基于CSCW的工作流管理系统_免费工作流管理系统

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基于CSCW的工作流管理系统

摘要：计算机支持协同工作(Computer Supported cooperative work，CSCW)是在信息时代发展起来的一门新兴学科。它是在计算机支持的情况下(即CS)，人们协作完成一项共同的任务(即CW)。本文介绍了CSCW技术，及其应用场景。以及工作流技术，工作流管理系统的相关技术与应用。讨论了基于CSCW技术的工作流管理系统结构。关键词:工作流，工作流管理系统，CSCW，计算机支持的协同工作。1 CSCW 计算机技术的发展把人类社会带入了信息化时代, 随着信息化进程的深入, 通信技术与计算机及其网络技术相融合, 产生了一个新的研究领域———计算机支持的协同工作CSCW(Computer Supported Cooperative Work), 简称计算机协同工作。它是信息化进程 发展的一种必然产物, 它将带来人们协作方式的变革, 提高人们协同工作的整体效率。计算机协同工作应用系统的发展和推广会改善人们交流信息进行协作的方式, 而计算机技术的发展也必然走向计算机协同工作的方向。CSCW 是地域分散的一个群体借助计算机及其 网络技术, 共同协调与协作来完成一项任务。它包括协同工作系统的建设、群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究、应用系统的开发等部分。通过建立协同工作的环境, 改善人们进行信息交流的方式, 消除或减少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍, 节省工作人员的时间和精力, 提高群体工作质量和效率, 从而提高企业、机关、团体、乃至整个社会的整体效益和人类的生活质量。一句话定义就是: 在计算机技术支持的环境中(即CS), 一个群体协同工作完成一项共同的任务(即CW)。它的目标是要设计各种各样的协同工作的应用系统。

CSCW涉及的主要成分应当包括技术成分和人文成分两个层面。确切地说，它们是:技术成分，包括:通信系统，如电话、电子邮件、桌面视频会议系统等;共享工作空间设施;共享信息设施(用以存储、存取、安排和管理参与协同的人员的共享信息);共享活动支持设施，这类活动如决策、指挥、教学、设计等;人文成分，包括:人的个性方面，如人们喜欢如何工作和通信、人的服饰习惯如何等;组织方面，包括工作组的大小、组织的管理及变化等;小组工作设计方面(如协同工作的分析、设计CSWC的解决方案等);小组工作的动态性质方面。CSWC系统涉及的要素可以归结为三个，简称为CSWC三要素:通信、合作与协调。其中，通信是CSWC的基础，其实在CSWC系统中使用的通信方式常常可以分为异步通信和同步通信两大类。合作则是CSWC的形式，CSWC关心的是群组在工作中成员之间的协作，所以是CSWC群组活动的重要内容。协调则是CSWC的关键，群组协作结果的好坏取决于群组成员活动的协调。从多媒体手段上看，CSCW的发展可以看作从支持单媒体发展到支持多媒体、从简单媒体到复杂媒体的过程;从非线性形式上看，协同环境中信息从线性方式变成了非线性形式，成了超文本形式，和多媒体技术结合以后，以超媒体的形式出现:当然协同支持是又一方面，它包含了E一mail、Mailing list和工作流等技术的支持。一句话，CSCW是众多技术的集成。工作流技术

工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力。

不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义，但是这些不同的工作流定义基本上都说明这样一个问题，即工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的软件环境。使用工作流来作为经营过程的实现技术首先要求工作流系统能够反映经营过程的如下几个方面的问题，即经营过程是什么(由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义)、怎么做(活动间的执行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定义)、由谁来做(人或者计算机应用程序，也就是组织角色的定义)、做得怎样(通过工作流管理系统对执行过程进行监控)。所以，工作流是一种反应业务流程的计算机化的模型，是为了在先进计算机环境支持下实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。这里强调工作流模型是可被工作流管理系统执行的，这主要是为了区分工作流模型和一般意义上的过程模型。一般的过程模型并不要求它用计算机来进行执行，而工作流模型，从建立的目的来讲:就是为了实现业务过程自动化，要由计算机来执行的。这就要求工作流模型不及能够描述活动及其相互之间的连接关系，而且需要定义许多其他的信息，如组织、资源、数据等，这样才能够由计算机进行解释和执行。另外一方面，由于工作流模型需要由计算机来执行，这就对工作流模型的准确性提出了更高的要求，工作流模型的定义也更加严格和准确。3 工作流管理系统

工作流管理系统是运行在一个或者多个称为工作流机(又称为工作流引擎)的软件上的，用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者(人、应用)进行交互，推动工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。需要注意的是，工作流管理系统并不是企业的业务系统，而是为企业业务系统的运行提供软件支撑环境。所有的工作流管理系统都提供了三种功能:建立阶段功能:主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。运行阶段的控制功能:在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过程中活动的排序和调度功能。

目前为止，工作流管理联盟已经在全世界范围内有超过300个的成员组织，从生产商到用户，从理论研究到咨询应用，展现着工作流的各个方面。开发的独立工作流管理系统产品超过了几百种，但实际应用效果并不能太令人满意。根据所实现的业务过程，底层实现技术，所采用的任务项传递机制等分类标准，可以将工作流管理系统分成不同的类别:根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类: 1.管理型工作流(AdmnistiartvieWorkflow):在这类工作流中活动可以预定义并且有一套简单的任务协调规则。

2.设定型工作流(AdHocWokroflw):与管理型工作流相似，但一般用来处理异常或发生机会比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的用户有关。

3.协作型工作流(Collaborative Workflow):参与者和协作的次数较多。在一个步骤上可能反复发生几次直到得到某种结果，甚至可能返回到前一阶段。

4.生产型工作流(PorudctofnWorkflow):实现重要的业务过程的工作流，特别是与业务组织的功能直接相关的工作流。与管理型工作流相比，生产型工作流一般应用在大规模、复杂的和异构的环境下，整个过程会涉及许多人和不同的组织。根据底层实现技术，可将工作流产品分为三类: 1.以通讯为中心:以电子邮件为底层的通讯机制。这种类型的工作流管理系统适合于协作型工作流和不确定型工作流，而不适于生产型工作流。

2.以文档为中心:基于文档路由，它同外界应用的交互能力有限。许多基于表的管理型工作流可以用以文档为中心的工作流实现。

3.以过程为中心:这种工作流管理系统对应生产型工作流。它们一般建立在数据库之上，有自己专用的通信机制并且提供了同外部进行交互的接口。根据不同工作流管理系统所采用的任务项传递机制的不同，市场上的工作流产品又可以划分为四类: 1.基于文件的工作流管理系统以共享文件的方式来完成任务项传递。这种类型产品开发得最早、发展最成熟、其产品品种较多。代表产品有FilNeet的VisualWor甘

10、IBM的FofwMark、ICnoncert的ICnoncert。

2.基于消息的工作流管理系统通过用户的电子邮件系统来传递文档信息。这种类型的产品一般都提供与一种或多种电子邮件系统的集成接口。代表产品有Novell开发的Ensemble、eJtFomr公司的ITne哪。、Keyfile公司的Keyflow。

3.基于Wbe的工作流管理系统通过Ini~t来实现任务的协作。这一类产品起步较晚(在95年以后)，但是发展迅速，其市场前景十分看好。许多供应商纷纷改进原有产品或开发新产品以增加对Wbe的支持。代表产品有ActofnTecnlioofgesi公司的ActoinW0krsMetor、uh而us公司的Utiimus。

4.群件与套件系统虽然这一类产品与上面介绍的三种产品在任务传递方式上有很大程度的重叠，但是在这里却有必要把它们单独划分成一类，因为这一类产品都需要依赖于自己系统的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管理、数据库与文档管理服务等，它们本身就构成了一个完整的应用开发环境。代表产品有IBM几。tus公司的LotusNotes、Microsoft公司的office与Exchange、Novell公司的Groupwies。

现有工作流管理系统的缺点。工作流管理系统经过多年的发展，取得了长足的进步，但总的来说，工作流管理系统还是处于一个不成熟的阶段，主要的原因有三点:第一、是在工作流中使用了过多的概念。在这个领域中的大量规范和工具没有一个是相似的。它们相互之间有重叠并且会相互参考引证。这是由于工作流的涉及面太广，很难对工作流的相关内容下一个严格定义，这也制约了工作流管理系统的推广应用。第二、工作流的研究工作还不够深入，缺乏标准，工作流管理系统显得还不成熟。虽然工作流管理联盟为工作流的标准化做了很多努力，但制定的标准仍然不能满足实际的使用需要。而且制定的标准具体化程度不高，很多细节部分没有考虑到，这也造成了现有的工作流产品各自拥有自己的标准，不能通用。第三、工作流管理系统在客户个性化定制方面存在不足，在协同原有客户系统方面做的不好。造成了很多工作流管理系统不是适应客户的需求，而是要更改客户需求来满足工作流管理系统。3 CSCW与工作流结合现有工作流管理系统大部分都是提供一个工作流平台，进行工作流管理。工作流管理的一个基本特点就是能够预先定义工作流程，总的来说它注重的是完成一项工作的’过程’。这说明现有的工作流管理系统是把现实社会的工作过程映射到计算机中，但这个映射过程只是死板的把现实中的工作过程转换为工作流，而没有考虑到现实社会的工作过程中普遍存在的协作性。这导致现有工作流都是按照预定的一成不变的流程定义流动，在流动过程中不考虑能否与别的工作流进行协作提高效率。而随着现代化大生产的来临，协作性的工作己成为生产的主流模式，作为现实生产的映射，工作流管理系统也越来越需要协同的管理工作流，因此对各个工作流程之间协调的好坏，是系统成功与否的重要标志，而实现协调的重要手段就是对系统内部错综复杂的工作流进行有效管理。工作流由一系列相互协作的任务组成，但是任务的执行次序遵循一定的偏序关系。有些任务由计算机自动执行，有些任务由人用计算机完成。在很多时候人与人之间需要相互协作才能完成一项任务，这时就需要CSCW环境及其工具的支持实现人与人之间的协作。因此，将CSCW与工作流管理系统相互融合，能使工作流管理系统更适应现代化大生产的需求，是工作流管理系统未来的发展方向之一。4 基于CSCW的工作流管理系统

基于CSCW的工作流管理系统，与以往的工作流管理系统相比，更注重协同 工作，可以解决以往工作流管理系统协同性差导致的效率低下问题。但是，也因 为协同工作需要在各个工作流之间的信息交换，互相协作等新操作，对旧的工作 流管理系统提出新的问题。4.1统一的工作流定义

由于工作流管理系统在CSCW环境下，无可避免的要遇到如何处理两个不同的定义格式的工作流之间如何协同的问题，主要体现在:不同定义格式的工作流之间的数据如何互相感知和交换;不同定义格式的工作流如何协作。在大多数的工作流管理系统中，用户不得不对工作流流程的细节进行静态的预定义，使得工作流之间可以交互，但这会大大增加商业流程的复杂度。文采用XPDL作为工作流过程定义工具。XPDL即为XML过程定义语言(XML Proce Definition Language)，工作流管理联盟在2005年10月3日发布了最新的XPDL第二版，XPDL的出现是为了解决大量不同的工具被用于分析，构建，描述和文档化商业过程导致的格式不统一的问题。XPDL定义了一个统一的交换模式，从而支持了两个独立的产品之间的过程交互。XPDL是基于XML的，由于XML的开放性和结构化的数据表达能力，使之能够在不同的用户和程序之间交换数据，而不论其平台如何。而且由于XML的自定义性及可扩展性，它足以表达各种类型的数据。对于工作流管理系统中需要在不同节点或是不同平台上交互的数据，无论什么格式，都可以把它转化为XML的形式。同时XML格式的数据又可以轻易地转化为系统专有的数据格式。XPDL定义了一套标准的数据类型。4.2工作流感知

旧的工作流管理系统只需要监控工作流引擎中运行的工作流情况就行，但是在CSCW环境下的工作流管理系统要协同各个工作流，所以必须使各个工作流互相了解之间的信息，才能有协同的基础，这里分为两种情况:待加入的工作流与运行中的工作流的相互感知运行中的工作流之间的相互感知基于CSCW的工作流管理系统是通过协同工作流中的活动达到协同的目的的，因此工作流之间的感知主要是活动的执行情况。我们把不能再分解的工作流活动称为原子活动，在原子活动执行期间，不能进行对该原子活动的操作，换句话说，无法在该原子活动执行期间对其进行任何协同操作，而且，最终的协同也是原子活动之间的协同。因此可以以原子活动状况作为工作流之间感知的基础。工作流之间主要感知原子活动的执行情况，包括执行开始，执行进度，执行异常，执行完成等情况。而对于上述的两种情况，需要感知的内容是不相同的，对于待加入的工作流，因为其信息对于其它工作流来说，是完全不知道的，所以应该把组成该工作流的活动，活动的优先级，执行顺序，需要的资源对相关的工作流发布。而对于运行中的工作流，只需在原子活动执行完成后，将这个消息发送到相关的工作流，更新该工作流的信息即可。对于同时需要的感知的信息，要根据感知信息对协同工作的影响程度来决定感知的优先程度。动态感知信息对协同工作的影响程度可以用感知敏感度来描述。一般对协同工作贡献大的动态感知信息，应该赋予高的感知敏感度，反之亦然。如图1所示是工作流感知模型，对于待加入的工作流和运行中的工作流来说，他们的一举一动都是在管理监控工具监视下的，因此把管理监控工作作为待加入的工作流和运行中的工作流之间的桥梁，其中的信息过滤器的作用是过滤不需要的信息，例如，某工作流的活动因为保密的需要，不能被感知，那么该活动的信息就会被信息过滤器过滤，只被管理监控工具感知。

图-1 4.3并发控制

在CSCW环境下的工作流管理系统并发的情况要比普通的工作流管理系统严重，主要是共享资源的使用上，因为如前所述，最终的活动为原子活动，所以使用共享资源的也是原子活动，对于请求共享资源的原子活动，由监控管理工具查看共享资源是否被占用，如被占用，则拒绝使用，如无，这在请求该共享资源的原子活动中，选取优先级别最高的原子活动，分配使用该共享资源，如图2所示。

图-2 4.4死锁

由于协同工作的缘故，很多在单独执行不会出现死锁的工作流，在协同工作的环境下会出现死锁的问题，如图3.5所示，活动B是活动D的前驱活动，活动D是活动E的前驱活动。经过协同后，活动B和活动E合并为同一活动，这个活动既是活动D的前驱活动，又是活动D的后继活动，形成死锁。为了避免基于CSCW的工作流管理系统出现死锁，需要注意以下容易引起死锁的几点:

1、有顺序关联关系的工作流活动

2、循环的工作流活动

3、有多个前驱或者有多个后继活动的工作流活动

管理监控工具在调度工作流活动进行协同，应对协同后的工作流管理活动进行死锁检验，如发现死锁，则取消执行协同。每个工作流活动应有参考的执行时间，如果发现超过执行时间达到一定程度，应看作出现死锁，执行死锁处理。4.5负载平衡

负载平衡是提高性能的重要方法，在CSCW环境下，一般采用两种方法来达到负载平衡:(1)分配工作负载给多个工作流引擎执行，这样，在重负载的情况下，工作流管理系统仍然能保持可以接受的性能水平。

(2)将工作流活动分配到更适合的工作流引擎上执行，提高执行效率。5工作流固定协同策略

工作流固定协同策略是指按照固定的协同规则，将符合条件，能进行协同的工作流协同。在本节中，首先分析了原有工作流管理系统中各种没有考虑协同的工作流执行情况，并根据具体的情况，给出相应的固定执行协同策略。协作策略包括工作流自身的协同策略和工作流之间的协作策略。5.1冗余流程的化简

根据80一20原理，在所有工作流活动中，20%的活动经常执行，占到了执行频率的80%，这也就是说，在工作流管理系统里，正在执行的工作流，以及即将加入执行的工作流中，往往存在相同的活动，在原有的工作流管理系统中，这些相同活动往往反复执行，造成资源浪费，以及效率的低下，在生产型的企业中，这种情况更为严重。如图4.7所示，在工作流1至工作流n中，每个工作流里都有相同的活动，这些相同的活动被重复的执行。解决这种问题的方法是将相同的活动节点合并，如图4.8所示。这样，将原来的多个顺序执行的工作流变为一个或连接和或分支相结合的工作流。工作流中相同活动的任意一个前驱活动就绪后，相同活动即可执行，相同活动节点执行时间没有受到拖延，而执行次数由原来的n次变为了1次，减少了资源的浪费。相同活动节点的执行结果保存，相同活动节点剩下的或连接前驱活动到来时，可以越过执行相同活动节点这一步，直接执行下一步活动，提高了效率。更改活动执行顺序现有的工作流管理系统，有一个特点是工作流流程一旦定义后，不能更改，按照固定的活动顺序执行，这有可能会导致后继工作流活动的无谓等待。如图4.9所示，工作流2中的活动B是与连接逻辑活动，而它的其中一个前驱活动是工作流1中的活动A。假设活动B除了活动A外的别的前驱活动均己完成，只待活动A执行完毕，活动B即可执行。但活动A的执行，必须要等待它的前驱活动的完成，这些活动对于活动B来说，是无谓等待活动。正是因为这些活动，导致整个工作流2需要等待，增加了运行时间。解决上述问题的方法是更改活动执行顺序如图410所示将活动B的无谓等待活动排在活动A后执行，这样，活动A不必等待这些活动的执行完毕即可执行。活动B也相应的消除了无谓等待，提高了效率。执行这种优化的前提条件是:工作流中的活动具有相同优先级别的，并且更换活动的执行顺序对工作流的执行结果没有影响。5.2分解活动

现有工作流管理系统在工作流执行前定义了组成工作流的活动，活动在执行工作流的过程中不能根据协作需要分解，这会带来一些问题。工作流1中的活动A中有两个子活动Al和AZ，子活动Al的后继活动是工作流2中的活动B，子活动A2的前驱活动是工作流3的活动C，因为不进行分解，活动B必须等待整个活动A的执行完毕才可以开始，而活动A的执行必须要等活动C及其前面的活动的执行完成，无形中，工作流2多了很多等待时间。在 这种情况，活动B的直接前驱活动是A，而活动A的前驱活动是活动C，所以活动C可以称为活动B的间接前驱活动。如果可以在工作流执行过程分解活动，则上述问题即可迎刃而解，将工作流1中活动A分解为活动Al和A2，这样，活动B不在需要等待活动A2的执行完成。活动C不再是活动B的间接前驱活动，活动B减少了执行约束，整个工作流2提高了执行效率。应用这种固定协同工作策略，需要注意: 1.将被分解的活动是否有限制，导致不允许活动的分解。2.分解出来的活动彼此之间的顺序。

3.分解出来的活动的前驱和后继活动的关系。5.3并行执行活动

工作流的执行过程中常常出现一种情况，工作流中的各个活动是相关且又可以并行执行的，当由于工作流管理系统的限制，必须以顺序逻辑模型表示和执行，效率低下，如图4.18所示。如果改变为与分支和与连接的逻辑形式，将工作流并行执行，将大大减少工作流的执行时间提高效率如图419所示需要指出的是这种协同方式对减少执行所需要的资源的没有多大的帮助，主要优点是降低工作流执行的时间和提高工作流整体的执行效率。

参考文献

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