跨组织工作流建模及分析研究述评，本文主要内容关键词为：工作流论文,述评论文,分析研究论文,建模论文,组织论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
自从20世纪90年代初以来，工作流管理就被认为是监管和优化业务流程的最有效途径之一[1]，而工作流管理系统（WfMS）也在许多组织中成为解决内部流程复杂问题的统一工具[2,3]。同时，WfMS在计算机支持协同工作领域中也扮演了日益重要的作用，因而被称为支持协同工作的最成功的企业信息系统[4]。电子商务、虚拟企业等现象的出现大大降低了组织间的交易成本[5]，促使了大量的企业跨越组织的界限彼此合作以应对愈演愈烈的市场竞争，而Internet和通讯技术的高速发展也使得地理上分散的多企业间的合作成为可能。由此，跨组织边界的工作流逐渐增多，它为许多企业重组业务流程提供了新的契机[6]，带来众多积极的影响[7]。相对于单个企业的流程管理，跨组织工作流的管理复杂度大大增加，由于涉及多个企业工作流间的通信和协调过程，从而可能出现许多新的问题。例如，如何保证合作企业的自主性，避免核心竞争力的丧失等[8]。目前，市场供应的WfMS产品大都是基于单个组织流程的管理和集中式控制的结构，所以开发适合跨组织情境的WfMS产品将成为今后的主要发展趋势，而跨组织工作流模型的构建在企业信息系统领域已受到了广泛关注。
1 跨组织工作流
BASU等[9]认为，工作流领域的研究可分为3个层次：①第1层是组织内工作流，主要问题包括工作流的规范说明、建模、分析及控制。②第2层是组织间工作流，相关内容包括建立联接各工作流的分布式架构，以及协调它们之间的关系。这2个部分是跨组织工作流的重要组成部分，其中，组织间工作流的架构是建立在每个组织内工作流模型的基础上的。③第3层是关于电子商务情境中的工作流技术，暂不在本文讨论范围之列，有关研究参见文献[9,10]。
1.1 工作流概念
ZISMAN[11]首次提出了工作流的概念。目前，工作流管理联盟（WMC）[12]正式定义工作流为基于计算机的业务流程部分或者整体的自动化。基于事例是业务流程的最基本的属性[1]，工作流的主要目的便是执行组织中不同类型的事例。每个事例具有唯一的标识和相关的一些属性，以便管理；属于一个事例类型的事例，通常可以经过同一条处理途径。任务表示业务流程中最基本的一个逻辑单位，任务输入在资源执行任务之后产生任务输出。资源可以是一个人，一台机器或者负责执行任务的一个组织单位。为便于资源分配，各种资源被分成不同的角色，角色表示一类具有相同特点和功能的资源。一个角色可由多个资源扮演，同时一个资源也可扮演多个角色。数据是指在流程执行过程中涉及的流程信息。一个事例的路由所经过的路线决定了所需要执行的任务以及它们的执行顺序。WMC统一了4种基本的路由结构（见图1）：①顺序路由，即任务一个接一个地依直线顺序执行；②平行路由，即2个或者更多的任务被同时执行，不存在先后秩序，也不相互影响；③选择路由，即路由线路上需要在2个或者更多的任务中（基于决策的规则）作出选择；④循环路由，即某个特定的任务需要执行多次直到得到满足条件为止。
图1 4种基本路由结构及其相应的Petri网模型
注：其中And-Split和And-join即平行路由中的分支和合成，要求每条路线的任务均需执行；而Or-Split和Or-join即选择路由中的分支和合成，要求至少需要执行一条路线的任务。
1.2 组织间工作流
组织间工作流与组织内工作流的最大区别在于它的跨组织边界性。JIANG等[13]总结了组织间情境中工作流的几个特征：①自主性与合作性并存。每个独立的经济实体需要彼此合作从而实现共同的目标。②分散性与相关性并存。许多地域分散的企业流程被集成为相互关联的整体工作流。③静态性和动态性并存。组织内部的工作流程相对稳定，而整体的跨组织工作流必须保持灵活性和动态性以适应市场需求的迅速变化。基于交互模式的不同，SCHULZ等[7]把组织间工作流分为分布式工作流和外包式工作流（见图2）。前者是指每个合作方的工作流程中的所有任务都是在整体的工作流范围之内；后者则是指有某一个或者多个活动是在该工作流的范围之外执行的。
图2 组织间工作流的类型
VAN[6]总结了工作流程间的5种相互操作形式，即能力共享、链状执行、合同转包、事例转移和松散耦合，其中，能力共享最为简单，也是唯一采用集中式控制的形式，其他的相互操作形式均采用分散式控制，而松散耦合则是最为复杂，且具有很强的动态性，最适合跨组织情境下的流程实施。WMC则推出了流程间相互操作的相关标准，如Wf-XML，尽管在处理系统连接的技术细节方面起着一定的作用，但由于没有清晰地定义跨组织工作流的语义和架构[14]，因而在处理各组织间的协调关系等方面的基本问题时存在一定的局限性。
2 跨组织工作流建模方法
2.1 建模视角
根据侧重点的不同，工作流程模型可从不同的视角建立和反映业务流程中的内容。在已有研究中常用的建模视角如下[6,15]：①过程视角，即具体定义说明一个事例是如何通过预先定义的路径被执行的过程；②资源视角，即具体描述组织的结构及资源；③信息视角，即主要处理流程中涉及的信息实体及其相互关系；④任务视角，即描述了完成一个事例需要执行的相关任务；⑤应用视角，即具体说明执行活动时需要借助的工具和应用软件，部分研究只聚焦于其中一个视角。如SUN等[16]利用数据流矩阵和流程数据图表示工作流程中的数据流；而更多的研究在模型中涉及了多个视角。如BASU等[17]提出的基于元图的建模方法则通过构建不同角度的元图，在同一个模型中集成了信息、任务和资源3个视角。
总体上说，大多数的工作流模型集中于过程视角，现有WfMS产品的类型也反映了这种现状。KUMAR等[18]认为目前的WfMS产品过于聚焦于过程维度，而忽视了组织维度。CLARK等[19]指出在进行业务流程设计过程中，需要同时考虑技术和组织2个方面的因素。鉴于此，未来的研究发展趋势应表现在过程视角之外，同时考虑其他几个视角的建模，特别是资源视角。
2.2 组织间工作流建模方法
跨组织工作流是组织内工作流跨越组织边界的延伸。在目前全球范围内的200多种用于工作流管理的软件产品中，使用最多的是基于活动的工作流模型[20,21]，如包括Protos、Structware、ExSpect和COSA等。Petri网是这类模型中最为普及的工作流建模方法，其不仅提供直观易懂的图形表示（见图1），而且具备强大的理论基础以及大量的应用工具的支持[22]。石双元等[23]提出的基于消息顺序图（MSC）和Petri网的建模方法可应用于分布式情境（供应链）中的工作流中，其中，消息顺序图便是通过记录交换的流程信息及相关的事件，具体描述了各组织间工作流的交互关系。BASU等[17,24]提出一种基于元图的建模方法，它以图论为理论基础，利用特殊的图形结构描述工作流程中各任务间的关系。KELLER等[25]把数据库领域中事件驱动的思想也应用于工作流建模领域，提出事件驱动过程链的方法，把业务流程描述为一连串的事件。该方法由于在SAP R／3中的应用因而受到业界的广泛接受。另外一类WfMS产品（例如Inconcert）使用的是面向对象的工作流建模方法。这类方法的主要优点在于更接近现实，且模型建立后需要较少的更改[26]，其中，典型的方法便是统一建模语言UML。另外一些方法则侧重于采用业务规则控制流程中活动的安排和角色的映射，如LEE等[27]开发了基于知识的工作流管理系统（K-WfMS），该方法把工作流定义为一系列关于组织结构的业务规则和知识。WANG等[28]针对动态和复杂的流程管理提出了一种基于认知的方法，用于实施工作流中实时的路由和策略控制。上述各类方法的特点及缺陷的评价见表1。
随着组织间的合作日益频繁，基于集中式控制架构的WfMS产品在跨越组织边界的工作流管理过程中遇到许多问题[14]。由此，SUN等[30]引入工作流合并的概念，提出了系统性的方法将多个简单的工作流合并成一个复杂的工作流程。许多研究者试图寻求联接多个工作流，且同时能够协调它们的交互关系的模型架构，该领域的研究分2个方向展开：①交互模式，即多组织的工作流程彼此交互的方式；②路由方法，即工作流信息在多组织间采用一种标准的语言／方法路由。
在跨组织的合作中，每个组织为保护隐私、自主性和竞争力，不愿透露内部的业务流程，但成功的合作又需要组织间彼此了解对方的流程信息。在此种情况下，Vega项目为虚拟企业中的多组织开发了共同的交互平台，但其关于工作流的服务是基于“黑盒子”的方法，每个组织的工作流程并没有对外部的合作者公开[31]。WISE项目则利用各组织提供的流程接口，建立了虚拟工作流程的框架，但各方并没有直接通信，而是通过一个核心的工作流引擎集中协调交互过程[32]。而在KUECHLER等[33]提出的监视嵌套模型中，各合作方的所有流程信息对合作方是完全公开的。Crossflow项目开发的用于跨组织工作流交互的架构利用代理网关避免了每个组织的核心服务对外暴露，同时还引入了商业契约用于管理各组织的WfMS产品间的交互和合作[34]。WEIGAND等[35]使用了商业契约协调和控制各组织流程的交互关系，并通过合同规范语言XLBC正式表述了各个工作流的权利和义务。
CHIU[36]提出基于工作流视图的方法，工作流基于不同的粒度水平被浓缩为不同的工作流视图，可以选择性地隐藏组织内部工作流的细节，同时能够提供合作所需要的流程信息以支持与外部组织的交互关系。SCHULZ等[7]根据基于工作流视图的思想建立了适应跨组织工作流的分布式架构。LIU等[37,38]提出基于过程视图的模型，有效地解决了关于B2B工作流的管理问题。基于工作流视图的方法和基于过程视角模型的思想极其相似（见图3），都是借用了对象数据库中的视角的观点，其不同点在于后者明确了如何提取视图的方法。
图3 基于工作流视图的跨组织工作流架构
表2列出了近年来关于组织间工作流交互模式研究的进展。从表2可知，跨组织工作流的各组织有选择地暴露部分内部流程信息以便于合作，将会成为今后的发展趋势。但在已有的研究中，这些抽取的视图都是由组织内部生成和公开的，很少涉及外部组织的参与，此时所提供的流程信息可能不足以支持有效的合作。由此，为了提高跨组织工作流的合作效率，流程的抽取过程需要同时考虑各组织的需求。ESHUIS等[8]的工作是该方向的一个成果，尽管他们只是在定制化阶段为顾客隐藏和省略视图中噪音的流程信息。
LIU等[39]构建了一个支持工作流的跨组织供应链系统（WSCM）架构，分散的系统由相应的集成接口彼此联接，这些接口利用HTML语言在企业间传递由XML编码的流程信息。尽管HTML成为传递网页信息的标准，而XML编码也被视为组织间交换数据和语义信息的标准，但是目前仍缺乏一种传递流程信息的标准方法或语言。KUMAR等[3]提出路由信条的思想，路由信条是某个文件需要被送到的地址的序列，它通过可交换路由语言（XRL）描述，并且存储在DTD文件中，VAN等[40]弥补了KUMAR等的研究，提出了实施跨组织工作流的完整框架，并在XML语义的基础上设计了可交换路由语言，用于支持电子商务情境中各组织间工作流的路由过程。此外，VAN等还基于Petri网和XML编码，开发了原型工作流管理系统XRL／flower，可自动地把XRL文件转换为基于Petri网的结构。
3 工作流模型分析
一项设计错误的工作流可能导致大量的法律问题和管理问题[40]，而跨组织工作流中的错误所引发的问题由于分布式的控制更难解决和弥补，因此，在实施前对工作流模型的正确性和有效性验证显得尤为重要。关于工作流分析的研究可以分为定性分析和定量分析两大类。
（1）定性分析 即分析流程的逻辑正确性，是否存在异常。例如，死锁和活锁等。定性分析也被看作是结构性分析[9]，包括2个方面：①确认分析，即指对流程语义完整性的检测，以保证工作流按照预定的要求运行。VAN[41]利用基于整数规划的方法得到关于模型中的行为和观测到的行为匹配必须满足的几个前提条件，通过对这些条件的检测便可判断基于Petri网的工作流模型是否符合要求。②验证分析，即要求对工作流的建模语法的可靠性及冗余度进行检查。VAN等[29]主张工作流模型的可靠性与其相应的工作流网的可用性有关，并开发了基于Petri网的验证工具。
（2）定量分析 主要是关于流程的绩效分析，即计算流程绩效的相关指标。该领域主要采用的技术是计算机仿真，流程模型在计算机的辅助下模拟重复执行得出所需要的绩效指标参数。DESEL等[42]构建了库所／变迁模型，加入了时间和成本的概念，通过仿真可对与成本和时间相关的绩效指标作出评估。但REIJERS等[43]指出，计算机模拟的行为和实际行为不可避免地存在差距。另外一种定量分析的技术就是马尔可夫链，即利用马尔可夫决策过程建立基于Internet的工作流模型，经过多次的学习和迭代，可获得时间和成本方面的指标参数。此外，用排队论对时间指标进行计算也可用于工作流模型的效率分析。
4 研究趋势及意义
通过对跨组织工作流建模及分析方法的回顾与评价，可发现该领域研究的总体现状及存在的不足：①组织内工作流模型技术发展较为成熟，但每种方法各有其优点，并未形成标准的建模方法；②建模的视角大都聚焦于过程视角，忽视了资源视角等其他视角；③组织间工作流的建模集中于从技术上实现异质工作流的联接，但忽视了从管理上协调双方之间的关系；④工作流的分析更多体现在对其可靠性和正确性的检验，而对其有效性分析的研究相对较少。由此，尽管存在大量的研究成果，但该领域仍存在较大的空间亟待进一步的研究。本文分别从企业管理的角度来分析未来的研究机会，主要包括以下几个方面：
（1）定制化的流程抽取方法 在文献[36,37]中提到的基于视图的交互方法，其视图均是组织内部生成，没有考虑外部组织的需求，这不足以保证有效的合作。如何在交互的接口反映各组织的需求将是很有意义的研究课题。通过引入工作流的定制化策略，满足了各组织间关于流程信息的供需平衡，从而保证了整个虚拟组织的合作效率。
（2）推动各组织积极合作的激励机制 跨组织工作流要求各组织必须完成预定的任务，但为促进整体工作流更高的效率，各组织应积极主动参与业务流程的合作。各组织作为独立的经济实体，建立适当的激励和奖惩机制有助于个体组织的行为与整个团队的利益保持一致。
（3）影响WfMS产品采纳的主要原因 WfMS产品的使用将无法避免地对组织中的员工和组织文化产生较大的影响，包括正面的和负面的影响。关于这方面原因的研究对于提高WfMS产品在组织中的被接受程度具有显著的指导作用。
（4）WfMS产品作为知识共享和学习的平台 WfMS产品作为收集和发布知识信息的平台，被看成宝贵的流程知识存储库。如何利用WfMS产品促进各组织间有效的知识共享将成为信息管理和知识管理领域交叉的研究热点。
5 结语
在迅速发展的通信技术及激烈的市场竞争推动下，工作流的管理日益趋向跨越组织边界。跨组织工作流包括组织内工作流和组织间工作流2个部分，其中，组织内工作流建模发展较为成熟。组织间工作流的建模将是该领域今后研究的主要发展方向，它强调各组织工作流程间的联接，以及对它们交互关系的协调，当前的研究往往注重于联接技术的提出，而忽视了各组织协作关系的保持。在工作流分析方面，有定性分析和定量分析两大类，目前后者仍具有较大的研究空间。