（计算机应用技术专业论文）个性化业务流程模型的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 业务流程管理基于计算机网络技术以及工作流、企业应用集成、x m l 等技 术。它从业务流程的角度对企业进行全方位的管理，并支持业务流程的持续改进。 其核心思想是为企业内及企业间的各种业务过程提供一个统一的建模、执行和监 控的环境。相关技术主要包括业务流程建模，流程产生、流程执行控制等。 随着w e bs e r v i c e 的技术的出现，以一种高度个性化的方式执行流程已成 为可能。本文提出了一种在w e bs e r v i c e 环境下新型的业务流程模型一个性化业 务流程模型( c u s t o m i z e df l o wm o d e l ，c f m ) ，并详细说明了如何通过捕捉客户需 求生成个性化的业务流程和如何执行流程。此模型建立在一套新的概念基础上， 其中包括业务流程建模、采用基于案例推理技术生成业务流程、流程执行方法等。 为了实现流程在各个应用系统和企业之间的共享和重用，本文在业务流程管 理领域引入了本体思想。本体能够在语义层次上定义某一领域的一系列概念以及 概念之间的关系，通过使用本体描述语言来形式化描述业务流程，使业务需求在 没有信息丢失的情况下被正确清晰地表达。 基于案例推理是一种基于经验知识进行推理的人工智能技术，本文基于案 例推理思想构建业务流程知识库。采用基于目标的业务流程建模，并将流程模型 以文件存储方式存放到流程知识库中，使业务流程在不同的应用系统中充当对业 务流程管理领域概念语义识别的媒介，避免了流程的重复设计。 本文第四章给出了基于个性化业务流程模型的业务流程管理系统架构，第五 章在此基础上实现了系统的部分功能。着重介绍了流程知识库中流程案例的建 立，利用c b r 技术实现了流程的自动生，通过调用w e bs e r v i c e 实现流程的业务 逻辑，以及流程执行的具体方法和过程。 本文提出个性化业务流程模型体基于本体和w e bs e r v i c e 技术，体现了业务 逻辑和流程逻辑分离的业务流程管理思想。本文的理论研究和实现方法，对业务 流程建模以及业务流程管理相关领域具有一定的参考意义。 山东大学硕士学位论文 关键词：业务流程管理：模型；本体；基于案例的推理 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n tb a s eo nc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dw o r k f l o w , e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，x m lt e c h n o l o g y , e t c i tm a n a g et h e e n t e r p r i s ef r o mt h ep e r s p e c t i v eo fb u s i n e s sp r o c e s s ，a n ds u p p o r tt h ec o n t i n u e d i m p r o v e m e n to fb u s i n e s sp r o c e s s e s i t sc o r ei d e ai st op r o v i d eau n i f i e dm o d e l i n g ， i m p l e m e n t a t i o na n dm o n i t o r i n ge n v i r o n m e n tf o re n t e r p r i s e s i t sr e l a t e dt e c h n o l o g i e s i n c l u d eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n g , p r o c e s s g e n e r a t i n ga n de x e c u t i n go fp r o c e s s w i t ht h ea d v e n to fw e bs e r v i c et e c h n o l o g i e s ，i th a sb e c o m ep o s s i b l et oe x e c u t e s e r v i c ep r o c e s s e si nah i 曲l yc u s t o m i z e dm a n n e r i nt h i sp a p e r , w ea i mt oe x t e n d t r a d i t i o n a lw o r k f l o wt e c h n o l o g yt or e a l i z ea g i l eb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t t h i s p a p e rp r e s e n t sab p ms o f t w a r ef r a m e w o r kt h a ta d d r e s s e st h ea b o v ec h a l l e n g e sb y s p e c i f y i n gan o v e lm o d e lo fb u s i n e s sp r o c e s s e su s e di nb p ms o f t w a r ei nt h ew e b s e r v i c ee n v i r o n m e n t ( w ec a l li tc u s t o m i z e dt o w ) a n dp r o p o s i n gh o wt og e n e r a t ea c u s t o m i z e df l o wb yc a p t u r i n gac u s t o m e r sr e q u i r e m e n t si n t e l l i g e n t l ya n dh o wt o e x e c u t ei ti nt w om o d e s ，r o u t i n ga n dt r i g g e r i n g t h es o f t w a r e1 j r a m e w o r ki sb a s e do na s e to fn o v e lc o n c e p t u a lf o u n d a t i o n s ， i n c l u d i n gf l o wm o d e l i n ga p p r o a c h e st h a t d e s c r i b ec u s t o m i z e df l o wf r o man e wp o i n to fv i e w , a p p r o a c h e su s i n gt h ea i t e c h n i q u ec b r t ot r a n s f o r mac u s t o m e r sg o a l si n t oac u s t o m i z e df l o w , a n df l o w e x e c u t i o nm e t h o d s t h i sp a p e ra d o p t st h eo n t o l o g yi d e ai nt h ef i e l do fb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t i no r d e rt oi m p l a n ts h a r i n ga n d r e u s i n gt h ep r o c e s sa m o n gv a r i o u sa p p l i c a t i o ns y s t e m s a n de n t e r p r i s e s o n t o l o g yc a nd e f i n eas e r i e so fc o n c e p t sa n dr e l a t i o n sa m o n gt h e mo f c o n c e p t si ns e m a n t i cl e v e lo fd o m a i n ，a n dd e s c r i b ef o r m a l l yb u s i n e s sp r o c e s si n o n t o l o g yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，a n de x p r e s sc l e a r l ya n da c c u r a t e l yt h eb u s i n e s s r e q u i r e m e n t sw i t h o u tv a l u a b l ei n f o r m a t i o nl o s s 山东大学硕士学位论文 c a s e b a s e dr e a s o n i n gi sa l la r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n i q u eo fr e a s o n i n gb a s e do n e x p e r i e n c ek n o w l e d g e t h ep a p e rc r e a t e st h eb u s i n e s sp r o c e s sl ( n o 、) v l e d g eb a s e 、忻t l l t h ei d e ao fc a s e - b a s e dr e a s o n i n g ，a n da d o p t sg o a l s b a s e dm e t h o dt om o d e lb u s i n e s s p r o c e s s e s ，a n ds t o r e st h eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e li nt h ep r o c e s sk n o m e 姑e b a s e t h i s c a r lm a k eb u s i n e s sp r o c e s s ，a sam e d i a ，i d e n t i f ys e m a n t i c a l l yb u s i n e s sp r o c e s s m a n a g e m e n td o m a i nc o n c e p t sa m o n gd i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e m , a v o i d i n gr e p e t i t i o n o fd e s i g n i n gt h ep r o c e s s ，i m p l e m e n t i n gs h a r i n ga n dr e u s i n go fp r o c e s s c h a p t e r4o ft h i sp a p e ri n t r o d u c et h eb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m a r c h i t e c t u r eb a s e do nc f m c h a p t e r5i n t r o d u c er e a l i z a t i o no fs o m ef u n c t i o n so ft h e s y s t e ma n df o c u so nt h ee s t a b l i s h m e n to ft h el ( n o w l e 电eb a s e ，g e n e r a t i n go fp r o c e s s b a s e do nt h ec b rt e c h n o l o g y , i n v o k i n go fw e bs e r v i c ea n dp r o c e s s e sa n de x e c u t i n g o fp r o c e s s t h ec f mr e f l e c t st h eb u s i n e s sl o g i ca n dp r o c e s s e sl o g i c a ls e p a r a t i o nt h i n k i n go f b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t w ei n t r o d u c et h et h e o r e t i c a ls t u d ya n di m p l e m e n t a t i o n m e t h o di nt h i sp a p e r , w h i c hi sr e f e r a b l ef o rb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n ga n db u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n tr e l a t e df i e l d s k e yw o r d s ：b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ；m o d e l ；o n t o l o g y ；c b r 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标讶。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：陴圈 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名辅导师签名： e l 期：7 t c o 艿, q - , y 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 业务流程管理研究背景 随着经济全球化和信息化的迅猛发展，企业面临着严峻的挑战和新的发展机 遇，现代企业的竞争环境发生了巨大的变化。客户需求多样化和个性化，卖方市 场向买方市场转变，技术革新步伐加快，产品生命周期缩短，市场动态多变。顾 客、竞争和变化是来自外部对企业的巨大挑战，而组织结构则是来自企业内部的 最大挑战传统的管理模式是以职能管理为中心，这种模式容易造成层级过多， 机构臃肿、职责不清等现象，使企业对市场和顾客的要求不能快速反应，进而在 瞬息万变的市场中慢慢失去主动性，而且企业内部职能部门的划分，使企业的业 务流程处于分割断裂的状态。这些因素使企业的管理效率低下，运营成本增加。 为适应快速变化和竞争激烈的市场，增强在这种环境下的生存和发展能力，需要 企业尽快改变与目前的经营环境不相适应的管理模式，建立便于对外部环境变 化做出灵活反应的组织结构和管理机制。 为了应对这种趋势，专家学者们开始对管理理论和管理实践认真思考，提出 了很多新的思想和理念。20 世纪80 年代，迈克尔哈默( m i c h a e lh a m m e r ) 等 提出了企业业务流程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) i h2 1 。这一全 新的管理变革思想，并引入西方企业管理领域，开创了一场新的管理革命。这一 理论的目的是希望能解决流程管理实践需求与理论缺乏之间的冲突，旨在对企业 现有流程运作的合理性进行根本性的再思考和彻底的再设计，以组织和信息技术 为使能器，以求企业整体运营绩效指标得到巨大的突破性的改善和提高。 b p r 理论的出现标志着流程管理理论的飞跃和创新，在学术界和产业界对b pr 产生的重大突破非常振奋，不少企业也投巨资进行b p r 项目的实施，但是， 由于业务流程重组的思想受到当时商业环境与信息技术发展的影响，这种剧烈变 革产生的改善难以在企业全面成功，并且也是不可持续的。d o v e r 弓l 用 c h a m p y 的统计数据，指出70 的b p r 项目失败了1 3 。这促使更多的研究者对这b p r 理 论本身进行反思。大多数b p r 项目失败的原因一般被归结为在实施中难以处理与 “人有关的因素，同时该理论本身作为一种剧烈型变革的指导思想与原则却 同样缺少严谨的理论支撑体系，尤其是它忽视了对既往投资的保护和再利用。与 山东大学硕士学位论文 b p r 理论同时出现的还有业务流程改善，全面质量管理等，这些理论可以被看成 是防止b p r 高风险的补充形式或风险弱化形式，以缓和渐进的方式从局部领域开 始，逐级对流程绩效进行优化。 2 0 世纪9 0 年代，流程管理实施技术以企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n ，e r p ) 为代表，只是属于局部流程固化的企业内部集成技术。在实际实施 的e r 项目中，只有少量的公司认为他们在部署e r p 软件之后从中获益。e r p 系统并没有给企业带来预期中的透明性和灵活性。工作流技术曾是被人看好的一 个解决方案，能支持良好定义、静态的例行流程。传统的工作流系统是面向人 的，它将电子文档提交给相关人员进行批复、处理，业务流程可以清晰地在软件 中描述，而且可以灵活的定义出新的业务流程并且快速在企业中部署和应用。但 是，它缺乏集成、协同、信息存取和共享利用的能力，此外，它的实现与企业紧 密联系在一起，不容易扩展到外部的客户、提供商和其他商业伙伴。企业应用集 成和中间件技术来实现端到端的业务流程，但是为了管理这些中间件以及开发出 的新的必要的应用程序适配器，比较困难而且耗时，实施起来也比较复杂。 随着社会经济环境的变迁和信息技术支持体系能力的增长，产生了一种新型 的技术，这就是业务流程管理( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b p m ) 【4 ，5 1 。b p m 以流程为中心，通过优化企业的组织结构、灵活易变的流程设计、面向客户而非 管理者的横向流程管理体制等等一系列措施，来提高企业的运行效率、优化资源 利用率、优化人员之间的协作关系，从而降低企业的运营成本、提高企业对客户 需求的响应速度，以争取企业利润的最大化。这种业务流程管理系统( b u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ，b p m s ) 具备可重用、灵活、敏捷的特点，并且具有 跨企业和技术平台的能力，保障业务流程的流畅化、自动化。 但在过去的信息化过程中，企业的各种应用系统却存在巨大差异，形成了中 间层各异的异质应用系统，其互操作连接成为高层流程集成管理的主要障碍，甚 至企业内部也同样存在异类系统集成的难题。针对这一问题，先后出现了中间件、 ea i 、工作流等技术，在具体行业的企业间流程接口标准或参考体系，如供应 链管理领域参考模型，这些新兴技术、标准和参考体系部分解决了特定的异类系 统和流程间的集成问题，但未能从根本上解决业务流程缺乏普适性和动态柔性的 问题。 2 山东大学硕士学位论文 1 2 业务流程管理研究现状 业务流程的含义很广，最早使用于制造业，用于指导生产。关于流程可以给 出多个定义。文献【6 】把企业中的业务流程定义为社会分工演变的产物，它是为了 实现企业某个经营目标的一个过程，即在部分或者全部组织机构和人员的参与 下，利用企业资源( 包括所需的处理设备、计算机软硬件、信息库和知识库等) ， 按照预先确定的业务规则，在参与者和组织机构之间进行文档、信息和任务的传 递，并进行日常任务处理和经营决策，从而实现预定的经营目标。 尽管不同的领域中关于业务流程的定义不尽相同，但概括起来业务流程至少 应该具有如下特点：( 1 ) 业务流程的执行是有目的的，即某特定结果的实现：( 2 ) 其执行的过程是有所规定的；( 3 ) 业务流程的基本元素是一系列有规律的活动 或者行为。本文采用的业务流程定义参见第3 章。 业务流程描述通常也称为业务流程建模，简言之就是用图形、公式或文字 说明的形式来描述业务流程的特性和要素。流程模型可以视为一个复杂的企业知 识系统，存在许多不完全、不确定的成份，流程元素关系也不易量化，难以用定 量的数学方程描述 7 1 。多年来，关于流程建模以及基于流程的业务系统的研究 工作取得了一些研究成果，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 要包括： 流程图。流程图是最直观，最灵活的过程方法。其主要缺点是不够精确。 自动机是一种计算模型，其中有限状态机( f i n i t es t a t em a c h i n e ，f s m ) 吲是 有限计算的一种模型，也是许多形式化说明和验证的基础模型。有限状态机是最 为重要的一种形式描述技术，是很多形式化方法的基础，同时也是一种重要的、 简单的以描述控制方面的特性为主的流程建模方法。h a r r e l l 从层次、并发和通信 三个方面对传统状态转换图进行扩展，形成状态图( s t a t ec h a r t s ) 1 9 1 ，是一种常 用的对反应型离散事件系统行为进行建模的有效方法，能表达复杂的行为。 在面向对象的过程建模【lo 】中，最常用的工具是统一建模语言( u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ，l r m l ) 。它提供了状态图、活动图、协作图、顺序图等用 来描述过程【1 1 1 ，其中状态图通过对对象的生存周期建立模型来描述对象随时间变 化的动态行为【12 1 ，每一个对象都被看作是通过对事件进行探测并做出回应来与 山东大学硕士学位论文 外界其他部分通信的独立的实体。而活动图可以单独用来可视化、详述、构造和 文档化对象群体的动态特征，也可以用于对一个操作的控制流建模。 h o l t 等人提出角色活动图( r o l ea c t i v i t yd i a g r a m ，r a d ) 和角色交互图 ( r o l ei n t e r a c t i o nd i a g r a m ，r i d ) 1 3 1 。r a d 方法用于表达协同工作中存在的问题， 它是种结构化的过程建模技术，强调角色、角色间的相互作用和活动，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) 。r i d 是r a d 方法的扩充。 m a r c a 等人系统地阐述了一种建立加工制造业的体系结构模型的方法i d e f 0 1 4 】其基本内容是结构化分析与设计技术的活动模型方法。美国k b s ( k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ) 公司提出基t i d e f 3 1 5 , 1 6 1 方法的过程建模，它i 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。 k e l l e r 等人提出事件驱动过程链模型( e v e n t d r i v e np r o c e s sc h a i n ，e p c ) 1 1 7 】。 李建中等人采用扩展事件过程程链描述流程【l 引，使其包括流程的动态因素，以 便仿真分析。德 s c h e e r 教授提出了基于集成信息系统体系结构的过程建模【”1 。 a r i s 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。 基于p e t f i n 的过程建模 1 9 , 2 0 。p e t r i l n 通过库所、变迁、弧、标志等元素来 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。近年 来，高级p e t r i n ( 着色、时间、随机、面向对象、模n p e t r i l n 等) 【2 1 ，冽被引入到业 务流程建模的研究领域，使得p e t r i 网结构得到简化，描述能力也得到增强。 业务流程管理倡议组织( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ti n i t i a t i v e ，b p m i ) 2 0 0 4 年发布业务流程建模符号( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gn o t a t i o n ，b 吣2 3 1 ，给出 了一种可视化业务流程描述方法和建模符号。按照b p m n 规范建立业务流程图 ( b u s i n e s sp r o c e s sd i a g r a m ，b p d ) 后，利用相应的软件可以按照其映射规则自动 生成对应的业务流程执行语言如b p e l 4 w s 进而由流程执行引擎自接执行。 除了上述典型的业务流程描述方法和模型以外，还出现了许多其他技术， 如：黄海新等人【2 4 ，2 5 1 提出了一种基于过程代数的业务流程建模方法。黄丽华 2 6 1 4 山东大学硕士学位论文 提出一种利用带参数的有向超图对企业过程建模和简化的方法，用于简化企业过 程，识别和减少非增值活动。基于有向图2 7 1 及条件有向图【2 8 ，2 9 1 的业务过程建模 研究的主要思想是用有向图中的节点表示业务过程中的环节和活动，用有向边来 描述各环节之间的控制及数据流动关系。b i d e 等人【3 0 】提出了基于对象技术的流程 建模，把流程建模和工作流管理作为集成平台进行运行管理和控制。 总地来说，在业务流程建模方面，不同的方法和技术从不同的侧面对这些问 题进行刻画和描述，现有的研究工作主要针对数据流、控制流、角色、层次的表 示，活动之间的先后关系，系统结构和行为表示等问题进行探讨。同时，在业务 流程自动化、流程分析、流程重组和流程优化以及不同业务流程建模技术进行结 合应用、转换、验证、评价等方面也进行一定程度研究。 1 3 问题的提出 伴随着商务活动的全球化，面对快速变化的市场需求，企业价值的提升将更 多地源于服务。与此同时，i n t e m e t 普及也带来的新的应用模式：一方面越来 越多的用户希望使用i n t e m e t 完成任务，越来越多的应用依赖于i n t e m e t ；另一方 面w e bs e r v i c e 技术的出现可以使i n t e m e t 上的复杂任务更加容易完成。因此， 业务流程模式也将由面向企业用户渐渐转为面向更广泛的普通用户。 面向企业的流程模式与面向个体用户的业务流程模式有着以下几个方面的 不同： 首先，企业中的流程相对比较成熟规范，需求比较明确，从而流程也相对稳 定，事先由专家定制一个适合业务需要的流程是较为合理的。而普通用户的数目 众多、个性各异、层次不一，常常提出个性化的要求，定制统一的流程已经无法 满足众多的个性化要求，我们必须寻求为每一个个性化要求单独定制流程的方法 和技术。 其次，业务流程中任务完成的主体也发生了改变。传统的流程管理技术，任 务多由程序单元或者企业应用软件完成。而互联网环境中，完成任务的主体已经 扩展到了所有w - e bs e r v i c e 。 正因如此，企业计算必须以动态和灵活作为应对策略，业务流程管理软件必 须支持流程实例根据运行环境和变化的需求，通过流程模型和支撑系统的通用机 山东大学硕士学位论文 制，动态地改变流程结构和行为，适应各种变化。针对以上要求，本文提出一种 新型的流程模型，以w e bs e r v i c e 为支撑，旨在实现一种支持个性化流程的业务 流程管理系统。 1 4 论文主要工作 本论文是按照作者承担的研究和开发工作来安排的，论文在提出一种新的业 务流程管理模型的基础上，对这种模型进行了设计和实现。 ( 1 ) 对业务流程建模的系统理论进行了深入、全面的研究，在此基础上， 提出了一种个性化的业务流程模型，并利用本体技术给出了这种模型的描述。 ( 2 ) 结合新模型的特点，确定在此模型上的业务流程管理系统的研发目标， 给出了系统架构。即对整个业务流程管理系统进行总体设计，确定系统的主要功 能和多层次的体系结构。 ( 3 ) 系统主要模块的设计和实现。给出了在旅游领域内个性化业务流程管 理系统的一个具体实现。详细介绍了旅游领域流程各要素的描述和存储，利用 c b r 技术实现了对旅游领域业务流程知识的挖掘和重用。 1 5 论文的结构和章节安排 本文共分6 章。 第一章绪论 简要介绍了论文研究背景以及研究目的和意义，给出了论文安排。 第二章业务流程管理技术综述 对业务流程管理中用到的主要技术进行了简单介绍，主要有：流程 建模技术，本体技术，w e bs e r v i c e 技术。 第三章个性化业务流程模型 提出了一种新的业务流程模型，给出了模型各要素的定义及其本体 描述，简要说明了这种模型较已有业务流程模型的优势。 第四章基于c f m 的业务流程管理系统总体架构 对基于个性化流程模型的业务流程管理系统进行总体设计，包括系 统的研发目标、体系结构和功能设计等。 6 山东大学硕士学位论文 第五章c f m 应用实例 给出了基于c f m 的业务流程管理系统的数据库设计、流程各要素的 描述和存储，利用c b r 技术实现了对旅游领域业务流程知识的挖掘 和重用，并且进行了测试，给出测试结果。 第六章总结和展望 7 山东大学硕士学位论文 第二章业务流程管理相关技术综述 本文利用本体技术描述业务流程描述，利用基于案例的推理技术实现流程的 重用，在业务层则采用调用w e bs e r v i c e 的方式实现具体业务逻辑。本章简单介 绍本体技术、基于案例的推理技术以及w e bs e r v i c e 技术。 2 1 本体技术 本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明，其目标是捕获相关的领域的 知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同 层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇之间相互关系的明确定义。其主要包含 了四层含义： 概念模型：通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型，其表 示的含义独立于具体的环境状态 明确：所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义 形式化：本体是计算机可读的。 共享：本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集， 它所针对的是团体而不是个体。 p e r e z 等人用分类法组织了本体，归纳出本体的5 个基本建模元语： 类或概念：指任何事务，如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语 义上讲，它表示的是对象的集合，其定义一般采用框架结构，包括概念的名称，与 其他概念之间的关系的集合，以及用自然语言对概念的描述。 关系：在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为n 维笛卡儿积的子集： r ：c 1 c 2 c n 。如子类关系( s u b c l a s s - o f ) 。在语义上关系对应于对象元 组的集合。 函数：一类特殊的关系。该关系的前n 1 个元素可以唯一决定第r 1 个元素。 形式化的定义为f ：c l c 2 c n - l c n 。如m o t h e r o f 就是一个函数， m o t h e r - o f ( x ，y ) 表示y 是x 的母亲。 公理：代表永真断言，如概念乙属于概念甲的范围。 实例：代表元素。从语义上讲实例表示的就是对象。 山东大学硕士学位论文 2 1 1 业务流程的本体描述 根据业务流程管理的特点，本体技术在业务流程描述上有着先天性的优势： ( 1 ) 本体为业务流程模型提供一致的语义表示存储方法。业务流程模型中 的各类信息分布于不同的地方( 如不同的部门，不同的应用系统) ，这种信息的 分散和异构性对流程管理增加了难度，采用本体，可以统一语义的方式存储处理 业务流程模型的各类信息，使得模型中的信息得到更加充分的应用。 ( 2 ) 本体为业务流程模型的逻辑分析推理提供了基础。把业务流程模型中 的各个要素通过本体存储后，可以利用本体的基于逻辑的显式形式，化语义及强 大的逻辑处理机制为业务流程模型要素之间的逻辑推理提供有力支持。 在已有研究中，已经有利用本体技术对流程进行描述的例子。o w l s 3 1 】 中流程被认为可以是原子流程，复合流程和简单流程，其具体的业务流程本体模 型如下图所示。 ：。r 剖辱霹f - 2 1 2 本体的存储管理 图1o w l s 中的流程本体模型 目前对于本体的存储的方法主要有纯文本，女f i o w l 3 2 1 文件和关系数据库两 种方式。其中纯文本的方式最简单又最复杂：以o w l 为例，简单是因为使用工 具如p r o t 6 9 6 【3 3 】可以直接生成o w l 文件，并且我们可以直接使用p r o t d g d 对所建立 的本体文件进行管理。当然我们也可以使用j a n a 3 4 1 进行开发。采用这种方式对 于o 、l 的建立与维护、推理、查询均需要也有工具的支持或者自行使用j e n a 开发。 9 山东大学硕士学位论文 数据库方式：本体模式与关系数据库模式存在一定的差异，目前有很多种 在关系数据库中存储本体数据的方法。比较典型的有水平模式，该模式只在数据 库中保留一张通用的表，表中的域是本体中的属性本体中的每个实例都是该表 中的一条记录，这种存储模式比较简单，其主要缺点是表中的大部分域都是空值， 不仅浪费存储空间，而且增加了系统维护的代价；另一种较为常见的模式是 p r o t 6 9 $ 支持的垂直模式，这种模式采用r d f 三元组存储思想，其数据库包含一 张三元组表，表中的每一个实例都对应一个r d f 三元组，这种模式设计简单，较 好的解决了水平模式的表大都为稀疏表的问题，并且模式稳定，随着本体的修改 只需要修改表中相应的纪录。该模式最大的不足在于，对于每个本体数据的查询 都必须搜索整个数据库，特别是当表连接的现象较多的时候，查询效率非常低。 另外还有基于属性的存储模式，该模式为本体中的每个属性创建一张单独的表， 表名为属性名，每个表都包含两个域，分别代表r d f 三元组中的s u b j e c t 和 o b j e c t 。该模式的主要不足在于，随着本体的变化总要不断地创建和删除表，而 在数据库系统中，创建和删除表的效率很低、代价大。 这两种方式各有优点，选择时需要基于特定的应用背景。2 种本体存储方式 的选择及优缺点如下。 1 如果本体的概念和实例都比较小的话，采用文件存储也许够了，而且一 般的开发工具j e n a 和s e s a m e 都会将其导入到内存中，但是这种方式在推理时， 需要硬件支持特别是对内存的要求相当大。 2 如果是海量数据的话，选择数据库存储。这种方式对本体的大小没有限 制的，不需要将所有本体读入内存。可以有效减少对内存的需求。 2 2 基于案例的推理技术 基于案例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 3 5 , 3 6 1 是人工智能领域中一种重 要的基于知识的问题求解和学习方法，它是基于既有经验来学习和解决问题的一 种方法。 基于案例推理是模拟人类类比思维的一种推理方法，其推理过程往往具有 人类经验推理的一些特征。c b r 的基本过程是：当遇到一个新的问题时，系统 根据关键的特征在原始的案例库中进行检索，找出一个与待求问题最相近的候选 1 0 山东大学硕士学位论文 案例，重用此候选案例的解决方法。如果对此候选案例的解决方法不满意， 可 以对它进行修改以适应待求问题，最后把修改过的案例作为一个新的案例保存在 库中，以便下次遇到类似的问题时作为参考。c b r 以案例作为知识元，知识获 取和表示自然直接，并且具有自学习功能，其本质是基于相似性的类比推理，这 正是符合了人类类比思维的逻辑。 c b r 问题求解过程的基本步骤可以归纳为r 4 ：案例检索( r e t r i e v e ) 、案例 重用( r e u s e ) 、案例修改( r e v i s e ) 和案例保( 雾( r e t a i n ) 。c b r 有两个基本组成部分， 即案例和案例推理。 案例是一种结构化的知识表达方式，是c b r 技术中操作和处理的主要对象， 一个案例就是对一个事件或问题的描述和表示，案例表示的内容包含了与这些事 件或问题相关的各种不同信息。案例表示方式决定着现实世界问题向案例转换的 方法，同时对案例推理的效率有很大的影响。目前的表示方式有多种，有产生式、 框架、特征属性、谓词、数据库、语义网、面向对象的结构化表示等方法。案例 知识的检索与匹配是实现案例推理的关键。案例检索是从案例库中查找和搜索出 与当前问题在属性特征上近似并对当前问题的求解具有帮助或指导意义的案例， 直到找到一个最好的匹配。基于c b r 系统的案例检索模型主要有以下几种：距 离度量法或最近邻算法，分类网模型，归纳索引法，基于知识的深层检索，神经 网络检索方法，粗糙集检索方式等。进行案例检索的根本目的就是从众多案例中 查找和搜索出与当前问题最相似的案例，实现这一目的手段和方法就是通过一定 的算法进行案例与问题之间的相似性比较目前常用的检索匹配算法有最近相邻 策略、归纳索引策略、知识引导策略、模板检索策略等。 案例重用就是用解决旧案例的经验来解决新的问题，包括思路重用和过程 重用。思路重用就是把旧案例的解决问题方法应用到新案例中，过程重用是重新 应用整个解决问题的过程，包括思路和具体的实施细节。 案例修改是指解决方案的评估和错误的修正。对案例修改分为两步进行： 首先分析新问题的要求与候选案例之间的不同，再以候选案例为基础进行修改。 可以对某一候选案例进行修改，也可以对多个候选案例进行重组和修改修改后 的案例经过验证，如果是可行的或正确的，就可作为新的案例存储到案例库中。 山东大学硕士学位论文 2 3w e bs e r vic e 技术 w e bs e r v i c e 是一种新的w e b 应用程序分支， 具有自包含、自描述、模 块化的特点。可以通过把业务逻辑划分一个一个的组件，以w e b 服务的形式 实现并部署，其它w e b 服务应用程序可通过i n t e m e t 的调用并执行。w e b 服务 具有以下特点： ( 1 ) 松散耦合：客户程序仅使用自描述的基于文本的消息与w e b 服务进行 通信。 ( 2 ) 方便的通信：连接到i n t e m e t 上的任意系统或设备都可以和w e b 服务 进行通信。 ( 3 ) 通用的数据格式： w e b 服务使用广泛支持的x m l 标准来描述其数据 格式，所有支持这个标准的系统都可以识别w 曲服务的消息。 w 曲s e r v i c e s 是指为了解决i n t e m e t 上异构环境中w 曲服务之间进行相 互调用、互相集成而设计的技术框架，包含一系列的规范和协议， s o a p 、 w s d l 、u d d i 是实现w 曲服务的三个最主要的协议。 ( o s o a p 协议：s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单w e bs o a p 对象访问协议) 是服务的标准通信协议。消息的格式是标准的并且基于x m l ， 所以s o a p 可以用于不同的计算机体系结构、不同的语言和不同的操作系统之 间进行通信。 ( 2 ) w s d l 协议：w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描 述语言) 用来定义w e b 服务并描述如何访问它们，也是一个基于x m l 的协 议。当用户获取w e b 服务的w s d l 文档之后，就能得知w e b 服务所处的位 置、它所包含的方法以及每个方法的参数和返回值的类型等信息，并使用这些 信息来执行方法调用。 ( 3 ) u d d i 规范：u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e ra n di n t e g r a t i o n ， 通用描述、发现和集成) 定义了一个发布和发现有关w e b 服务信息的标准方 法，也是一个基于x m l 的规范。 1 2 山东大学硕士学位论文 2 4 本章小结 本章简要介绍了本体理论、基于案例的推理、w e bs e r v i c e 等技术以及这些 技术在业务流程管理领域中的应用。 1 3 山东大学硕士学位论文 第三章个性化业务流程模型 业务流程建模是对流程进行形式化描述，它是组织存储、获取应用的前提， 是业务流程管理的一项基础技术，也是最重要的一环，在业务流程管理的整个生 命周期中发挥着重要作用。本文提出的个性化业务流程模型由两部分组成，一部 分是流程本体，另一部分是w e bs e r v i c e 本体。其中流程本体模型负责实现流程管 理，而w e bs e r v i c e 本体负责实现具体的业务逻辑。流程本体模型通过行为和场景 绑定到具体的w e bs e r v i c e 上。w e bs e r v i c e 本体本文直接采用o w l s 描述。在流程本 体中，流程由场景组成。场景由行为组成，行为由事件触发。个性化业务流程模 型如图2 所示。 甄鞋事仁 l ，_ 。_ o n 一一 i 穴：- 胁 ，、，、 酬册奠竺罢掣茹蛳蜮k一 9 乏乒电 引 小一 i。取俑“