面向業(yè)務(wù)組織的工作流技術(shù)及其協(xié)同機(jī)制電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李蘊(yùn)+王憲杰+武秀川

摘 要： 從實(shí)際需求出發(fā)研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于工作流技術(shù)的業(yè)務(wù)組織與協(xié)調(diào)工具。首先利用業(yè)務(wù)流程建模對(duì)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行擴(kuò)展，將節(jié)點(diǎn)劃分為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和邏輯節(jié)點(diǎn)，使模板能夠更好地描述業(yè)務(wù)流程，并加入模板驗(yàn)證算法檢查模板設(shè)計(jì)過(guò)程中的邏輯錯(cuò)誤。然后擴(kuò)展工作流引擎并將工作流引擎獨(dú)立出來(lái)，方便系統(tǒng)的部署、配置和維護(hù)，并在工作流引擎中引入異常處理機(jī)制，使系統(tǒng)有更好的容錯(cuò)性；其次通過(guò)代理機(jī)制構(gòu)建出分布式業(yè)務(wù)組織工具，能夠滿足局域網(wǎng)中分布式業(yè)務(wù)組織的任務(wù)需求；最后，通過(guò)協(xié)同控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流程之間的協(xié)同工作。

關(guān)鍵詞： 業(yè)務(wù)流程建模； 工作流引擎； 異常處理； 分布式業(yè)務(wù)； 協(xié)同

中圖分類號(hào)： TN99?34； TM417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）01?0145?04

Abstract： A business organization and coordination tool based on workflow technology is studied and designed proceeding from the actual demand. The activity network diagram was extended with the business process modeling to divide the nodes into the activity node and logic node， which makes the template can better describe the business process. The template verification algorithm is introduced to check the logical error in the template design process. The workflow engine is expanded and separated， which is convenient for the system deployment， configuration and maintenance. The exception handling mechanism is introduced into the workflow engine to make the system have better fault tolerance. The distributed business organization tool was constructed by means of the agent mechanism， which can accomplish the mission requirements of the distributed business organization in local area network. The collaborative work among multiple business processes was realized with the coordination control mechanism.

Keywords： business process modeling； workflow engine； exception handing； distribution business； collaboration

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和企業(yè)業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，企業(yè)中出現(xiàn)大量的遺留軟件系統(tǒng)，短時(shí)間內(nèi)很難完全通過(guò)全新的軟件系統(tǒng)來(lái)取代。如果能將這些遺留的軟件系統(tǒng)通過(guò)某種技術(shù)組合起來(lái)滿足企業(yè)新的業(yè)務(wù)需求，必將為企業(yè)節(jié)省巨大的經(jīng)濟(jì)開(kāi)支。本文基于上述需求，在大量理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的工作流系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于工作流的業(yè)務(wù)組織管理系統(tǒng)，將具有特定功能的軟件當(dāng)作流程中的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)定義流程模板將軟件與任務(wù)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同軟件的協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成特定業(yè)務(wù)流程。

1 基于工作流技術(shù)的業(yè)務(wù)組織工具研究

1.1 業(yè)務(wù)組織工具的總體架構(gòu)

業(yè)務(wù)組織工具采用MVC架構(gòu)設(shè)計(jì)，將該工具的系統(tǒng)分成三層：描述層、邏輯層、數(shù)據(jù)庫(kù)層。業(yè)務(wù)組織工具的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2 業(yè)務(wù)流程模型設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)模板在設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行模板驗(yàn)證用以判斷用戶設(shè)計(jì)的邏輯是否合理。驗(yàn)證一個(gè)業(yè)務(wù)流程模板，首先要對(duì)其進(jìn)行模板解析以便進(jìn)行驗(yàn)證。模板解析最主要的工作是解析出流程模板中定義的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性信息和它們之間的邏輯關(guān)系以及各條邊中定義的轉(zhuǎn)移條件。其中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系用前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后繼節(jié)點(diǎn)的集合來(lái)表述，獲取拓?fù)潢P(guān)系的算法思想是讀取流程模板中的每條邊，將該邊的終止節(jié)點(diǎn)加入到起始節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)集中，將該邊的起始節(jié)點(diǎn)加入到終止節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)集中，這樣當(dāng)處理完所有邊后，整個(gè)模板的邏輯拓?fù)潢P(guān)系就都通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)集保存起來(lái)。

為了判斷流程模板的正確性，首先應(yīng)該對(duì)流程模板進(jìn)行一些規(guī)則性的約束，這樣能夠以這些規(guī)則來(lái)判斷流程模板的正確性，下面描述對(duì)應(yīng)的約束條件：業(yè)務(wù)模板開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)惟一，并且它們不能直接相連；子流程中子開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和子結(jié)束節(jié)點(diǎn)惟一，并且不能直接相連；除活動(dòng)節(jié)點(diǎn)外，其他邏輯節(jié)點(diǎn)必須成對(duì)出現(xiàn)，流程中必須有開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)，出現(xiàn)與分支、或分支、循環(huán)開(kāi)始必須有與其對(duì)應(yīng)的與匯聚、或匯聚、循環(huán)結(jié)束節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)；各節(jié)點(diǎn)的邊約束必須有規(guī)定，例如：開(kāi)始節(jié)點(diǎn)只有輸出邊，結(jié)束節(jié)點(diǎn)只有輸入邊等；在模板中邏輯控制節(jié)點(diǎn)不能交叉出現(xiàn)，但可以相互包含；邊必須有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后繼節(jié)點(diǎn)；從開(kāi)始節(jié)點(diǎn)出發(fā)，到模板中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)可達(dá)路徑。

1.3 工作流引擎設(shè)計(jì)

（1） 工作流引擎總體設(shè)計(jì)

工作流引擎中最基本的也是最重要的模塊是流程調(diào)度模塊，該模塊主要包含：控制中心、任務(wù)管理、依賴檢查、轉(zhuǎn)移控制。工作流引擎的內(nèi)部組成如圖2所示。

（2） 工作流引擎調(diào)度算法設(shè)計(jì)

流程調(diào)度算法是整個(gè)工作流引擎的核心內(nèi)容，引擎調(diào)度算法涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)隊(duì)列：RS：未完成隊(duì)列；ES：執(zhí)行中隊(duì)列；SS：已完成隊(duì)列；MSG：消息隊(duì)列。

以上隊(duì)列可以由數(shù)組模擬實(shí)現(xiàn)，其中RS，ES，SS三個(gè)隊(duì)列用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的ID，MSG隊(duì)列存儲(chǔ)的是引擎的執(zhí)行狀態(tài)消息，引擎的狀態(tài)消息可由一個(gè)二元組表示W(wǎng)FMessage=。其中NodeId是節(jié)點(diǎn)ID，msgType表示節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行狀態(tài)情況，其中：0表示執(zhí)行成功，1表示執(zhí)行失敗，2表示執(zhí)行錯(cuò)誤。

1.4 工作流異常處理設(shè)計(jì)

（1） 基于改進(jìn)ECA規(guī)則和案例推理的工作流異常處理模型

SECA_CBR異常處理方法模型的主要思想是：在處理異常時(shí)，首先系統(tǒng)通過(guò)SECA規(guī)則庫(kù)進(jìn)行查詢，判斷規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則是否存在對(duì)應(yīng)的處理方法，如果有對(duì)應(yīng)的規(guī)則，則按照已定的規(guī)則處理相應(yīng)的異常；如果不存在對(duì)應(yīng)的規(guī)則，通過(guò)案例推理方法進(jìn)行匹配和推理新異常處理方法，推理出來(lái)的方法并不立即執(zhí)行而是將該方法推送給用戶，讓用戶決定是通過(guò)推理出的方法還是使用自己判斷的處理方法。當(dāng)用戶對(duì)新異常確定處理方法后，系統(tǒng)會(huì)將其新的處理方法存入異常案例庫(kù)以擴(kuò)展新的案例，通過(guò)規(guī)則轉(zhuǎn)化為SECA規(guī)則存入SECA規(guī)則庫(kù)，這樣既豐富了案例庫(kù)使案例推理更加準(zhǔn)確，又能在該異常再次發(fā)生時(shí)通過(guò)SECA規(guī)則迅速處理。

（2） 基于SECA規(guī)則的異常處理

本工具通過(guò)改進(jìn)的ECA規(guī)則設(shè)計(jì)出SECA（Super ECA），將流程的模板設(shè)計(jì)和工作流異常處理設(shè)計(jì)徹底分開(kāi)，這將降低業(yè)務(wù)模板的復(fù)雜程度，而且方便對(duì)異常規(guī)則的維護(hù)。

SECA規(guī)則通過(guò)添加模板ID和異?；顒?dòng)的ID信息用于標(biāo)識(shí)不同模板，實(shí)現(xiàn)了將SECA規(guī)則庫(kù)和流程模板分開(kāi)，讓流程文件更加簡(jiǎn)潔便于維護(hù)，如果需要添加新的規(guī)則不必在模板文件中添加，只需在SECA規(guī)則庫(kù)中添加，方便用戶的操作，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

（3） 基于案例推理的異常處理

本業(yè)務(wù)組織工具需將案例通過(guò)一些規(guī)則轉(zhuǎn)換成SECA規(guī)則，并將已處理過(guò)的異常案例通過(guò)對(duì)應(yīng)的規(guī)則轉(zhuǎn)換成SECA規(guī)則并存到SECA規(guī)則庫(kù)，在下次遇到該異常時(shí)可以直接查詢SECA規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則對(duì)異常進(jìn)行處理，這樣可以繞開(kāi)復(fù)雜的案例推理過(guò)程，提高異常處理的速度和效率。

2 業(yè)務(wù)組織工具協(xié)同機(jī)制研究

2.1 業(yè)務(wù)流程分布式運(yùn)行機(jī)制研究

（1） 基于代理的分布式架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)組織工具工作的分布式和充分利用計(jì)算機(jī)資源，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的代理部件。代理有自己的端口，可以接收本地任務(wù)和外部代理發(fā)來(lái)的任務(wù)請(qǐng)求。代理收到請(qǐng)求后，首先通過(guò)預(yù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)映射以及加密和解密工作；然后代理根據(jù)相應(yīng)的請(qǐng)求調(diào)用已定義的業(yè)務(wù)軟件，并將相應(yīng)的參數(shù)傳入啟動(dòng)的軟件或服務(wù)中，等處理完成后將執(zhí)行的結(jié)果和狀態(tài)返回給對(duì)應(yīng)的工作流引擎。

代理工作流程大概如下：工作流A執(zhí)行過(guò)程中遇到活動(dòng)節(jié)點(diǎn)將該節(jié)點(diǎn)交給代理去處理，代理判斷該節(jié)點(diǎn)的屬性是否是本地執(zhí)行，是則啟動(dòng)相應(yīng)程序并將執(zhí)行完的結(jié)果返回給業(yè)務(wù)組織工具；否則將活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息通過(guò)通信協(xié)議發(fā)送給其他代理（如B，C，D等）。假如B代理收到信息判斷是本代理執(zhí)行，則啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)用程序，并將執(zhí)行完成后的結(jié)果返回。其他代理收到信息后判斷與自己無(wú)關(guān)自動(dòng)忽略。

（2） 分布式代理框架的實(shí)現(xiàn)

代理是由登錄、系統(tǒng)配置、業(yè)務(wù)處理、代理服務(wù)和監(jiān)控管理模塊組成。監(jiān)控管理模塊的接口與業(yè)務(wù)組織工具的異常處理保持一致，可以通過(guò)業(yè)務(wù)組織工具管理代理服務(wù)的異常情況；系統(tǒng)配置涉及到的東西和業(yè)務(wù)組織工具的分布式協(xié)同關(guān)系不大。

2.2 業(yè)務(wù)流程協(xié)同機(jī)制研究

（1） 協(xié)同機(jī)制架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)多流程之間的協(xié)同工作任務(wù)要求，本文在工作流引擎之間引入了協(xié)同控制機(jī)制，如圖3所示。通過(guò)該機(jī)制能夠協(xié)調(diào)需要多流程協(xié)同工作的業(yè)務(wù)流程。

（2） 協(xié)同工作流

一般情況下協(xié)同工作流的實(shí)現(xiàn)都會(huì)有對(duì)應(yīng)的協(xié)同模板，將協(xié)同模板作為優(yōu)先級(jí)高的流程進(jìn)行執(zhí)行，當(dāng)有需要執(zhí)行的協(xié)同模板活動(dòng)時(shí)就會(huì)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的協(xié)同交互工作。本工具將協(xié)同模板設(shè)計(jì)省略，通過(guò)采用可視化的方法對(duì)模板之間的活動(dòng)添加對(duì)應(yīng)的時(shí)序約束關(guān)系。在工作流引擎執(zhí)行協(xié)同流程時(shí)通過(guò)查詢時(shí)序約束關(guān)系自動(dòng)完成流程之間的時(shí)序約束關(guān)系。

（3） 協(xié)同機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

本工具不將協(xié)同規(guī)則寫入對(duì)應(yīng)的模板文件中，而是把協(xié)同規(guī)則存入獨(dú)立的協(xié)同規(guī)則庫(kù)。在設(shè)計(jì)協(xié)同規(guī)則時(shí)通過(guò)業(yè)務(wù)組織工具的模板驗(yàn)證模塊獲取流程的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲取每個(gè)流程模板中的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，然后設(shè)定各模板中活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間約束性。

3 基于工作流的業(yè)務(wù)組織工具的實(shí)現(xiàn)

3.1 業(yè)務(wù)流建模工具的實(shí)現(xiàn)

（1） 模板繪制

業(yè)務(wù)組織工具、建模工具的繪制功能主要通過(guò)Qt圖形視圖框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，Qt開(kāi)發(fā)圖形視圖框架由項(xiàng)（Item）、場(chǎng)景（Scene）和視圖（View）三層構(gòu)成。其中項(xiàng)提供各種圖形供繪制功能使用；場(chǎng)景是項(xiàng)的存儲(chǔ)容器，可以用來(lái)管理圖形項(xiàng)；視圖是控制可視化窗口部件，主要使場(chǎng)景中的內(nèi)容可見(jiàn)。

（2） 界面展示

本工具將業(yè)務(wù)建模工具集成在業(yè)務(wù)組織工具中，主要有新建模板、打開(kāi)模板、保存模板、另存為模板等功能。從實(shí)際需求出發(fā)繪制的業(yè)務(wù)流程模板，如圖4所示。

3.2 工作流引擎的實(shí)現(xiàn)

（1） 本地引擎的實(shí)現(xiàn)

引擎實(shí)現(xiàn)類主要由WorkFlowInstance構(gòu)成。其主要的函數(shù)有：模板寫入數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)，控制流程引擎的主函數(shù)，模板的邏輯結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成函數(shù)，獲取該節(jié)點(diǎn)信息函數(shù)，初始化節(jié)點(diǎn)函數(shù)，MSG消息隊(duì)列的處理函數(shù)，向隊(duì)列中加入節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理開(kāi)始節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理結(jié)束節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理活動(dòng)節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理與分支節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理與匯聚節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理或分支節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理或匯聚節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理循環(huán)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理循環(huán)結(jié)束節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理子流程節(jié)點(diǎn)函數(shù)，處理邊上條件設(shè)置的判斷并返回結(jié)果函數(shù)，線程啟動(dòng)時(shí)內(nèi)存初始化設(shè)置函數(shù)，根據(jù)異常處理模塊返回的處理建議處理函數(shù)，重新執(zhí)行某個(gè)節(jié)點(diǎn)函數(shù)。

（2） 業(yè)務(wù)監(jiān)控工具的實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)流程監(jiān)控模塊的主要功能是當(dāng)用戶啟動(dòng)一個(gè)業(yè)務(wù)流程后，對(duì)流程實(shí)例進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和控制，其主要組成部分包括：正在執(zhí)行的流程管理，執(zhí)行完畢的流程管理，流程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，已執(zhí)行完的流程回放等。

3.3 異常處理模塊的實(shí)現(xiàn)

3.3.1 異常處理功能類的實(shí)現(xiàn)

異常處理模塊的主要應(yīng)用環(huán)境是業(yè)務(wù)流實(shí)例執(zhí)行活動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常情況，對(duì)異常情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎沽鞒棠軌蚶^續(xù)執(zhí)行下去。該功能模塊主要由WFException，WFExceptionMonitor和WFEManualDlg三個(gè)類實(shí)現(xiàn)，其中三個(gè)類之間相互關(guān)聯(lián)。

3.3.2 功能展示

業(yè)務(wù)流程由項(xiàng)目目標(biāo)、需求分析、設(shè)計(jì)方案、提交方法四個(gè)活動(dòng)組成。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案時(shí)必須先獲取項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，這樣才能根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)執(zhí)行方案，假如在調(diào)用項(xiàng)目目標(biāo)軟件獲取項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)時(shí)，獲取不到查詢結(jié)果，此時(shí)系統(tǒng)拋出異常，該異常被異常探測(cè)模塊捕獲并將獲取到的異常信息發(fā)送給異常分析模塊，該模塊收到信息后首先查詢SECA規(guī)則庫(kù)。

SECA規(guī)則庫(kù)中沒(méi)有關(guān)于該異常的規(guī)則，因此異常分析模塊將異常信息發(fā)給案例推理模塊，案例推理模塊接收到異常信息后首先用改進(jìn)后的案例匹配算法對(duì)案例庫(kù)進(jìn)行檢索，獲取與該異常相似的案例組，然后通過(guò)案例修正算法對(duì)匹配到的案例中的解方法進(jìn)行修正使其適合處理新異常，最后將修正后的處理方法作為異常處理建議發(fā)給用戶。

3.4 分布式和協(xié)同模塊實(shí)現(xiàn)

3.4.1 分布式的實(shí)現(xiàn)

在流程模板設(shè)計(jì)時(shí)，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要指定由哪個(gè)角色和用戶執(zhí)行，該角色和用戶是計(jì)算機(jī)登錄采用的賬號(hào)，分布式工作的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)屬性時(shí)已經(jīng)指定。代理界面記錄所有代理的登錄情況，包括用戶名稱、IP地址、訂閱信息等。通過(guò)該代理可以接收和發(fā)送請(qǐng)求，其發(fā)送請(qǐng)求過(guò)程類似三次握手，邀請(qǐng)?同意?確定其左側(cè)為對(duì)應(yīng)的邀請(qǐng)信息，右側(cè)為本代理收到的返回信息。通過(guò)右側(cè)代理收到的實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，對(duì)本任務(wù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。

3.4.2 協(xié)同控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)組織工具通過(guò)引入?yún)f(xié)同控制機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)多流程之間的協(xié)同工作問(wèn)題，業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)機(jī)制最主要的是協(xié)同規(guī)則的表述問(wèn)題。通過(guò)具體的協(xié)同工作實(shí)例來(lái)展示該機(jī)制的工作方式。其中參加協(xié)同工作的業(yè)務(wù)流程模板如圖5，圖6所示。

在設(shè)計(jì)上述流程模板后，需要將該模板設(shè)置成協(xié)同模板組。本文將對(duì)應(yīng)的協(xié)同工作組添加到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)空中為其建立惟一標(biāo)識(shí)。

其中流程模板信息展示協(xié)同模板組中各模板的信息，包括：模板ID、模板名稱、活動(dòng)節(jié)點(diǎn)號(hào)、活動(dòng)節(jié)點(diǎn)名稱等。該功能是通過(guò)模板驗(yàn)證模塊的拓?fù)潢P(guān)系圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié) 論

本文在大量理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的工作流系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于工作流的業(yè)務(wù)組織工具，將具有特定功能的軟件當(dāng)作流程中的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)定義流程模板將軟件與任務(wù)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同軟件的協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成特定業(yè)務(wù)流程。

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