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中山大学硕士学位论文 基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 专业：计算机软件与理论 硕士生：李菡 指导教师：李磊教授 摘要 业务流程建模的出现实现了企业应用与业务逻辑规则的分离，但目前大多 数业务流程建模方法在适应业务流程变化的柔性方面还有所欠缺。 本文详细分析了业务系统开发发展过程中的各种建模方法，并对知识表示 技术的发展历程进行了综述，指出各种业务流程建模方法均没有将流程上升到 知识的高度，导致业务流程建模冗余而缺乏柔性。在此基础上，本文基于流程 在知识表示方面的改进提出了一种支持动态柔性的业务流程模型( f b p m p k ) 。 该模型结合人工智能领域的逻辑表示方法和处理理论，创新性地提出“事件纵 横分类法”及相应的业务规则描述方法，实现了业务流程和业务逻辑形式化的 逻辑描述。事件纵横分类法拓展了业务流程描述的维度，使原来直线化描述的 业务流程变为平面化描述，描述业务流程的业务规则上升到知识的高度，大大 减少规则冗余，并且在描述能力上有所增强。该模型运用专家系统的思想，通 过规则库中规则的推理，产生和运行整个业务流程。由于规则的动态匹配，该 业务流程模型可支持流程的动态柔性，实现了对流程的动态管理。 f b p m p k 模型应用于全局流程集成平台( g b p ) 中，作为一个可复用 的系统构架，整合了本文的主要研究成果，使用智能规划技术实现了规则描述， 利用现有规划器实现推导引擎，实现了业务逻辑的逻辑处理。 f b p m p k 模型具有可扩展性，可以在纵横二维的基础上加入时间维度和 角色维度，使模型表达能力进一步增强。该模型的提出对智能业务系统的开发 方法研究有一定的理论价值。 关键词：业务流程建模，流程知识表示，事件纵横分类法，业务规则，动态柔 性，智能规划 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f f l e x i b l eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l b a s e do np r o c e s sk h o w l e d g e m a j o r ：s o f l w a r ea n dt h c o r yo fc o m p u t e r n 锄e ：l ih a n s u p e r v i s o r ：p r o f l il e i a b s t r a c t t h e 印p e a r a l l c eo fb u s i i l e s sp r o c e s sm o d e l i n gm a l ( 懿m es 印a r a t i o no f b u s i n 骼sl o 舀cn l l 如d t e r p r i s ea p p l i c 撕o nc o m e 缸倪h o w e v m o s t o ft h ec m 饥tb 惦i i l e s sp r o c e 鼹m o d e l i n g s 0 1 u t i o n sl a c kf l e x i b i l i 哆s u p p o n i i l gb l l s i l l e s sp r o c e 鼹a d a p t a t i h 1t l l i st 1 1 e s i s ，w e 姐a l y z ev 撕。惦m o d e l m gs o l u t i o n sd u r i n gt l l ed e v e l 叩m 锄to f b u s i n 髓s s y s t e m sd e v e l o p m e n t ，dm a k es u m l m a r yo fd e v e l o p m 饥to fl 【i l o w l e d g e 删朗t a t i o n a sw e c 锄s ，m o s to f l ee x i s t i i l gb l l s m sp r o c 髂sm o d e l i n gs o l u t i o n sd o r i o tr e c o g i l i z ep r o c 鼯sf r o m m ep o i n to f 访钾0 f l ( 1 l o w l e d g es c i 即nl e a d si ot 1 1 el a c ko f n c x i b i l i t yo fb u s i i l 铭sp f o c 嚣s m o d e h n g w ed c s 谫am o d e lo f 鼬i 1 1 麟即c e s s 删g 咖脚i cf l e ) 【i b i l 竹b a s 。d i l p r o v 锄饥to fp p o c e s sk n o w l e d g er 印i i 既即t a t i o n c 咖b m i n gm e m o d s 锄dt h e o d 部o f l o 舀c r q 删t a t i o n 舶ma i 醐盟，m i sm o d dc 僦i v d yg i v 髓am 如o d c a n e dv 酬c a la n dh 商2 0 n t a l e v tc a t e g o 杨n g 锄d 捌b e sb l | s i n e 龉n l l 骼b a s e do ni t ，w h i c ha 璐c df o rf 0 】嘶a l l y 肌d l o 舀c a l l y 删i n gb i n s 畔柚db i l s i n 嘟l o g i c n i s 赋心o di n 删哪i o 雌o f p c c s sd c s c r i 面，ld i m s i t o2 池锄i o 脑r e c 0 弘i z i i l g 即c 螂缸粕n l ep o i n to f 啊州o fh a w l e d g ed e c r e a s 髓日托m i l b e ro fb u s i n 嚣sr u l 髓，a n dm a l 【岱b u s i i i 嚣sm l 豁m o r e e x p 他s s i v 已w i t l lt l l ec o n c 印to fe x p e r ts ) ，s t 锄s ，t l l em o d e lg e n e 豫t 懿锄d n l n sn l ee n t i r eb u s i n 嚣s p 眦鼯sb y 代勰毗gu s i n gk n o w l e d g el 妇a r yi nr e g i l l a ri i l f e r e n c e t h i sb u s i n e s sp 烈e s s m o d e l c 她如p p o r td ) i i l 锄i cf l e x i b i l 埘姐dd ) ，i l a m i cp r o c e s sm a n a g 锄锄l w bi i l l p l 锄锄tm em o d e li ng 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论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名莎夸蔑 日期：加谚年厂月印日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许 论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学 位论文。 学位论文作者签名考蔑导师签名：协 日期：肿l l 月冲日 中山人学硕i j 学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 第1 章绪论 1 1 研究背景及研究意义 现代企业的信息系统至少可以被分为两大类：管理信息系统( m a i l a g e m e n t i n f o m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 和业务系统。m i s 系统主要对机构运作中所产生的信 息进行管理，而业务系统除管理数据外，还要管理机构的运作程序、运作流程。 一个良好运作的机构对其业务具有有序性的要求，这些既定业务步骤就形 成了机构特有的业务流程，因此对业务系统的最基本要求是对业务流程的支持。 对于业务系统，应该以流程为中心，数据仅仅是流程向前推进中产生的副作用 ( s i d ee 侬娥) ，信息和流程应该分开描述和管理【l 】。将流程的建立管理与流程中 的应用信息分开进行描述，可以使需求分析工作更为清晰，减少开发和扩展维 护的代价。这就是业务流程建模的意义所在。 在这种背景下，二十世纪九十年代哈默教授提出了“业务流程重组” ( b u s i l l 船sp r o c e s sr e e n 百n e 鲥n 吕b p r ) 的管理思想，进而出现了“流程管理的 管理理念。蕴含人工智能、构件技术、规则与程序分离等现代软件工程理念， 以过程管理和过程控制为核心，结合最新r r 技术的企业级软件开发技术、结构 和平台已经成为众多软件开发商提升产品质量和竞争力的重要举措川。这些技 术大大提升了应用程序的柔性，并促使企业应用从面向功能的事务处理向面向 过程的业务处理变化。 然而我们更应该意识到，仅仅将业务流程与业务数据相分离、建立业务流 程模型是不够的。知识经济为社会各企业指出了影响竞争力的一个重要因素 知识。知识可以实现建立在自身基础上的发展，即所谓“内生性发展”，被 认为是新形势下的“高级要素 【2 】。不断产生新知识、适应新形势是现代企业 保持竞争力的重要举措。随着人们对业务流程认识的逐渐深入，流程的知识本 质也逐步呈现出来。应用新的知识表示方法去描述业务流程，使业务流程对新 的业务知识具有动态适应性，是具有重要意义的。 中山大学硕 ：学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究j 心用 1 2 研究内容与选题意义 传统的业务流程建模及业务系统丌发框架都是通过提高丌发框架对流程的 描述能力和解释能力来降低在框架上进行应用开发的复杂度，提高应用丌发速 度并达到目标系统的强壮性。但它们一般是以一种预先固定好的模式和结构提 供给户。业务流程一旦建立，再需要迸行管理与流程重建时，很难真正达到重 组的效果。其流程定义与运行绝对分离的特性制约了动态业务流程重组。这种 流程定义的方式是一次性的、静态的，忽略了流程作为一种知识的内生性。 本文的研究内容是基于流程在知识表示方面的改进提出了一种支持动态柔 性的业务流程模型( f b p m p k ) 。主要贡献在于结合人工智能领域的逻辑表示 方法和处理理论，创新性地提出“事件纵横分类法 及相应的业务规则描述方 法，实现了业务流程和业务逻辑进行形式化的逻辑描述。事件纵横分类法拓展 了业务流程描述的维度，使原来直线化描述的业务流程变为平面化描述，描述 业务流程的规则上升到知识的高度，有利于减少规则冗余，并且在描述能力上 有所增强。该模型运用专家系统的思想，通过规则库中规则的推理，产生和运 行整个业务流程。由于规则的动态匹配，该业务流程模型可支持流程的动态柔 性，实现了对流程的动态管理。 当前的业务流程模型在动态扩展方面存在着诸多不足，限制了企业业务过 程的自动化的发展，本文构建的基于流程知识的业务流程模型( f b p m p k ) 支 持动态柔性，流程灵活性大。并且采用了比有向图更为宽松的知识表示，知识 获取更加容易，知识存储更少。并且在构建该业务流程模型的基础上，探讨实 际流程实例的产生和运行机制，对构建具有自动化，智能性和适应性的业务系 统具有一定的参考价值。 1 3 论文的组织结构 本文章节的组织结构如下： 第1 章绪论。首先介绍本文的研究背景，指出业务流程建模在业务系统开 发中的重要性，并指出随着当今业务系统的发展，应用知识表示方法去描述业 务流程的意义，后引出本文的研究内容基于流程知识的柔性业务流程模型。 2 中山大学硕十学位论文幕于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 第2 章相关领域研究。详细分析了业务系统开发发展过程中的各种建模方 法，并对知识表示技术的发展历程进行了综述。以工作流模型和s p d m 模型为 例，介绍知识表示在业务系统开发中的应用。指出各种业务流程建模方法均没 有将流程上升到知识的高度，导致业务流程建模冗余而缺乏柔性，并在此基础 上提出流程知识的思想。 第3 章基于流程知识的柔性业务流程模型。描述了f b p m p k 模型中的各 个元素：应用数据集合、角色集合、事件集合、约束表达式、流程交互、规则 集合。重点介绍了业务规则集合。提出“事件纵横分类法”及相应的业务规则 描述方法，实现了业务流程和业务逻辑进行形式化的逻辑描述。介绍了用于解 析规则的推导引擎，并将推导引擎也以规则形式进行描述。并给出应用实例。 最后讨论了模型的动态柔性和优点，与工作流模型作了比较。 第4 章f b p m p k 模型的具体实现。基于智能规划技术实现了f b p m p k 模型。将推导引擎的元规则描述为规划领域，将业务规则及流程实例的当前状 态描述为具体的规划问题，调用j s h o p 2 规划器，根据规划描述文件，结合与 用户交互获得的信息动态生成业务流程。 第5 章应用实例与分析。结合一个应用实例，展现f b p m p k 模型的应用 方式，并通过s p d m 建模与f b p m p k 建模两种方式的对比，突出了利用 f b p m p k 模型进行业务流程建模的优势。 第6 章总结和展望。对本文进行总结，提出展望和进一步的研究内容。 中山火学硕十学位论文 基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 第2 章相关领域研究 2 1 业务系统开发方法及业务流程建模方法发展历程 流程( p r o c e s s ) 在牛津英语大词典o x f o r de n 百i s hd i c t i o n a r y 中的定义是： 一个或一系列连续有规律的行动，这些行动以确定的方式发生或执行，导致特 定结果的实现：一个或一系列连续的操作( o p e r a t i o n ) 。 而w 曲s t e r 辞典中对流程的解释是产生某一结果的一系列活动或操作，特 别是指连续的操作和处理【3 1 。 h a m m e r 和c h 锄p y 则将业务流程定义为一个由许多业务活动组成的整体 系统。它由活动、活动间的逻辑关系、活动的实现方式和活动的承担者四个要 素组成【4 1 。 从这些定义我们可以总结出流程的特征： 1 ) 具有一系列有序的、有规律的行动、活动或操作，也即行动、活动或操 作之间具有逻辑关系； 2 ) 需要产生某一结果，实现某一效果； 3 ) 行动、活动或操作具有其承担者。 业务流程模型( p r o c e s sm o d e l i n 曲的主要目的是建立结构化模型元素及规 范，使其能够对复杂的流程结构与关系予以抽象表达，并通过所建模型使读者 可对业务流程达成一致的理解 3 1 。围绕以上几个特征，出现了许多描述业务流 程的模型和开发业务系统的方法： 传统的业务系统开发多数将流程硬编码到代码中。这也意味着业务流程的 多变性【5 】，将导致业务系统的开发、维护过程异常复杂【6 】o b e l l 提出了一种朴素且有效地解决业务逻辑硬编码的方法。其核心概念 t l l r e a d e dc o d e 【7 】，原指一类实现虚拟机翻译器的技术。包括：直接字符串编译； 将目标编译成一个抽象的语法树，并解释该语法树等。实际上当前具有代表性 的基于流程的开发多数都借鉴了虚拟机翻译器的思想。采用对业务流程进行建 模；将流程描述成特定的语法结构体；运行时解析结构体的语义，从而实现业 4 中山人学硕十学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与戍用 务流程。然而流程模型可视为一个较复杂的企业知识系统，存在许多不完全、 不确定的成分，流程元素关系也不易量化，难以用定量的数学方程描述【8 1 。 多年来，众多学者从管理学、计算机科学以及两者的交叉学科的角度去分 析并解决流程模型的问题。目前国内外出现的业务流程描述方法、技术和模型 主要如表2 1 所示： 表2 1 业务流程描述方法、技术模犁对比 建模方法特点描述 e r 模型【9 】用于数据建模，是流程建模的前身。 流程图f l o w c h a r t是活动流的图形描述，灵活、直观，便于与用户交流。主要缺点是 没有子层概念，不够精确。 数据流图d f d 【1 o 】 是数据流的图形描述，有子层概念，通常用于结构分析。 d e f o 【i i 】 描述功能模型。是结构化分析与设计技术s a d t 的活动模型方法， 结构化的图形描述，有子层概念，对活动进行了层次分解。 i d e f 3 【1 2 1 是d e f 系列方法中的一种，有丰富的过程语义描述，如同步、异 步、逻辑与、逻辑异或和逻辑或等。 黜埘1 3 】 是一种结构化的过程建模技术，强调角色、角色问的相互作用和活 动，以及与外部事件的联结，全面描述过程的各主要特征( 目标、 角色、决策等) 。 啪【1 4 】是r 柚方法的补充。具有严格的符号，能表示复杂的流程。 e p c 【1 5 】 主要基于p e t r i 网理论，是利用逻辑符号扩展的条件事件网变种。 趾u s 【1 6 】 是一种企业建模、分析和诊断的工具。其体系结构包含五个视图： 功能视图、数据视图、组织视图、控制视图和输出视图，其中，控 制视图通过事件驱动过程链e p c 来描述经营过程链。 s t a t 优h a n s 【1 7 1 基于传统有限状态机模型，在层次、并发和广播通信三个方面对其 进行了扩展。模型紧凑、描述能力强。 u m “1 8 】【1 9 】 一种对软件进行详述、可视化、构造和文档化的标准语言。从多个 视角，利用各种视图描述软件结构、行为等部分，贯穿整个软什开 发过程。其中状态图、活动图、协作图、顺序图等用来描述过程。 5 中由犬学硬l ：学位论文基于流程知识麴柔性业务渡稷模型研究与戌用 续表2 1 照务流稳描述方法、技术模攀对比 建模方法 特点描述 p e 蕞n 戎【2 峨1 】 适用予描述与分析互福独立、携嗣操作黪处理系统，氇就是并发执 行的处理系统。通过瘁赝、变迁、弧、标志等元素米表达过程及状 态，有坚实的数学理论支持，易于分析和仿真，但过于复杂。 w o r k n o w 【2 2 】【2 3 】 = 作流是流程的种特殊表示方式，其i 要目标是对业务过程中备 活动发生的先后次序，及与活动相关的人力或信息资源的调用进行 管理，而实现业务过程的自动化。它描述了活动、应用和执行者之 间的能够被w 费讧s 系统所控制管理的一种协调机制。有两种工作流 建模方法：基予活动和基于邋讯麓建模方法。 - d 0 2 4 】 一套基于蛭联e x 翘蚰l em 嬲a 攀王艘斟a g e 的流程定义语骞( x m l p r o c e s sd e f m i t i o nl a n 鬈u a g e ，) ( p d l ) ，由w 似c 提出。它定义了不 同流稗定义的公共交换格式。 b p m n f 2 5 】 一种可视化业务流程描述方法和建模符号，是业务流程设计与实现 之间的桥梁。 s p d m 翻 由中山大学软件研究所提出。以单个表单( 宾语) 为研究对象，以表 萃在其生命周期中的交纯过程来定义流程，使用溃患机剖作为墨流 程之闻交曩携手段。基于有限状态规模型f s m ，并在此基础上弓l 入 消息传递、业务逻辑、箨类约束检瓷、表单调度理论和操作事务等。 2 2 知识表示发展历程 计算机可处理的问题必须满足3 个条件，即这个问题必须霹形式化表示， 针对问题必须存在一个算法，且这个算法必须是可计算的【2 6 】。问题的形式化表 示就涉及到知识表示的问题。知识表示是将知识符号化，并用特定的数据结构 对知识进行描述与存储的过程。 王珏等指出，在a i 中经常使用的表示方法，可以分成三类f 2 7 】： 1 ) 局部表示类：逻辑，产生式系统，语义网络，框架，脚本，过程等； 2 ) 分布表示类：基因，联接机制； 3 ) 直接表示类：各种图形，图象，声音及入造环境等。 6 中山大学硕上学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 图2 - 1 表不了这种分类方法f 的知识表不方法体系树。 巫多 图2 1 知识表示方法体系树 在这个知识表示体系树中，局部表示是a i 研究最充分、正统a i 最经常使 用的表示方法。在这里我们仅讨论局部表示方式。下面介绍几种经典的局部表 示方式【2 8 】： 一阶谓词逻辑表示法 谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识；也可以用 来表示事物间确定的因果关系，即规则；还可以用来表示知识元。 事实通常用合取析取公式表示，规则通常用蕴含式表示。用谓词公式表示 知识时，首先定义谓词，指出每个谓词的确切含义，然后再用连接词把有关的 谓词连接起来，就形成一个谓词公式表达一个完整的意义。 优点：具有自然性、精确性、严密性，并且容易实现；缺点：不能表示不 确定的知识；推理过程有可能形成组合爆炸；推理过程冗长，系统效率低。 产生式表示法 产生式通常用于表示具有因果关系的知识。其基本形式是：i f pt h e nq 。其 中p 是产生式的前提，q 是一组结论或操作。整个产生式的含义是：如果前提p 被满足，则可以推出结论q 或者执行q 所规定的操作。 把一组产生式放在一起，让它们协同作用，一个产生式生成的结论可供另 一个产生式作为已知事实使用，以求得问题的解决，这样的系统称为产生式系 统。一个产生式系统由以下三个基本部分组成：规则库、综合数据库、控制系 统。规则库是用于描述相应领域内知识的产生式集合。综合数据库又称为事实 7 孛由人学磺+ 学往论文 基于浚程翔谈豹鬃性延务滚程模型磺交+ i 应用 库、上下文、黑板等，是存放问题求解过程中各种当前信息的数据结构。当规 燹| j 库中某条产生式前提可与综合数据库中的某些事实匹配是，该产生式就被激 活，并将用它推出的结论放入综合数据库中， 乍为其后推理的已知事实。控制 系统又称为推理机构，它是维持系统运行的程序集合。主要工作包括选择规则 与已知事实进行匹配、冲突消解、将结论加入综合数据库中等。推理过程对规 则的选择是控制系统的关键所在。 优点：自然性、模块性( 修改上的独立性) 、有效性( 适用于各种类型的知 识系统) 、清晰性( 控制结构清晰) 。缺点：效率不高( 也是容易引起组合爆炸) 、 不能表达具有结构性的知识。 p e 扭网表示法 p e t r i 网由德国学者p 嘲于1 9 6 2 年提出，用于构造系统模型及进行动态特 性分析，后来逐渐被用作表示知识的方法。基本p 硎网模型的结构元素包括： 用圆表示的库所( p l a c e ) ，用长方形表示的变迁( t r a i l s i t i o n ) 及带箭头的弧( a r c ) 。 库所集和变迁集是有向图的基本成分，流关系是从它们构造出来的。每个库所 代表一种资源，资源的流动由流关系规定，变迁只能与库所有直接的流关系。 如果库所p j 和魏分别对应于产生式规则的前提功和结论瑰，用变迁鼍 代表规则强度u i ，则如图2 2 所示的p e l 蠢网就与这一产生式规则有相网的含 义：i f d j 也e n 执( c f = u i ) 。 诬 p 玳 图2 以p e 纸网示例 p e t r i 网的优点：既具有图形化描述方式的直观性，又具有形式化语义；具 有坚实数学基础；便于描述系统状态的变化及对系统特性进行分析；可以在不 同层次上变换描述。 有限状态机 有限状态机( 或称有限自动机) 是具有离散输入与输出的系统的一种数学 模型。状态机是对系统的动态行为，即对单个对象的生命期进行建模【。有限 状态机模型( f 濂t es t 窿em a 馥i n e ，f s m ) 是一个五元组岱，占，艿，南，d 。其中s 代 中山大学硕士学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 表状态集，e 代表事件集，转换艿：s e s ，初始状态s ，终态集合，s 。 转换艿的语义是：对象处于源状态s ，某个事件p 被触发，如果触发满足一定的 监护条件，则对象的状态变成j 对象一开始处于初念，最后到达某一个终态 s r f o 2 3 知识表示在业务系统开发中的应用 下文选取两种具有代表性的业务流程建模方法工作流模型及s p d m 模 型，来介绍知识表示在业务系统开发中的应用。 2 3 1 工作流模型 工作流管理联盟( w f m c ) 对工作流的定义是指整个或部分业务过程在计算 机支持下的全自动或半自动化。工作流关注的主体是过程。它根据一系列预定 义的过程规则，使得文档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递与执行， 从而实现某个预期的业务目标，或者是促使此目标的实现【2 2 1 。 工作流的元模型是用于描述工作流内部的各个元素、元素之间关系及元素 属性的f 2 9 1 。工作流管理联盟为过程定义开发了一个基本的元模型，涉及相关联 的3 个子元模型，其核心是过程定义元模型。 1 ) 过程定义元模型：模型元素用于定义业务过程，控制工作流的执行。 2 ) 组织机构元模型：描述单位、部门、人员的组织关系以及所担当的角色。 3 ) 相关数据元模型：工作流生产和消费的数据以及它们的流动关系。 目前具有代表性的工作流知识表示方法大致有如下几种：基于有向图的模 型、基于对话的工作流模型、p e t r i 网模型、基于规则的工作流模型。其中p e t r i 网在过程建模中得到广泛应用。 工作流的提出本身就是为了分离应用中的流程，控制现实应用中的变化。 但现行的工作流模型建立与运行阶段的绝对分离导致了如下问题的产生：工作 路由固定，不能根据实际情况的变化动态变换路由；任务在模型定义之初就已 经固定，不能根据企业经营任务的变化及时更改；任务不能动态划分，任务粒 度有待细化；相关资源在模型定义之初就进行绑定，不能适应由工作任务和工 9 孛出大学硕。l ：学位论文基于浚程知识的柔挞业务浚程模型磺究与应用 作环境变化引起的工作流资源动态分配鳓。严格的过程描述缺少对过程的人工 动态干预和李 救措施，使得工作流模型不能报好地支持工 乍流的柔性。 工作流系统的柔性体现为灵活、动态地处理变更和异常的能力【3 l 】。p e 娩 等人将工作流的柔性分为选择性柔性和适应性柔性( 又称静态柔性和动态柔 性) 。选择性柔性要求建模时预知可能的变化；适应性柔性又分为型调整和实例 调整两类，其中实例调整要求对工作流的修改可以立即生效，也称动态适应 f 3 2 】 o 目前柔性工作流的解决方案主要集中在如下几种：基于e c a 规则的解决方 案、与群件相结合的解决方案、基于扩震元模型豹解决方案、提供原语供用户 进行操作的解决方案，以及与用户交互反馈的解决方案。在知识表示方顽进行 改进的是基于e c a 规则翔基于扩展元模型这两种解决方案。 d k w c h i u 提出了利用e c a 规则的解决方案【3 3 1 。其对柔性的支持是：将 活动分为如下几个类别：必须的、可选的、可重复的。在出现异常情况时，可 以根据活动的属性做响应的处理。利用e c a 规则，针对出现变化要求时的不同 情况采用不同的异常处理策略。其不足之处是：要求异常的处理必须是事先可 以预知的。只相当于解决了“选择性柔性 的问题。 基予扩展元模型的解决方案是从更基本的层次解决动态自适应性问题，莽 望在工作流的过程定义中能够充分考虑动态特性，配合执行阶段的处理。因此 试图扩展元模型，用更丰富多样的元模型来表达过程定义、支持动态性。 赵文等人为了屏蔽过程变化所带来的副作用引入了问题分离( s e p a r a t i o no f c o n c e n l s ) 原则【矧。对w 蹦c 的过程定义元模型作了适当的修改和扩展，把汇聚、 分支结构和它们的约束( a n d ，0 r ，x o r ) 的说明从活动中提取出来，弓| 入了一种 薪的元模型元素“连接符 ( 越e 醚o r ) 。把所有控制信息说明从活动说明中独 立出来，分别封装，这种分离有剩予工作流模型的动态修改。 余阳和汤庸提出将w 州c 过程定义元模型中的转移条件f t r a n s i t i o n c o n d i t i o n s ) 分解为活动的状态转换规则和活动问的转移规则。活动的状态转换 规则是活动描述的部分可将它们封装在一起。活动间的转移规则是处理活 动结构( i o i n ，s p l 矗等) 及其约束( a n d ，o r ，x o r ) 、活动间转移的规则，可单 独封装。这些封装的独立性使得w f m s 对过程定义进行动态修改变得更加容 l o 中山大学硕上学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 易和灵活，增强了w f m s 对各种变化的适应性【3 4 】。 孙瑞志和史美林在w f m c 定义的工作流元模型基础上，提出了支持动态特 性的过程元模型【3 5 1 。主要在元模型一级提供了“黑盒”来提供一定的可变性。 “黑盒”是一个新的节点类型，用来标识一个语义不确定的节点，也即采用层 次化的方法，在较高的层次上维护其结构性，在具体行为上允许有随机性。 孙瑞志和史美林在文献 3 6 中提出工作流系统知识学习的概念，并且将交 互的过程用知识学习的方式来表达。定义了根据规则执行某一动作，从而由原 有知识产生新的知识。其动作集合为 i n s e f t ，d e l e t e ，s e t ) ，动作作用于活动，并 由规则检查动作的合法性。 综上所述可见，现有的工作流模型存在如下缺点： 模型均试图采用图的知识表示方式来表达工作流的业务流程，如有向 图、p e t r i 网等，从而导致模型既复杂又庞大，同时削弱了模型的描述 能力； 现有的工作流模型趋向于将所有的活动和规则事先准确、完善的定义， 控制流和信息流之间紧密耦合，从而降低了模型的柔性。而经过扩展的 支持柔性的模型多是对现有描述结构进行一定的封装，但仍然无法摆脱 基于“活动”这一粒度级别上对流程进行描述，无法将流程描述上升到 知识的高度，造成模型描述在一定程度上的冗余。 2 3 2s p d m 模型 s p d m 模型以表单中心来定义流程，将表单在其生命周期中的变化过程抽 象为一系列状态的转换，基于确定有限自动机模型做了一系列扩展，使其更适 合业务流程的描述。主要做了如下扩展【1 】： 对状态转换的约束条件进行扩展，使其包含权限约束、消息约束以及规 则约束。消息约束是为了支持两个或多个流程进行交互，并作为交互的 逻辑关系描述；规则约束是一个逻辑表达式，用于描述当一个转换被触 发时所需满足的约束条件；权限约束从用户操作的角度定义了对状态转 换的限制。 将状态转换过程的动作扩展为一段逻辑程序处理。s p d m 模型有别于经 中出大学矮b 学位论文攀 二凌程知识麴柔憾嫂务漉程模型碳究j 磁翅 典有限状态机模型描述的对象，前者往往在某业务操作触发过程中需要 执行毙“动作”语义更复杂的逻辑，倒如更新数据库或作一个复杂的运 算等。 在状态转换过程发送消息。在s p d m 模型中，只能在状态转换中发送消 息( 特指用于流程交互的消息) ，消息被正确地发送到目标流程后，在 后续的某个转换中起作用；另外，发送过程是瞬时完成的，不考虑延迟。 在状态上接收消息。s p d m 模型采用状态表示表单在其业务流程中的驻 留点，表单在某个状态下所拥有的全部信息都是可持久化的，鼓瑟状态是 稳定的，也只有在这段持续期才熊接收来自不同流程的交互消息。 s p d m 模型将业务流程定义持久他予数据库表中，流程实例运行时，状态 推导引擎读取并解析数据库中的流程定义。若要对流程进行动态修改，则必须 替换数据库中的流程定义。 2 4 流程知识的概念 由m i s 系统开发到业务系统开发的过渡中，我们可以看到知识表示在其中 的变化： 1 ) 对于流程为隐式、仅管理数据的m i s 系统，其知识表示可以看作是一 张完全图，任意两个结点之间都可以随意跳转，但是并不代表任意两个 结点之间的跳转都具有实际意义。用户所要徽的是自己寻找一个操作序 列，以完成莱种功能，也罄用户需要自己寻找条通往冒的结点的路径。 这时用户的操作正误判断及出错处理只能在废用程序中处理，两且很容 易遗漏。 2 ) 对于流程为硬编码的显式流程的业务系统，其知识表示仍然是一张图， 但是不再是完全图的形式，硬编码的业务逻辑确定了结点之间的关系。 当用户到达某个结点时，系统就确定了个范围，用户所看到的是与该 结点相关的主题，这些主题表现为系统的一个子圈。此时系统的逻辑是 不含变量的命题逻辑。也可以看律是有限状态桃逻辑。例如：在业务逻 辑中硬编码：对用户小明，给予编辑权限；对用户小红，给予查看权限。 3 ) 对于将业务流程这一过程性知识分离出来的业务系统( 如：工作流的过 1 2 中山大学硕士学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 程模型、中山大学软件所的s p d m 模型等) ，其知识表示也是一张图， 仍然是有限状态机逻辑。但此处的有限状态机得到了扩展，当用户到达 某个结点时，系统会根据用户的输入、结合业务流程描述以及系统当前 的状态( 上下文) 来确定下一步的走向。此时系统的逻辑是带有变量的 谓词逻辑。如：在模型中可以确定各种角色的权限a 角色为查看权 限，b 角色为编辑权限。当用户小红被指派为a 角色时，系统自动可以 确定其权限。可以看到，命题逻辑是谓词逻辑的一种特殊情况。 在上述各种开发方法中，对业务流程的表示无一例外都采取了图的形式。 我们知道，图是完全的路径知识，也即要将业务中所有可能出现的情况都明确 在图上表示，这样所产生的知识结构是庞大的，可能产生冗余的。业务的描述 成分与控制成分相分离，提取了一部分具有共性的知识，实现了从命题逻辑到 谓词逻辑的飞跃。然而，图的知识表示形式限制了共性描述的进一步提取，因 此必须突破图的表示方式。 郭维森提出了流程知识的概念【2 】。过程性知识是一类描述因果关系的，与 时间密切相关的知识。流程知识就属于过程性知识。纵观2 1 小节中所述的业 务系统开发方法中业务流程建模的发展，此前的方法都只是考虑了将过程与数 据分离，而没有将过程上升为过程性知识的高度并加以利用。 流程知识本质上是一种方法性知识，是以流程中的活动、活动间的关系为 核心，结合各种相关知识构成的组合性知识。流程知识表示是将对流程的认识 结果以一定方式显性地表示出来。 综上所述，要使流程模型具有动态柔性，就必须具有动态解析流程模型、 生成流程实例的能力；要减少流程模型描述的冗余，就必须突破图的知识表示 方式，寻求对流程中共性知识的进一步抽取。 基于规则的业务流程描述可以通过动态解析规则来达到动态生成流程实例 的目的。在此基础上，将规则抽象化到更高层次上，有助于减少流程描述冗余， 仅用少量规则就可以描述大量具有共性特征的流程。本文认为，在一个共性层 次上描述流程的规则，可称为流程知识。 第三章将基于流程知识的概念提出一个支持动态柔性的业务流程模型。 1 3 中山大学硕f ：学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与戍用 第3 章基于流程知识的柔性业务流程模型 3 1 需求分析中对于表单的描述 中山大学软件所提出的s p o s r 需求分析方法吲从逻辑的角度来看待需求 获取和分析，认为需求过程就是获取并描述主语、谓语、宾语和它们之间关系 的过程。其中主语是软件系统的使用者( 或最终用户) ，他们通常被划分为不同 的角色；谓语可以理解为系统使用者可以执行的操作或功能；宾语是主语操作 的对象，通常是应用相关数据( 最常见的表现形式是各种单据、表单) 。 在实际的应用系统研发过程中，在向用户获取需求时，用户往往能讲出对 某一张表单，在业务上需要进行的操作( 下文中我们将对表单所进行的操作称 为事件) ，并且能在需求分析人员的引导下，逐步完善对事件的描述，包括执行 事件之前所需要的数据准备、执行事件的权限、执行事件所需要的约束( 前提 条件) 、事件的具体业务逻辑、在事件执行后所需要形成的与其他表单的交互等。 以“提交审批”事件为例： 执行该事件前的数据准备：需要得到审批单单号、审批内容、审批人名 单、审批意见。 执行该事件的权限：经理级别的人员才可以提交审批。 执行该事件的前提条件： 只有执行完“提交申请”事件后才可以执行“提交审批 事件； 审批内容中需具有总公司的证明； 审批内容中项目资金需达到1 0 万元才可以提交审批； 需要审批人签名被鉴定为真实才可以提交审批。 该事件的具体业务逻辑：判断审批是否通过，并将审批结果存档到数据 库中。并向总公司发出通知说明审批结果。 由上例可见，对于用户来说，对主谓宾三者，他们头脑中最为清晰的概念 往往谓语，也即是表单运作过程中所需要的事件。而主语在这个过程中仅在“权 限”出现过，宾语更是只有一个模糊的概念：表单。 1 4 中山大学硕上学位论文基于流程知识的柔性业务流程模型研究与应用 由此可得本章对业务流程建模的指导思想：以表单为中心，对一张表单的 生命周期进行建模，便于用户清晰描述需求。对每个表单，不强调状态的概念， 而是从事件的角度出发，描述每个事件的具体业务逻辑，以及事件之间的关系。 3 2 基于流程知识的业务流程元模型f b p m p k 本章根据流程知识的思想提出一个柔性业务流程模型( f 1 e x i b l eb u s i n e s s p r o c e s sm o d e lb a s eo np r o c e s sk n o w l e d g e ，f b p m p k ) 。模型的主要工作是基于 对具有相似性的事件和业务流程片段的分类，采用业务规则描述事件类别和业 务流程类别之间的关系，这些业务规则描述了相似流程片段和相似事件的共性 特征，属于流程知识。并由元规则对业务规则进行解析，动态产生业务流程， 使业务流程具有动态柔性。 3 2 1 基本概念 定义3 1 表单 企业中所用到的各种表格、凭证、单据统称为表单。表单f o 肌由若干表单 数据项i t e i l l 组成。企业中所处理的所有表单构成了表单集合f o n n s 【3 8 1 。 表单是企业业务流程的数据载体，表单的状态变化客观地反应了企业业务 的推进过程。本文以表单为中心来描述业务流程。 定义3 2 角色 角色( i b l e ) 是指处于某一特定的业务环境内，针对某一特定的业务范围， 参与执行、控制或调度业务系统的一类具有相同权限的人或系统的总称。角色 实际上是对现实世界中的实体的性质、行为、职能等方面所共有的特征的抽象 集合【l 】o 定义3 3 事件 事件是指对处于某种状态的表单，在某种约定的条件被满足的情况下，由 具有触发权限的角色触发的对表单的操作集合。 事件具有三个属性，分别是事件触发者、事件约束以及事件主体。事件是 一个被动的对象，它必须由经由触发者触发。但必须是具有触发事件的权限的 角色才可以触发事件的执行。事件被触发之后，推导引擎将检查事件的约束条 中山大学硕十学位论文基于流程知识的柔件业务流程模型研究与应用 件。只有约束条件成立才能执行事件的主体部分。 定义3 4 业务规则 业务规则是指以一定的语法形式描述的流程知识。业务规则是与具体的业 务流程相关的业务逻辑和策略集合，推导引擎依靠业务规则引导业务流程实例 的运转。 简单的e c a 规则( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ，事件条件动作) 源于把独立的 应用从各种复杂的操作和行为中屏蔽的需要【3 9 1 。e c a 规则包括三部分，分别为 事件e v e l l t 、条件c o n d i t i o n 和动作a c t i o