1 引言
工作流模型是對組織機構業務過程的抽象表示。工作流模型是整個工作流管理系統的基礎，它的確定性保證了系統內各組成部分之間交互的一致性，也決定了一個工作流管理系統從設計開發到運行實
施的諸多環節。不同的工作流模型也就形成了不同的工作流管理系統。相對工作流產品的實現技術和發展而言，工作流建模理論的研究相對滯后，在建模方法上還沒有形成比較系統化的理論體系。目前已有的建模方法主要有：基于活動網絡的建模方法、基于Petri網的建模方法、基于語言行為理論的建模方法、基于活動與狀態圖的建模方法和基于擴展事務模型的建模方法等。但這些工作流模型普遍都存在以下問題：（1）模型語義不夠豐富，表示復雜問題的能力不足；（2）模型的柔性不好，不容易處理在執行過程中出現的不確定性問題；（3）表示方法不夠直觀等。
在信息管理自動化的環境下，工作流模型必須采用簡單、直觀、又具有較強描述能力的面向組織用戶的模型。因此，作者設計UniFlow工作流管理系統時，在參照工作流管理聯盟（Workflow Manangement Coalition 簡稱：WfMC）工作流理論的基礎上，博采眾長，建立了基于有向圖理論的UniFlow工作流管理系統工作流模型，該模型有效的解決了工作流模型中普通存在的問題。下文主要向讀者詳細介紹這一模型的相關理論與設計思想。
2 工作流模型概要
企業、政府機關等組織機構是一個復雜的系統，用過程的觀點來看待這些組織機構，組織機構的組成元素就是過程，過程的組成元素就是活動；工作流模型就是對這些業務過程的抽象表示。
過程是指為了完成組織機構的某個經營目標或任務，而按某種順序聯結在一起的一系列活動。過程的主要屬性有：觸發事件、過程結果、執行規律集。過程的執行規律集用來描述過程內部各活動、子過程之間的控制流程。執行規律集由順序、并發、與、或、循環等五種連接關系組成，通過這五種連接可以完整的描述活動與活動之間的邏輯關系。
活動是指一種變換或操作，是組織機構過程的最基本單元。一個活動的屬性由功能輸入、輸出，資源輸入、輸出、控制輸入、輸出和活動的描述等組成。功能輸入、輸出是指活動中要運作、產生的組織機構對象，它們描述了組織機構過程的物流，所以通常與上級過程的執行規律集有緊密聯系。資源輸入、輸出是指活動執行所占用、釋放的資源，包括執行活動所必須的設備、物料、人員等，它們不僅可以在一定程度上描述不同活動之間的競爭關系，還可以用于實現對過程的分析和優化；控制輸入是指對活動進行控制和限制的信息單位或對象；控制輸出是活動結束狀態的信息單位集合；活動描述是與活動執行有關的具體信息，如活動的編號、名稱、優先級、成本核算單位、開始時間、完成期限、執行者、負責人、所需資源等。
功能輸入、資源輸入、控制輸入統稱為活動的前條件，前條件對活動的發生有制約作用，只有所有的前條件都滿足了，活動實例才能進入“活動”狀態；功能輸出、資源輸出、控制輸出統稱為活動的后條件，后條件影響著后繼活動實例的發生。
一個完整的工作流模型主要有工作流表示方法、工作流元模型、工作流模型接口和建模工具組成。
3 工作流模型的有向圖表示
組織機構的一個完整的業務流程是由一系列最基本的生產活動按照一定的邏輯順序和規則組成的，這些生產活動與他們之間的邏輯關系可以直觀的映射成為一個由節點和連接弧組成的有向圖。有向圖中的節點即表示一個可執行的活動單元，連接于兩個節點之間的有向弧即表示活動間的先后順序關系。
3.1 有向圖理論基礎
對基于有向圖理論的工作流模型，我們作如下定義：
1）有向圖G ={N, L}為一個二元組，N= {n1、n2、n3….ns } 為節點集合，L= {l1,l2,l3….ls}為連接弧集合，其中li=(nj, nk)為從nj指向nk的連接弧，nj,nk∈N。
2）對于任意ni,nj∈N.若有連接弧l = (ni ,nj) ∈L,則ni為nj的一個前驅節點，nj為ni的一個后繼節點，l稱為nj的一個輸入連接弧，或者ni的一條輸出連接弧。
3）若N’包含于N,且N’={n’|(n’ ,n) ∈L} ,則N’為節點n的前驅節點集，記為Pre (n);
4）若N’包含于N,且N’={n’|(n ,n’) ∈L} ,則N’為節點n的后繼節點集，記為Post (n);
5）節點狀態：對于任意n∈N,有狀態函數State (n) = {0, 1},當節點n處于非執行狀態時，State (n) = 0;當節點n處于執行狀態時State ( n )=1。初始時刻，任意State(n) = 0。
6）轉移函數：對于任意l∈L,有轉移函數Trans ( l )={0,1};如果Trans ( l ) = 1,則連接弧l容許發生轉移（是否發生轉移，則要取決于后面的演進規則）：如果Trans ( 1 ) = 0,則連接弧不能發生轉移。
7）演進規則：有向圖的演進規則是由節點狀態的改變與連接弧發生轉移這兩個動態因素相互作用而完成的，因此，規則包含如下兩個方面：
（1）對于任意n∈N
● 當State(n) =0時，若存在l=(n’,n)發生轉移，則State(n)=1;
● 當State(n)=1時，若節點n執行完畢，則State (n)=0;
（2）對于任意l=(n,n’) ∈L
● 當State(n) 從1變為0時，若Trans(1)=1,則連接弧l發生轉移；
● 若Trans(1)=0,則連接弧l不發生轉移，直至下一次State(n)從1變為0的時候再使用此規則。
3.2 節點類別
在基于有向圖的工作流模型中有向圖的節點代表了具有如下特征的多種實體：
1）與業務中實際存在的事件或活動有著直接的對應關系；
2）本身有著具體的或人為定義的含義；
3）能與其他節點形成一定的邏輯關系；
因此，區分不同類別的節點、對節點進行具體的類別定義不僅可以明確節點的含義，同時也增強了模型的語義。在這里我們賦予節點有如下幾種類型的定義： 活動、子過程、開始、結束、同步節點。
3.2.1 活動
活動是指在一個不間斷的時間間隔內為實現某一目標由人工或系統自動完成的一個原子任務，它是組成業務流程的基本單元。一個工作流管理系統的所有活動的集合覆蓋了組織中各類業務流程的全部細節。活動按自動化程度可分為兩類：人工型活動和自動型活動。人工型活動是通過工作表（任務表）的生成來通知相關人員，依靠人員手工或啟動應用的方式來完成。自動型活動則是在工作流的驅動下直接驅動應用或利用自動化設備來完成的活動；這種自動型活動充分體現了工作流管理系統所實現的組織內部不同應用間的過程集成。
3.2.2 子過程
作為組成業務流程的最基本單元，活動是指不能被進一步分解的原子單元。但在流程較復雜時活動結點數也必然增加，且關系復雜，因此，我們引入了子過程的概念。子過程是一類能夠分解的節點類型，它的內部可以包含所有元素類型，實質上是一個子業務流程。子過程的引入大大增強了模型的表達能力，使模型具有了層次的概念，并支持自頂向下的建模過程。同時，我們規定子過程可以出現在任何層次。
3.2.3 開始節點與結束節點
開始節點和結束節點是兩個標志性的節點，用來標識流程的開始和結束。一個工作流程具有唯一開始點和結束點。
3.2.4 同步節點
在將一個實際的業務流程映射成為工作流模型時，很重要的一點，就是要保證活動間的邏輯關系不變。“與”和“或”是兩類最基本的邏輯關系，它是表達各種復雜關系的基礎，工作流模型必須具備表達“與”和“或”關系的能力。
我們在前面定義的演進規則，對于任意一個處于非執行狀態的節點n,只要有一條輸入連接弧發生了轉移，那么該節點即可被執行，這實際上就表達了“或”的關系。即∪{n’∈Pre(n),l=(n’,n) ∈L,Trans(l)=1且l發生轉移}。
對于“與”的關系增加同步節點S來表示，它對活動起協調、同步的作用。我們規定，同步節點S的動態行為完全遵循演進規則，所不同的是，當S處于執行狀態時，即State(S)=1時,將判斷它的所有輸入連接弧是否發生轉移；若是，則S的狀態就由1變為0，即S執行完畢；否則S仍處于等待狀態，并繼續判斷，直至滿足上面的條件后才執行完畢、發生轉移，State(S)=10。這意味著同步節點將使它的所有前驅節點都執行完畢后才繼續推進流程，這實際上就表達了“與”的關系∩{n’∈Pre(n),l=(n’,n) ∈L,Trans(l)=1且l發生轉移。
3.3 連接弧
連接弧作為有向圖中的另一種組成元素表達了有向圖中不同節點元素之間的邏輯關系。它從前驅節點指向后繼節點，體現了節點狀態的轉移和有向圖的演進。連接弧發生轉移根據條件Trans(l)進行，如果Trans(1)≡1則為永真型條件，否則為不定型條件。對于不定型條件根據實際情況取值。在工作流模型設計時我們將連接弧分為三類：普通控制連接弧、條件連接弧和條件設定連接弧。
3.3.1 普通控制連接弧
普通控制連接弧，即永真型連接弧，它不需要任何條件的判斷，只要前驅節點執行完畢，即可激活后繼節點。
3.3.2 條件連接弧
條件連接弧，即不定型連接弧，它的轉移函數的取值是需要在具體的工作流實例執行過程當中由工作流引擎或人工加以判斷來確定的。如果條件成立即可執行后繼的節點。
3.3.3 條件設定連接弧
條件設定連接弧可以用來動態的設定活動的執行條件、完成條件和時間要求等條件。工作流模型通過動態的設定這些執行和判斷條件，可以大大提高工作流管理系統的柔性。
3.4 工作流模型的設計
從以上理論，我們可以得出工作流模型中的元素可以分為節點、連接弧和狀態三大類；利用面向對象的繼承性，我們設計了如圖1所示的工作流模型。該工作流模型定義了三個基類：節點類、無條件連接弧和狀態類。由節點類可以派生出7個子類：人工型活動、自動型活動、同步節點、協調節點、開始、結束，子過程。由無條件連接弧可以派生出條件連接弧和條件設定連接弧兩個子類。子過程由除節點類外的各個類聚合而成（包括子過程本身）。
圖1、工作流模型設計
4、工作流模型定義
工作流生成是工作流建模的核心，它根據用戶在建模工具界面的輸入產生可被工作流引擎解釋執行的工作流。在工作流生成模塊設計時，必須做兩個方面的工作：
（1） 定義一個元模型，所謂元模型是指描述工作流模型的模型，用于描述工作流模型內部包含的各個對象和對象之間的關系及對象的屬性。
（2）定義一套可以在工作流管理系統之間、管理系統與建模工具之間的交互過程模型定義接口，即工作流管理系統接口。
4.1 工作流元模型
工作流元模型包含了工作流定義、活動、轉換條件、工作流相關數據、執行者、資源、需要激活的應用程序、數據窗口等基本實體，如圖2。
4.1.1 工組流定義
工作流定義基本反映了業務過程的目的，即這個過程要實現的目的和最終達到的目標是什么。工作流定義一般包含諸如工作流名稱、過程啟動和終止條件、系統安全、監控和控制信息等一系列基本屬性。
4.1.2 活動
活動相應于業務過程中的任務，主要反映完成業務過程需要執行那些功能操作。活動主要屬性有活動名稱、活動類型（原子級活動、子流程等）、活動的前后條件、調度約束參數（如最長處理時間、排隊等待時間等）等。
4.1.3 轉換條件
轉換條件對應于組織機構經營過程中的業務規則和操作的順序，如在訂單處理完成后，執行生成計劃制定。轉換條件主要負責為過程實例的推進提供導航依據，主要參數包括工作流過程條件（flow condition）和執行條件（execution condition）。工作流過程條件是過程實例向前推進的條件，它可以認為是前/后工作條件的同義詞。執行條件是指當任務到達時通知不同用戶的條件。
圖2、工作流元模型
4.1.4 工作流相關數據
工作流相關數據是工作流引擎執行任務推進的主要依據。工作流實例運行時工作流引擎主要根據工作流相關數據和轉換條件進行推進。工作流相關數據的屬性包括數據名稱、數據類型和數據值等。如在銀行貸款申請表處理后，根據申請貸款的值(如是否大于10萬元)決定下一個的活動是什么，比如大于10萬的申請請交業務經理，小于10萬的申請交給業務人員處理。
4.1.5 執行者
執行者主要描述執行活動過程中參與操作的人員和組織單位。 執行者屬性主要包括角色的名稱、組織實體（Organizational entity）、角色職能等，角色或組織實體決定了參與活動的人員或組織單元。
4.1.6 資源
資源主要描述執行活動過程中所需要的設備、物料等資源。資源屬性主要包括資源的名稱、所需數量或工時、資源的使用成本等。
4.1.7 應用程序
需要激活的應用程序主要描述執行活動過程所采用的工具或手段。應用程序主要屬性包括應用程序的類型、名稱、執行路徑及運行參數等。如在活動過程中調用ERP軟件或決策軟件完成某個具體的企業業務功能。
4.1.8 數據窗口
數據窗口（DataWindow），在每一個活動中可能包含一個或多個數據窗口，用于顯示用戶所需要的信息。
4.2 工作流管理系統接口
工作流管理系統接口描述了工作流定義輸入與輸出接口；它在建模方面組要覆蓋了以下幾個功能：
通信建立：建立各個參與運行的系統之間的通信連接，并且在完成協作后斷開通信連接；
工作流模型操作：對過程模型的名稱進行檢索，并完成對過程模型對象的讀、寫等；
工作流模型對象操作：在建模工具中完成創建、檢索和刪除對象的操作和完成創建、設置和刪除對象屬性的操作。
5、工作流建模工具
工作流建模工具以工作流元模型為基礎，通過分析不同類型的業務過程，采用有向圖的方法對現實的業務活動進行形式化描述，建立業務過程到工作流模型的映射機制。并在此基礎上進一步擴展模型語義，增強工作流模型的表達能力，在圖論和集合論的理論指導下確定方便、實用且形式上嚴格規范的工作流模型。建模工具除了創建模型的功能之外，還包含模型分片、領域配置、應用維護等功能。
工組流模型由開始節點、結束節點、子過程、活動、同步節點、無條件連接弧、有條件連接弧、條件設定連接弧、注釋文本等元素組成；在流程定義時還可以參考或引用組織數據、資源數據、業務過程，工作流相關數據、內部應用、數據窗口、外部應用程序等。通過這些元素的有機組合，工作流建模工具可以完整地描述組織內部典型的工作流程
工組流建模工具一方面為用戶提供了一個建立規范的業務過程的接口，另一方面，所建立的工作流過程可以存儲于工作流庫中作為工作流引擎的輸入，投入運轉、執行并接受監控。建模工具的主要功能點如下：
（1） 提供建立工作流模型所需的各類基本元素，比如活動、子過程、連接弧等；
（2） 支持圖形用戶界面的基本操作，比如鼠標的點擊與拖動；
（3） 提供用戶定義各模型單元屬性的對話框；
（4） 模型的保存與讀取；
（5） 支持多層次建模；
（6） 與外部自動應用的接口。
6、結論
該工作流模型是UniFlow工作流管理系統的在流程定義階段的一個重要部分，已在UniFlow中得到完整的實現。同時UniFlow工作流管理系統目前也已在電子政務中取得了廣泛的運用。