摘 要： 提出利用基于有向圖的工作流模型來管理圖檔的動態流轉過程，給出了利用Visio作為建模工具快速建立工作流模型的實現過程。
關鍵詞： 水利工程設計 工作流 工作流模型 Visio
在水利工程設計項目中，大量設計圖檔需要經過校對、校驗、審查、審定、歸檔等一系列的流程。對圖檔設計流程的有效管理是提高工程進度的一個關鍵因素。目前圖檔的設計流程是通過手工完成的，而手工管理圖檔不僅效率低，且難以實現諸如版本管理、設計流程跟蹤等工程設計中必須解決的問題。為了實現水利工程設計流程的自動化，人們采用了許多辦法，如利用現有的辦公自動化軟件，或者采用為特定部門開發的專用圖檔管理系統，但是仍然存在問題。前者僅僅在設計和保存這一小部分實現自動化，根本沒有實現對流程的自動化控制；后者的專用性太強，不能靈活定義設計流程以滿足不同工程、不同項目的要求。
工作流管理技術致力于業務流程的自動化。由于可降低成本和流程執行時間，提高工作效率，所以被業界廣泛使用并迅速發展。其最大的特點是可以方便地描述業務流程，并對業務的實施進行監控。這一特點恰恰解決了當前水利設計圖檔管理中所存在的問題。本文提出一種基于工作流管理技術的水利設計圖檔動態管理模型。該模型不僅使得設計流程自動化，而且用戶可以根據實際需要靈活地制定任意的設計流程，實現設計流程之間的無縫連接，縮短設計周期。
1 工作流管理
1.1 工作流的有關定義
近年來，不同的研究者對工作流分別提出了不同的定義，它們分別從不同的角度對工作流概念進行了描述，使人們對工作流的一些基本特征有了一定的理解。這里列舉如下二種：
(1)工作流管理聯盟的定義
工作流是一類能夠完全或者部分自動執行的經營過程。它根據一系列過程、規則、文檔、信息或任務在不同的執行者之間進行傳遞與執行。
(2)W.M.P. Van der Aalst 的定義
工作流是一切工作的偏序集，工作的序列可以有多種方式，例如工作X與Y，滿足X<Y，當且僅當X在Y開始之前已經就緒。
以上這些對工作流的定義雖然表達方式略有不同，但都說明了一個問題，即工作流是經營過程的一個計算機實現，而工作流管理系統則是這一實現的軟件環境。
工作流管理聯盟給出的工作流管理系統的定義是：工作流管理系統是一個軟件系統，它完成工作流的定義和管理，并按照在計算機中預先定義好的工作流邏輯推進工作流實例的執行。
工作流管理系統在實際系統中的應用一般分為三個階段，即模型建立階段、模型實例化階段和模型執行階段。圖1給出了工作流管理系統應用的三個階段。
由圖1 可以看出，在工作流管理系統中工作流建模是最基礎也是最核心的模塊之一，為系統提供了描述實際業務流程的方法、數據和信息，是實施工作流管理系統中其他部分的前提。
1.2 工作流建模
工作流建模對現實世界中的業務流程進行分析，將之抽象為能被計算機處理的模型。這一模型中包括工作流的一系列活動、活動之間的邏輯關系、工作流參與者、可能被調用的應用以及所有與工作流相關的數據。其中工作流活動指的是業務流程中的每一個業務環節，工作流活動和活動之間的邏輯關系組成了工作流模型的核心部分。這樣，在進行工作流活動的定義時，需要指明活動擁有的轉換條件、實施工作流的組織實體、需要激活的應用程序等相關數據。圖2為工作流管理聯盟定義的工作流活動元模型。
目前，工作流管理領域中存在多種不同的建模方法，常用的建模方法可以歸納為5大類：腳本語言、基于有向圖的方法、基于規則的方法、基于邏輯的方法和代數方法。針對不同的建模方法所生成的工作流模型表現形式也不同，可以表現為文字形式、圖形形式或者一種形式化的語言符號等。
(1)腳本語言
腳本語言中有描述控制流和數據流的語句結構，它提供了一種簡明的描述方法，對于有經驗的設計者來說更易于使用。它的主要缺點是缺乏流程本身的形式化語義。語言的語義主要是供語言解釋器使用。
(2)基于有向圖的方法
使用狀態變遷圖，流程中的活動用節點表示，控制流用邊表示。該方法的主要問題在于是否有形式化的語義。在具有形式化語義的狀態變遷圖中，使用最多的是Petri網和狀態圖。具有形式化語義的基于有向圖的方法可以轉換成其他建模方法，如基于規則的、時序邏輯的和腳本語言的方法。
(3)基于規則的方法
目前使用最多的是ECA規則。ECA規則最早用于AOODBS，而后被用于工作流管理領域。它具有形式化基礎，也可轉換為其他建模方法，如Petri網、時序邏輯等。但ECA規則的可視化工作量較大，且當規則集較大時難以管理。
(4)基于邏輯的方法
該方法適合于描述系統的動態性，其中時序邏輯是一種常用的方法，它具有很好的形式化基礎，驗證工作流模型的屬性比較方便。缺點是很難實現可視化，不容易轉換成其他描述方法，描述業務流程的系統行為太復雜。
(5)基于代數的方法
代數過程（process algebra）目前還局限在理論探討上，只有一種基于過程代數的描述語言LOTOS被用于工作流管理領域。代數方法的主要缺點類似于基于邏輯的方法，并且在自動執行和形式化驗證方面表現得比基于邏輯的方法更差，建模方法缺乏直觀性，難以理解。
由以上分析可知，各種建模方法各有優缺點。總體上，基于有向圖的建模方法簡單直觀、容易理解，尤其適用于流程較為固定、異常情況較少的工作流，因而比較具有吸引力。一個完整的工作流過程由一個無自環的有向圖構成。有向圖中的節點表示可執行的步驟或任務，節點間的有向弧代表了節點間的邏輯關系。
2 水利設計圖檔工作流管理
2.1 水利圖檔設計流程
水利設計圖檔工作流管理是指對圖檔的設計、校對、校核、審查、審定、修改、歸檔等一系列流轉操作的總稱。這里稱每一個操作為一個工作流活動節點。如圖3所示，單個設計圖檔的流轉過程相對比較簡單固定，且流轉過程中各活動節點之間屬于松散耦合結構，活動節點之間沒有嚴格的約束關系，僅以時序關系約束為主。
因此，在水利設計圖檔工作流管理中，應采用基于有向圖的建模方法，將一系列的活動及其之間的時序關系直觀地映射成一個由節點和有向弧組成的有向圖。有向圖中的節點表示一個可執行的活動，連接2個節點的有向弧表示活動之間的時序關系，可定義如下：
(1)有向圖G=(N，L)為一個二元組，N={n1，n2，……nr}是節點的集合；L={l1，l2，……ls}是有向弧的集合，其中li=(nj，nk)為從節點nj到節點nk的有向弧，nj，nk∈N。
(2)對于ni，nj∈N，若有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。
(3)節點狀態。對于n∈N，有狀態函數State(n)={0，1，2}，當節點n處于未執行狀態時，State(n)=0；當節點n處于正在執行狀態時，State(n)=1；當節點n處于完成執行狀態時，State(n)=2。初始時刻，對任意n，State(n)=0。
(4)推進規則。有向圖的推進規則由節點狀態的改變和有向弧發生轉移二個因素決定。其步驟為：
①首先激活起始節點，假設為n1，并將節點狀態State (n1)置為2。
②當節點ni執行完畢，節點狀態State(ni)=2時，搜索節點ni的所有后繼節點，并根據節點ni的完成情況選擇出將要被激活的后繼節點（可以是一個，也可以是多個）。這里假設將要被激活的后繼節點為nj。
③將節點nj的節點狀態State(ni)置為1，然后，進行有向弧（ni，nj）的轉移，將執行權從節點ni 轉移到節點nj上，開始執行節點 nj。反復執行②，③，直至整個流程完成。
2.2 利用Visio進行建模
目前，基于有向圖的建模工具大多是用戶自己從頭開發的，這種自制的工具往往使用不靈活、不方便，對用戶的操作有很大限制。而且，現有建模工具不便于對復雜流程的建模。另外，這種建模工具對所建模型難以實現驅動，往往流于形式。綜上所述，本文力求找到一種建模工具，不僅使用方便，能夠處理復雜流程，而且最重要的是能夠對所建模型進行開發使用。
Visio是一種用于建模的工具，通過組合Microsoft Visio繪圖和程序來實現現實世界的模型化。和現有的工作流建模工具相比，利用Visio建模的優點在于：
(1)極大地縮短開發時間。開發人員不需要從頭開發所有功能，使用在內置產品中的現有功能即可實現工作流建模，這使得開發人員可以將精力放在工作流引擎的研究與開發上。
(2)建模過程簡單、清晰，用戶可以方便地畫出類型各異、線條流暢的圖形。
(3)開發人員還可以編寫程序來控制圖形以及繪圖過程。程序可以幫助創建繪圖、分析繪圖，或者在繪圖和外部數據源之間傳輸信息。自定義程序可以使用任意一種支持將Automation作為客戶的編程語言來編寫，例如VBA、VB或C++等。
(4)Visio繪圖與數據庫可以同步，提高了開發模型的靈活性。開發人員可以從Visio圖形中自動提取數據保存到數據庫中，也可以從外部數據創建圖形。
3 應用實例
現在以一個水利設計項目為實例來詳細說明利用Visio建模的具體過程。
(1)根據實際需要創建流程圖模板
流程圖模板中包含水利設計中常用的活動節點，如設計、校對、審定、歸檔等主圖形。拖動主圖形到繪圖頁即可生成相應圖形。在創建主圖形時，根據工作流管理聯盟定義的活動元模型，為它們添加自定義屬性，如活動的起止日期、活動的參與人員、活動需要激活的應用程序、活動的狀態等，如圖4所示。
(2)利用流程圖模板畫出所需流程圖
流程圖中的節點分為三種節點：開始節點、活動節點和結束節點。活動節點代表的是業務流程中的原子級活動環節，對應于實際的操作。活動的執行者可以是一段程序，也可以是某一個人。工作流模型并不負責活動的執行，而是密切監視活動狀態的變化。開始節點是一個業務過程開始的標志，開始節點并不對應實際的操作。每一個工作流過程有且僅有一個開始節點。結束節點是一個業務過程結束的標志，它并不對應實際的操作。每一個工作流過程有且僅有一個結束節點。
流程圖中的有向弧用來定義二個活動之間的執行順序。當有向弧的起始節點執行完畢后，工作流管理系統根據流程推進規則進行活動導航，使有向弧的終止節點能夠被執行。
(3)將流程圖中的屬性信息導出到數據庫中
這時建模工作已經完成，與之對應的數據庫也同樣能夠反映整個流程。開發人員既可以直接對流程圖進行推進，也可以基于結構化的關系數據庫進行操作，以降低開發應用的難度。
4 結束語
工作流是辦公自動化、并行工程、經營過程重構等研究領域的熱點技術。本文針對水利設計項目提出的基于有向圖的工作流模型實現了對簡單流程的快速建模。利用Visio建模的方法，還可以實現對復雜流程的描述，例如，利用UML中的活動圖（Activity Diagram）可以實現多個約束條件的相與、相或、異或等操作，具有極大的實用價值。
參考文獻
1 羅海濱，范玉順，吳澄.工作流技術綜述.軟件學報，2000；11（7）
2 董章震，潘捷.工作流建模工具.計算機輔助設計與制造，2002；（1）
3 汪濤，黃力芹，吳耿峰.工作流管理的發展歷程與趨勢.計算 機工程與科學，2001；23（1）
4 奚偉，周羽.基于工作流的過程文檔動態管理模型.清華大學 學報，2001；41（10）
5 范玉順.工作流管理技術基礎.北京：清華大學出版社，2001
6 Microsoft公司.開發Microsoft Visio解決方案.北京：北京大 學出版社，2002