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业务流程分析和优化: 超越再造
摘 要
有大量的业务流程建模技术可以捕捉和解决业务流程的不同方面。有限数量的这些过程模型允许进一步的定量分析，只有少数能够进行结构化过程改进。本文回顾并分类了业务流程建模的主要技术及其分析和优化能力。确定了三个主要组，并根据这些组对一些有代表性的业务流程建模技术进行了分类。对于相关文献中确定的业务流程的分析和优化方法，也给出了类似的分类。本文的主要贡献在于它确定了哪些类型的业务流程模型适合于分析和优化，并强调了这些方法的不足。本文提供了业务流程建模、分析和优化领域的最新进展——强调后两者在文献中没有得到足够的覆盖和支持。
关键词 业务流程、业务流程分析、业务流程建模、业务流程优化、业务流程再造。
第一章 绪论
业业流程在十多年来受到了广泛的关注。人们已经提出了许多方法，做出了许多承诺，但是再造革命所誓言的惊人结果从未完全实现，使得越来越多的人对整个概念犹豫不决。其中一个原因是，除了热情的描述性提议之外，还从未建立起一种结构化的、可重复的方法，这种方法通常可以应用于业务流程建模和改进。与文献中大量提出的业务流程建模技术和定性分析方法相比，业务流程优化的研究很少。虽然“改进”一词意味着将现有业务流程开发成更好版本的定性方法，但是“优化”，如后面一节中所讨论的，是使用预先指定的绩效(目标)定量度量对业务流程进行更自动化的改进。
本文通过引入一种新的业务流程模型分类方案并介绍当前分析和优化方法的趋势来讨论业务流程。论文结构如下。第二节介绍了最具代表性的业务流程建模方法，并根据他们的特点将他们分为三组。第三节确定了不同类型的业务流程分析技术，并以类似的方式对其进行分类。第四节论证了从业务流程改进转向结构化优化的必要性，并指出了文献中缺乏的优化方法。最后一节概述了所提出的所有分类，并重点介绍了业务流程建模、分析和优化技术的现状、研究差距的未来发展方向。
第二章 业务流程模型:一种新的分类
Havey[28]将业务流程简单定义为“针对解决业务问题的逐步规则”。自从20世纪90年代第一个业务流程定义出现在文献中以来，许多作者试图将业务流程集中在特定的方向上。然而，在这个领域的几乎所有引用中，都虔诚地引用了两个特定的业务流程定义。第一个来自Hammer和Champy[25]，他说“业务流程是一系列活动的集合，这些活动需要一种或多种输入，并创造出对客户有价值的输出”，第二个来自Davenport[14]，他声称“业务流程被定义为活动链，其最终目标是为特定客户或市场生产特定的输出”有些参考资料，如[46]、[47]、[67]，提供了各种业务流程定义的汇编。
业务流程建模在业务流程的感知和理解中起着重要作用。在大多数情况下，业务流程与建模所使用的技术一样具有表现力和交际性。因此，业务流程模型的元素和功能在描述和理解业务流程中起着重要的作用。有大量的业务流程建模技术，其方法可以捕获业务流程的不同方面，每一方面都有独特的优势和劣势。作者如Kettinger 等人 [34], Melao and Pidd [47], 和 Aguilar-Saven [2]提供了展示和分类不同业务流程建模技术的框架。Kettinger 等人[34]对25家国际咨询公司采用的业务流程再造方法(25)、技术(72)和工具(102)进行了深入的研究。研究表明，在再造过程的每个阶段，都有多种方法可供选择。Kettinger等人，[34]报告了过程捕获和建模技术的广泛使用。他们还提供了适当软件工具和每种工具支持的技术(例如，流程图、数据流图)的综合列表。然而，对流程建模本身并没有太多的重视，因为它仅仅被视为构成业务流程再造更广泛图景的一种技术。
另一方面，Melao 和 Pidd [47]，专门关注业务流程及其建模。他们采用四种不同的视角来理解业务流程的本质，然后为每个视角确定最常见的建模方法。第一种观点认为业务过程是确定性的机器，也就是说，是一系列固定的定义明确的活动，这些活动将输入转换为输出，以实现明确的目标。从这个角度来看，静态过程建模是足够的，使用了集成定义方法(IDEF0，IDEF3)和角色活动图(RADs)等技术。第二种观点认为业务流程是复杂的动态系统，是可互换组件的集合。第二个观点关注业务流程的复杂、动态和交互特征。作者建议用离散事件模拟(本文稍后讨论)作为一种合适的方法来模拟这种方法的动态行为。业务流程的第三个视角是强调业务流程信息反馈结构的交互反馈循环。为此，建议使用系统动力学模型。业务流程的最后一个视角是社会结构，更强调人的方面。是那些制定和实施商业流程的人，那些拥有不同价值观、期望和角色的人。业务流程的这一软方面可以用软的非结构化说明性模型来建模。然而，现实生活中的业务流程涉及所有四个视角的元素，因此，很明显，没有这样的建模技术能够包含构成业务流程的所有这些特征。
关于业务流程建模分类的另一个值得注意的评论来自Aguilar-Saven [2]。作者介绍了主要的流程建模技术，并基于两个维度对它们进行了分类:第一个维度涉及四种不同的使用目的，并基于它们是否是:1)描述性的学习；2)为过程开发/设计提供决策支持；3) 为流程执行启用决策支持，或4)允许信息技术（IT）制定支持。第二维区分主动和被动模型。主动模型被认为是允许用户与其交互的模型(动态模型)，而被动模型是不提供这种能力的模型。值得注意的是，Aguilar-Saven[2]提供了一个与本文中介绍的所有过程建模技术相关联的扩展和更新的软件工具列表。
如前所述，每个作者根据其对特定方向的关注提供了不同的建模框架。在本文中，作者提出了一种新的业务过程模型分类方案。该方案的目的是根据业务流程模型的结构特征及其分析和优化能力，对大多数业务流程模型进行分类。作者提出了三套对业务流程进行分类的建模技术，如图1所示。第一组(即图表模型)涉及使用可视图表绘制业务流程的业务流程模型。第二组(即数学模型)对应于所有元素都有数学或形式上的牵制的模型。最后，第三组(即业务流程语言)包含支持业务流程建模和大多数情况下流程执行的基于软件的语言。最具代表性的建模技术的分类使用图1中的文氏图进行了演示。本节后面将进一步讨论每个技术问题。表1给出了图1的分类，并引用了每种关键技术的参考文献。本节的剩余部分讨论了这些基于它们所属集合的过程建模技术的主要特征。
图1。业务流程建模技术的分类。
2.1 图解模型——简单且可交流
用于业务流程建模的第一批技术是最初为软件规范[13]，[35]开发的简单图形表示(即流程图)。这些简单的图表描绘了一个业务流程，但大多数时候没有使用标准符号[28]。这些技术对于快速和非正式的过程表示很有用，但是它们缺乏必要的语义来支持更复杂和标准化的结构。这导致了标准方法的发展，例如IDEF和统一建模语言(UML)用于过程建模和/或软件开发。业务流程建模受益于这些标准化的图表方法，因为它们简单易用。然而，他们也收到了来自不同作者的一系列批评。争论的中心点是，这些建模方法仅基于图形标注[85]，因此缺乏形式语义[70]。它们也缺乏定量信息，阻碍了分析方法和工具的进一步分析和发展，[80]；没有正式的基础来确保[70]车型的一致性。Phalp 和 Shepperd[52]注意到，任何试图使用这些模型的分析往往只包括检查。
表一 主要建模技术、相应的集合和选定的参考文献
尽管图表的视觉检查往往是高度主观的，但是这些图表仍然广泛用于业务处理环境中。以一种不需要技术专家的方式直观地描述业务流程流的无可比拟的优势对业务分析师非常有吸引力。甚至先进和更复杂的建模技术也受到这种观点的影响，并且它们除了支持形式语义和建模过程的可视化表示之外，还支持其他技术。一个典型的例子是Petri网，稍后讨论。
2.2 形式/数学模型——一致但复杂
形式语义学对业务流程建模的必要性导致了第二代形式化模型的出现。形式化模型是指对流程概念进行严格而精确的定义，以便用数学方法对其进行分析、提取知识并对其进行推理的模型。形式化模型的一个优点是在数学上验证，并且可以检查一致性和其他性质〔38〕。这些模型符合vander Aalst等人的[ 79 ]建议，业务流程模型“应该有一个正式的基础”，因为形式模型不会留下任何歧义的范围，增加分析的空间。缺乏支持流程设计的形式化方法[30]，因为业务流程元素和约束大多是定性的，很难用一种适合于分析方法的形式来描述它们[68]，这就解释了开发业务流程的“参数化”模型的困难，以及相关文献[30]中只发现了几个实际例子。
Petri网是业务流程建模技术的一个例子，它将使用标准符号的可视化表示与底层数学表示相结合。Petri网是一种图形语言，适用于对具有并发性的系统建模[73]。Petri网的图是由两种节点组成的有向二部图，称为位置图和转移图。Petri网已经被不同的研究人员修改和扩展，以允许更强大的建模能力。它们的一些变体包括定时Petri网、随机Petri网、有色Petri网和分层Petri网[36]。
谈到只使用数学模型的方法，还没有一个被广泛接受的模型。这导致不同的作者提出了他们各自的数学业务流程建模方法。Hofacker和Vetschera[30]提出了一种有数学基础的方法。它们使用一系列数学约束(定义业务流程的可行性边界)和一组目标函数(由业务流程设计的各种目标组成)来描述业务流程。尽管这种方法不能对复杂的建模结构建模，也不强调图形表示，但它适合于进一步的定量分析和改进，因为它是基于数学模型的。鲍威尔等人[提出了类似的方法[54]。他们描述了一个数学模型，它包含了通用业务流程的主要成分。Valiris和Glykas[70]也提出使用数学符号作为引入商业规则和验证图解模型逻辑一致性的一种方式。
尽管它们优于简单的图解方法，但也有对正式/数学业务流程模型的批评。与流程图足够的传统技术相比，构建正式的业务流程模型可能会更加复杂和要求更高，[30]。这些作者还表明，使用数学模型来表示现实生活中的过程可能很复杂，有时是不可能的，因为这些过程包括复杂的特征，例如决策点、反馈回路以及并行或分层流。Koubarakis和Plexousakis [38]指出，使用复杂的数学符号可能会让业务分析师泄气，因为“创建、维护正式的业务流程并保持其一致性需要做大量的工作。”然而，由于图表可能导致过程的模糊性，形式模型确保过程被准确描述，并且分析工具可以用于提取关于过程的定量信息。这是正式业务流程建模技术的主要优势。
2.3 业务流程语言—新的和可执行的
第三代——也是最近一代——业务流程建模技术是为了解决形式模型的复杂性，但保留它们的一致性和进一步分析的潜力。因为第一代业务流程建模技术受到软件开发中使用的技术的强烈影响，所以这一代也是如此。也许正是业务过程模型的动态、复杂和快速发展的本质使它们类似于软件开发技术。这里展示的第三组将业务流程建模向前推进了一步，因为它使用流程语言(通常基于XML)来建模和执行业务流程。这就是业务流程语言的演变过程。这些特定于上下文的可执行语言是业务流程建模的最新趋势，这一趋势已经产生了许多不同的语义包，其中用于网络服务的业务流程执行语言(BPEL4 WS，也称为BPEL)和业务流程建模语言(BPML)是最独特的。van der Aalst等人，[79]指出，具有清晰语义的过程语言是有用的，因为它们可以表达业务过程模型，并有助于分析它们的结构属性。
Havey[28]声称BPEL是最受欢迎的，因为它得到了IBM、微软和东亚银行的支持。BPEL不是一种符号语言，但它也是基于XML的，因此，它继承了诸如可编程性、可执行性和可导出性等XML属性。BPML是业务流程建模倡议的产物。它也是一种基于XML的语言，以可执行的形式对业务流程的流程进行编码。伴随BPML的是业务流程模型符号(BPMN)，这是一种能够以直观的视觉形式表示业务流程的图形流程语言，[28]。每个BPML进程都有一个名称、一组活动和一个处理程序；它还支持子流程。另一种工作流语言(YAWL)是另一种——顾名思义——由van der Aalst和ter Hofstede[78]创建的图形过程语言。YAWL是一种基于Petri网的语言，其主要目标是支持各种业务流程模式。它因表现力和系统集成能力不足而受到批评，[28]。JBoss业务流程管理(jBPM)执行语言名为jPDL [37]也是一种新的业务流程建模和执行方法。这种新方法促进了从业务分析者的声明性输入到实现业务流程所需的编程逻辑的自然过渡，从而简化了业务流程开发，甚至使非程序员也可以使用可视化工具开发业务流程。jBPM引擎基于开源软件，为能够访问各种辅助软件工具的开发人员提供基础设施，通过这些工具，他们可以在图形环
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