李 洋 鄧 莉 顧進(jìn)廣 田萍芳(武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430065)(湖北省智能信息處理與實(shí)時(shí)工業(yè)系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢 430065)

0 引 言

在激烈的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，信息技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部得到了廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的獨(dú)立、零散的辦公方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展要求[1]。以簡(jiǎn)單的紙質(zhì)存檔方式來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的處理人員成本高、實(shí)施周期長(zhǎng)，不利于流程的追蹤和統(tǒng)計(jì)分析[2]。隨著企業(yè)大多數(shù)業(yè)務(wù)流程的分工越來(lái)越具體，流程可能需要不同部門和不同職位的人共同協(xié)作完成[3]。將業(yè)務(wù)流程分解成定義良好的活動(dòng)，有效地控制和協(xié)調(diào)不同活動(dòng)的執(zhí)行過程并實(shí)現(xiàn)人與應(yīng)用軟件的友好交互，可以極大程度上提高業(yè)務(wù)流程的處理效率[4-5]。

工作流正是為了解決多人之間的協(xié)作問題而出現(xiàn)的一種技術(shù)，為不同應(yīng)用間的集成、協(xié)同工作提供基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[6]指出傳統(tǒng)工作流對(duì)異構(gòu)環(huán)境的支持性差，同時(shí)無(wú)法對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模。文獻(xiàn)[7]定義了不同活動(dòng)的約束條件，在過程控制中對(duì)約束條件進(jìn)行修改，但此方法對(duì)用戶依賴較高。

基于此，本文開發(fā)了一款工作流管理系統(tǒng)PWFMS(Python-Based Workflow Management System)，采用Python語(yǔ)言，用空白縮進(jìn)作為劃分程序段的標(biāo)準(zhǔn)，代碼簡(jiǎn)潔、可讀性強(qiáng)、易于后期維護(hù)。核心的引擎系統(tǒng)在開源Web框架Django下開發(fā)，Django完善的緩存機(jī)制使得當(dāng)有相同的鏈接請(qǐng)求時(shí)可以提高訪問的響應(yīng)速度。利用ORM(Object/Relation Mapping)對(duì)象/關(guān)系映射機(jī)制定義業(yè)務(wù)流程中各種模型，通過對(duì)業(yè)務(wù)流程模型化，將不同的人、不同的活動(dòng)組織起來(lái)，控制活動(dòng)的執(zhí)行過程，使原來(lái)人工處理的流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，完成跨人員、跨部門和跨應(yīng)用的協(xié)作。

1 PWFMS

傳統(tǒng)工作流模型在一定程度上解決了企業(yè)辦公自動(dòng)化的難題，但是仍然存在一定的局限性。早期工作流模型是通過“硬編碼”的方式來(lái)表示，導(dǎo)致對(duì)流程修改的難度增大。一些工作流模型不具備動(dòng)態(tài)建模能力，不能根據(jù)業(yè)務(wù)流程的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)選擇需要調(diào)用的應(yīng)用程序(Web Service)。PWFMS將過程定義與過程執(zhí)行分離，能幫助企業(yè)根據(jù)實(shí)際需求采用可視化方式快速構(gòu)建業(yè)務(wù)流程。流程構(gòu)建時(shí)，很可能由于誤操作而出現(xiàn)臟定義，引擎系統(tǒng)可以在生成定義生成時(shí)進(jìn)行邏輯上的預(yù)檢測(cè)，保證每一個(gè)生成定義的正確性。流程實(shí)例中每一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完之后，都會(huì)給接下來(lái)需要執(zhí)行的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的審批人進(jìn)行顯式推送，對(duì)表單修改后顯示最新的表單數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)保存之前的表單歷史記錄。流程實(shí)例實(shí)際運(yùn)行過程中，除了與本系統(tǒng)進(jìn)行交互，還可以調(diào)用Web Service與外部系統(tǒng)進(jìn)行交互，根據(jù)流程實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行條件判斷，對(duì)于所有的流程實(shí)例，可以按照與實(shí)例相關(guān)的條件進(jìn)行狀態(tài)追蹤，同時(shí)還可以進(jìn)行分類與統(tǒng)計(jì)。

目前很多工作流引擎的數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)[8]，但是在大數(shù)據(jù)背景下，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)如mysql在高并發(fā)讀寫、高效率存儲(chǔ)等方面略有不足，在頻繁的數(shù)據(jù)讀寫操作過程中，為保證引擎系統(tǒng)的穩(wěn)定，采用了并發(fā)性高、靈活性強(qiáng)、支持海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的NoSQL存儲(chǔ)系統(tǒng)MongoDB。同時(shí)MongoEngine對(duì)MongoDB進(jìn)行操作，支持豐富的數(shù)據(jù)表達(dá)，面向文檔的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不需要對(duì)多表進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢。Json是一種輕量級(jí)的獨(dú)立語(yǔ)言的文本數(shù)據(jù)交換格式，基于JavaScript編程語(yǔ)言的一個(gè)子集，具備良好的讀寫性能，在數(shù)據(jù)傳輸效率方面明顯優(yōu)于其他數(shù)據(jù)傳輸格式[9-10]。而且MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)以BSON格式存儲(chǔ)，而BSON是一種類JSON二進(jìn)制形式的存儲(chǔ)格式，兩者之間轉(zhuǎn)換較為容易，所以引擎系統(tǒng)采用Json作為數(shù)據(jù)傳輸格式。

PWFMS首先在生成平臺(tái)進(jìn)行表單的定制，然后在可視化操作界面將業(yè)務(wù)流程模型化，把流程轉(zhuǎn)換為引擎系統(tǒng)所能識(shí)別的生成定義，并存儲(chǔ)在MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)。在系統(tǒng)的運(yùn)行階段，從MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)讀取流程的生成定義來(lái)生成流程實(shí)例，相關(guān)實(shí)例可以被軟件應(yīng)用解釋并且在前端界面友好顯示。在人與系統(tǒng)交互階段，引擎系統(tǒng)根據(jù)流程實(shí)例所處的實(shí)際狀態(tài)對(duì)活動(dòng)進(jìn)行過程控制。PWFMS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 PWFMS系統(tǒng)架構(gòu)

將引擎系統(tǒng)能夠理解的邏輯模型以生成定義的方式存儲(chǔ)在MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行階段的相關(guān)活動(dòng)的過程控制由引擎系統(tǒng)讀取生成定義后根據(jù)實(shí)例當(dāng)前的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行，一個(gè)生成定義可以生成多個(gè)業(yè)務(wù)流程實(shí)例，通過這種方式可以解決工作流管理系統(tǒng)對(duì)生成定義的復(fù)用困難。

2 模型建立

2.1 過程定義

過程定義是PWFMS所能識(shí)別的業(yè)務(wù)流程的形式化描述，用來(lái)支持流程運(yùn)行過程的自動(dòng)化[11]，主要包括業(yè)務(wù)流程流轉(zhuǎn)過程中所涉及到的各種數(shù)據(jù)、各個(gè)工作環(huán)節(jié)(活動(dòng))之間的控制關(guān)系和與外部系統(tǒng)的交互。PWFMS的過程定義模型述如表1所示。

表1 過程定義模型

form_def_id是與生成定義相關(guān)聯(lián)的表單定義id，生成定義實(shí)例化時(shí)根據(jù)表單定義生成表單實(shí)例。status標(biāo)記單個(gè)生成定義的狀態(tài)，包括草稿、啟用、停用和邏輯刪除，如果一個(gè)生成定義已經(jīng)實(shí)例化，那么該生成定義的狀態(tài)變?yōu)椤眴⒂谩?。node_map中的每一項(xiàng)為過程定義實(shí)例化后具體需要實(shí)際執(zhí)行的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，即業(yè)務(wù)流程的具體任務(wù)。

2.2 生成平臺(tái)

生成平臺(tái)的主要功能是進(jìn)行表單定制和生成定義定制。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)流程的需求，用表單定制工具，定制出與業(yè)務(wù)流程相符合的業(yè)務(wù)表單樣式，使用表單管理系統(tǒng)可以對(duì)生成的表單定義進(jìn)行管理。在不編寫代碼的情況下，通過可視化配置就可以高效完成業(yè)務(wù)流程的建模，建模完成后的生成定義存儲(chǔ)在MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)。使用工作流后臺(tái)管理系統(tǒng)可以對(duì)業(yè)務(wù)流程的生成定義進(jìn)行編輯和刪除。

傳統(tǒng)工作流模型根據(jù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)審批和與外部系統(tǒng)交互的方式不同，常分為不同類型的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這樣會(huì)導(dǎo)致定制流程時(shí)出現(xiàn)各種類型的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，較為復(fù)雜。生成平臺(tái)將基本操作、條件判斷和功能配置等三個(gè)屬性進(jìn)行集成，將不同類型的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的配置轉(zhuǎn)換為對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性配置。生成平臺(tái)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)屬性如圖2所示。

圖2 活動(dòng)節(jié)點(diǎn)屬性

基本操作中確定審批人的方式有申請(qǐng)者審批、指定人員審批、流程流轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)輸入審批人、全院職位匹配、部門職位匹配、負(fù)責(zé)人審批和分管領(lǐng)導(dǎo)審批；活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通過條件有單個(gè)通過、全部通過和自動(dòng)通過；拒接操作有回退到發(fā)起、回退到上一層、回退到指定活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和終止流程。

流程流轉(zhuǎn)過程中可以根據(jù)實(shí)際流程的相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行條件判斷，進(jìn)而動(dòng)態(tài)確定下一步審批的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)。條件判斷的值可以來(lái)自流程所綁定的表單，活動(dòng)執(zhí)行者自身的相關(guān)屬性、數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)查詢和外部Web Service的調(diào)用。

為增強(qiáng)流程與外部系統(tǒng)的交互，設(shè)置活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)功能操作，當(dāng)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)審批通過時(shí)，可以自動(dòng)執(zhí)行預(yù)先定義的功能，比如發(fā)布通知、發(fā)起任務(wù)和會(huì)議。

2.3 引擎系統(tǒng)

引擎系統(tǒng)是PWFMS的核心，負(fù)責(zé)工作流的實(shí)例化，管理和控制活動(dòng)的運(yùn)行?；顒?dòng)是細(xì)化的業(yè)務(wù)流程中具體的一項(xiàng)任務(wù)，主要反映業(yè)務(wù)流程需要執(zhí)行哪些功能。過程控制是對(duì)不同活動(dòng)執(zhí)行順序的管理，一般與當(dāng)前業(yè)務(wù)流程的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)[12]。引擎系統(tǒng)的過程控制方式有兩種：會(huì)簽?zāi)Ｊ胶头种Ｊ健?/p>

會(huì)簽?zāi)Ｊ绞敲枋霾煌顒?dòng)匯合的具體方式，包括與會(huì)簽(AND JOIN)、或會(huì)簽(OR JOIN)和選擇會(huì)簽(CHOOSE JOIN)。如圖3所示，當(dāng)為與會(huì)簽(AND JOIN)模式時(shí)，當(dāng)且僅當(dāng)活動(dòng)T1，T2，…，Tn都執(zhí)行之后，流程才可以流轉(zhuǎn)到下一個(gè)需要執(zhí)行的活動(dòng)Tn+1；當(dāng)為或會(huì)簽(OR JOIN)模式時(shí)，活動(dòng)T1，T2，…，Tn中有一個(gè)執(zhí)行之后，流程就可以流轉(zhuǎn)到下一個(gè)需要執(zhí)行的活動(dòng)Tn+1；當(dāng)為選擇會(huì)簽(CHOOSE JOIN)模式時(shí)，當(dāng)T1，T2，…，Tn中特定的活動(dòng)執(zhí)行后，流程才可以流轉(zhuǎn)到下一個(gè)需要執(zhí)行的活動(dòng)Tn+1。

圖3 會(huì)簽?zāi)Ｊ?/p>

分支模式與會(huì)簽?zāi)Ｊ较鄬?duì)應(yīng)，包括與分支(AND SPLIT)、或分支(OR SPLIT)和選擇分支(CHOOSE SPLIT)，如圖4所示，當(dāng)為與分支(AND SPLIT)模式時(shí)，活動(dòng)T1執(zhí)行后，后續(xù)活動(dòng)T2，…，Tn都需要執(zhí)行；當(dāng)為或分支(OR SPLIT)模式時(shí)，活動(dòng)T1執(zhí)行后，由業(yè)務(wù)流程的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)判斷后續(xù)需要執(zhí)行的活動(dòng)具體是T2，…，Tn中的哪一個(gè)，即根據(jù)活動(dòng)T1進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的流轉(zhuǎn)；當(dāng)為選擇分支(CHOOSE SPLIT)模式時(shí)，活動(dòng)T1執(zhí)行后，由業(yè)務(wù)流程的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)判斷后續(xù)需要執(zhí)行的活動(dòng)具體是T2，…，Tn中的哪一個(gè)或幾個(gè)。

圖4 分支模式

工作流引擎接收到一個(gè)過程定義后，根據(jù)相關(guān)的配置信息，對(duì)生成定義進(jìn)行實(shí)例化，然后引擎系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行所處的實(shí)際狀態(tài)，自動(dòng)完成每一個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)，控制過程并監(jiān)控整個(gè)流程的狀態(tài)信息，每一次的過程控制都會(huì)生成一個(gè)操作記錄(Operation)，可以用于后期的流程追蹤與統(tǒng)計(jì)分析。此外流程管理員也可以對(duì)正在執(zhí)行的流程進(jìn)行控制和監(jiān)督，在實(shí)際情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)單或催辦，同時(shí)也可以將流程掛起或激活。操作記錄模型如表2所示。其中Operation字段用來(lái)標(biāo)明當(dāng)前操作的類型，比如回退、同意、轉(zhuǎn)單。

表2 操作記錄模型

引擎系統(tǒng)的實(shí)例模型如表3。form_ins_id是生成定義實(shí)例化時(shí)根據(jù)表單定義所生成的表單實(shí)例。status標(biāo)記業(yè)務(wù)流程的狀態(tài)，包括創(chuàng)建、草稿、提交、完成和終止。node_status_map標(biāo)記實(shí)際的業(yè)務(wù)流程中所有活動(dòng)的相關(guān)狀態(tài)，單個(gè)活動(dòng)進(jìn)行回退、同意、轉(zhuǎn)單后，node_status_map中活動(dòng)的狀態(tài)也會(huì)相應(yīng)改變，同時(shí)會(huì)往operation_list中插入一條與活動(dòng)對(duì)應(yīng)的記錄，用于標(biāo)明活動(dòng)進(jìn)行何種操作，然后todo_list會(huì)動(dòng)態(tài)更新，指定流程所有需要執(zhí)行的下一次活動(dòng)。

表3 實(shí)例模型

續(xù)表3

3 PWFMS實(shí)際應(yīng)用

PWFMS以武漢市某醫(yī)院的實(shí)際業(yè)務(wù)流程需求為原型進(jìn)行開發(fā)，現(xiàn)以該醫(yī)院的院辦議題、處方統(tǒng)計(jì)和財(cái)務(wù)報(bào)銷流程為例子，詳細(xì)闡明PWFMS在實(shí)際流程中的應(yīng)用。

3.1 院辦議題

順序流程的審批方式可以適用于任何垂直拓展的流程，即沒有水平方向的拓展(無(wú)分支)。院辦議題是順序流程的一個(gè)實(shí)例，通過對(duì)業(yè)務(wù)流程的分析，院辦議題模型化后如圖5所示。該模型為一個(gè)垂直方向的審批流程，各個(gè)節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于業(yè)務(wù)流程的一個(gè)活動(dòng)，開始節(jié)點(diǎn)標(biāo)明業(yè)務(wù)流程的開始，不做任何配置，填寫表單節(jié)點(diǎn)用于流程申請(qǐng)者填寫表單，生成表單實(shí)例后提交流程。部門主任和分管領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行了活動(dòng)的基本操作的配置。結(jié)束節(jié)點(diǎn)進(jìn)行活動(dòng)的功能配置，調(diào)用外部Web Service用于發(fā)起一個(gè)任務(wù)。

圖5 院辦議題

申請(qǐng)人填寫表單后，會(huì)自動(dòng)扭轉(zhuǎn)到部門主任進(jìn)行審批，此時(shí)部門主任的審批方式可以是同意、回退或者轉(zhuǎn)單。如果為回退，有三種方式，分別為回退到上一步、回退到起點(diǎn)、和終止流程，活動(dòng)的審批者為申請(qǐng)人時(shí)，申請(qǐng)人還有權(quán)利撤銷該條流程。如果為轉(zhuǎn)單，此時(shí)部門主任審批的權(quán)利可以移交給指定的人或者特定角色。如果審批人同意，則流程扭轉(zhuǎn)到分管領(lǐng)導(dǎo)審批，審批方式和部門主任審批方式相同。當(dāng)流程流轉(zhuǎn)到結(jié)束節(jié)點(diǎn)時(shí)，整條流程結(jié)束。根據(jù)結(jié)束節(jié)點(diǎn)預(yù)先的功能配置，調(diào)用Web Service，給院辦主任發(fā)起一條任務(wù)，然后院辦主任在召開院辦會(huì)議時(shí)可以選擇已經(jīng)通過的院辦議題，并看到該議題的整個(gè)審批過程和相關(guān)的表單數(shù)據(jù)。

3.2 處方統(tǒng)計(jì)

分支流程的審批方式適用于任何水平拓展的流程，即水平方向有拓展(多分支)。處方統(tǒng)計(jì)是分支流程的一個(gè)實(shí)例，處方統(tǒng)計(jì)模型化如圖6所示。該模型是一個(gè)帶有分支的審批流程，各個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了基本操作的配置。其中填寫表單節(jié)點(diǎn)為與分支(AND SPLIT)模式，會(huì)簽節(jié)點(diǎn)為與會(huì)簽(AND JOIN)模式。

圖6 處方統(tǒng)計(jì)

申請(qǐng)人填寫表單后，流程會(huì)自動(dòng)扭轉(zhuǎn)到水平方向的所有分支節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)活動(dòng)信息科審核、醫(yī)務(wù)處審核和領(lǐng)導(dǎo)審核被激活，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的審批與順序流程中節(jié)點(diǎn)的審批方式相同。這里會(huì)簽節(jié)點(diǎn)的會(huì)簽方式屬于與會(huì)簽，只有信息科、醫(yī)務(wù)處和領(lǐng)導(dǎo)全部審批通過之后，流程才可以扭轉(zhuǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3.3 財(cái)務(wù)報(bào)銷

根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)流程對(duì)財(cái)務(wù)報(bào)銷進(jìn)行模型化，見圖7。

圖7 財(cái)務(wù)報(bào)銷

填寫表單活動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行基本操作配置和條件判斷配置，條件判斷時(shí)調(diào)用外部Web Service獲取當(dāng)前操作人已報(bào)銷的金額，再加上當(dāng)前表單填寫的報(bào)銷金額，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，動(dòng)態(tài)決定下一步需要執(zhí)行的活動(dòng)。領(lǐng)導(dǎo)意見節(jié)點(diǎn)為或會(huì)簽(OR JOIN)模式。結(jié)束活動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能配置，給財(cái)務(wù)處負(fù)責(zé)人發(fā)送一個(gè)通知，負(fù)責(zé)人決定是否對(duì)外公布該條流程。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著企業(yè)的發(fā)展，其業(yè)務(wù)過程日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程處理方式無(wú)法滿足企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展要求。本文基于Python開發(fā)了一款工作流管理系統(tǒng)，將具體的業(yè)務(wù)邏輯模型化后，生成流程定義，然后根據(jù)定制的流程定義生成業(yè)務(wù)流程實(shí)例，為日常的一些辦公流程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化處理。在設(shè)計(jì)上考慮了服務(wù)的獨(dú)立性以及與外部系統(tǒng)的交互，后續(xù)將以微服務(wù)的方式構(gòu)建和完善工作流管理系統(tǒng)。

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