到信息共享，實(shí)現(xiàn)高度的互操作性和可擴(kuò)充性，最終起到優(yōu)化配置資源的作用。

在SOA體系結(jié)構(gòu)下，服務(wù)與流程有著緊密的聯(lián)系，將面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)與工作流技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)[2]。引入Web服務(wù)的工作流系統(tǒng)擴(kuò)大了工作流的范圍，能夠解決復(fù)雜應(yīng)用集成和跨組織的業(yè)務(wù)協(xié)同問題。目前，已有不少研究結(jié)合工作流技術(shù)對(duì)Web服務(wù)進(jìn)行組合。其中，Cross-Flow[3]和 Sword[4]等研究項(xiàng)目通過WSFL、LANG、BPEL4WS等技術(shù)為服務(wù)組合提供統(tǒng)一的建模和定義工具，以此構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)的服務(wù)查找、發(fā)現(xiàn)與執(zhí)行平臺(tái)。SciDAC-SDM項(xiàng)目[5]將抽象工作流與底層由服務(wù)組成的執(zhí)行工作流嚴(yán)格區(qū)分，借用類似數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)調(diào)技術(shù)的方法將抽象工作流轉(zhuǎn)換成執(zhí)行工作流。參考文獻(xiàn) [6]利用事務(wù)的概念擴(kuò)展DAML-S本體中的過程模型，并提出了一個(gè)事務(wù)工作流本體概念的服務(wù)組織模型。參考文獻(xiàn)[7]提出了一種基于業(yè)務(wù)生成圖的工作流構(gòu)造模型，并通過基于混合粒子群的QoS調(diào)度算法找出滿足應(yīng)用需求的工作流執(zhí)行路徑。

2 服務(wù)工作流及執(zhí)行引擎

服務(wù)工作流是將Web服務(wù)作為工作流中的各項(xiàng)活動(dòng)，以動(dòng)態(tài)工作流方式組合起來，并根據(jù)工作流過程模型中所定義的各項(xiàng)活動(dòng)之間的業(yè)務(wù)邏輯與規(guī)則，通過服務(wù)的動(dòng)態(tài)查找和組合，實(shí)現(xiàn)工作流活動(dòng)的動(dòng)態(tài)部署及綁定，并由工作流引擎對(duì)各項(xiàng)活動(dòng)的執(zhí)行與交互進(jìn)行控制。服務(wù)工作流是一種流程服務(wù)，但它還需要考慮工作流的相關(guān)數(shù)據(jù)交互問題和引擎問題。

2.1 工作流引擎

服務(wù)工作流的運(yùn)行機(jī)制與傳統(tǒng)的工作流大不相同，工作流在執(zhí)行過程中需要?jiǎng)討B(tài)選擇、組合和調(diào)用服務(wù)。工作流引擎的執(zhí)行框架如圖1所示。

圖1 服務(wù)工作流執(zhí)行框架

用戶通過流程設(shè)計(jì)器進(jìn)行抽象業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)，并借助業(yè)務(wù)規(guī)則編輯器定義規(guī)則，由此構(gòu)成服務(wù)工作流的過程描述文檔。文檔描述了服務(wù)的輸入和輸出參數(shù)、前置和后置條件，而業(yè)務(wù)規(guī)則明確定義了業(yè)務(wù)流程執(zhí)行中的約束條件。工作流模型轉(zhuǎn)換器將抽象流程和業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行組合，形成引擎支持的可執(zhí)行工作流模型。

工作流引擎負(fù)責(zé)對(duì)服務(wù)工作流模型進(jìn)行解析和實(shí)例構(gòu)建，維持流程實(shí)例的執(zhí)行狀態(tài)，并依據(jù)靜態(tài)的抽象過程描述和業(yè)務(wù)過程中的約束條件在運(yùn)行時(shí)計(jì)算后續(xù)過程，動(dòng)態(tài)調(diào)用服務(wù)。一個(gè)服務(wù)工作流的執(zhí)行便是一個(gè)業(yè)務(wù)過程實(shí)例，是為實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)目標(biāo)，由不同角色執(zhí)行的一組具有偏序關(guān)系的、邏輯上相互關(guān)聯(lián)的、作用于一組相關(guān)業(yè)務(wù)對(duì)象上的Web服務(wù)。

流程監(jiān)控器的功能包括流程與任務(wù)的監(jiān)控、調(diào)度監(jiān)視、消息監(jiān)控以及日志查看。工作流API為任務(wù)處理器和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供接口，主要包括流程定義接口、查詢接口和監(jiān)控接口等。

2.2 服務(wù)動(dòng)態(tài)執(zhí)行環(huán)境

服務(wù)調(diào)度器是工作流服務(wù)中的重要組件，負(fù)責(zé)根據(jù)模型定義的功能和非功能需求從ESB服務(wù)中心匹配和選擇服務(wù)，供引擎執(zhí)行時(shí)調(diào)用。

目前，BPEL4WS、BPML以及Web服務(wù)編排描述語言等流程定義語言的模型缺乏對(duì)流程服務(wù)的語義描述，無法依據(jù)流程動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)需求匹配服務(wù)，因而在服務(wù)的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)與建模方面存在不足。OWL-S是一種基于Web本體描述語言的Web服務(wù)本體，用于描述服務(wù)的屬性和功能，便于發(fā)現(xiàn)和集成不同種類的Web服務(wù)。本文結(jié)合OWL-S實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)的語義描述信息擴(kuò)展，增強(qiáng)對(duì)服務(wù)能力的描述。建立基于語義的服務(wù)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)與調(diào)度機(jī)制，更好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)選取和組合服務(wù)工作流。Web服務(wù)的執(zhí)行環(huán)境，如圖2所示。

圖2 Web服務(wù)的執(zhí)行環(huán)境

Web服務(wù)由發(fā)布在ESB服務(wù)中心上的 WSDL、OWL描述文件和部署在Web服務(wù)器上的服務(wù)實(shí)體組成。其中，WSDL提供服務(wù)的訪問地址、方法列表和輸入?yún)?shù)類型等技術(shù)信息；而OWL提供給服務(wù)的語義信息，如服務(wù)名稱、服務(wù)類型、輸入輸出規(guī)范和前置條件、后置條件等。服務(wù)工作流在部署時(shí)動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)和選擇服務(wù)，并在執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)綁定和調(diào)用服務(wù)。

3 體系架構(gòu)

在新的環(huán)境下，集團(tuán)企業(yè)服務(wù)協(xié)同工作流系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程。其系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于服務(wù)工作流的企業(yè)應(yīng)用體系架構(gòu)

（1）表示層：主要為用戶提供流程建模的設(shè)計(jì)工具。當(dāng)企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯發(fā)生變化時(shí)，只需通過設(shè)計(jì)器調(diào)整流程模型的活動(dòng)順序，修改業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)并重新部署。表示層還需為用戶提供統(tǒng)一的門戶服務(wù)，包括單點(diǎn)登錄、權(quán)限控制和個(gè)性化服務(wù)等。

（2）業(yè)務(wù)層：實(shí)現(xiàn)過程定義服務(wù)的接口，并為工作流的運(yùn)行實(shí)例提供任務(wù)表處理器，實(shí)現(xiàn)下層工作流引擎與上層應(yīng)用的交互。過程定義服務(wù)將上層建立的抽象過程模型和業(yè)務(wù)規(guī)則組合為工作流引擎可識(shí)別的服務(wù)工作流模型。業(yè)務(wù)層還提供流程的分析和優(yōu)化工具，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)流程實(shí)例的管理。

（3）服務(wù)層：其核心是工作流引擎，它負(fù)責(zé)對(duì)服務(wù)工作流模型進(jìn)行解釋，控制過程實(shí)例的創(chuàng)建、激活、掛起和終止。引擎通過服務(wù)調(diào)度器對(duì)工作流模型中不確定的服務(wù)鏈接進(jìn)行匹配、加載和實(shí)例化，并在執(zhí)行過程中完成流程實(shí)例的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和活動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（4）支撐層：完成架構(gòu)中相關(guān)數(shù)據(jù)的映射和持久化，包括服務(wù)工作流的定義模型、運(yùn)行實(shí)例、歷史實(shí)例和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。支撐層還為系統(tǒng)提供各種基礎(chǔ)設(shè)施，包括DBMS、日志管理和系統(tǒng)監(jiān)控等，以保證服務(wù)工作流在建模、服務(wù)選擇和組合以及執(zhí)行等各個(gè)階段的數(shù)據(jù)安全和可靠性。

（5）ESB服務(wù)中心：由ESB組件、管理組件和服務(wù)管理組件三部分構(gòu)成。ESB組件實(shí)現(xiàn)消息傳遞、服務(wù)路由、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)解析和處理、安全傳輸?shù)裙δ堋７?wù)管理組件為ESB提供服務(wù)管理容器，針對(duì)集團(tuán)企業(yè)的行業(yè)需求進(jìn)行分析和梳理，建立領(lǐng)域內(nèi)的服務(wù)目錄和服務(wù)庫(kù)，并對(duì)這些服務(wù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行定義及存儲(chǔ)，以便進(jìn)行服務(wù)的查找、發(fā)布、注冊(cè)和管理。ESB監(jiān)控和管理組件能夠輔助故障診斷，并提供完整的服務(wù)質(zhì)量評(píng)估報(bào)告，以衡量現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)效率，并為優(yōu)化、升級(jí)提供指導(dǎo)。ESB是應(yīng)用集成的樞紐，各個(gè)應(yīng)用之間的信息和服務(wù)共享都將通過ESB來進(jìn)行。

4 應(yīng)用

服裝集團(tuán)企業(yè)由于物流、商流、資金流和信息流分離的運(yùn)營(yíng)模式和產(chǎn)品特點(diǎn)，導(dǎo)致市場(chǎng)需求變化頻繁，要求企業(yè)必須動(dòng)態(tài)調(diào)配資源，協(xié)調(diào)企業(yè)內(nèi)部與伙伴企業(yè)間的業(yè)務(wù)合作。本文以一個(gè)服裝集團(tuán)企業(yè)的服裝設(shè)計(jì)及制造的協(xié)作過程作為服務(wù)工作流系統(tǒng)原型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)示例，其業(yè)務(wù)過程如圖4所示。

圖4 服裝制造業(yè)務(wù)的協(xié)作過程

（1）需求分析階段

根據(jù)業(yè)務(wù)目標(biāo)分析業(yè)務(wù)執(zhí)行過程、活動(dòng)內(nèi)容和活動(dòng)要處理的數(shù)據(jù)。明確活動(dòng)執(zhí)行人，并分析業(yè)務(wù)對(duì)象與工作流對(duì)象之間的關(guān)系以及影響業(yè)務(wù)過程的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在實(shí)例中，集團(tuán)總公司提出服裝設(shè)計(jì)需求，包括服裝類型、款式、板型、圖案等服裝關(guān)鍵屬性；還可設(shè)置擴(kuò)展屬性，如面料、涂層染整工藝等。這些屬性均采用OWL定義，并按照輸出規(guī)范傳送給下一節(jié)點(diǎn)。

（2）流程建模階段

在建模階段創(chuàng)建流程和定義活動(dòng)，并分配業(yè)務(wù)單元、操作和執(zhí)行人，定義相關(guān)數(shù)據(jù)。該實(shí)例協(xié)作過程可分為多個(gè)子流程，每個(gè)子流程都有具體的工作內(nèi)容。例如我們將服裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和庫(kù)存物流環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為子流程，每個(gè)子流程又是一個(gè)單獨(dú)的服務(wù)工作流模型。業(yè)務(wù)協(xié)作過程中各個(gè)活動(dòng)之間存在相互依賴關(guān)系，例如，在用料采購(gòu)活動(dòng)和板房領(lǐng)料時(shí)，需用料出入庫(kù)；在生產(chǎn)過程中，也涉及庫(kù)存和物流活動(dòng)。設(shè)計(jì)子公司根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)紙樣和工藝程序進(jìn)行單件樣衣的原料用量計(jì)算和采購(gòu)。在技術(shù)部板房領(lǐng)料完成樣衣制作之后，進(jìn)行樣衣件實(shí)際原料用量核算，生成成衣物料清單數(shù)據(jù)。

（3）服務(wù)工作流部署階段

建模階段定義任務(wù)接口和業(yè)務(wù)規(guī)則（如材料、工序、期限和證書等約束），而服務(wù)的語義模型定義服務(wù)的功能和非功能信息，可用來查找和評(píng)估服務(wù)。工作流在部署時(shí)動(dòng)態(tài)指定該任務(wù)的服務(wù)實(shí)體?；锇楣灸軡M足該服裝制造需求，給出了該服務(wù)的實(shí)體注冊(cè)和信息，引擎通過匹配服務(wù)組合出可執(zhí)行服務(wù)工作流，并將其部署到工作流引擎上。

（4）服務(wù)工作流執(zhí)行階段

完成流程模型構(gòu)建和工作流部署后，即可創(chuàng)建服務(wù)工作流實(shí)例。相關(guān)業(yè)務(wù)人員輸入設(shè)計(jì)需求，引擎自動(dòng)啟動(dòng)流程，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)和協(xié)作過程。服務(wù)工作流在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)、部署和執(zhí)行的狀態(tài)如圖5所示。

圖5 服裝制造服務(wù)工作流的全生命周期

本文構(gòu)建基于Web服務(wù)的工作流系統(tǒng)，其架構(gòu)具有松散耦合性、動(dòng)態(tài)變化性、訪問透明性、粗粒度等特征，使服務(wù)工作流在執(zhí)行上能夠動(dòng)態(tài)完成任務(wù)，同時(shí)提高了工作流的靈活性，擴(kuò)大了工作流的范圍。對(duì)服務(wù)進(jìn)行語義描述信息的擴(kuò)展，提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇的質(zhì)量。工作流引擎根據(jù)業(yè)務(wù)需求和約束動(dòng)態(tài)地進(jìn)行服務(wù)組合，從而適應(yīng)業(yè)務(wù)變化，提高服務(wù)重用性。通過實(shí)施此系統(tǒng)可以使跨組織間的業(yè)務(wù)流程與軟件系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可提高企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的柔性，以支持企業(yè)不斷進(jìn)行管理創(chuàng)新和業(yè)務(wù)流程重組，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)企業(yè)的資源共享與整合。

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