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1、第26卷 第9期 2003年9月计 算 机 学 报 CHINESE JOURNAL OF COMPUTERSVol. 26No. 9 Sept. 2003面向意外处理的工作流系统建模与执行窦万春 席晓鹏 许列飞 蔡士杰 (南京大学软件新技术国家重点实验室 南京210093)(南京大学计算机科学与技术系 南京210093)收稿日期:2001211209 ;修改稿收到日期:2002207218.本课题得到南京大学博士后科研基金(0202003013)、 南京大学人才引进基金 (0202005106)资助.窦万春,男, 1971年生,博士,副教授.主要研究方向为可视化工作流技术、 知识管理等. E2
2、mail : wanchun-dou .席晓鹏,男, 1977年生,硕士研究生.主要研究方向为智能信息处理.许列飞,女, 1976年生,硕士研究生.主要研究方向为计 算机支持协同工作(CSCW)、 工作流管理等.蔡士杰,男, 1944年生,教授,博士生导师.主要研究方向为计算机图形学、CAD等.摘 要 产生于工作流系统的执行阶段、 未在系统建模阶段进行描述和定义的突发事件,称为工作流意外事件.对 应意外事件的处理过程,称为意外处理.该文针对意外事件,从系统建模与模型执行两个方面对工作流意外处理 进行了探讨.在系统建模阶段,通过拓展Petri网中的基本概念,提出并构造了组成工作流的过程单元,在将
3、工作 流内在的逻辑关系分解为控制流与数据流的基础上,讨论了一个面向意外处理的工作流系统复合建模方法.对应 工作流的模型执行,定义了两类意外处理,用矩阵形式分别表示或标识控制流、 数据流和意外事件,经过矩阵分析 与变换,对意外事件的影响区域进行范围界定.最后,探讨了这种意外处理方法在数据流意外处理中的实例应用.关键词 意外事件;意外处理;工作流系统; Petri网;矩阵;控制流;数据流 中图法分类号TP14Exception Handling Oriented Workflow Modeling and Its PerformanceDOU Wan2Chun XI Xiao2Peng XU Li
4、e2Fei CAI Shi2Jie( State Key Laboratory for Novel Sof tware Technology , Nanjing University , Nanjing210093)( Department of Computer Science and Technology , Nanjing University , Nanjing210093)Abstract The exceptions of workflow system are those issues taking place during execution but ex2 cluded in
5、 modeling , and the corresponding handling process is exceptions handling. For better han2 dling the exceptions , the countermeasures are explored from workflow modeling and its performance. A framework of process unit developed from Petri net underlies workflow modeling. Furthermore , an approach o
6、f compound modeling is put forward oriented toward the exception handling after decompos2 ing the workflow relationship into control2flow and data2flow. In conformance with models perfor2 mance , the exception handling is categorized into two kinds according to the impact on workflow in2 frastructur
7、e caused by the exceptions. The control2flow , the data2flow and the exceptions are labeled by matrix respectively and the sphere of the exception handling can be deduced from the transformation of the matrices. At last , a handling instance oriented toward data2flow exceptions is presented.Keywords
8、 exceptions; exceptions handling; workflow system; Petri nets; matrices; control2flow ; data2flow1 引 言最近几年,作为CSCW领域中的一项关键技 术,工作流技术得到了普遍的应用1.但是,相比E2mail系统、Web浏览器以及组件平台(groupwareplatform)等其它同时期、 甚至晚些时候出现的应用技术,其应用的成熟度和对其它领域的影响程度,与 预期目标相比还有许多差距2.造成这种状况的因素 很多,主要体现为系统执行过程中处理意外事件的能 力不强28.为此,国际学术期刊 Computer
9、 Sup2ported Cooperative Work (CSCW) 于2000年11月 推出了一期Adaptive Workflow Systems专刊9,专 门就意外处理(exceptions handling)问题进行了探讨,组织了7篇文章,分别从提高工作流模型在执行 过程中的动态修改36和模型在执行过程的动态 扩充7两个角度进行了探讨,并给出了一个应用系 统实例8.鉴于意外处理问题在计算机应用领域的 重要性,2000年 IEEE Transaction on Software En2gineering 的第9期与第10期对包括工作流领域在 内的意外处理问题进行了集中探讨,为意外处理提
10、 供了更多的解决方案与参考手段10 ,11;另外,文献1215从提高工作流技术的智能化程度、 系统健 壮性或建立系统处理意外事件的Case库等角度对 工作流系统的意外处理进行了个例研究.根据我们 的技术查新,该类问题在国内尚未得到重视,有关该 主题研究的文献资料还未有发现,对工作流系统的 研究重点大多集中在系统建模、 功能分析与系统评 价等方面1619. 为了促进并完善工作流技术在CSCW领域及 其它相关领域的应用与发展,本文通过对意外事件 与意外处理等基本概念进行定义,利用Petri网、 矩 阵等分析工具,从建模和执行两个角度对意外处理 进行了研究,并对一个具体的应用实例进行分析研 究.本文
11、第2节,通过对意外事件的归纳与分类,定 义了本文讨论的意外事件与意外处理等基本概念; 第3节通过对过程单元的递阶定义和对工作流系统 中的流关系分析,提出了一个面向意外处理的工作 流建模方法;第4节,对工作流模型执行过程中的意 外处理进行了分类探讨;第5节则探讨了一个具体 的意外处理应用实例;第6节对本文进行了总结和 归纳.2 意外处理的基本概念从功能上来讲,工作流技术大致可以划分为两 个方面:对现实系统的抽象建模和模型执行中的过 程管理.前者是理论分析阶段,往往利用模型机制, 对现实系统进行规范化描述;后者则是模型的实际 操作阶段,即模型实例化及对应的过程监控等.意外 情况或意外事件(exce
12、ptions) ,则可以看作是产生在 模型的实际操作阶段、 未在建模阶段进行描述和定 义的问题.对这类问题的处理,称之为意外处理(ex2ceptions handling) .意外处理过程中,对意外事件进 行标识和确认,并在意外事件的影响范围内消解意 外事件(防止波及其它流程环节而造成更大范围的 意外处理)十分重要.基于这种认识,根据意外事件 对整个工作流系统的影响范围, Kammer3等将意 外事件划分为个人级(employee level)、 群组级(group level)和组织级(organization level) ,并从属性上将意外事件划分为可预见意外事件与不可预见意 外事件,认
13、为可预见意外事件对应模型包含的条件2 活动分支在模型实例化过程中的取舍选择;而不可 预见意外事件则是产生在模型的实际操作阶段、 未 在建模阶段进行描述和定义的矛盾冲突. Luo13将 意外事件划分为应用级(application level)、 工作流级 (workflow level)和基础框架级(infrastructure lev2el) ;在此基础上,根据系统对意外事件的关注程度, 进一步将意外事件区分为可屏蔽型(masking excep2tions)与可传播型(propagating exceptions) ,对可屏蔽型意外事件,系统不予理会,忽略其对过程执行的 影响;而对可传播型
14、则需要从全局角度出发进行协 调处理.本文所讨论的工作流意外事件和意外处理 的形式化定义如下. 定义1(意外事件) .工作流模型在执行过程 中,背离理想化流程开展的分支事件,称之为意外事 件或意外情况(exception) . 这里的理想化流程开展,是指在模型具体执行 前,根据模型内在的逻辑关系和包含的流程定义,从 理论角度进行推理与设想的一次虚拟执行过程.产 生于模型的实际操作阶段、 未在模型的理论分析阶 段进行描述和定义的问题,可以称之为不可预见的 意外事件.而那些存在条件分支的节点,相对该次虚 拟执行过程,其它条件分支就可以看作是可预见的 意外事件.需要说明的是,意外事件并非都具有消极 作
15、用.如知识应用与交互领域中的工作流系统的过程 特征与过程质量,往往体现为数据流概念下丰富的交 互内容,它在知识启发方面具有明显的积极作用. 定义2(意外处理) .工作流模型(主要针对可 以预见的意外事件)以及工作流管理系统(主要针对 不可预见的意外事件) ,借助特定的处理方式或机 制,对意外事件的处理. 针对可预见意外事件,往往是在建模阶段对每 个条件分支定义对应的解决方案;对不可预见的意 外事件,往往涉及某些附加因素.我们以产品设计制 造工作流系统为例进行具体分析.该工作流系统中, 经常会发生这种情况:设计阶段某些参数的确定和 设置,由于未考虑或不具备验证条件,直到工艺设计 阶段甚至制造阶段
16、才会发现这些设计上的缺陷.此 时的意外处理,往往是根据损失或代价最小原则首 先确定责任对象.如工艺阶段发现零件1和零件2 存在装配上的干涉,到底是对零件1进行修改,还是 对零件2进行修改,这就需要一定的仲裁机构进行 决策.另外,意外发生的现场过程单元和造成意外发59019期窦万春等:面向意外处理的工作流系统建模与执行生的原始过程单元之间数据流涉及的其它过程单元 理论上也是该意外事件的影响部分.因此,为了保证 意外处理的闭环效果,避免意外处理的同时造成的 连锁反应失控,形成更大范围或更多的潜在的意外 事件,在发生意外事件时,还必须有效标识意外事件 的影响范围.3 面向意外处理的工作流系统建模提高模型在执行过程中的动态修改与模型在执 行过程的动态扩充能力,可对意外事件进行有效的处 理.鉴于意外事件和工作流模型之间的对应关系,还 必须尽可能地在建模阶段就将可能发生的意外情况考 虑在内,从模型机制上对可预见的意外事件进行规约.3. 1 过程
