（计算机软件与理论专业论文）基于表单的一种业务流程挖掘方法.pdf

鬟向杰：崔1 二表单的一种业铬流稗挖掘方泣中山大学硕l 。学位论文2 0 0 5 年4 月 基于表单的一种业务流程挖掘方法 专业：计算机软件与理论 硕士生：吴有杰 指导教师：李磊教授 摘要 随着市场的全球化，现代企业的发展，复杂信息系统的建立对于企业的日 常业务运作、决策等都是至关重要。由于复杂信息系统要求完成的功能多而 强，从而也大大增加了其丌发过程中的需求工程工作的难度。为了提高效率和 合理性，作为降低这一难度的需求工程自动化方法在现代化软件工程开发方法 学中显得同益重要。本论文考察了需求工程方法起源和发展，并对研究现状进 行了总结，指出现有工程方法自动化程度不高等一些不足。针对其现存的一些 问题，本文在对需求工程的自动化研究中引入了数据挖掘技术结合人工智能中 的舰则推导技术，研究和总结了w m pv a n d e ra a l s t 等人对基于事件发生日志 上进行工作流程挖掘的研究成果，提出一种基于表单的业务流程的自动挖掘方 法( p m s ) 。在论文中描述了整个p i s 体系的形式化定义、推导规则和挖掘算法 思想，最后还给出了p m s 在中山华帝e r p 这一复杂信息系统的库存模块上的应用 背景。 关键词：工作流，流程挖掘，企业资源计划，需求工程，表单 荚响杰：桀十表单的一种业务流程挖掘方法 中山火学顾l ：学位论文2 0 0 5 年4 月 a na p p r o a c hf o rp r o c e s sm i n i n gf 硒ms h e e t b a s e dd a t a ( p m s ) m a j o r ：c o m p u t e rs o r w a r ea n dt h e o r y n a m e ：w u y o u j i e s u p e r v i s o r ： p r o f e s s o rl il e i a b s t r a c t w i t ht h eg l o b a l i z a t i o no fi 玎a r k e ta n dt h ed e v e l o d f f i e 几to fm o d e r n e n t e r p r i s e s ， t o s e tu pac o m 口l e xi n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb c o m eav e r y 1 m p o r t a n tf a c t o rf o rt h ed a i l yo p e r a t i o na n dd e c i s i o 兀一丌1 a k i n go ft h e e n t e r p r i s e s h o w e v e r ， s om a n ya n ds oc o m p l i c a t e df u n c t i o n sf o rt h e s y s t e mt oc o m p l e t e ， i ti n c r e a s e st h ed i f f i c u l t yo ft h er e q u i r e m e n t s e n g i n e e r i n g ( r e ) s oa u t o m a t i ct e c h n o l o g yi nr ew h i c hc a ni m p r o v e e f f i c i e n c ya n dr a t i o n a l i t yi nr et h u sr e d u c e st h ed i f f i c u l t vb e c o m e m o r ea 九dm o r ei 1 1 1 p o r t a n ti nt h em o d e r n ( i e v e l o p i n gm e t h o d o l o g yo f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h i st h e s i sr e v i e w sb o t ht h eo r i g i no f r ea n d r e l a t e de v o l u t i o n ，w h a ti sm o r e ，b a s e do nc u r r e n tr e s e a r c ho nr e t e c h n 0 1 0 9 y ， t h et h e s i sp o i n t si to u tt h a tt h e r ea r es t i l ls o m e s h o r t c o m i n g sn e e d e dt ob eo v e r c o m ei nt h i sf i e l d ，s u c ha st h ed e g r e e o fu s i n ga u t o m a t i c a n a l y s i sm e t h o di ss t i l ll o w a i m i n ga tp r o v i d i n g “s 0 1 l ni ( ) nf o rs ot f i eo ft h ed r o b e m st h a ta r ed e s c r i b e da b o v e w e i m p o r tt e c h n 0 1 0 9 yi nd a t am i n i n ga n dr u l e b a s e dd e d u c t i o no f a r 乙li i c i a li n t e l l i g e n c ei nt h er e s e a r c ho fa u t o m a t i o ni nr e 。a n d a f t e rs t u d y i n ga n ds u m m a r i z i n gt h ew o r kt h a tw m pv a n d e ra a l s ta n d h sp e o p l ew e r ee n g a g i n gi nt h ef i e l do np r o c e s sm i n i n gf r o me v e n t b a s e dd a t a ， t h i st h e s i si n t r o d u c e sa na p p r o a c hf o rp r o c e s sm i n i 疗g f r o ms h e e t b a s e dd a t a ( p m s ) t h ew o r ko ft h jst h e s i si n c l u d e s d e s c r b in gt h ef o r 兀1 a ld e f jn i t i o n ，r u l e so fd e d u c t i o na n da l g o r i t h mo f p r o c e s sm i n i n gi nt h es y s t e mo fp m s f i n a l l y ， w eg i v et h ee x a m p l eo f a p p l i c a t i o no fp m si nt h er e p e r t o r ym o d e lo fz h o n g s h a nv a n t a g ee r p t h a ti sak i n do fc o m p l e xi n f o r 册a t i o ns y s l e m k e y o r d s ： w o r k f l o w 、p r o c e s sm i 力j n g 、 e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ( e r p ) 、r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ( r e ) 、s h e e t i i 吴有杰：苹干表申的一种业务流程挖掘方法中山人学颂j j 学位论文2 0 0 5 年4 门 引言 随着市场的全球化，现代企业的发展，生产经营管理的信息r 趋复杂庞大， 为了进一步提高t 作效牢和管理水平，企业应努力完善、规范生产经营业务流 程，实现企业内部信息的实时、准确及流畅，而建立科学、高效的现代化的集 企业经营、财务、人事管理等功能为一体的复杂信息系统对于企业的同常业务 运作、决策等都是至关重要。由于复杂信息系统要求完成的功能多而强，从而 也大大增加了其丌发过程中的需求工程工作的难度，为了提高效率和合理性， 作为降低这难度的需求工程自动化方法在现代化软件工程丌发方法学中显得 h 益重要。本论文考察了需求工程方法起源和发展，指出现有工程方法包括自 动化丌发方法的一些不足。针对其现存的一些问题，本文在对需求工程的自动 化研究中引入了数掘挖掘技术结合人工智能中韵规则推导技术，研究和总结了 w m pv a n d e ra a l s t 等人对基于事件发生r 志上进行工作流程挖掘的思想，提出 一种基于表单的业务流程的自动挖掘方法( p m s ) 。并以中山华帝e r p 这一复杂 信息系统的库存模块作为开发实例证明了其合理性和先进性。 论文的组织顺序如下： 在论文的第一、二、三章，考察了需求工程、工作流和国内e r p 的起源和 发展，并对其现状或发展趋势进行总结。并且在第一章指出现今需求工程方法 的一些不足： 1 需求工程中过多依赖人力，面对繁琐的数据缺少自动分析处理。 2 提取用例、精确描述用例之间关系、用例的粒度如何确定等问题难以 解决。 3 面向对象方法过于强调个体本身，而忽略了需求的实际重心应该是在 实体之间的联系。 针对其现存的一些问题，本论文提出一种新的路径：基于表单的业务流程 的自动挖掘方法( p m s ) 。并在第四章详细介绍了该方法的形式化定义、推导 兑手1 杰：书十表甲的一种业鳋流程挖掘方法中山人学坝i ：学位论文 2 0 0 5 年4 门 规则和挖掘算法思想。在第五章还给出了p m s 在e r p 系统之库存模块上的应 用背景。 沦义f 内第六章总结了全文，包括综述了新方法的优点和研究工作的未来发 展方向。 2 吴有杰：蕞于表单的一种业务流程挖掘方法中山人学顶_ ：学位论文2 0 0 5 年4 月 1 1 概述 第1 章需求工程 随着计算机软件的发展，人们越发认识到软件需求的重要性。在2 0 世纪 8 0 年度中期，形成了软件工程的子领域一一需求工程( r e q u i r e m e n t s e n g i n e e “n g ，r e ) 。进入9 0 年代以来，需求工程成为研究的热点之一。从 1 9 9 3 年起每两年举办一次需求工程国际研讨会( i s r e ) ，自1 9 9 4 年起每两年举 办一次需求工程国际会议( i c r e ) ，在1 9 9 6 年s p r i n g e r v e r l a g 发行了一新的刊 物r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g 。一些关于需求工程的工作小组也相继成 立，如欧洲的r e n oi r ( r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g n e t w o r k o f i n t e m a t i o n a l c 0 0 p e r a t i n gr e s e a r c hg r o u p s ) ，并丌始丌展工作。 需求工程是指应用已证实有效的技术、方法进行需求分析，确定客户需求， 帮助分析人员理解问题并定义目杯系统的所有外部特征的一门学科：它通过合 适的工具和记号系统地描述待丌发系统及其行为特征和相关约束，形成需求文 档，并对用户不断变化的需求演进给予支持。r e 可分为系统需求工程( 如果是 针对由软硬件共同组成的整个系统) 和软件需求工程( 如果仅是专门针对纯软 件部分) 。软件需求工程是一门分析并记录软件需求的学科，它把系统需求分 解成一些主要的子系统和任务，把这些子系统或任务分配给软件，并通过一系 列重复的分析、设计、比较研究、原型丌发过程把这些系统需求转换成软件的 需求描述和一些性能参数 2 4 。本文以下如无特别说明，需求工程主要是指软件 需求工程。需求工程一般被划分为需求丌发和需求管理两部份，其中需求开发 包括需求获取、分析、编写规格说明书和需求验证；需求管理包括需求跟踪、 需求状态跟踪、变更控制和版本控制 1 9 。 畏青杰：璀于表睁的一种业务流程挖掘方法中山大学颂i 学位论文2 0 0 5 年4 月 1 2 需求工程的内容 需求工程是一个不断反复的需求定义、文档记录、需求演迸的过程，并最 终在验证的基础上冻结需求。8 0 年代，h e r bi ( r a s n e r 定义了需求工程的五阶段 7 【i 命周期【2 5 】：需求定义和分析、需求决策、形成需求规格、需求实现与验 证、需求演进管理。近来，m a t t h i a sj a r k e 和k j a u s p o h l 提出了三阶段周期的说 法 2 6 】：获墩、表示和验证。 i e e e 为需求 乍如下定义 2 7 1 ： ( 1 ) 用户解决问题或达到系统目标所需要的条件： ( 2 ) 为满足一个协约、标准、规格或其他f 式制定的文档，系统或系统构件 所需要满足和具有的条件或能力： ( 3 ) 对上述条件的文档化的描述。 规格就是一个预期的或已存在的计算机系统的表示。它可以作为丌发者和 川户之州i 办议的基础，来产生预期的系统。规格定义系统所有必须具备的特 性，同时留下很多特性不做限制通常，我们要求规格比组成特定系统的实际的 软件和硬件更简洁、更全面、更易于修改瞄8 】。 需求工程的主要结果是软件需求规格( s o f ，a r er c q u i r e m e n ts p e c i f i c a t i o n ， s r s ) ，s r s 是对外部行为和系统环境( 软件、硬件、通信端口和人) 接口的 简洁完整的描述性文档。项目管理者用它柬对项目进行计划和管理，在许多情 况下，它也被作为是用卢的使用手册或帮助用户理解系统的文档。它广泛地适 用，二对备类应用领域中的客户问题进行理解与描述，实现用户、分析员和设计 人员之问的通信，为软件设计提供基础，并支持系统的需求验证和演进【2 3 】。 s r s 的基本内容包括行为需求和非行为需求。行为需求定义系统需要“做 什么”，描述系统输入输出的映射及其关联信息，完整地刻画系统功能，是整 个软件需求的核心。非行为需求定义系统的属性，描述和行为无关的目标系统 特性。包括系统的性能、有效性、可靠性、安全性、易维护性、可见性和顺应 性【2 3 】。 关自杰：皋十表单的一种业务流程挖掘方法 中山大学坝十学位论文2 0 0 5 年4 月 好的s r s 应具有如下特点【2 9 ，3 0 】： f 确性、无二义性、完整性、一致性、可验证性、可修改性、可跟踪性、 易砰解。盹以及有好的注解等。 现有的需求规格描述方法有3 种：形式化方法、非形式化方法和半形式化 方法。 形式化方法是具有严格数学基础的描述系统特征的方法。形式化方法具有 准确、无一二义性的特点，有助于验证有效性和完整性。 非形式化方法使用未作任何限制的自然语言，易于理解和使用。但它具有 固有的二义性，且难以保证其正确性、可维护性，难以用计算机系统提供自动 化的支持。 半形式化方法介于上述两者之涮，在宏观上对语言和语义有较精确的描 述，而在某些局部方面则允许使用非形式化的自然语言。 需求工程研究的核心是关于需求规格描述方法和技术的研究，它致力于寻 求以下几点支持：需求规格的表示、获取机制；需求规格文档制作及品质 保证机制；需求规格的演示验证机制。需求规格技术支持工具主要有 3 1 ： 有限状态机( f s m ) 、决策树和决策表、伪代码程序设计语言( p d l ) 、状态图 ( s t a t e c h a i t s ) 、需求工程验证系统( r e v s ) 、( 实时) 结构化析( s a 依t ) 方法、p e t r i 网、需求描述语言( s d l ) 以及需求语言处理器( r l p ) 等。 1 3 需求工程工具【2 3 】 随着需求工程方法研究的不断成熟，计算机技术的迅速发展，需求工程工 具的发展也产生了巨大飞跃。它们辅助需求的捕获、管理及需求文档的生成过 秤，并列需求1 ：程的自动化提供支持。 1 3 1基于操作方法需求工程工具 冀仃杰：墙j ：表啦的一种业务流程挖掘方法中山人学坝i + 学位论文2 0 0 5 年4 月 g i s t 是一种非确定性规格说明语言。使用它可为一个有待原型化的系统产 生一个形式化的、可执行的规格。用户利用自动辅助工具产生一个可执行的原 型，进而改进需求规格。g i s t 结合了命令式、逻辑式和函数式的程序设计的概 念。l i lg l s tf k 成的需求规格镟搬应用领域对象来描述系统活动。系统的特性 是以表现为一个独立进程的“d e m o n s ”形式来描述的。 ( 2 ) p a i s l e y 【3 2 】 这是由p a m e l az a v e 存马罩兰大学及后来在at & t 贝尔实验室开发的需求 分析工具。p ai s l e y 使用操作方法，是适用于嵌入式系统的需求规格说明语 言。所谓操作是指最终生成的规格况明书能被运行或解释，最终产生的行为将 模拟被创建系统所要求的行为p a i s l e y 享有某些函数型程序设计的特性，但 p a f s l e v 的循环过程和交换函数是使它区别于纯函数型语言的重要之处，也使 得它更适用于实时系统。p a i s l e y 已被m e s as y s t e m 公司商业化了。 ( 3 ) s t a t e m a t e 3 4 这一工具是由1 2 l o g i c 公司在1 9 8 0 年于曼彻斯特丌发，是为了获得一个被 h a r e l 称为状念流图( s t a t e c h a r t ) 的有限状态机的扩充。状态流图有助于需求量分 析人员对复杂实时系统行为无二义性的建模。使用s t a t e m a t e ，需求分析能 从功能、行为及结构3 方面描述系统。这一工具晟强大功能之一是它的仿真能 力，这3 个视图任一方在屏幕上出现，通过一个描述系统功能和行为的可执行 的模型，系统就能观察其在仿真的实时环境下的行为。 舆型的操作方法的工具还有j s d ，软件所在8 0 年代末开发的r s l 瓜s a 等。七述工具的共同特点即它们最终结果是严格的形式化需求规格，对快速原 型提供支持，需求能得到及时的验证和反馈。可执行规格和原型技术无疑为r e 提供了很好的实现途径。上述几种方法又各有侧重，如p a i s l e y 和 s t a t e m a t e 主要适于嵌入式实时系统，gi s t 在ai 和数据库系统的应用比 较j l 泛。 茎塑：查! 堡! ：蒌兰塑二堂些箜堕堡丝塑互塑 ! 生查兰堡! ：兰焦塑一! ! 箜兰! 旦 1 。3 2基于知识的需求工程工具 ( 1 ) r a 3 5 卜r e q u i r e m e n ta p p r e n t i c e r a 是山mi t 研究人员丌发的纂于知f 【= 的系统，为需求的开发提供了一个 智能助手。r a 建立在特定需求领域的知识库基础上，帮助分析人员建立和修 订需求规格。其核心是缩小非形式化和形式化需求规格的距离，实现前者到后 者的转化。r a 进程是对需求的产生一个机器可操纵的需求表示。它能回答询 问和为需求分析人员、用户和系统设计者生成各种文档。这一需求分析方法的 个优t i 企r 它能产生不同的信息表示，并根据最终用户、分析员、设计者的 不同需要作相应改动。 从ai 的角度来看，r a 所面临的主要问题是知识获取。r a 是要从起初杂 乱无章月欠精确的声明中导出一内部协调的需求声明。为此，r a 要依靠一些 技术，如相关定向推理，混合知识表示和通用构件的重用。 ( 2 ) t m m r p 【3 6 】_ t e c h n o l o g yt om a n a g em u l t i p l ei 沁q u i r e m e n tp e r s p e c t i v e t m m r p 是德国us u 公司基于元模型( m e t a m o d e l ) 对各种不同需求进行管 理的工具。需求模块是对现实世界或理想世界的抽象表示，元模型则是对已存 在或目标需求模块及其相互关系的抽象表示。概念库( c o n c e p t b a s e ) 在知识表示 机制方面对这种多级抽象的管理提供了很好的支持。它是一个客户机服务器式 的元数据管理器i 服务器存储、查询、更新元模型，客户端通常是一建模工 具。概念库及先进的询问功能软件的支持，使得简单且可定制的元模型方法能 在很短的时恻内产生高质量的需求文档。 ( 3 ) q a r c c 【3 7 】q u a l i t ya t t r i b u t er i s ka n dc o n n i c tc o n s u l t a n t o r a c c 是美国南加洲大学丌发的一个基于知识的需求检测工具，它用于 系统生命周期的早期以检测潜在的冲突。q r a c c 在w i n w i n 3 7 】系统( us c 的 软件工程中心开发的的群件支持系统，在协商的获胜环境下确定软件和系统需 求) 环境下，识别理想的质量属性的获胜状态( w i nc o n d i t i o n ) ，并使用一个知识 库来标识软件体系结构和进程策略。 甚千杰：基十表单的一种业务流程挖掘方躔中山人学f o j 卜学位论文2 0 0 5 年4 月 ( 4 ) p r o m i s 【3 8 】p r o t o t y p i n gm i s p r o m l s 是中国科学院数学所陆汝钤教授等人设计的一个m i s 丌发环境， 其特点是以一“个大容量的知识库来支持mi s 的丌发，该知识库包括软件工程知 u 蚋：和领域女lj 识库。领域知识库存放着适用于具体领域的一个抽象概念模型， p r o mi s 根掘用户输入的具体业务信息对模型作匹配、剪裁、扩充、修订等工 作，并根据用户需求把此模型转化为可执行的mi s 系统。 基于知识的工具还有b o e h m 等人的wi n wi n 系统和z e m u a i 的k b r a s 【3 8 】 系统等。上述几种方法的共同点即它们均把a i 技术应用于需求工程领域，具有 一个知识库和一个推理机制，在此基础上进行需求分析、检测等活动。a i 中知 识表示和知识获取、定向推理等方法对于领域建模、问题理解和需求获取的研 究足有重要意义的。这也是目前需求工程很有特色并且很有前景的一个研究方 向，为我们提供了一个很好的视野和思路。 1 3 3面向对象的需求工程工具 ( 1 ) u m l 【3 9 卜一u n 谒e dm o d e l i n gl a n g u a g e u m l 是美国r a t i o n a l 公司丌发的一种用于描述、视化和构架软件系统的建 模语言。它统一了b o o c h ，r u m b a u 曲和j a c o b s o n 的表示方法，并对其作了进 一步的发展，最终统一为大众所接受的标准建模语言。 u m l 的重要内容可以由下列5 类图来定义：用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) ， 从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者；静念图( s t a t i c d i a g r a m ) ，包括类图、对象图和包图；行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，描述系统 的动态模型和组成对象间的交互关系，包括状态图和活动图；交互图 ( i n t e m c t i v ed i a g r a m ) ，描述对象问的交互关系，包括顺序图和合作图；实现 图( i m p l e m e n t a t i o nd i a 斟a r n ) ，包括构件图和配置图。行为图和交互图是u m l 的动态建模机制，其余几类图是静态建模机制。 ( 2 ) o r a s s 4 0 卜o b j e c t o r i e n t e dr e q u i r e m e n ts y s t e m 哭南杰：皋十表单的一种业务凝程挖掘订法中山人学钡i ：学位论文2 0 0 5 年4 月 这是南京大学计算机软件所对需求级软件自动化技术及系统的初步探索。 0 r a s sl l i 需求定义支撑二严系统0 r s 和需求定义自动转化予系统f u n s 组成。 0 r s 支持面向对象的需求模型h o r m 的构作，形成软件需求定义。f u n s 实现 从图形化语言o r l 描述的需求定义到面向对象规格语言o o z e ( o b i e c t o r i e m e d ze n v i r o n m e n t ) 语言书写的形式功能规格的自动转换。 从上述工具中我们可以看山，用面向对象的思想进行需求分析，其根本要 点在于，利用对象的概念模型建立一个针对于问题域的模型，用户和软件工程 师通过该模型进行交流，在此模型基础上形成需求规格说明书。0 0 建模的好 处还在于它不用在分析和设计之问划一道鸿沟，设计只需要在分析的基础上进 一步根据实现系统的限制不断进行各种成分的扩充和细化。而且具有模型稳定 性、可重用等等优点，这将大大降低软件维护和升级的成本。 u m lu _ 以况是代表了面向对象方法的软件丌发技术的发展方向，具有巨大 的市场前景，也具有重大的经济价值和国防价值。面向对象的需求工具还有 b u c c i 等人的t r o l ，t k a c h 等人开发的v m t ，以及北大的j b 工程等。 1 4 本文研究的问题及意义所在 现有的面向对象方法中，提出了多种有关需求发现与描述的方法。如 y o u r d o n 的o o a o o d 提出了有关主题和对象发现方面的一些技巧，u m l 则提 出了用例( u s e c a s e ) 的概念，使用用例图可视化地表达系统的需求，并建议基于 用例图进行系统的丌发。相比较而言，以用例表达系统需求具备直观、规范等 优点，克服了系统需求的纯文字性 兑明的不足之处，是面向对象丌发方法中系 统需求表达的+ 种有效手段。但在开发人员不深入了解业务领域知识的情况 卜，提取用例、精确描述用例之问关系、用例的粒度如何确定等问题难以解 决。因而，基于u m l 用例图的需求驱动缺乏可操作性 2 0 。另外对于企业管 理软件而言，首先要获取的需求就是企业的业务流程，因为企业的业务流程反 映了企业的整体协作和同常运作过程，是整个软件需要的核心框架，而一般的 吴有杰：壮卡表单的一种业务流程挖掘方法中山大学坝l ：学位论文2 0 0 5 年4 月 m 阳对象方法过于强调个体本身，而忽略了需求的实际重心应该是在实体之侧 的联系。企业的数据表和尊掘( 简称表单) 记载了企业同常的数据流向，表单 之问的关系蕴合了企业的业务流程，所以要获取企业的业务流程我们首先从企 业的业务表单切入，通过其间的联系得到业务的流程。但是一个企业的表单的 繁多及其数据量的庞大是可想而知的，单凭人工的分析是费时费力又不科学的 方法。针对上述问题，本论文提出了种基于表单的获取和分析企业业务流程 的需求方法，该方法要求让事实说话，以企业r 常的业务记录载体表单作为需 求的切入点，通过挖掘表单内及表单之问的数据关系而自动挖掘流程，即通过 获取和分析每个表单的内容以及表单之间的关系和表单字段的来源达到软件需 求丌发的目的。该方法可以有效地解决上述一些问题。 本文的研究的意义主要有如下两点： 1 现实意义 随着市场的全球化，现代企业的发展，生产经营管理的信息同趋复杂庞大 为了进步提高1 ：作效率和管理水平，企业应努力完善、规范生产经营业务流 利，实现企业内部信息的实时、准确及流畅，而建立科学、高效的现代化的集 企业经营、财务、人事管理等功能为体的企业信息处理系统对于企业的同常 业务运作、决策等都是至关重要的。而信息系统他f 1 的健壮运行在于今天正确 的衙求获j _ ) ( ，面对繁杂的需求分析，臼动化需求挖掘是行之有效的快速方法。 小沦文就提出了一利，自动获取业务流程的需求挖掘方法，并且本论文的部分研 究成果在实践中已经得到验证，因此具有较为重要的现实意义。 2 理论价值 赢以来人们致力于需求： 程的自动化实现，也提出了很多自动化需求分 析的方法，例如：o r a s s 4 0 】系统应用的0 0 z e 方法。多年来w m pv a n d e r a a l s t 等人一直致力于流程的挖掘技术，但是他门更多的是在基于事件发生日 志上进行工作流程挖掘。但是在需求分析阶段利用表单这一数据载体进行业务 流张挖掘的工作丌展得还不够，相应的理论也下成熟，在本论文中给出了p m s o 是响杰：龋于表单的一种业务流程挖掘方法中山人学坝i 一学位论文2 0 0 5 年4 月 整个体系的形式化定义、推导规则和挖掘算法思想等方面的理论，进一步丰富 了需求二i ：程自动化理硷体系，因此也具有较为重要的理论意义。 是何杰：精于表单的一种业务流程挖掘方法中山人学颂i ：学位论文2 0 0 5 年4 ，丁 第2 章工作流概述 2 1 工作流的起源和发展 计算机支持的工作流技术起源最早可以追溯到上世纪的7 0 年代，当时的工 作主要专注于对企业办工过程的刻画，其代表工作有 1 、 2 等。在 1 中， h a i n m e r 等人提出了使用高级程序设计语言来描述企业应用中的数据处理过程， 而z i s m a n 则在 2 中对办公过程的表示和定义进行了深入的探讨：由于客观条 件的制约，当时的企业对办公自动化还没有普遍的需求，但任职于施乐 ( x e r o x ) 公司的e 1 1 i s 和n u t t 等人已经认识到了丌发出一种支持办公过程的系 统模型的重要性 3 ，在他们的努力下，施乐推出了一个名为0 f f i c e t a l k 的产 品，这是一个试验性的办公信息系统，可以认为是现代工作流系统的一个雏 形。这一时期的研究的总体特点是不够成熟，研究人员的注意力集中在工作过 程的研究而非对全局流程的把握，而且由于缺乏商业需求，其研究成果也多数 停留在理论研究阶段。 从上世纪8 0 年代丌始，人们对工作流的研究逐渐深入，研究的重点也从办 公的过程转移到了办公的流程上来，新的工作流的理论模型如w i n o g r a d 和f 1 0 r e 在语言行为理论的基础上提出的基于对话的行为模型 4 ，5 、e l l i s 和n u t t 的 p e t r in e t 模型 6 等相继出现；在商业应用方面，从8 0 年代中期起， f i l e n e t 和v i e ws t a r 等公司率先丌拓了工作流产品市场，成为最早的一批工作流产品 供应商。这些公司把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、关键字索 引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务流程的集 成化的软件( 包) ，这便是早期的工作流管理系统。比较典型的产品有f i l e t 于1 9 8 4 年推出的w o r k f l 。wb u s jn e s ss y s t e m 以及v i e ws t a r 于1 9 8 8 年推出的 v i e ws t a r 等。进入9 0 年代之后，由于p c 的普及和i n t e r n e t 的流行，在全球范围 内，对工作流的技术研究以及相关的产品开发进入了更为繁荣的阶段， 更 多、更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计 = 是有杰：幕十表学的一种业务流程挖掘方法中山人学l i 学位论文2 0 0 5 年4 月 算、jn l e r n e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之中。市场上工作流产品极 大丰富，包括i b m 、m i c r o s o f t 等行业巨头纷纷进入这一新兴领域。 工作流市场的繁荣迫切呼唤行业标准的确立，工作流管理联盟( w f m c ) j i ：越戍此而广：生。w f m c 成立于】9 9 3 年，其成立的主要目的是要实现各种不同 作流产品的互操作。为了实现其目的，w f m c 主要做了如下工作： i 给出工作流管理系统相关术语的统一定义 i i 给出工作流系统的体系结构 i l i 定义工作流管理系统的编程接口( w a p i ) i v 开发出j 二作流系统的过程定义语言( w p d l ) w f m c 的成立对工作流的研究具有里程碑式的意义，它标志着工作流技术在计算 机应用研究领域之中被明确地划分出了自己的一席之地。工作流相关标准的确 立使得小嗣厂家的工作流产品之| 1 1 l j 的互操作成为了可能，从而有力的推动了工 作流研究的发展。 2 2 工作流的定义 十几年来，不同的研究者对工作流分别提出了不同的定义。到目前为 止，对于工作流仍没有完全统一的定义。以下列举一些有代表性的定义，它 们分别从不同的角度对工作流概念进行了描述，可以使我们对工作流的一些基 本特征有一定的理解： 工作流管理联盟的定义 7 ：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经 营过程，根据一系列过程规则，文档、信息或任务能够在不同的执行者之间 传递、执行。 g j g ag r o u p 的定义 8 ：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的 顺序以及由准来执行、支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机 制。 1 b m 1 m a d e ni e s e a r c hc e n t e r 的定义 9 ：工作流是经营过程中的一种计 算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需用的各种参数，这些参数包括 父彳1 杰：蕞十表甲的一种业务流程挖掘方法中山人学顶i 学位论文2 0 0 5 年4 ， 对过程中每一个单独步骤的定义、步骤问的执行顺序、条件以及数据流的建 立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序 a m ns h e t h 的定义 1 0 ： 作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些 任务分别由不同的处理实体来完成。一项任务定义了需要做的某些工作， 它 可用各种形式来进行定义。包括在文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、 一条消息以及一个计算机程序用来执行任务的处理实体可以是人，也可以是 汁算机系统( 比如一个应用程序、一个数据库管理系统) 。 w m p v a n d e ra a l s t 的定义 1 1 ：工作流是一系列工作的偏序集。工 作的序列可以有多种方式，比如工作x 与y 满足x ：y 当且仅当x 在y 丌始之前就 已经就绪。 以上这些对工作流的定义是用非形式化语言对工作流所进行的描述，虽然 各有不同，但基本上都达成了这样的一个共识：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。这些工作流的定义分别 反映了经营过程如下几个方面的问题，b 口经营过程是什么( 由叨6 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进行监控) 。 2 3 工作流的模型及其现状研究 工作流模型( 又称为过程定义) 包含了描述一个能够由工作流执行服务执 1 ：的过程所需要的所有信息。这些信息包括过程的- 丌始和完成条件。构成过程 的活动以及进行活动制导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应 用。工作流引擎的引用关系，以及所有与工作流相关数据的定义 1 3 。 1 9 9 5 年工作流管理联盟发布了工作流参考模型的1 1 版本 1 4 ，该参考模 型描述了工作流管理联盟建议工作流产品应该遵循的五个接口，以及与接口相 关联的标准化应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ， a p i ) 。这些 接口a p i s 是：( 1 ) 过程定义建模和交换a p l s ，( 2 ) 客户应用程序a p i s ， ( 3 ) 应用程序渊用接口，( 4 ) 工作流协作接口，以及( 5 ) 管理和监控接口。 吴响杰：幕r 表学的一种业务流程挖掘方法中山人学颂l ：学位论文2 0 0 5 年4 月 如图1 3 2 1 一l 所示。 工作流管理联盟随后发布的系列标准，如协同工作白皮书w f m c t c 1 0 0 8 ，应用程序调用接uw f m c t c 1 0 1 4 ，工作流过程定义互换w f m c 一 7 c l ( ) 1 6 ，客户应用程序胛t 规约( w a p i ) w f m c t c 1 0 0 9 等均以参考模型 为中心，对其所定义的五个接口进行详细的描述和规范化。 剀1 ，3 2 卜1 f 作流参考模型 在工作流建模上，工作流管理联盟定义了一个过程定义的基本元模型 ( m e t am o d e l ) ，如图1 3 2 1 2 所示。所谓元模型，一般是指描述模型的模 型。这罩的工作流模型的元模型是用来描述工作流模型内在联系的模型。它用 于描述工作流模型内部包含的各个对象、对象之间的关系及对象的属性 2 4 。 殳何杰：桀十表单的一种业务洫程挖掘方法中山人学坝i ：学位论文 2 0 0 5 年4 月 幽1 32 卜2 基本过程定义元类型 图1 3 2 1 2 给出的过程定义元模型的组成核心是活动。工作流过程定义与活 动、工作流相关数据之间是一对多的关系，即一个工作流定义由多个活动与多 个工作流相关数据组成。活动、角色、工作流相关数据、需要激活的应用程 序。转换条件之间都是多对多的对应关系。如：一个活动可以引用多个角色、 使用多个工作流相关数据同样，个角色可以被多个活动引用，一个工作流 相关数据可以被多个活动使用。 6 是有杰：牡十表甲的一种业务讹程挖掘方法中山人学坝i 学位论文2 0 0 5 年4j _ 第3 章e r p 概述 3 1e r p 的起源和发展 3 1 1什么是e r p e r p e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源计划系统，是指建立在信息技 术基础上，以系统化的管理思想为企业决策层及员工提供决策运行手段的管 理平台。e r p 系统集中信息技术与先进的管理思想於一身，成为现代企业的运 行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为 企业在信息时代生存、发展的基石。 进一步地。我们可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定 义【4 4 】： 1 是由美国著名的计算机技术咨询和评估集团g a r t e r g m u p i n c 提出的一整 套企业管理系统体系标准，其实质是在m r pi i ( m a 删f a c t l l r i n gr e s o u r c e s p l a i l n i n g ，“制造资源计划”) 基础上进一步发展而成的面向供应链( s u p p l y c h a i n ) 的管理思想： 2 是综合应用了客户机明睫务器体系、关系数据库结构、面向对象技术、图 形用户界面、第四代语言( 4 g l ) 、网络通讯等信息产业成果，以e r p 管理思 想为灵魂的软件产品： 3 是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和 软件于一体的企业资源管理系统。 具体来讲。e r p 与企业资源的关系、e r p 的作用以及与信息技术的发展的关 系等可以表述如下： 1 企业资源与e r p 厂房、生产线、加工设备、检测设备、运输工具等都是企业的硬件资源，入 力、管理、信誉、融资能力、组织结构、员工的劳动热情等就是企业的软件资 x 柯杰：螭十表甲的一种业并流 早挖掘方法中l j l 人学碳l ：学位论文2 0 0 5 年4 门 源。企业运行发展中，这些资源相互作用，形成企业进行生产活动、完成客户 订单、创造社会财富、实现企业价值的基础，反映企业在竞争发展中的地位。 e r p 系统的管理对象便是上述各种资源及生产要素，通过e r p 的使用，使企 业的生产过程能及时、高质地完成客户的订单，最大程度地发挥这些资源的作 用，并根据客户订单及生产状况做出调整资源的决策。 2 调整运用企业资源 企业发展的重要标志便是合理调整和运用上述的资源，在没有e r p 这样的现 代化管理工具时，企业资源状况及调整方向不清楚要做调整安排是相当困难 的，调整过程会相当漫长，企业的组织结构只能是金字塔形的，部门间的协作 交流相对较弱，资源的运行难於比较把握，并修出调整。信息技术的发展，特 别是针对企业资源进行管理而设计的e i 冲系统正是针对这些问题设计的，成功 推行的结果必使企业能更好地运用资源。 3 1 2e r p 的发展历程 e r p 理论的形成主要经历下面几个阶段【4 4 】： i m i s 系统阶段( m a l l a g e m e n t i n f o n n a t i o ns y s t e m ) 企业的信息管理系统主要是记录大量原始数据，支持查询、汇总等方面的 工作。 1 1 m r p 阶段( m a t e r a i lr e q u i r ep l a n n i n g ) 企业的信息管理系统对产品进行管理，借助计算机的运行能力及系统对客 户订单，在库物料，产品构成的管理能力，实现依据客户订单，按照产品结构 清单展开并计算物料需求计划。实现减少库存，优化库存的管理目标。 i i i m r pi l 阶段( m a n u f