業務流程管理綜述

          Posted on 2007-04-17 22:07 黎民 閱讀(1693) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: 工作流原理
          引言
              首先了解一下信息技術演化的過程是有助于我們地更好的了解業務流程管理系統的相關知識。從圖1中,我們可以看到當今信息系統發展的趨勢[3]。該圖表明當今的信息系統包含了幾個層。中心層是直接和硬件打交道德操作系統;第二層是通用的應用程序,這些應用程序在企業中有廣泛使用,比如Microsoft Office;第三層是為某些特定領域所開發的軟件,這些軟件局限于專業的企業或者部門內部使用,比如人力資源管理系統,Call Center系統等;第四層是專業定制軟件,這些軟件僅僅為特定的公司組織開發,通用性較小,專業化程度很高。


          圖1 信息系統技術演化趨勢

              在二十世紀六十年代,信息系統中不包含第二層和第三層。信息系統建立在一個小型的操作系統上,僅僅有特別局限的功能。因為那時沒有通用軟件也沒有行業專用軟件,當時的信息系統僅僅包含專業定制軟件。從那時開始,第二層和第三層軟件逐漸發展起來,此外第四層軟件的種類逐漸增多,同時增加了更多的功能。當今,操作系統更加強大,存在于第二層的數據庫管理系統為第四層軟件的發展提供了更多的功能上的支持。這種趨勢導致,軟件的發展的重點由單純的編程轉向以組件的形式組成更加復雜的系統。當前對軟件供應商的挑戰不再是某一模塊的代碼編程,而是把第四層軟件的功能協調整合在一起。
             
              另外一個趨勢是軟件發展的重點從數據處理轉向流程管理。二十世紀70年代、80年代,軟件主要以數據驅動的應用程序為主。信息技術的重點存儲和提取信息數據,因此數據建模是當時建立一個信息系統首先要做的工作。業務流程建模經常被忽視,并且流程經常要適應當時的信息技術。管理趨勢,如業務流程重組,則越來越重視流程管理。因此,系統工程師們開始轉向基于流程的系統得開發方法的研究。
             
              最后一個趨勢是事前詳細設計轉向過程重設計及組件重組。由于Internet的發展,信息系統發生了巨大的變化,越來越少的信息系統是從零開始建造。在很多案例中,我們可以看到很多應用程序中的某些組件和功能被移植到新的系統中。盡管基于組件的軟件開發方式仍然存在一些問題,但是我們可以看到軟件的開發方式變得越來越多樣化、更加動態化。

          業務流程管理系統或是存在于第二層獨立的軟件,或是集成在第三層軟件中的組件。存在與第二層體系中的業務流程管理系統的例子是工作流管理[11,12,13,14,15],比如StaffWare,MQSeries,和COSA。在主導的ERP系統(第三層)中,工作流管理經常作為一個組件出現。SAP、Baan、PeopleSoft、Oracle的工作流引擎可以看作是集成的業務流程管理系統。將業務流程管理分離出來作為一個獨立的組件的想法和第三種軟件發展趨勢相吻合。業務流程管理系統避免將工作流程硬編入專業軟件的繁雜工作,同時提供了對從硬編程到重組組件的支持。比如,現今的工作流管理系統可以用來集成到已經存在的軟件中去,支持當業務流程改變的時候,只需要更改工作流程圖,而不必重新編程。將業務流程管理作為一個獨立的組件的想法也和Web Service的創意一致:Web Service語言,比如,BPEL4WS,BPML,WSCI,XLANG和WSFL可以被用于從使用WSDL定義的系統中提取出服務。
             
              從科學的觀點來看,上述觀點早在早期的辦公信息系統中即有體現。在二十世紀70年代,Skip Ellis[16], Anatol Holt[23], Michael Zisman[18]已經開始了研究所謂的辦公信息系統的工作,這種系統以流程模型為驅動。這三位先驅都是利用Petri網為工具對辦公流程建模的。20世紀70年代到80年代之間,是發展辦公信息系統的大好時機,不幸的是,很少真正的軟件成功開發出來。因此,該技術和軟件的研究幾乎停滯了十年之久,結果是,在80年代幾乎毫無進展。在20世紀90年代,研究界重新對該領域產生了濃厚的興趣,一些工作流管理系統在90年代的后五年中開發出來,并且學者們發表了大量關于工作流技術的論文。現今,工作流管理系統基本有了雛形[13]。然而,這些軟件僅僅局限于特定的領域,比如銀行業和保險業。就像Skip Ellis指出的,從上述的盛衰沉浮的發展進程中學習到寶貴的經驗是非常重要的[24]。在80年代的失敗可以歸咎于技術和理論的不成熟。當時,網絡不發達或者某些地區根本不存在,沒有合適的圖形界面,并且沒有合適的開發工具。然而,最根本的問題在于,沒有統一的流程建模模型,并且那些系統太過于剛性,以至于不能人們不能真正將之應用到實踐中。上述大多數技術問題現今已經解決,然而概念上的問題依舊存在:沒有統一的業務流程建模標準,以及當今的工作流管理系統在過程邏輯上增加了許多不必要的限制,比如流程大多被訂制成順序執行。
             
              1.業務流程管理的需求與產生的背景
              業務流程(也叫做經營流程)是為了實現一定的經營目的而執行的一系列邏輯相關的活動的集合,業務流程的輸出是滿足市場需要的產品或服務。根據功能、管理范圍等的不同,企業的流程管理一般分為生產流程層、運作層、計劃層和戰略層四個層次[3]。表1對各個層次做了比較。

           


          表1 流程管理的四個層次

              流程管理的各層次均有相對獨立的、特定的方法,但層次之間也有著密切的聯系。首先,高層的管理目標最終要通過低層的業務活動來實現;其次,當低層的管理解決不了實際問題時,就需要引入高層的管理,例如當運作層的調度無法解決資源的配置問題時,就說明分配給該流程的資源數目需要修改,此時需要引入計劃層的管理,重新進行資源能力計劃的計算;最后,低層的數據為高層的管理決策提供依據,企業的策略管理和戰略管理中的模型和參數來自對企業實際經營活動統計數據的積累。因此,從整個企業流程管理的角度來看,有必要將這四個層面上的流程管理統一到一個框架下,并和企業的信息系統聯系起來。
             
              從企業信息系統的角度來看,辦公自動化系統、事務處理系統和決策支持系統等都是常見的企業信息系統,但這些系統并沒有加入流程的因素,只是用來幫助員工更好地完成某些特定的任務。工作流系統的出現使得整個流程的自動流轉或自動執行成為可能,但是工作流一般只解決生產流程層的問題,與企業的計劃和戰略決策還存在一定的脫節。另外,隨著企業業務流程向企業外部(供應商和客戶)延伸,傳統的工作流系統無力解決跨企業的流程集成問題。基于以上原因,面向企業的業務流程管理解決方案由此應運而生。
             
              業務流程是把一個或多個輸入轉化為對顧客有價值的輸出的活動。簡而言之,業務流程是以涉及為顧客提供產品或服務為最終目標的組織活動的集合。一個典型的業務流程應該包括下面六大要素:流程目的(它存在的理由);輸入資源;按一定秩序執行的活動;這些活動之間的結構(相互關系和作用);輸出結果;該流程創造的價值。
             
              一家企業成功的基礎,就是通過業務流程協調各種資源來達成企業目標。無論是向顧客交付產品,與合作伙伴協同,還是引導員工的努力,業務流程能夠將企業的產品、品牌和價值有機地編織到一起,例如下面這些業務活動都是業務流程:根據生產所需,安排原材料的檢驗、入庫和供應;回答客戶的咨詢;從供應商那里采購;向市場投放新產品。事實上,業務流程集成了企業內各種業務的特征,業務流程也因此成為企業運作特性的核心。


          2.BPM和BPMS的基本概念
              2.1 BPM的基本概念
              業務流程管理(Business Process Management, BPM)不是一個新概念,甚至不是一個新名詞。它是從相關的業務流程變革領域,如業務流程改進(BPI)、業務流程重組(BPR)、業務流程革新中發展起來的。流程管理技術也是從早期的工作流管理、EAI、流程自動化、流程集成、流程建模、流程優化等技術中發展起來的。
             
              很多人認為業務流程管理(Business Process Management BPM)是90年代工作流管理系統的擴展。因此,我們使用工作流的術語來定義BPM。工作流管理聯盟(WfMC)定義工作流為:“工作流是一類能夠完全或者部分自動執行的經營過程,它根據一系列過程規則、文檔、信息或任務能夠在不同的執行者之間進行傳遞與執行。”[13]。工作流管理系統(WFMS)的定義是:“工作流管理系統是一個軟件系統,它完成工作流的定義和管理,并按照在計算機中預先定義好的工作流邏輯推進工作流實例的執行。”[13]。上述兩個定義的重點都在于工作流的執行,也就是使用軟件支持操作流程的執行。在過去的幾十年里,很多研究學者開始意識到僅僅把重點放在工作流執行上過于局限,于是新的術語BPM誕生了。現今存在很多BPM的定義,但是從中我們可以看到大多數定義都包含了工作流管理的內容。
             
              從管理理論或戰略的層面看,業務流程管理(BPM)就是在一個存在內部事件和外部事件的環境中,由一組相互依賴的業務流程出發,對業務進行描述、理解、表示、組織和維護。從具體實施的層面看,BPM 還可分為流程分析、流程定義與重定義、資源分配、時間安排、流程管理、流程質量與效率測評、流程優化等。
             
              Gartner Inc.給出的BPM 的定義[17]是:BPM是一個描述一組服務和工具的一般名詞,這些服務和工具為顯式的流程管理(如流程的分析、定義、執行、監視和管理)提供支持。

           


          圖2 BPM和WFM的生命周期

              圖2表明WFM和BPM生命周期上的聯系。在設計階段,業務流程被定義或者是重新定義;在配置階段,定義的流程在基于流程的信息系統中實施;在實施階段,業務流程開始利用在配置階段的內容開始實施;在診斷階段,系統開始分析業務流程以發現其中的問題和需要改進的地方,在流程設計階段重新定義,往返循環不斷地優化業務流程。相對比而言,傳統的WFM的重點僅僅存在于BPM的下半部分。所以WFM在診斷階段基本上沒有什么支持。此外,WFM對于設計階段的支持很少,僅僅提供了一個編輯器,而對實時的設計分析沒有支持。因此,幾乎沒有WFM支持流程設計的仿真,驗證,確認以及對實時數據的收集、解釋。從理論上說,可以從工作流日志中可以挖掘業務流程,然而現今沒有軟件能夠真正做到這一點。
             
              從圖2中我們也可以很清晰地看到BPM的研究范圍以及BPM和工作管理(WFM)的在其他方面的區別和聯系[1]。
             
              1)從產生的背景來看,工作流的概念起源于生產組織和文檔自動化領域,它十分強調任務和文檔的概念。而BPM 是在EAI、工作流和BPR等一系列技術或理念的基礎上發展起來的,BPM 中流程的概念已經超出了任務的集合這一范疇。
             
              2)從對業務流程的管理來看,工作流側重于業務流程的自動化。從WFMC給出的工作流的概念中可以看出,工作流強調業務流程的自動或部分自動的執行。自動化是業務流程管理很重要的部分,但不是全部。從這個意義上說,工作流對流程的管理應該處于表1所示的運作管理和部分計劃管理層面。而BPM 是業務流程管理的整體解決方案,它涵蓋了業務流程的建模、運行、監控、分析等多個方面,以及從生產管理到戰略管理的各個層次。
             
              3)從對業務流程類型的理解來看,工作流側重于管理結構化的流程,這些流程從一個參與者流轉到另一個參與者。工作流在銀行、保險、稅務等領域應用比較廣泛,其原因就是這些領域的流程往往十分結構化。而BPM 對流程的并行、協同和分布的支持能力更強。
             
              現今,很多工作流供應商開始把他們的系統定位BPMS(BPM systems)上。BPA(Business Process Analysis)是其中很重要的一個方面[25]。BPA主要覆蓋了傳統的工作流產品所忽略的方面(例如,診斷,仿真,等)。BAM(Business Activity Monitoring)是BPA中的一個方面,BAM工具的目的在于使用信息系統日志中的數據來診斷業務流程。例如,ARIS流程性能管理(ARIS PPM)軟件[26]從日志細節中提取出信息,并把這些信息以圖形的方式表示出來。BAM也能進行流程挖掘,比如從日志中挖掘出流程模型[27]。
             
              在流程重設計階段,現今有兩種趨勢:STP(Straight Through Process)和CH(Case Handing).STP是指業務流程執行的完全自動化,即不需要人工參與。STP僅僅適用于一部分案例,因為不可能所有的過程都是符合STP的要求,有時要人工參與才能完成工作。而CH將案例分為兩種:(1)可以被自動執行的案例(2)需要人工參與的案例。STP目的在于將更多的流程自動化,而CH則認為很多流程過于動態和復雜而不能完全自動化[11]。
             
              2.2 BPMS的基本概念
              關系數據庫分離了應用程序使用的數據和具體的應用邏輯。數據庫作為數據持久的存儲集合,使用實體關系模型和諸如兩階段提交這樣的協議來保證數據的完整性和正確性。數據庫的理論基礎和實現機制十分復雜,但是對數據的各種操作卻可以通過相對簡單的接口(SQL)加以實現。
             
              業務流程管理系統(Business Process Management System,BPMS)的提出也是基于這一思想。BPMS使企業能夠對核心流程進行建模,部署和管理。企業信息系統所處理的業務流程越來越復雜,需要不斷調整才能適應市場,這對企業信息系統的靈活性提出了更高的要求。工作流系統完成了業務邏輯與應用程序的分離,提高了流程的靈活性,但工作流通常側重于結構化流程的自動化執行,還不足以支持整個企業的業務運轉,在此背景下提出了BPMS的概念。與DBMS的思想類似,BPMS的思想以一種統一、中性的表示方法描述業務流程模型,使業務流程模型從實現邏輯中抽取出來,被各個企業應用程序所使用,從而靈活地構建基于流程的信息系統。業務流程邏輯、業務流程的完整性和正確性可以由BPMS保證,企業信息系統的開發可以基于BPMS進行[4]。


          一般而言,BPMS應具有以下功能模塊:
             
              1)流程倉庫 為流程以及與流程有關的知識提供集中的存儲場所,提供目錄服務以便于流程的查詢和發布。
             
              2)流程設計 設計流程的模塊、邏輯、規則和執行角色,提供流程模板和重用機制。
             
              3)流程配置 為流程實例的運行綁定參與者,分配資源,以及設置其他特定的參數。
             
              4)流程引擎 驅動流程的運行并負責流程數據的維護;管理流程的狀態,實現流程的事務管理。對于分布式流程,要與其他流程引擎進行交互和協調。
             
              5)流程維護 流程的監控和異常處理。
             
              6)流程入口 為流程的用戶提供統一的流程訪問機制,包括工作任務列表、報告等;提供企業聯盟的流程訪問規則。
             
              7)流程優化對資源利用進行優化,保證流程的一致性,防止死鎖。
             
              8)流程分析 對關鍵性能指標進行分析和流程仿真;對流程的時間和資源性能進行分析。
             
              3.BPM的框架研究
              有關BPM 的學術研究散見于工作流、軟件工程和管理科學等領域,對BPM 整體框架的研究較少,目前較有影響的是EDL-BP提出的BPM建模軟件技術框架,業務流程管理聯盟(Business Process Management Initiative,BPMI)提出的一系列標準和框架。另外,IBM 基于其企業應用軟件,提出了持續業務流程管理(Continuous Business Process Management,CBPM)框架。
             
              EDL-BP(Eindhoven Digital Laboratory for Business Processes)根據BPM的生命周期提出了BPM建模所需技術的框架,如圖3所示。

           


          圖3 BPM建模所需的技術框架

              從圖2中我們可以看到不同的建模階段需要不同的技術(包括軟件),以及這些技術之間的聯系。業務流程通過業務流程建模分析技術建立模型然后以信息系統的形式表示出來。MOD模塊使用BBDP技術把現有的實際的BP抽象成為圖形化和形式化的業務流程,在通過ANA模塊中VAL和VER來校驗業務流程是否合理和正確,隨后用PERF工具對業務流程進行性能分析,用OPT技術對業務流程進行優化。在得出了正確合理優化后的業務流程后,使用CG技術將業務流程模型集成到現有的產品中去,用IS的形式反映出來。
             
              BPMI的主要發起者Intalio公司基于BPMI的系列標準提出了BPM 框架[18]在這個框架中,BPMI系統介于企業已有的信息系統和B2B電子商務系統之間,包含流程部署和流程執行兩個模塊。流程部署模塊可以利用目錄協議與企業IT系統的目錄服務進行聯系,另外,還可通過UDDI協議將流程發布為Web服務。在流程執行模塊中,流程可以被其他的高級語言包裝成不同的形式,或者直接提供給工作流系統執行。對于跨企業流程,流程的公共部分還可以被封裝為Web服務,或者遵照電子商務協議與其他企業的流程進行交互。
             
              CBPM 是IBM提出的BPM 框架[22],其思想和CPI十分類似。該框架的特點是很好地整合了Holosofx BPM Suite和IBM MQ Series工作流軟件,具有很強的實用性。CBPM 分為創建、協作、自動化和管理四個步驟,每個步驟又可細分為若干個階段。這些步驟和階段都嚴格對應于Holosofx BPM Suite或IBM MQ Series中的軟件模塊,四個流程首尾相聯,構成一個閉環流程。
             
              BPMI框架目前局限于流程建模和操作的語言規范,沒有涉及從低層到高層的流程管理的集成問題。CBPM從已有的軟件系統中來,其流程建模、運行和應用集成方式不具有普遍性,而且沒有解決跨企業流程集成問題。文獻中的其他框架往往也僅從BPM 的理念出發,其功能模塊往往只是概念性的,缺乏與具體應用系統的對應。


          4.BPM的形式化方法
              業務流程管理模型應該有一個形式化描述基礎,因為:1)形式化的方法能夠清晰的描述描述問題,不存在含糊不清的表述[6];2)形式化模型為分析流程提供了數學化基礎[28]。
             
              經典Petri網是德國科學家Carl Adam Petri在六十年代提出來的,在此后的幾十年中。Petri網理論得到了極大的豐富.并被廣泛地應用于許多研究領域,如協議工程、柔性制造系統、業務處理等等.使用Petri 網描述業務流程主要有以下原因:
             
              1)直觀的圖形表示 Petri網是一種形式化語言.經典的Petri周有兩種元素:變遷元素(用方框表示)、庫所元素(用圓圈表示),而有向邊表示選兩種元素之同的關系.
             
              2)形式化的語義 Petri 網(包括各種高級網系統)都有形式化的語義定義,一個Petri網模型加上相應的語義就能描述一個業務流程.
             
              3)狀志和事件的正式表示 有些流程建模方甚側重于描述系統狀態的變化,如狀態自動機I有些建模方法是基于系統中事件的發生,如流程代說、數據流程。
             
              Petri同能夠同時顯式地描述系統狀態和事件,選樣便于對系統的理解和分析。
             
              4)豐富的分析技術 Petri網模型一個很重要的特點在于它提供了豐富的系統分析技術,如對系統不變量(invariance)、活性(liveness)、有界性(boundness)、安全性(safety)等分析計算,也可以計算系統的性能,如響應時間、等待時間、資源利用率.
             
              在文獻[6]中說明了使用Petri網作為分析工作流分析工具的三個理由。Petri網是基于狀態而不是基于事件的一種分析技術,它成為分析業務流程模型的一種形式化的正式方法。通過使用庫所符號,Petri網能夠很自然地描述流程之間的階段狀態,基于狀態的模式比如延期選擇,交叉平行路由等狀態可以很容易的表示出來了。這些模式的描述可以在文獻[7]中找到。然而,當涉及描述某些控制流依賴關系的時候,Petri網也有其不足,見文獻[8]。因此,這就導致YAML(Yet Another Workflow Language)的發展[9],它正確的描述了變遷系統的語義。
             
              通過觀察我們可以發現,用Petri網可以很容易的描述延期選擇的概念,而這正是在傳統的經典工作流管理系統中很難支持的,見文獻[10]。在web service組件領域,兩種新提出的標準BPEL4WS和BPML提供了對上述概念有力的支持。在web service中,捕獲各種服務和例如象π-calculus這些公式之間的交互是十分重要的。然而現今沒有足夠的證據證明BPEL4WS是基于一種形式化語義的,所以能夠把如上關系完全形式化是當前應該做的工作。
             
              形式化定義業務流程管理模型語言根據其表現力進行比較。對于某些工作流建模語言,其比較可以在文獻[29,30]中找到。通過這些對比結果,我們可以知道哪些方法能表達什么樣的表現力,同時也看到該領域需要更多的研究以提供更多更好的形式化描述語言。
             
              5.BPM的建模語言
              BPMI[19]最近推出了業務流程建模語言(Business Process Modeling Language,BPML)[20] 和業務流程查詢語言(Business Process Query Language,BPQL)[19]兩個標準,分別作為流程建模和流程模型訪問的標準接口,并在此基礎上提出了BPM 框架。
             
              BPML是基于XML語言的模型描述語言,它將業務流程描述成控制流、數據流和事件流的結合,在此基礎上還可以在業務流程中添加業務規則、安全規則和事務管理等特性。與傳統的流程建模語言相比,它具有描述“端到端”流程(end-to-
             
              end)的能力,這樣,可以從多個參與者的角度來審視流程模型。另外,BPML以Pi-Calculus[21]作為其數學基礎,這種形式化描述賦予了BPML在一致性檢查、防止死鎖、瓶頸檢測和流程優化方面的較強能力。雖然BPML現在還不成熟,但是其官方組織描繪了BPML的美好前景,它具有如下特征[5]:
             
              1)  BPML是業務流程建模的原語言,就像XML是業務數據的原語言一樣。
             
              2)  BPML進程跨越多種應用程序和企業,不受任何防火墻限制。
             
              3)  BPML提供了中間件的特性:它可以獨立開發,實現遠程處理監控,發布和訂閱和消息隊列等功能。
             
              4)  BPML能夠處理不同的應用程序,比如數據庫管理系統,軟件組件等等。
             
              5)  BPML能夠用進程定義業務事務和系統事務,業務事務經常包括兩個以上的參與者,而系統事務能夠包括多個應用程序。
             
              6)  統一業務流程和技術 進程是BPML的關鍵目標。
             
              BPQL是BPMS的訪問接口,用于對流程實例運行狀態的查詢、控制和流程模型的部署。類似于不同的編程語言用SQL或其他關聯工具可以訪問到數據管理系統那樣,流程管理系統同樣如此。DBMS(數據庫管理服務器)是一種通用的“數據服務器”,而BPMS 則是一種通用的“流程服務器”。軟件開發者準備采用流程查詢語言(Business Process Query Language, BPQL)和流程服務器的原因是兩者簡化了流程環境中應用系統的開發。在傳統的開發中,流程的環節四處散落,一個環節是這個應用系統的,一個環節是其他系統的。此外,流程式應用系統要能看到所有流程和所有流程數據。有了BPQL,寫軟件程序去監控、中斷、交互和協調端到端流程變得輕而易舉。如果以流程為中心,“電子化”事實上就已經內建在每個流程中,不需要專門為每個流程編寫“電子化”,就像積木本來就是設計好,隨時可以搭起來一樣。
             
              結論
              本文給出了業務過程管理的概念和功能,描述了業務過程管理框架,討論了業務流程形式化表述方法和建模語言,對比了業務過程管理和工作流的區別和聯系。比較的結果表明,業務過程管理是新一代企業信息系統體系結構的重要發展方向。該文獻綜述將對我進一步展開對基于Petri網的業務流程管理模型研究有著重要的指導作用。
             
              參考文獻
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