支持业务流程管理的工作流建模和分析理论研究.pdf

摘 要 业务流程管理（BPM ）是从工作流管理拓展而成的一个新的研究领域，其目的是 通过使用若干新方法、技术和工作流软件来对涉及人、组织、企业应用、业务对象和 其它信息资源的企业实际运作流程的设计、执行、控制、分析等诸多环节进行全面的 支持和管理。它以流程为中心，突出地将流程管理提升到比信息管理更高的层次上。 目前企业信息化建设过程中出现的种种问题，如组织壁垒、信息孤岛、市场响应缓慢、 非增值活动时间过长等最终需要通过高效的流程管理才能解决。针对企业对 BPM 的 迫切需求和在BPM 的建模和分析理论研究中的不足，本文在综述了BPM 国内外研究 现状、定义了BPM 的相关概念和使能技术后，对BPM 的理论框架、建模和性能分析 等几个方面进行了较为深入的研究和探讨。 首先，对BPM 的方法论进行研究，提出了基于全生命周期和多视图的三维框架模 型。第一维将 BPM 视为一个包括流程设计、定义、运行、挖掘和优化等多个阶段的 完整生命周期过程循环，不同的阶段需要完成不同的任务并产生不同的输出；第二维 从企业不同层次的用户对流程的不同关注点出发，将 BPM 视为一个包含目标视图、 过程视图和组织视图的多视图系统，其中过程视图和组织视图相互影响，相互增长； 第三维将 BPM 视为一个只有在正确策略规则的指导下和先进支撑技术的支持下才能 成功实施的应用系统。 其次，深入研究了一类多层次、多依赖、高柔性的企业业务流程即复杂工作流的 过程建模理论。分析了复杂工作流的现实需求，借鉴产品配置理论而提出了工作流配 置的思想，即将定义时建立的非精确的模型族通过任务版本配置而得到运行时需要的 精确的工作流模型。为了准确地表达复杂的任务状态依赖并进行结构验证，本文将层 次着色 Petri 网引入到复杂工作流的建模中来，设计出任务概念模型，利用着色 Petri 网来分别描述概念模型中的任务接口、控制依赖、工作流模式和复合任务版本，并采 用库所精化机制而引出层次任务状态网。作为复杂工作流建模的应用示例，本文讨论 了工程变更工作流。 接着，研究了业务流程的组织建模和访问控制建模。建立了一种面向对象的组织 元模型，它支持对功能型和项目型组织结构的描述。为确保组织的合法性，本文利用 对象约束语言对组织元模型中存在的组织约束进行形式化描述，并讨论了组织元模型 与过程模型之间的集成思路。分析了 BPM 系统的访问控制环境，总结出四条基本的 访问控制原则，并提出基于活动和环境约束的动态访问控制模型，各种权限约束通过 七类谓词构成的规则进行了形式化描述。 然后，从时间管理、性能计算和仿真运行三个方面对跨越BPM 多个生命周期阶段 的业务流程性能分析问题进行深入研究和探讨。在时间管理方面，本文在对时间约束 进行详细分类的基础上，利用时间约束Petri 网来描述这些约束，并给出了验证时序一 致性的静态和动态验证算法。在性能计算方面，本文利用马尔可夫链、排队论和随机 Petri 网等理论来研究广义随机工作流网的时间和资源性能指标的定量计算，得到了流 程平均执行时间的计算公式。针对直接计算方法计算量太大的弱点，本文借鉴了Petri 网的一些化简理论，探讨了广义随机工作流网的时间等效化简方法。资源分配策略的 I 研究集中在两个方面：其一，为满足某些时间约束条件，必须给每个任务分配足够数 量的资源，本文对几种情况下的最少资源数求解方法进行了探讨；其二，针对新资源 如何最优分配的问题，本文提出了基于关键活动的新资源分配方法，并给出了实现算 法和应用实例。在仿真分析方面，本文在仿真平台 ExSpect 环境下构建业务流程仿真 模型，研究仿真技术，并进行资源无限假设下的仿真分析和资源有限约束下的仿真分 析，该方法能有效地解决计算方法计算过程复杂、限制条件苛刻的问题。 随后从几个方面介绍了本文设计和开发的原型系统，包括需求定义、系统设计思 想、系统基本框架、数据模型和系统主要功能模块的介绍。 最后对全文进行了总结，指出了进一步的研究方向。 关键词：业务流程管理 工作流 业务流程建模 组织建模 性能分析 Petri 网 II