（计算机软件与理论专业论文）分布式工作流管理系统设计与实现.pdf

摘要 工作流管理系统是企业对其业务过程进行敏捷管理的新型信息系统，工作流 管理系统维护的是以工作流过程定义形式表示的企业的业务过程。随着业务过程 管理学的发展和业务过程改造的推广，有人认为工作流管理系统可能会发展到与 关系型数据库管理系统同等重要的地位，成为构建企业信息平台的基础设施。 目前，国内的工作流管理技术还处于发展初期，现存的工作流管理系统以单 引擎集中式和多引擎集中式为主，其性能上的局限性使其无法满足大中型企业尤 其是跨地域的企业对业务过程进行信息化管理的需要。因此，利用目前比较成熟 的各种分布式计算技术，同时在工作流管理技术理论的指导下，构建分布式工作 流管理系统，提高国内在工作流管理系统领域与国外产品的竞争力，为国内的电 子政务事业提供自主知识产权的高品质的基础平台，具有较大的科研价值和社会 效益。 本文主要介绍了本人在导师周明天教授的指导下，在北京盛松科技有限公司 工作期间参与设计和实现的分布式工作流管理系统。在系统的设计过程中，我研 究了以p e t r i 网为基础的多种工作流建模理论，使所设计的系统具有坚实的理论 基础，同时广泛借鉴了包括工作流管理联盟( w f m c ) 提出的工作流参考模型在内的 多种工作流模型。为了实现平台无关性，系统基于j a v a 技术实现，并使用r m l 分布式计算机制来实现多个工作流引擎的协同工作。为了能实现系统与其它业务 应用系统最大的兼容性和可协作性，引入了插件式的底层通信组件层，在设计上 可以提供c o r b a 、r m i 、w e b 服务、消息等多种远程调用接口。为了支持基于w e b 的工作流应用，在工作流建模工具中引入了过程表单，利用x m l 模板技术和模板 编程技术，既有利于基于w e b 的工作流应用的快速开发，又解决了以往基于w e b 的工作流应用中很难解决的工作流过程定义动态更新的问题。 本文在介绍所设计的工作流管理系统的同时，还讨论了企业业务过程管理、 工作流过程定义合理性验证等与工作流管理紧密相关的问题。 由于工作流管理是一门比较年轻的技术，还没有形成相关的标准，本人在研 究过程中，在某些观念的把握上难免出现偏失，希望各位专家、读者能为本人指 正。 关键字：分布式计算技术；工作流；工作流管理系统；建模工具；工作流引擎 a b s t r a c t t h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ( w f m s ) i san e wt y p eo fi n f o r m a t i o ns y s t e m w h i c ha l l o w st h eb u s i n e s se n t e r p r i s et oc o n t r o lt h eb u s i n e s sp r o c e s s e sa g i l e l y w h a t t h ew f m sc o n t r o l si st h eb u s i n e s s p r o c e s sd e p i c t e db y t h ew o r k f l o w p r o c e s s d e f i n i t i o n a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f b p ma n dt h ee x p a n s i o no fb p r ，s o m e o n e t h i n k st h a tt h ew f m sw o u l db et h es a l t l ei m p o r t a n ta st h er d b m si nt h ef u t u r e ，a n d i tw o u l db et h ei n f r a s t r u c t u r eo f t h e e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o np l a t f o r m c u r r e n t l y ，t h ed o m e s t i cd e v e l o p m e n t o f w o r k f l o w m a n a g e m e n tt e c h n i q u e si sa tt h e e a r l yl e v e l t 1 1 ee x i s t i n gw m s sa r e a l m o s t s i n g l ee n g i n ec e n t r a l i z e da n dm u l t i e n g i n e sc e n t r a l i z e d b e c a u s eo ft h el i m i t a t i o no f t h ep e r f o r m a n c e ，t h e s ec e n t r a l i z e d w f m s sa r en o ta b l et of u l l ys u p p o r tt h em a n a g e m e n to ft h eb u s i n e s sp r o c e s s e so ft h e b i g a n dm e d i u m - s i z e db u s i n e s s e n t e r p r i s e s t h e r e f o r e ，t o e n h a n c et h ed o m e s t i c c o m p e t i t i v ea b i l i t y i nt h ew f l v l sm a r k e ta n dt o p r o v i d e t h e h i g h q u a l i t a t i v e i n f r a s t r u c t u r eo ft h ed o m e s t i ce l e c t r o n i c g o v e r n m e n t a lb u s i n e s s ，i t h a st h e b i g s c i e n t i f i cr e s e a r c hv a l u ea n ds o c i a l p e r f o r m a n c e t h a t s t u d y i n g a n db u i l d i n gt h e d i s t r i b u t e dw f m sb a s e du p o nv a r i o u sd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n i q u e sa n dt h e w o r k f l o wm a n a g e m e n tt h e o r i e s t h i st h e s i sm a i n l yi n t r o d u c e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ed i s t r i b u t e d w t m s u n d e rt h ed i r e c t i o no fm yd i r e c t o r ，p r o f z h o um i n r g t i a n ，it o o kp a r ti nt h i s p r o j e c ta ts a n s o f lt e c h n o l o g yc o m p a n y i np e k i n g d u r i n gt h ep e r i o do f d e s i g n i n g ， w es t u d i e dv a r i o u sp e t r i - n e tb a s e dw o r k f l o wm o d e l i n gt e c h n o l o 西e sa n dm a n y d i f f e r e n tw o r k f l o wm o d e l si n c l u d i n gt h ew i m c sw o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ，a n dt h e w f m sw ed e s i g n e dp r o v i d e st h ef i v es t a n d a r di n t e r f a c e so ft h er e f e r e n c em o d e l t o a l l o w t h es y s t e mt ob ei n d e p e n d e n to nt h eu n d e r l y i n go sp l a t f o r m s w ec h o o s ej a v a a st h ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n i q u e ，a n du s er m id i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm e c h a n i s mt o r e a l i z et h ec o o p e r a t i o no ft h ed i f f e r e n tw o r k f l o we n g i n e s t or e a l i z et h ew f m s l s c o m p a t i b i l i t ya n dc o o p e r a t i o n w i t ho t h e rb u s i n e s sa p p l i c a t i o ns y s t e m s ，t h eu n d e r l y i n g c o m m u n i c a t i o nc o m p o n e n t sl a y e ro ft h ew i m sw ed e s i g n e dc a np r o v i d es e v e r a l r e m o t ec a l li n t e r f a c e sb a s e du p o nm a n yd i s t r i b u t e dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ss u c ha s c o r b a ，r m i ，w e bs e r v i c e ，m e s s a g e ，a n ds oo n t os u p p o r tw e b - b a s e dw o r k f l o w a p p l i c a t i o n ，t h em o d e l i n g t o o lo ft h ew f m sw ed e s i g n e d p r o v i d e st h ep r o c e s sf o r m s b a s e du p o nt h ex m lt e m p l a t et e c h n o l o g ya n dt e m p l a t ep a t t e r np r o g r a m m i n g t e c h n o l o g y ，t h ep r o c e s sf o r mn o to n l yi sp r o p i t i o u st o t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e w e b b a s e dw o r k f l o w a p p l i c a t i o n ，b u t a l s oc a l lr e s o l v et h e p r o b l e m t h a tt h e 1 t w e b b a s e dw o r k f l o wa p p l i c a t i o n sc a r ln o tu p d a t et h ew o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o n s d y n a m i c a l l y ， t h i st h e s i sa l s od i s c u s s e sw o r k f l o wm a n a g e m e n tr e l a t e da s p e c t ss u c ha sb u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n t ，t h e v e r i f i c a t i o no ft h es o u n d n e s so ft h ew o r k f l o wp r o c e s s d e f i n i t i o n s ，a n ds oo n k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e d c o m p u t i n g ；w o r k f l o w ；w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ； w o r k f l o wm o d e l i n gt o o l ；w o r k f l o we n g i n e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签轾一夸坠 日期：伽牛年幢月l f 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：垄! 兰导师签名： 日期：跏学年雎月i f 日 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 1 1本研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义 工作流管理技术起源于对业务过程进行抽象、管理的思想。上世纪8 0 年代 末，“过程”的想法出现在工业领域。与此同时，美国的几个主要的公司如i b m 、 f o r d 和b o l l 等开始关注跨业务功能的过程可能潜在的利益。这与传统的关注业 务功自 领域( 如制造、销售等) 形成鲜明列比。过程的想法比传统的忽视过程间 的相关影响的局部决策制定“o 能进步改善对客户的服务。 今天，世界上的任何地方，几乎任何行业，业务过程都在被不断地调整、精 简、重构、增值。越来越多的以过程为中心的决策被制定出米，然而这些决策通 常只是一些意识上的模糊的概念，没有一种准确直观的表述方法，同时这些决策 对产品成本的影响效果缺乏一种可靠的定量计算和定性分析方法。 二十世纪，随着计算机的普及和计算机信息技术的发展，信息处理技术能对 业务过程提供支持，甚至成为业务过程的主要部分，同时，以研究工作组织方式 为主的计算机科学也得到了巨大发展。今天，涉及业务过程的管理科学和计算机 科学的交叉研究领域被称为业务过程管理( b p r ) ，而工作流管理系统日前是业务 过程管理的一种最有效的实现。 工作流管理联盟( w f m c ) 在1 9 9 3 成立，这个旨在推广工作流管理技术与应用 的国际组织，现在已经发展到了包括m i c r o s o f t 、b e a 、l u c e n t 、i b m 、n e c 、o r a c l e 、 s a p 、s u n 、t o s h i b a 等等3 0 0 多家著名软件提供商成为其会员。工作流技术研究 在学术界和业界空前热烈。许多工作流原型和模型被提出来，并有号称上百个软 件厂商宣称提供工作流系统。但是这里几乎看不到中国企业的影子，w f b a c 组织 中只有一家是来自中国的。随着我国电子政务事业的兴起，国内目前从事工作流 产品研发的公司也逐渐增多，但是真正称得上成熟的产品寥寥无几，而且还常常 是商务操作系统b o s 和办公自动化系统o a 的变型，面非真正意义上的工作流管 理系统。造成这种状况的原因主要有以下几个：( 1 ) 盲目上马，理论基础薄弱。 由于市场利益的驱动，很多公司都推出了工作流产品和基于工作流产品的解决方 案，但是工作流管理必须对工作流建模理论有深刻的认识和理解，国内某些产品 只注重了图形化建模的形式，其使用的建模技术没有任何的理论基础，根本不能 对业务过程模型进行进一步的分析和验证，这样的工作流管理系统不仅不能成为 “业务过程改造”的有力工具，而且可能使用户企业的过程更加混乱、难以管理。 ( 2 ) 照搬开源，缺乏创新。开源项目是国内工作流产品的一大来源，目前在国外 的开源社区里，存在大量的与工作流相关的项目，据不完全统计，其中主流的有 电子科技太学硕士学位论文 2 0 多种，如j b p m 、b i g b r o s sb o s s a 、w f m o p e n 、b o n i t a 、o p e n w f e 等，这些项 目一般都具有一定的理论基础，但是由于缺乏相应的文档和注解，通常很难完全 理解项目创建者的设计思路，再加上东西方在思维形式和使用习惯上的不同，照 搬这些项目得到的工作流管理系统产品很难满足实际的使用需要。( 3 ) 工作流技 术本身的不成熟。目前，在工作流管理技术领域并没有一种公认的标准，虽然 w f m c 一直在致力于制定相关的标准，但是效果并不明显，各大工作流厂商的产 品仍然不能兼容，建模技术更是百家争鸣，目前已经出现的工作流建模技术已有 7 0 多种 7 ，而且这种情况至少还要持续很长的时问。与工作流管理系统产品的 匮乏相对比的是国内电子政务、电子商务、企业业务过稃管理等领域的蓬勃兴起， 根据国外发展的经验，工作流管理系统在这些领域具有重大的应用价值。因此， 大力推动工作流管理技术的发展，使国产工作流管理系统产品达到国际领先水 平，对于我国的信息化建设具有深远意义。 1 2 国内外文献综述 工作流管理系统一般可以分为工作流建模工具和工作流引擎两个基本组件。 工作流建模工具是基于特定的建模技术和语言，以图形化的方式让用户描绘业务 过程，此外还应提供对与过程相关的资源和数据的管理。目前国外主流的工作流 管理系统产品有1 0 几种，包括c o s a 、v i s u a l w o r k f l o w 、f o r t7 ec o n d u c t o r 、l o t u s d o m i n ow o r k f l o w 、m e t e o r 、m o b i l e 、m q s e r i e s w o r k f i o w 、s t a f f w a r e 、v e e w o r k f l o w 、i - f l o w 、i n c o n c e r t 、c h a n g e n g i n e 、s a pr 3 w o r k f i o w 、e a s t m a n 、和 f l o w e r e l 9 。这些工作流管理系统都有各自不同的建模规则和语言，但是这些 建模理论中有相当一部分是对基于p e t f i 网的工作流建模技术的改进，可见p e t r i 网是一种可行有效的对工作流过程进行建模的工具。 p e 仃i 网之所以能用来描述工作流过程，与p e t r i 网自身的性质密切相关，p e t r i 网理论最早由c ap e t r i 提出，用来对并发系统进行建模分析 1 0 1 。经过4 0 多年的 发展，p e t 6 网有了坚实的理论基础和丰富的分析技术。自从z i s m a n 7 最早开始使 用p e t r i 网对工作流过程进行建模以来，p e t r i 网作为一种有效的工作流建模技术逐 渐被广泛使用并得到进一步的发展，以后又相继提出了基于高级p e t r i n ( 女n m j 闻 p e t x i 网【1 2 】和有色p e 砸网【1 3 ) 的工作流建模技术。a a l s t 在p e t r i 网的基础上提出了 工作流网( w f - n e o n 论【1 4 使基于p e 恤网的工作流建模理论达到一个新的发展阶 段，工作流网的合理性定理使形式化地验证所设计的工作流过程成为可能，也出 现了- - j = t 2 基于工作流网的工作流过程定义验证工具，如w o f l a n 1 5 1 。工作流网是 一种受限制的p e t r i 网，因此其优点和缺点与p e t r i 网都相同，侄描述多实例的工作 流模式 1 6 时，p e t r i 网不能直接支持，同时工作流模式也成为检验一种工作流建 电子科技大学硕士学位论文 模语言的建模能力的参考标准。在综合比较了多种主流工作流管理系统采用的建 模语言对常见的2 0 多种工作流模式的支持能力之后，v a nd e ra a l s t 等人在p e t r i 网 和工作流网的基础上提出了一种新的工作流建模语言y a w l 9 1 ，这种语言在描 述多实例和高级同步等模式时具有明显的优势，同时y a w l 具有相应的合理性判 定定理，也可以转化为p e t r i 网，可以对其应用目前已有的多种p e 啊网分析技术。 对工作流建模技术的探索可以说是无止境的，寻求一种更合理更高效的业务过程 描述形式将是以后长期的研究热点。 随着工作流建模技术的发展，对工作流过程定义进行更精确的分析要求也更 加突出，分析的结果对于企业业务过程管理具有重要的指导价值。分析可分为定 性分析和定量分析 1 4 ，定性分析关注过程的合理性，保证过程能够正确完成； 定量分析包括计算过程的生产周期、成本、资源利用率等指标，指导设计者对过 程进行改进。定性分析可以利用p e t r i 网的一些基本分析方法，如可达图、可覆盖 图、关联矩阵 1 0 2 4 、最小可覆盖图、非活序列、无界序列 11 等来实现。定量 分析则可借助于随机p e t r i 网模型的马尔科夫过程等方法来实现。 上述的工作流建模技术和分析方法是工作流管理系统的理论基础，一个成熟 的工作流管理系统除了必须具有坚实的理论基础外，还应该建立在一定的模型之 上。目前已有大量的工作流模型，包括w t m c 提出的工作流参考模型 1 7 1 、面向 用户的工作流模型 2 5 】、面向仿真的工作流模型 2 7 】、基于a g e n t 的工作流模型 2 8 等，并且随着工作流管理技术设计的企业业务领域的不断增加，新的工作流模型 还将不断被提出。 在众多模型当中，w f i v l c 提出的工作流参考模型被普遍采纳，根据w f m c 的 参考模型，一个工作流管理系统必须提供五类接口：过程定义接口、工作流客户 端接口、应用调用接口、管理和监视接口和与其它工作流管理系统协同操作的接 口1 7 1 。一个工作流管理系统至少包括两个组件：建模工具和工作流引擎。建模 工具除了让用户以图形化的方式设计工作流过程定义外，至少还要具有资源管 理、过程定义管理、数据管理等功能。资源是指与过程执行相关的参与者，主要 指人员和设备。为了便于管理，通常要对人员进行分组，分组的标准一般有两种： 按功能分组和按部门分组 1 4 。按功能分组得到的是角色，按部门分组得到的是 组织机构，并且由于企业存在各种各样的组织方式，创建组织机构应该满足柔性 【2 9 的要求。数据管理对于建模工具来说，也是必要的功能，与工作流相关的数 据可以分为三类 1 7 1 ：与应用相关的数据、与过程实例相关的数据和内部数据。 一个工作流过程通常会涉及大量的数据，对这些数据必须以一种有效的形式加以 管理。工作流引擎是工作流管理系统的核心组件，保证工作流过程定义被正确的 执行，实现工作流管理系统所提供的众多a p i 和s p i ，并负责与其它协同系统和应 电子科技大学硕士学位论文 用进行交互。最初，由于企业的业务过程都在同一地点或建筑物内完成，集中式 的工作流引擎便能满足需要，这时所有工作流过程定义都装载在同一个工作流引 擎中。随着企业规模的越来越大，企业的部门在地理位置上也越来越分散，部门 间的相互协作也越来越频繁，大量跨部门的业务过程使集中式的工作流引擎越来 越不堪重负，人们开始利用各种分布式计算技术来设计分布式的工作流引擎，提 出了包括基于c o r b a 的工作流管理系统 1 、基于w e b 的工作流管理系统 2 1 1 、基 于移动a g e n t 的工作流管理系统 1 8 】等模型。当前在全球经济化的影响下，跨 企业、跨行业的业务过程大量出现，传统的集中式工作流管理系统已经无法满足 企业的需要，这必将推动分布式工作流管理系统的发展。 1 3 课题来源及主要研究内容 本课题是本人在北京盛松科技有限公司实习期间参与的研发项目。本人在该 课题中，主要负责系统的总体架构设计和部分系统实现。 电子科技大学硕士学位论文 第二章工作流管理技术概述 2 1 业务过程管理 d a v e n p o r t 和s h o r t 指出业务过程是“as e to fl o g i c a l l yr e l a t e dt a s k s p e r f o r m e dt oa c h i e v ead e f i n e db u s i n e s so u t c o m e ”。这个概念在设计和管理 业务过程的文献中被广泛的采纳。h a m m e r 和c h a m p y 补充了业务过程中以客户为 中心的方面：“ac o l l e c t i o no fa c t i v i t i e st h a tt a k e so n eo rm o r ek i n d so f i n p u ta n dc r e a t e sa no u t p u tt h a ti so fv a l u et o t h e c u s t o m e r ” 2 】。 业务过程概念中的“b u s i n e s so u t c o m e ”和“o u t p u t ”可以被更直观地理解 为产品，产品由过程交付。产品一般可分为物理形式和服务形式。创造商品的业 务过程称为制造过程，而提供服务的业务过程就被称为工作流过程( 也称为服务 或管理过程) 。 一个企业或机构通常在职能上、地理位置上和面向的产品上划分为多个部 门，每个功能部门又可以被划分为更小的单位。过去，业务过程一般限制在一个 企业或机构的内部。现在，一个业务过程通常需要涉及多个不同的企业或机构， 业务过程的不同部分被不同企业或机构的不同部门执行。但这些对客户来说是完 全透明的，所有的合作企业或机构就好像是一个整体，称为“虚拟企业”。 2 i i 业务过程的状态和性能 因为会有多个业务过程实例被并发执行，所以业务过程的状态指的是所有单 个实例的执行状态集合。业务过程作为组织工作的方式是静态的，而业务过程的 状态作为业务过程执行状态的集合是动态的【2 。 业务过程的性能指标是成本、时间、质量和柔性四种主要维度的混合。在许 多工业领域性能指标还涉及生产时间( 也称为流时间、响应时间、周期时间、逗 留时间) 。 2 1 2 业务过程中的资源 业务过程必然涉及企业中的各种资源。在是否可重复使用上，资源可以划分 为“消耗性资源”和“可重用资源”【1 。人力资源是一种特殊的可重用资源， 也称为代理、参与者或用户。通常把资源按照是否具有相同特性来分组，这样的 分组称为“资源类”，这将有利于以一种更有效和健壮的方式来组织业务过程中 的职责和权限。资源分类一般有两种标准：功能和组织。根据功能上的特性划分 的资源类称为“角色”，而在组织上，资源可以根据部门、地理位置和产品来划 电子科技大学硕士学位论文 分。 2 1 3 业务过程的分解 根据业务过程的定义，业务过程通常可以分解为许多更小的部分。一种分解 的方式是区分子过程( 也称为子流程) 。业务过程的任何部分都可以看作是一个子 过程。区分子过程可以把业务过程的复杂性划分为分层或网状关系。 过程中最小的可区分的部分称为“任务”( 也称为步骤、活动或动作) 。任务 是对要完成的工作的一部分的完整描述。当“任务”和“业务过程”作为抽象概 念理解是相似的，都是小的工作的组织方式，都需要一定的资源。任务以是否构 成工作的逻辑单元为边界来划分。通常，把工作从一种资源传递到另一种资源便 指出了一个任务的边界。其他决定单元划分大小的方面，包括工作所涉及的位置、 完成任务所期望的时间间隔、所有的规则和执行任务所涉及的部分数量等。事物 处理中的a c i d 属性也同样适用于定义工作的逻辑单元。 过程的任务之间存在着依赖关系。任务间的执行顺序是种常见的依赖关 系。依赖也可以表述为“信息交换”或“控制依赖”。 任务可以区分为结构上( 也称为静态的) 的和动态的两种表现形式。为交付产 品而执行的任务称为“工作项”。“活动”是指在业务过程执行中资源正在执行一 个工作项。 2 1 4 业务过程的分类 根据业务过程的执行频度和标准化程度，业务过程可以分为以下三类 1 ： ( 1 ) 定制的过程、专门的过程或项目业务过程只被执行一次，只满足特 定用户的需要。如：建造人造卫星、为期刊写文章等。 ( 2 ) 大规模定制化的过程业务过程被高频度的执行，为满足用户的特定 需要，过程中允许一定范围的改动。 ( 3 ) 大规模产品化或事务化的过程业务过程被高频度的执行，但过程已 被标准化，不允许为特定用户改动。如：发行驾驶执照等。 根据业务过程的执行部门和目的，业务过程可以分为以下三类【1 ： ( 1 ) 主要的或生产过程公司实现商品或服务的业务过程。 ( 2 ) 次要的或支持过程为了保证主要业务过程j 顿利完成的业务过程。 ( 3 ) 第三的或管理过程用于指导或协调主要过程和次要过程的业务过 程。 考虑业务过程及其产品、性能指标、客户、触发器、组织机构、资源、任务 和它们之间的相互关系的主要原因是支持某种类型的决策。有三种标准来区分企 电子科技大学硕士学位论文 业中决策制定级别。第一个因素是决策的制定频度。第二个因素是决策影响的范 围。第三个因素是过程的动态状态或静态状态谁更有关。根据这三个因素，决策 制定可以分为以下四个不同的级别f 2 1 ： ( 1 ) 实时级：决策以非常高的频度制定( 可能只有几微秒的间隔) ，但决策的 影响只持续一个很短的时期。过程的动态性质与制定这样的决策非常相关， 过程的静态性质只与任务级别相关。实时级决策可能涉及被计算机或机器处 理的单个任务的操作。 ( 2 ) 操作级：决策以较高的频度制定( 可能只有几小时的间隔) ，决策的影响 也受到限制。过程的动态性质也与制定这样的决策密切相关。只要考虑了一 个或多个相关任务，过程的结构也是相关的。操作级决策可能涉及决定是否 将继续生产某种产品。 ( 3 ) 战术级：决策以几天或几个月为周期制定，它们的影响也是从有限到相 当的。整个过程的结构与业务过程的动态状态的浓缩或累计视图一样重要。 战术级决策可能涉及业务过程中资源的分配。 战略级：决策每年或几年制定一次，其影响可能持续数年时间。过程的动态状态 通常已不重要。战略级决策可能涉及整个过程的重构。 2 2 业务过程改造 业务过程管理( b p m ) 尽管是流行的名词，但是它的含义一直没有共识。与业 务过程相关的大量主题，包括设计、分析、建模、实现和控制业务过程等。 业务过程管理可以分为两个方面，即创建阶段和运行阶段。创建阶段关注业 务过程的创建；运行阶段关注过程的执行。使用这种划分，业务过程管理可包括 业务过程的设计和控制。设计和控制的区分也是工作流管理系统中普遍的概念。 根据不同的决策制定级别，业务过程设计( 业务过程管理的第一阶段) 通常被 看作战略问题。这些战略决策包括业务过程的重新构建、执行业务过程的组织结 构、资金、后勤、质量和其他与业务过程相关的目标。 业务过程管理的第二阶段，业务过程的控制更关注实时、操作和战术级的决 策制定。活动通常发生在这些级别，如产品计划、资源分配、预算和例外处理等。 业务过程设计和业务过程控制两个阶段中，业务过程的静态视图都与决策制 定高度相关。业务过程的动态视图与业务过程的设计无关，只与业务过程的控制 高度相关。 业务过程中实时级的决策制定通常限制在单个任务。一般情况下，单个任务 的执行不需要业务过程中更多部分的视图。因此，实时级的决策制定通常不属于 业务过程管理的范畴。 7 电子科技大学硕士学位论文 随着技术的快速发展，业务过程的设计和控制已没有明显的界限。如所谓的 特定工作流管理系统允许最终用户在运行时改变业务过程的结构。 2 2 1 历史背景 过去，业务过程管理大多关注战略级的决策制定，特别是业务过程改造 ( b p r ) 。出现这种现象的原因是企业为了效益( p r o f i t a b i l i t y ) 、效果 ( e f f e c t i v e n e s s ) 和效率( e f f i c i e n c y ) 而把工作组织为所有的业务过程。h a m m e r 和d a v e n p o r t 和s h o r t 最早提出用系统方法来实现业务过程的巨大性能改善。 他们的主要观点是应用信息技术和促进过程的结构改变。h a m m e r 把这种方法称 为“业务过程重构”，d a v e n p o r t 和s h o r t 把这种方法称为“业务过程改造 ( r e d e s i g n ) ”。h a m m e r 和c h m n p y 又强调改造的本质特性，称改造是“f u n d a m e n t a l r e t h i n k i n ga n dr a d i c a lr e d e s i g no fb u s i n e s sp r o c e s s e st oa c h i e v ed r a m a t i c i m p r o v e m e n t si nc r i t i c a lm e a s u r e so fp e r f o r m a n c e ， s u c ha sc o a t ，q u a l i t y ， s e r v i c e ，a n ds p e e d ”。在接下来的数年中，h a r r i n g t o n 又提出了“业务过程改 善”，k a p l a n 和m u r d o e h 提出了“核心过程改造”，b u r k e 和p e p p a r d 提出了“业 务过程改革”，d u l l y 提出了“业务过程管理”。虽然名字不同，但这些方法背后 的概念基本相似 2 。 2 3 2 多样性 根据1 9 9 3 年由澳大利亚一家软件公司组织的一次针对澳洲和亚洲的1 0 7 家 公司客户的统计，他们中超过5 0 已经开始或计划开始进行业务过程改造。根据 1 9 9 4 年由c h a m p y 组织的一次针对美国和欧洲的公司一次调查，6 2 1 家年收入超 过5 亿美元的公司中有6 9 已经采用业务过程改造方法来改善他们的业务过程。 根据近期的一次由k a l l i o 等组织的针对9 3 家大型或中型公司的调查结果，他们 中的4 1 已经进行了一次或多次业务过程改造项目。可见，在产业领域业务过程 改造的普及程度已经达到相当的程度。 促使业务过程改造普及的原因是多种多样的，最主要的有三个：( 1 ) 公司越 来越感到市场全球化的压力。为了生存，公司普遍压缩产品成本。挖掘更高的潜 在的利益导致公司采用业务过程改造，业务过程改造成功案例中的7 0 是节约了 时间和成本。f 2 ) 供应者和客户之间地位的转变。今天的客户对质量、服务和价 格变得越来越挑剔。为了赢得客户的长期业务，公司不得不通过缩短产品生产周 期、提高产品质量等来满足客户。( 3 ) 信息技术的推动。信息技术被视为业务过 程改造的最重要的推动力量。信息技术提供了对业务过程进行更好的管理的新的 可能性。快速扩展的e r p 系统和工作流管理系统便是强有力的证明。同时，计 算机软件工程和面向对象编程技术也帮助简化了有关业务过程的系统设计。群件 电子科技大学硕士学位论文 技术也提供了对业务过程重构的模拟和支持。总的来说，新的信息技术使业务过 程改造项目对公司更具吸引力，也降低了实施的风险。 2 2 3 改造的风险 许多业务过程改造项目都以失败而告终。缺乏有意义的目标是失败的一个明 显的表现，甚至很多案例根本就没有建立清晰的目标。这是v a nd e ra a l s t 和v a i l h e e 提出要建立清晰的可度量的目标的原因，即所谓的在项目开始时建立“无效 性度量( n u l lm e 删e m e m ) ”。无效性度量是在改造方案被实际实施前先建立各个 性能目标的评分标准。同时尽管所报告的业务过程改造项目的失败率较高，但在 各种文献中成功的业务过程改造案例远远多于失败的案例。 导致业务过程改造项目失败或缺陷的风险通常分为两类：技术相关的和企业 相关的【2 1 。这种分类源于业务过程改造项目中的两种挑战：( 1 ) 技术上的挑战，开 发一个能较大改进当前设计的过程设计应用是难度很高的。( 2 ) 社会文化上的挑 战，来自于那些因组织机构调整而涉及的人，他们抵制这种改变。 另一个风险来自于业务过程改造项目管理本身。项目管理涉及管理在整个 b p r 项目过程中的技术和社会文化挑战。 图2 - 1 业务过程改造涉及的因素 大多数文献把业务过程改造项目中的企业相关的风险排在第一位，把项目管 理的风险放在第二位。常见的企业相关的风险包括抵制改变、缺乏动机和不正确 的交流。常见的项目管理的问题发生在时间安排、所需要的资源和预算。常见的 技术上的风险包括错误的设计、对错误过程的识别和不可靠的信息技术等。各类 风险又是相互关联的，如错误的设计可能是由于人们对改变的抵制而造成的。 2 3 业务过程与工作流 “工作流( 也称为“工作流过程”) 是一种特殊的业务过程。有的文献中 r r 业务过程和工作流”也作为同义词。工作流的另一种解释是指管理型的业 9 电子科技大学硕士学位论文 务过程，即传递服务或信息产品的业务过程。如果考虑业务过程执行过程中任务 间的相互依赖关系，工作流也是业务过程的控制维度。还有- - , e e 来自经验性的解 释是指那些能被工作流管理系统支持的业务过程。 工作流管理系统( w f m s ) 的主要目标是支持业务过程的定义、执行、注册和控 带, 3 1 2 1 。这些复杂的任务被视为工作流管理或办公后勤学研究的范围。原则上， 工作流管理也可以在没有工作流管理系统等技术的条件下进行。实际上，在工作 流管理系统诞生前，工作流管理就已经存在。 2 4 工作流建模技术 工作流管理系统是一种或多种工作流建模技术的实现。据不完全统计目前已 出7 0 多种工作流建模技术【4 】【5 】，如案例计划、生命周期图、过程代数、流图、 结构图、业务规则、p e t r i 网、活动图、p e r t 网、数据流图等。这些不同的方 法在建模结构、符号和使用难易等方面各不相同。因为工作流建模的目的和模型 的特点不同，造成有如此多的建模技术。 由于工作流建模的目的不同导致了模型的内容不同，不同内容的模型都具有 一种比其他技术更适合的建模技术。建模的目的主要有交流、执行和分析。当工 作流过程主要用于交流时，其图形表达能力是很重要的。s w i m l a n e 图是一种合 适的模型。当工作流模型主要用于执行时则通常采用w f m s 支持的模型，b i nl e e 等提出的基于知识的工作流模型 6 1 自g 提供模型中改变的快速传播，比较适合由 于组织结构和过程改变而导致工作流频繁更新的情况。如果工作流模型主要用于 分析，则具有相应的分析框架的模型有明显的优势。 造成工作流建模技术繁多的另一个原因是工作流过程本身的特点。当工作流 包含复杂的路由行为，如并发、循环、分支等时就需要支持复杂表达式的建模技 术。流图便不能用于并发路由的表示。工作流的结构化程度对建模技术也很重要。 面向任务的观点和语言动作方法是工作流建模技术的一个分水岭。面向任务的 观点把工作流过程视为拥有输入和输出的一组相互关联的任务。语言动作方法 则关注工作流参与者之间的对话和协商。面向任务的建模技术更适合构建结构化 的工作流，但语言动作方法更有益于构建非结构化的工作流。 基于p e t r i 网的工作流建模技术由于有p e t r i 网牢固的理论基础做保证，在各 种建模技术中显得特别有吸引力，v a n d e r a a l s t 在p e t r i 网的基础上又提出了工作 流网( w f n e t ) 理论 1 】，促进了基于p e t r i 网的工作流建模技术的进一步发展，近 年来，由他领导的荷兰埃因霍温大学和澳大利亚昆士兰大学的联合研究小组在总 结了多个主流工作流管理系统的建模技术的基础上，又提出了一种新的工作流建 模语言y a w l 3 。我们所设计的工作流管理系统的建模工具便借鉴了这种语言 l o 电子科技大学硕士学位论文 的一些特性。 24 ，1 工作流建模目的 工作流模型是对过去、现在或将来的工作流过程的有效描述。工作流模型除 了对决策制定的支持外还有很多其它用途，如使新员工快速熟悉日常工作等。工 作流模型也可以看作工作流管理系统的输入参数。 工作流建模的目的是表现出所有与工作流过程相关的方面并且抽象那些与 工作流过程无关的方面。当然，相关和无关是相对的，在一个过程中相关的方面 在另一个过程中可能就变得无关紧要。工作流建模可能包含以下不同的目的： ( 1 1 训练和交流 工作流模型可以用来向新职员介绍他们将参与的业务过程的结构、要交付 的产品和与其它部门的工作关系 1 6 1 。对现有过程的改造也可以在企业内部通 过工作流模型进行交流讨论。 ( 2 ) 模拟