基于本體的動態業務流程建模方法

梁 燕，文澤鵬，劉 麗，李龔亮，2*

(1.中國工程物理研究院計算機應用研究所，四川 綿陽 621000；2.四川大學計算機學院，四川 成都 610065)

1 引言

業務流程定義了一組相關的結構化的活動，旨在實現特定業務功能，創建特定的產品或服務，從而滿足用戶需求[1]。業務流程模型作為分析組織現有工作方式的基礎，在業務流程的全生命周期管理和彌補業務領域和信息技術間的語義鴻溝都發揮著重要作用。為提高企業的工作效率和工作質量，業務協作、共享和互操作需求越來越迫切。同時，隨著環境的動態變化加劇，例如政策變化、市場變化、消費行為變化和供應鏈變化等，業務流程的動態需求也愈發迫切。因此，業務流程模型需要在語義層提供一個統一的流程表示，同時可以敏捷快速調整和演化，以適應動態變化的內部策略和外部環境。

傳統的業務流程建模方法通常都是基于圖形化的方式，將業務流程表示為一組固定執行順序的業務活動集，例如BPMN(Business Process Modeling Notation)[2]，BPMM(Business Process Meta Modeling)[3]，EPCs(Event-driven Process Chain)，UML活動圖。一方面，這些方法提供對應的圖形符號使用自然語言描述流程要素，存在語義異構性，導致業務協作、共享和系統間的互操作困難。另一方面，所建模的業務流程模型是一種靜態的流程，外部環境信息的變化或業務目標的變更都可能導致業務流程模型無法有效執行。雖然可重新建立業務流程模型，但這種方法非常耗時耗力。

本體是共享概念模型的明確的形式化規范說明，描述了概念及概念間的關系，使這些概念和關系具備共識的、明確的、唯一的定義。利用本體技術構建特定領域的概念體系和知識庫，已廣泛地應用于解決知識獲取、共享和重用，系統集成和互操作等問題。構建業務流程本體，提供動態流程精準概念描述，有助于設計人員高效地開展動態流程建模及后續實例運行、推理決策等工作。

文獻[2]均基于BPMN標準提出了業務流程模型本體，著重描述BPMN中的流程要素概念層級及相關間的關系。文獻[4]結合語義本體技術和Petri-net技術，提出了一種業務流程建模和驗證方法，采用語義本體描述流程的關鍵要素進而建立業務流程模型。文獻[5]提出了一種構建業務流程本體的新方法，將組件以及組件之間的關系作為構建流程本體的重要資源，采用概念層次作為構建本體的背景知識，加速本體構建，減少轉換代價。上述本體提供了流程要素的語義說明，有助于靜態業務流程在語義層協作、共享和驗證。林佳、石曉輝等人提出一種面向業務對象的工作流模型，以狀態機建模業務對象生命周期，使用實例樹維護對象間關系，擴展狀態機的動作和事件通信機制，可有效支撐具有動態不確定性的異步協作式業務流程[6]。針對知識密集型流程，提出了KIPO本體模型，覆蓋了業務流程、業務協作、業務規則和業務決策4個方面，強調業務執行中的經驗和知識的獲取、共享、存儲和使用[7]。

文獻[8]根據業務需求在設計時定義的抽象過程，在運行時通過一系列機制逐步細化業務活動的執行。胡廣昌等人采用規則映射服務與事件與場景的關聯關系，根據上下文觸發規則動態規劃出滿足業務目標的活動序列[9]。黃穎等人提出了一種基于描述邏輯的本體和規則半自動業務流程適應性配置方法，使用C-iEPC建模語言對可配置流程進行配置，在對流程模型的控制流進行管理的同時，還能管理流程中的數據對象[10]。Ryan等人提出BOWL(Business-OWL)，使用擴展傳統的層級任務網來描述流程，將流程描述為一個分解的業務活動的層級本體，再根據分解的目標來實現流程的動態規劃[11]。然而，這些方法更關注業務目標和業務流程的關聯，而忽略了其它要素對業務流程的影響。

針對業務流程建模的語義一致性和動態的需求，本文提出了動態業務流程本體。該流程本體提供了對動態業務流程的關鍵要素概念說明，包括4個相互依賴的本體，流程基本要素，業務目標，業務規則和業務決策本體，以統一的方式規范化表達流程領域概念術語，并支持業務執行中蘊含的知識顯性化表達。該本體支持將高階業務目標分解為低階可執行的活動目標，并通過結合細化的業務規則和活動目標來構建動態流程。基于本體的動態流程建模，將業務流程使用本體語言進行描述，可提高業務流程無縫交互、一致性理解和動態性，有助于知識共享和復雜業務決策。

2 動態業務流程本體

動態業務流程本體強調業務目標的執行和分析，以及業務流程應對內外部環境變化的動態性、靈活性和適應性。在動態業務流程本體定義的概念分為4組，包括業務流程本體、業務目標本體、業務規則本體和決策支持本體。這些概念描述了對動態自適應業務流程的理解至關重要的視角。

1) 業務流程方面：由于動態自適應業務流程本質上也是一種業務流程，需要包含常用的過程要素，例如活動、視角、流等；

2) 業務目標方面：業務流程的價值主要體現在對特定業務目標的實現，因此目標的分解和目標和活動的分層關系需要分析；

3) 業務規則方面：由于業務規則對業務流程的動態性和適應性有較大的影響，因此業務規范和規則應該單獨建模和分析；

4) 業務決策方面：業務決策作為業務流程中的組成部分，將相關方為什么及怎樣決策顯性建模，有助于知識共享和輔助決策。

4組本體相互獨立又相互依賴，業務流程本體作為動態業務流程本體的基礎，其它3組本體為業務流程本體提供支持。

2.1 業務流程本體

業務流程本體基于BPMN元模型構建描述了業務流程中常用的概念，增加動態業務流程本體和現有業務流程模型的兼容性，如圖2所示。業務流程包括代理、流對象、流程及數據對象四個大類及其包含的子類，共36個概念。其中，代理表示活動或流程的主體，通過執行活動來達到特定目標的人或實體，主要包括組織機構、崗位、角色和人員，以及對應的組織類型、崗位類型和角色類型。流程表示一組相關的結構化的旨在實現特定業務功能活動集。

圖1 業務流程本體

業務流程本體基于BPMN元模型構建，如圖1所示，描述了業務流程中常用的概念，增加動態業務流程本體和現有業務流程模型的兼容性。其中，流程和活動作為業務流程本體的基本概念。流程都有相應的流程目標。流程由多個活動組成，且活動有相應的活動目標。信息流是流的特例，用于描述兩個不同流程參與者間信息的發送和接收，連接著非正式交換和活動；順序流描述流程中活動的順序，連接著活動和事件。代理是通過執行活動來達到特定目標的人或實體。業務規則可以關聯流程，也可關聯活動。數據對象表示為資源的子類，通過聯合與活動相連。

2.2 業務目標本體

目標是一種狀態，表明業務流程應該完成哪些事情，通常是動態業務流程的起點。以目標為導向構建流程，有助于分析業務流程價值，增加業務流程的動態性，保障組織高效運行。根據文獻[12]提出的目標模型，按目標的不同層級對象分為組織目標、流程目標和活動目標。

圖2展示了業務目標本體。業務目標具備基礎條件、優先級和評估指標。基礎條件描述了業務目標存在的充分條件，當基礎條件發生改變時，業務目標及其優先級都可能發生變化。評估指標用于評估目標的完成情況，一個業務目標可有多項評估指標。組織目標描述了組織的頂層目標，決定了業務范圍。流程目標作為組織目標的載體，可分解為低階可執行的活動目標。活動目標描述了活動執行完成所能達到的效果。流程目標解釋了流程存在的必要性，反應了流程包含的活動的累積效果。同時，目標還可分為操作性目標和策略性目標，分別用定量和定性的方法衡量目標的實現程度。

圖2 業務目標本體

為方便描述目標與活動的映射關系，進而實現業務流程動態自適應及目標的評估，對文獻[8]進行擴展，定義了5種目標與子目標的關系：

與關系：表示目標G依賴于子目標G1和G2的共同實現；

有向與關系：表示目標G依賴于子目標G1和G2的共同實現，且G1需先于G2實現；

異或關系：表示目標G在任何情況下都可以通過子目標G1實現，也可以通過G2實現；

條件異或關系：表示目標G在條件C1為真時通過子目標G1實現，在條件C2為真時通過子目標G2實現，條件C1和C2互斥；

條件有向或關系：表示目標G在條件C為真時通過子目標G1和G2共同實現，且G1需先于G2實現；否則只通過G2實現。

2.3 業務規則本體

業務規則定義了在業務流程執行中需遵守的業務需求或限制，目的是斷言業務結構、控制或影響業務行為。將業務規則和業務流程分離作為獨立可擴展部分，當某項規則改變時，只需修改相應規則或增加新規則，對過程沒有影響。作為領域知識的一部分，業務規則與活動或過程相關，通常以限制或條件的形式表達。

圖3 業務目標本體

本文參照文獻[7]，將業務規則分為三類，分別是推導規則、完整性規則和反應規則，如圖3所示。

推導規則主要描述模型中的元素是如何生成的。推導規則具備基本條件和結論，只有當所有的相關基本條件滿足時，推導規則才會執行，進而生成1個或多個的基本結論。完整性規則表示概念間的關系或結構性約束，例如數據需完整的約束。完整性約束可使用已有的邏輯語言來表示動態離散系統中所有狀態演化或轉換包含的斷言。反應規則可以看作是事件條件操作(Event-Condition-Action， ECA)規則的一種特例，表示對業務活動的一種限制。反應規則具備基本條件、基本事件和基本后置條件。當觸發事件發生或滿足相應的基本條件時，反應規則觸發并執行特定操作，后置條件將被設置為真。

2.4 業務決策本體

Kornyshova 和 Deneckere將決策定義為為了達到某個目標而進行的智能活動，通過對潛在操作進行判斷，進而可以確定最終的操作[13]。基于文獻[13]的決策模型，本文提出業務決策本體，顯性描述如何作出一項決策及哪些因素會影響決策，如圖4所示。

圖4 業務決策本體

決策作為活動的一種特例，主要是為了解決某個問題，因此明確問題是決策的前提。問題通常由代理定義。當作出決策時，代理根據預定義的評價準則，領域知識和經驗，從多個備選操作項中選擇一個最合適的操作。為方便描述決策結果，使用已選備選操作表示將要實現的潛在操作，使用遺棄備選操作表示其它未被選擇的備選操作。

圖5 人才招聘業務流程

評價標準代表了決策時應考慮的重要因素，活動目標需納入考慮。每項標準具有優先級、權重和閾值屬性。所有的備選操作根據評價標準進行評估，獲得對應的備選操作評價值。未來事件表示由于決策確定的某項備選操作或缺乏某項備選操作的執行，導致在未來某個事件可能發生變化的實體。未來事件主要基于事實定義，受備選操作影響，同時也影響可能發生的推論類型。推論描述了未來事件和備選操作相互作用，根據備選操作定義，受未來事件影響。推論和標準有緊密關系，影響相關標準的屬性設置。同時，業務決策本體明確了影響決策的限制、事實、經驗、風險、知識概念。代理根據備選操作的評價值，并綜合考慮當前事實、限制、經驗、風險、領域知識進行決策。

3 基于本體的動態業務流程建模

基于動態業務流程本體開展業務流程建模，主要包括5個步驟。其步驟可總結如下：

1) 自頂向下分解業務目標，開展目標建模；

2) 業務活動建模；

3) 構建活動順序流；

4) 匹配數據、代理、規則等要素；

5) 業務決策建模。

首先需要自頂向下地分析細化業務目標到原子級的活動目標，完成目標及目標間的關系建模。再對流程相關的活動進行建模，建立活動與原子級活動目標的關聯關系。將目標與目標間的關系自動直接映射為活動與活動的關系，完成活動的順序流構建。根據活動與目標，匹配對應的數據對象、執行活動代理和業務規則等要素，再根據業務規則進一步完善順序流，完成業務流程建模。最后分析業務流程中的決策活動流程及影響決策的因素，明確備選操作、評估標準、風險、領域知識、經驗等要素，基于業務決策本體對決策活動進行建模，顯性化決策流程中的標準、經驗或知識，有助于知識共享和輔助決策。

4 案例分析

以人員招聘流程為例，建模首先對目標進行梳理，流程目標人員招聘滿足需求作為頂層組織目標為人力資源保障有力，管理高效的載體，關聯操作性目標，由協議簽訂人數和需求達標率衡量目標的實現程度。人員招聘流程目標進一步分析，進一步分解為活動目標。人員招聘流程目標與活動目標人員需求明確、人員資格審查、人員能力考核、身心健康考核、招聘結果公示和協議簽訂為有向與關系，后一個活動目標的實現需在前面的活動目標之后。人員能力考核進一步分解為存在條件有向或關系的兩個初步考核和進階考核活動目標，當滿足條件資格審查通過人員超過50人，按順序實現兩個目標，否則直接實現技術考核活動目標。

原子級活動目標與活動直接關聯，基于目標與目標間的關系實現活動的順序流構建，如紅色虛框中所示。將需要或產生的數據對象、執行活動代理和業務規則等要素關聯到活動，例如活動體檢及心理測評會產生數據對象體檢報告和心理測評報告，同時關聯推導規則錄用人員需體檢和心理測評合格。人員招聘流程存在兩個決策活動資格審查決策和面試考核決策，以資格審查決策為例，將決策流程和影響決策的評價標準項目經驗、成果及獎勵和學歷，以及決策的限制、經驗和領域知識進行顯性化建模。

基于動態業務流程本體進行業務流程建模，將業務目標、業務規則與業務流程分離，增加業務流程的動態性和適應性，有助于去除無意義的流程或活動，方便根據活動對應的業務目標類型給出該活動對目標的實現程度，從而支撐活動或流程對對應目標的支持度評估。同時，當內外部環境變化時，直接反映為業務目標和業務規則的改變。當某個流程目標發生變化，只需調整活動目標及相關條件、標準，或修改活動目標間的關系，通過映射達到調整活動執行順序或增加活動，從而實現流程的動態調整。例如，企業高層次人才需求迫切，需要開展高層次人才引進工作。與普通招聘相比，高層次人才引進無需筆試，通常直接采用專家組面試即可，只需對初步考核目標增加基礎條件審查通過人員為非高層次人才，即可實現流程動態調整。通過案例分析發現，與現有流程進建模方法相比，該方法可更好的實現流程的動態和知識共享。

5 結論

為實現業務流程的高協作性、適應性及知識共享，本文介紹了動態業務流程本體模型，并提出一種基于本體模型的動態流程建模方法。業務流程本體模型包括業務流程本體、業務目標本體、業務規則本體和業務決策本體。提出的本體通過分解組織目標并細化業務規則，再根據活動目標和活動之間的關系及業務規則，動態確定活動順序，使分析人員或管理人員能夠構建動態業務流程。業務流程執行流程中的知識和經驗可以實現顯性化表示，有助于知識共享、推理和輔助決策。希望在將來的工作中探討建模流程中目標一致性檢查，根據活動對活動目標的支持度自動推演業務流程對流程目標的支持度問題。此外，還希望探索在動態業務流程本體的幫助下，利用經驗和知識進行自動決策。