4 工作流与流程仿真的结合
企业流程是一个存在很多不确定因素的复杂系统。流程的许多方面是定性的,因此不适于也很难用解析的数学模型对它们进行描述和分析,此时仿真是一种可行的流程抽象和分析手段。工作流模型的仿真分析是与企业经营流程重组应用密切相关的一个关键技术。常用的工作流模型分析方法有两种:What-if分析方法和仿真分析方法。前者不适合企业的业务流程很复杂,存在多个业务流程的交互和不确定因素。工作流技术是流程的可执行映射,目前的工作流系统仿真分析对相应流程的优化支持不够。工作流仿真分析能力还处于一种不成熟的阶段,其难点主要在于仿真的性能指标难以确定、仿真的流程较为复杂。
目前的仿真工具(如SIMPROCESS)多具有动画特点,能够直观显示流程某些参数不同运行时的状态,可以方便用户对于流程运行的理解 ,使仿真建模者与领域用户能更好地配合。但传统的流程建模工具与仿真软件之间很少有联系或交互能力,用大多数的仿真语言需要许多流程建模的技能。
虽然流程模型包含流程仿真所用的许多信息,但因建模工具和仿真技术未能有效地集成,导致流程分析时重新建立仿真模型。流程模型仅能提供流程仿真的部分数据,其他的信息,包括实体属性、描述流程的动态信息需要另外加入。流程建模和流程仿真之间的集成存在的问题主要表现在:结构化的流程模型表示方法,如基于IDEF系列的流程映射工具,把流程映射到特定的表示形式,仅为流程的分析提供了较少的有用信息,这样的流程建模方法需作许多变动才能适合流程仿真的需要。比较而言,非结构化的流程映射容易调整,而且包含了流程分析所需的信息,以便于流程的仿真。这不仅减少开发仿真模型的劳动量,也确保两种模型的一致性。
工作流系统对流程的表示采用流程描述语言PDL(process description language)。目前的PDL有以下几种:脚本语言、基于知识、基于网的方法、基于逻辑的方法、代数表示和ECA规则等。基于网的方法是常用的,其中流程用节点以及连接它们的弧组成的有向图表示。
从上可见,工作流的仿真能力较弱可以用先进的仿真工具弥补,而仿真语言超越自然语言,对用户的专业要求较高。工作流常采用企业流程的可执行图形表示形式,包含友好的交互手段,其次工作流模型比流程模型能准确更多的流程特性,以便为仿真运行及仿真结果分析提供较多的量化参数。工作流系统和仿真系统都是离散事件系统,所以它们有许多共同之处,如都包含活动和事件的概念,这是两者集成的基础[4]。借助工作流系统和仿真系统的对应规则,流程的工作流模型到仿真模型的转化需要把流程语言翻译为仿真语言。在转化流程中,应妥善处理流程的不确定因素。
5 工作流技术与流程分析
图3给出了一种工作流技术与流程优化的原理图,其中流程建模和仿真采用了扩展的Petri网模型和面向对象技术。为增强Petri网对流程的不确定处理等能力,这里采用了扩充的有色Petri网(以下简称Petri网)。许多工作流模型借用Petri网作为流程的描述工具。Petri网把活动表示为变迁,设备、工具、人员等实体或工作流状态表示为库所,从而流程映射为Petri网。
应该说,Petri网具有较强的流程分析和评价能力。但对于大型流程用Petri网往往比较复杂,需要采用简化措施(对某些库所、变迁和弧进行删除或融合,但不改变 Petri网的某些结构性质)。此外以Petri网作为流程描述语言的工作流模型,可用Petri网的规则作为流程中的约束条件,但不能显式地表达流程的结构,难以理解流程的执行过程。为此对较复杂的系统这里引入面向对象的思想。面向对象的思想贴近人类思维,它具有丰富的语义。面向对象技术与工作流的结合研究有两种方法。其一是工作流模型用面向对象编程的方法实现,将流程包含的各种概念及其相互关系以对象的形式加以描述。另一种方法是用面向对象技术为流程建模,可用多个对象集合有效地描述流程。如文献[5]提出用面向对象技术,由对象配置、对象结构及对象行为模型构成的通用工作流模型和基于此通用模型的流程分析方法,可以提高所得流程模型的可重用性和灵活性。
Petri网模型及其扩展形式具有较强的严密性、可理解性及抽象能力和计算机化能力,它不仅能够用来分析模型的定性属性,还能分析模型的定量属性,已在流程的建模和优化方面得到广泛的应用。工作流模型元素和Petri网的元素有明确的对应关系,流程仿真首先把工作流模型转化为Petri网模型,其关键是把流程规则映射到扩展Petri网模型。流程规则集则是用来定义描述领域流程行为的动作的流动流程,它由一组有序的流程规则组成,用来表达活动的优先关系、并行关系、条件分支、合并和循环关系。流程模型用Petri网表示,可以用成熟的算法分析流程活动连接的一致性、流程的安全性等流程特性,不必象工作流那样必须经实例化才能运行。有关工作流模型向拓展Petri网的转化方法,可参阅有关文献[6,7],这里不再讨论。
通过Petri网模型的运行分析揭示工作流运行的本质,仿真流程中记录反映企业运行的性能的若干指标,如流程周期、成本、资源利用率、流程瓶颈等,以便发现问题,找出症结所在。并且可以评价流程的运行效果,辅助选优和最终的流程优化。
流程优化是一个不断演进的过程,由于信息的不完全、不确定,流程建模、流程仿真和流程实施不一定按顺序进行,可以是相互交叉的[8]。如不完全的流程模型可以仿真,不完全的仿真模型可以执行。
6 结束语
企业流程是一个复杂的系统,如何在动态的环境中识别、描述和分析流程,是认识和改善企业流程的基础。由于缺乏系统的理论指导,目前流程变化管理还未形成系统的实施方法和技术,缺乏设计和评价方法的理论基础。企业经营流程的建模、仿真和实施是企业变化管理的三个重要阶段,需要有效地集成。目前已出现许多流程建模和流程分析工具和方法,也不乏有效的建模体系。通过增加模型的语义元素来增强模型的表达能力也是提高工作流建模能力的重要方法。但这些方法在实用中存在的明显问题是:模型的形式化、模型的可执行性、建模仿真和实施的集成等难以平衡。目前的建模方法,常和流程的仿真脱节,普遍存在不支持流程优化的不足,而且尚未出现流程建模与仿真分析、评估、再设计方法有机地集成的系统平台。另一方面,工作流是包含流程变化管理各阶段的集成技术,但其建模仿真能力较弱。目前比较有效的流程分析方法,如各种扩展Petri网和工作流系统在流程的处理上有互补作用。在企业变化管理缺乏统一建模理论的情况下,寻找各种方法的结合是一条有效的途径。
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