元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎技術(shù)

熊道德，焦永杰，吳東峰

XIONG Dao-de1 , JIAO Yong-jie2 , WU Dong-feng3

（1.中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，北京 100029；2.淄博職業(yè)學(xué)院，淄博 255314；3.北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司，北京 100094）

0 引言

工作流管理聯(lián)盟WFMC（Workflow Management Coalition）對于工作流的定義[1]：工作流是一類能夠完全或者部分自動執(zhí)行的經(jīng)營過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務(wù)能夠在不同的執(zhí)行者之間傳遞、執(zhí)行。

工作流引擎為流程的執(zhí)行提供軟件執(zhí)行的環(huán)境，是流程成功執(zhí)行的關(guān)鍵。一個設(shè)計良好、方便使用、可擴(kuò)展的工作流引擎對工作流流程來說至關(guān)重要，它直接關(guān)系到流程是否能夠正確執(zhí)行以及流程的執(zhí)行效率。

工作流技術(shù)出現(xiàn)之后得到了廣泛的應(yīng)用，但是目前的應(yīng)用多是針對比較固定、簡單的業(yè)務(wù)流程，隨著企業(yè)的發(fā)展，要求隨時能對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行修改和擴(kuò)展[2]，迫切需要工作流具有一定的柔性，這種柔性主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1）業(yè)務(wù)流程建模階段：能夠快速、簡單、準(zhǔn)確地表達(dá)各種復(fù)雜程度的業(yè)務(wù)流程，最大程度降低對于業(yè)務(wù)人員的專業(yè)要求；

2）業(yè)務(wù)流程執(zhí)行階段：能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)流程的動態(tài)修改和擴(kuò)展，不會對當(dāng)前的整體系統(tǒng)造成重大影響；

3）業(yè)務(wù)流程維護(hù)階段：能夠提供比較友好的流程維護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)流程的分析和優(yōu)化，為企業(yè)業(yè)務(wù)流程優(yōu)化升級提供技術(shù)基礎(chǔ)。

為了實現(xiàn)這種柔性，本文基于元數(shù)據(jù)及工作流的相關(guān)技術(shù)，提出了一種元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的靈活性和可擴(kuò)展性，并對工作流引擎進(jìn)行了設(shè)計和實現(xiàn)，最后對于元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎進(jìn)行了總結(jié)與展望。

1 元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流

1.1 元數(shù)據(jù)的含義

元數(shù)據(jù)是對數(shù)據(jù)資源的描述[3]，英文名稱是“Metadata”，元數(shù)據(jù)是信息共享和交換的基礎(chǔ)和前提，用于描述數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參考、管理方式以及數(shù)據(jù)集的其他特征。它可以是單個文件、多個文件或者數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)一般可以分為描述性元數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)性元數(shù)據(jù)、存取控制性元數(shù)據(jù)以及管理性元數(shù)據(jù)等。元數(shù)據(jù)在工作流中得到了廣泛的應(yīng)用，在程序中并不直接被處理，而是通過值的改變對程序產(chǎn)生影響，也即在程序的具體執(zhí)行過程中，元數(shù)據(jù)往往是起到“解釋”的作用[3]，開發(fā)人員可以通過改變元數(shù)據(jù)的值來改變系統(tǒng)的運行方式。這樣，不同的元數(shù)據(jù)值可以讓同一段程序具有不同的運行結(jié)果。通過元數(shù)據(jù)可以使得程序具有一定的柔性，隨著元數(shù)據(jù)值的變化而使程序流轉(zhuǎn)到不同的流程。

1.2 工作流的驅(qū)動方式

工作流的驅(qū)動方式主要有兩種：一種是控制驅(qū)動，另外一種是數(shù)據(jù)驅(qū)動。

基于控制驅(qū)動工作流的控制信息由流程設(shè)計者在流程設(shè)計時建立，活動的執(zhí)行按照控制信息依次向下執(zhí)行，活動與活動之間具有較強(qiáng)的依賴性，所以基于控制驅(qū)動的工作流缺乏柔性，當(dāng)企業(yè)的業(yè)務(wù)流程發(fā)生變更時需要重新建立工作流，會對整體產(chǎn)生較大的影響。

與控制驅(qū)動的工作流不同，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流并不預(yù)先確定流程，而是在活動的執(zhí)行過程中通過改變活動的相關(guān)數(shù)據(jù)而自動建立業(yè)務(wù)流程，這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流，活動與活動之間是解耦的，可以實現(xiàn)工作流的靈活配置。

本文基于元數(shù)據(jù)的相關(guān)概念，建立了元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流。

2 工作流建模方法

工作流的建模方式主要有四種[4]：數(shù)據(jù)流程圖、IDEF方法、角色活動圖、事件驅(qū)動過程鏈以及Petri網(wǎng)絡(luò)等，在工作流建模過程中，活動以及活動之間的關(guān)系是需要重點考慮的內(nèi)容，本文基于面向?qū)ο蟮南嚓P(guān)概念，將活動抽象為“對象”，通過元數(shù)據(jù)建立活動對象的結(jié)構(gòu)，并通過元數(shù)據(jù)的值的改變，推動活動對象依次向下執(zhí)行，活動對象的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 活動對象示意圖

該活動對象以XML的形式進(jìn)行描述：各個對象的屬性含義如下所示：

活動名稱Name：活動的名稱，在同一個業(yè)務(wù)流程中可以有同樣的名稱，例如采購過程中的審批活動，可能存在多次審批；

活動編號Code：活動對象的唯一確定編號，用以區(qū)分各種不同的活動對象；

輸入?yún)?shù)In_Par：活動的輸入?yún)?shù)，用以觸發(fā)是否可以執(zhí)行該活動；

執(zhí)行條件Condition：活動對象的執(zhí)行條件，通過輸入?yún)?shù)的值判斷活動對象是否滿足執(zhí)行條件；

圖2 元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流執(zhí)行過程

輸出參數(shù)Out_Par：活動對象執(zhí)行完畢之后的輸出參數(shù)，用以向下流轉(zhuǎn)；

開始時間BeTime：活動對象開始執(zhí)行的時間；

結(jié)束時間EndTime：活動對象結(jié)束執(zhí)行的時間。

元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流建模過程無須指定具體的流程，而是將業(yè)務(wù)流程分解成一個個活動對象，活動對象之間通過輸入、輸出參數(shù)以及執(zhí)行條件進(jìn)行動態(tài)的綁定，具體的執(zhí)行流程如圖2所示。

首先對于流程進(jìn)行初始化，由外界條件對于活動對象A進(jìn)行觸發(fā)，活動對象A接到觸發(fā)條件，然后結(jié)合自身的執(zhí)行條件判斷對象A是否可以執(zhí)行，如果可以執(zhí)行，則執(zhí)行活動對象A的相關(guān)動作并輸出參數(shù)，并將參數(shù)發(fā)布到工作流引擎中，工作流引擎掃描引擎池中的活動對象，看是否具有符合活動對象的輸入?yún)?shù)是活動對象A的輸出參數(shù)，如果活動對象B符合，則通過活動對象B的執(zhí)行條件判斷活動對象是否可以執(zhí)行，通過此種機(jī)制依次向下執(zhí)行活動，最終活動對象C的輸出參數(shù)為End，活動終止，完成整個業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行。

3 工作流引擎設(shè)計

按照工作流管理聯(lián)盟的相關(guān)文件，工作流管理系統(tǒng)的參考模型[5]如圖3所示。

圖3 工作流管理系統(tǒng)參考模型

工作流引擎位于參考模型的重要位置，關(guān)系到流程執(zhí)行的效率和準(zhǔn)確性，主要用來對于流程進(jìn)行控制、解釋、管理相關(guān)流程實例的運行并且提供一些流程實例與外界進(jìn)行交互的功能[6]。本文設(shè)計的基于元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎主要包括以下四個層次：

1）活動對象預(yù)處理層

本層主要完成流程執(zhí)行前的準(zhǔn)備工作，主要用來解釋整個流程并對流程中的活動對象進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。例如當(dāng)流程開始時，工作流引擎要掃描整個活動對象，判斷流程開始的節(jié)點。

2）活動對象調(diào)度層

當(dāng)活動對象完成活動的執(zhí)行后，將輸出參數(shù)發(fā)布到工作流引擎當(dāng)中，工作流引擎掃描整個活動對象，將該輸出參數(shù)進(jìn)行廣播，其他活動對象接到參數(shù)時，同自身的輸入?yún)?shù)進(jìn)行比對，看看是否滿足活動對象執(zhí)行的條件。

3）活動對象執(zhí)行層

該層主要用來對于活動對象進(jìn)行執(zhí)行工作，是工作流引擎的核心，根據(jù)活動的對象的預(yù)先定義，完成數(shù)據(jù)及信息的處理工作，本層往往要調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)資源，并對流程執(zhí)行過程中的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行記錄。

4）控制管理層

本層提供了靈活的接口，工作流管理人員可以通過該層對于活動對象進(jìn)行動態(tài)變更，以實現(xiàn)工作流執(zhí)行的柔性。

4 結(jié)束語

本文提出了基于元數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎技術(shù)，通過元數(shù)據(jù)對于活動對象實體進(jìn)行結(jié)構(gòu)定義，并實現(xiàn)了工作流引擎，通過改變活動對象元數(shù)據(jù)的值來控制活動的流轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)了工作流在執(zhí)行過程中的動態(tài)變更和靈活擴(kuò)展，實現(xiàn)了工作流的柔性，很好的解決了業(yè)務(wù)流程經(jīng)常變更的企業(yè)的需求。

[1]Workflow Management Coalition.The Workflow Reference Model.[WflVICl003][R].WFMC TC00—1003.1994.

[2]陳義松,汪蕓.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作流引擎的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微電子學(xué)與計算機(jī),2012,29(11):138-140,144.

[3]黃迪.基于元數(shù)據(jù)的輕量級工作流管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]:吉林大學(xué),2006.

[4]鞏世鵬.工作流驅(qū)動的CAPP系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].重慶大學(xué),2013.

[5]張暉.基于工作流和元數(shù)據(jù)的ETL工具研究與實現(xiàn)[D].河北工業(yè)大學(xué),2006.

[6]楊健,李楠,鄭建功.基于工作流和元數(shù)據(jù)驅(qū)動的城市工程測量一體化集成應(yīng)用平臺[J].東北測繪與空間地理信息,2012,(1):191-193,195.