基于实例的变型业务流程设计的研究

    0 引言
    个性化需求的消费趋势要求制造业必须采用产品多样化战略。在实际生产中，变型产品所对应的变型业务流程则顺应了产品“小批量、多品种”的生产、经营策略，对于企业的生产、经营具有很好的应用价值。当增加产品品种时，企业相关业务流程的协调、控制等工作都变得更加重复和复杂，具体表现为产品生产的业务流程局部活动的依赖关系以及某些原子生产活动的变更.与单一产品的业务流程相比较，变型产品的业务流程相对规范、刻板，其基本思想是以己存在的大量业务局部流程实例为基础，通过改进己有的局部流程实例来适应新的业务流程需求;同时，变型业务流程设计又是一项知识密集型的智能活动，它要求有丰富的设计相关知识，并且贯穿于整个业务流程设计过程的始终，尤其是应用需求到如何进行设计参数的选择问题。因此，以业务流程重组为目标的企业变型业务流程是未来企业提高核心竞争力，谋求生存发展的必由之路。
    业务流程重组引起了人们的极大重视，可是很少有研究关于如何管理工作流模型，包括模型存储、模型检索、模型重用以及组装M。给出了一个工作流模型管理的CRB框架，采用来自过程模型库中的工作流实例支持工作流建模和设计以及使用和领域无关的AI规划方法进行工作流实例的组装。但是，由于应用需求分析和业务流程设计处于不同的阶段，而实例检索所输入的为对应于应用需求的设计参数(要求)。为此，所输入的实例检索参数(要求)应该和应用需求尽可能平滑，没有“语义断层”。所给出的实例表达为基于过程图形元模型的过程描述以及基于谓词逻辑的情景演算的声明性描述，其表达实例在消除“语义断层”方面存在不足，从而系统使用不甚方便;另一方面没有提供原子任务级的活动实例，不利于业务流程的组装。
    着眼于把变型产品所对应的业务流程看作是抽象变型产品，本文以应用于软件需求分析中的场景概念和刻面概念分别作为描述实例的手段，以消除应用需求和业务流程设计间的“语义断层”;提出基于树匹配的实例检索算法，以提高实例检索的查准率和查全率，从而提高了系统可用性和使用效率。
    1 CBR简单介绍
    人工智能技术中的基于实例的推理(CBR)是一种相似推理模式，即在求解当前问题时，利用过去经验、方法来解决类似的问题(从实例库中搜索同类问题的解决方法来获得当前问题的解)，它使用的主要知识是实例，而不是规则。基于实例推理技术在许多领域(如产品概念设计、医学诊断、法律诉讼、天气预报和海洋渔业等)得到了广泛应用。尤其对于设计内容较多且设计内容间的关联性很大的情况，基于示例推理是适用的，因为检索和修改的计算成本比探索一个新的解决方案的成本要低得多.如果把产品的业务流程看作是一种抽象产品，那么基于实例的推理技术可以应用于变型业务流程的设计。
    CBR解决问题的关键可分为4步:实例检索提取、实例复用、实例的修改和实例的保存。其中，核心问题是实例的表达，以及检索和相似度的判别等.基于实例推理是首先根据用户对产品的需求所形成的业务流程要求，基于实例模型，把实例特征和业务流程设计要求进行相似匹配，从实例库中提取相似的实例，基于业务流程设计和制造知识对相似实例进行评价与决策，提供修改业务流程设计意见，从而获得优化解，优化解作为新的实例存储到实例库中，供以后业务流程设计使用。
    2 活动及业务流程的实例表示
    2.1 业务流程分析及场景
    一般认为，系统的业务流程是由若干个场景构成的。若干个简单场景可以构成一个复杂场景.所谓场景是为了完成特定任务而按照时间顺序排列的一系列对象间交互:是对象交互的特定时序:是完成信息系统的某个需求.业务流程的变型涉及业务流程的局部活动依赖关系(工作流模式)以及完成原子任务活动的变更，它们都对应于应用需求的部分变化，换句话说，就是部分场景的变化或者场景的局部变化。
    如何表达实例对基于实例推理设计业务流程模型非常重要。从实例库中检索实例需要依据业务流程需求输入所要检索实例的相关参数。我们借助应用于需求分析阶段的场景和和构件描述的刻面概念来分别表示业务流程中的复合任务以及原子任务活动对象的实例，这样可以平滑应用需求和设计阶段的“语义断层”。
    场景可以定义为一个五元组:(N,AC TOR,PRE,EVENT,POS力其中，N为场景的名称.ACTOR为参加该场景执行者的Actor的集合，表示为ACTOR=( Actoro,Actor,,""" ) , PRE为场景的前置条件，EVENT为场景的事件流，POST为场景后置条件。
    可以对场景进行分解获得子场景，即复合任务进行分解。对此，一个执行者可以是构成该场景的另一个子系统。
    2.2 原子任务活动
    原子活动定义为一个七元组:(NAGT,PARA,RES,PRE,INIT,POS乃，其中，N为活动的名称。AGT为参加该活动的Agent的集合，表示为AGT= (Agento,Agent,,""" ) ， 其中Agents是该活动的发起人，集合中可能只有一个Agent成员。Agent,为一个三元组:<T,Msg(a,T),LC(a,T)>其中T为Agent的类型。Msg(a,T)表示在活动中与Agent类型T有关的消息谓词集合，这些谓词描述类型T在活动中的角色.LC(a,力表示局部的行为约束规则的集合，定义了Msg(a,乃中消息的执行次序。PA RA为活动的输入和输出参数，可以包含Agent的类型和属性。RE‘为执行活动所需要的资源PRE,INIT.POST分别为活动的前置条件、初始化条件和后置条件。
    2.3 任务实例的树形结构
    启发于用刻面描述构件以及利用树匹配从构件库中检索构件，活动实例的每个元组可以对应于一个刻面。为此借用刻面分类方案描述活动实例，使用树匹配检索活动实例。将实例的刻面、子刻面分别映射为树中对应的父节点、子节点，对采用刻面分类方案描述的活动实例，可以将其对应的描述术语映射为对应的叶子节点。在刻面分类方案下描述的某个活动可以用刻面树来表示(其中根节点是一个虚拟节点):对于实例的查询也可相应地表示为一棵查询树，将查询中出现的刻面名、子刻面名转化为相应层次的父子节点，并将待查询的刻面术语值映射为叶节点。于是，活动的检索可以转化为查询树与库中每个活动的刻面描述树之间的匹配，两棵树之间的匹配本质上是两棵树的节点之间的一个映射。根据对该映射所施加的约束条件的不同，可以得到不同类型的匹配。2.4 业务流程模式实例
    业务流中活动的依赖关系可以利用工作流模式进行定义。在工作流模式中，某些结点任务是复合任务，需要对它们进一步分解，例如:图3中的任务Z分解为虚线框中的子模式。由于不同类型的结点具有不同的含义，需要对它们进行区别。对于虚线框中的工作流模式存在路径:"a\c\d\flg”和“a\c\d\h\g",
    3 变型业务流程设计的系统框架
    3.1 基于实例推理的设计模型
    在CBR的业务流程设计中，分为4个关键步骤:实例检索提取、实例复用、实例的修改和实例的保存。但是，首先要依据用户对产品的需求知识，形成业务流程相应的需求，再输入所需要检索的流程实例的相关参数(特征)。在如何选择相关参数过程中，需要大量的领域和专家知识.实际上，该过程对应着软件工程中的需求分析阶段和设计阶段，并且如果流程实例的表达不甚合理，则存在着两个阶段的“语义断层”。然后，在基于实例推理中，把实例特征和业务流程设计要求进行相似匹配，从实例库中提取相似的实例;再基于业务流程设计和制造知识对相似实例进行评价与决策，提供修改业务流程设计意
见，从而获得优化解，优化解作为新的实例存储到实例库中，供以后业务流程设计使用。
    3.2 树映射基本概念
    为理解活动的刻面树(以后简称活动树)，引入树映射概念，T表示一棵树，T=(VE ,root(乃),V表 示一有限结点集，root(乃表示树的根结点，E表示边集，它是Y上的一个二元关系，满足反自反、反对称、可传递性。如果(u,v)EE，则称u结点是v结点的父结点，记为u=parent(v)。如树中的每个结点对应一个标签，则称为标签树;如树中兄弟结点左右顺序没有任何意义，称此树为无序标签树。这样标签树的匹配问题可转化为相应结点的对应关系。
    3.3 树路径包含匹配如
    Q是一棵查询树，T是实例库中某实例的刻面描述树，Qsub和Tsub分别是Q的结点集和T的结点。树的路径包含匹配具有一定的松弛能力，放宽了结点之间的对应关系。允许的定义域为查询树结点的子集以及刻面间信息的交错、信息的复合与分解，只要保证结点的祖先后代关系。这样可有效屏蔽具体实例刻面划分时人为的差异，从而有效地提高实例查询的适用性及查全率，为实例的适应修改奠定基础。
    3.4 实例查询算法实例
    查询算法包括两个步骤:①建立后缀排列实例库阶段:将实例库中所有实例对应的实例树按照从根结点到叶结点的路径顺序组成字符串，并按字典顺序将路径串组成后缀排列:②查询阶段:将后缀排列实例库中的路径字符串与查询树路径组成的字符串相比较，满足条件的字符串即是满足条件的构件，从而实现实例查询。
    业务流程的设计过程中，涉及3类不同的实例，即:场景实例、原子活动实例以及业务流程模式实例，都统一于字符串的查询匹配问题。当具体的查询树Q和每一棵实例树D进行比较时，前两种实例的查询和第三种实例的查询需要分别处理。
    4 结束语
    变型业务过程设计对提高组织产品的市场竞争力具有重要意义。针对变型业务流程的特点，提出了基于实例推理的变型业务过程设计框架，支持变型产品的业务过程。在框架中，以描述用例的场景和描述构件的刻面概念分别作为描述实例的手段，消除需求和设计间的“语义断层卜提出了新颖树路径包含匹配的检索实例技术，可以在保持实例查准率的前提下，有效提高实例的查全率，为实例适应修改奠定基础。