支持復(fù)雜事件處理的業(yè)務(wù)流程建模研究

王 健，董廣智，柳軍飛

（北京師范大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100875）

0 引 言

為了快速應(yīng)對市場變化的需求，越來越多的企業(yè)已經(jīng)認識到業(yè)務(wù)流程的重要性。業(yè)務(wù)流程管理（business process management，BPM）是一種以規(guī)范化構(gòu)建端到端的卓越的業(yè)務(wù)流程為中心，以持續(xù)提高組織業(yè)務(wù)績效為目的的系統(tǒng)化方法［1］。BPM通過業(yè)務(wù)流程建模來提取企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，并對業(yè)務(wù)之間的聯(lián)系，以及業(yè)務(wù)與人的聯(lián)系進行描述，由流程引擎來對所建立的流程模型進行解析、執(zhí)行，采取自動或半自動的方式完成整個業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)流程建模實現(xiàn)了對企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的抽象描述，是實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程管理的基礎(chǔ)。近年來，針對不同的業(yè)務(wù)層次很多流程定義語言被提出 來， 例 如 BPMN（business process modeling notation）［2－3］，UML 2.0Activity Diagrams［4－5］，BPEL（business process execution language）［6－7］。這些語言中都包含對事件的定義，并通過事件來觸發(fā)流程的初始化或推進流程實例［8］。事件在流程中是一個寬泛的概念，活動的開始、活動的結(jié)束、文檔狀態(tài)的變化、消息的到達等都可以是事件。然而這些建模語言中對于事件的劃分都是根據(jù)不同的類型，例如BPMN2.0中的事件種類就分為消息、計時器、信號、錯誤等。這樣劃分的不足有：

（1）按類型的劃分使得事件的種類過于繁多，建立的流程模型也會過于復(fù)雜；

（2）這些簡單事件不足以描述完整的業(yè)務(wù)流程，很多復(fù)雜事件沒有被描述［9］。

所以本文提出了一種基于復(fù)雜事件處理的業(yè)務(wù)流程建模語言（CE－BPM），將事件按不同的來源分為3層，不僅減少了事件的種類，簡化了業(yè)務(wù)流程模型，而且支持復(fù)雜事件處理，更加完整的描述了業(yè)務(wù)流程。本文第2節(jié)介紹了BPMN的基本元素和復(fù)雜事件處理（CEP）的基本原理。在第3節(jié)中，提出了事件分層模型，將業(yè)務(wù)流程中的事件分為0、1、2這3層，并給出了CE－BPM的形式化描述和圖形化表示。第四節(jié)通過一個購物網(wǎng)站的流程實例，提出了用BPMN2.0建模時可能遇到的問題，并通過CE－BPM方法，方便的解決了實例中提到的問題。最后，對支持復(fù)雜事件處理的業(yè)務(wù)流程建模進行了總結(jié)，并提出了下一步的工作方向。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 BPMN

在眾多現(xiàn)有的流程建模語言中，BPMN 2.0由于既融合了UML的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想、圖像化設(shè)計思想以及Petri網(wǎng)思想，又可以方便的映射到業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（BPEL），已經(jīng)成為業(yè)務(wù)流程建模的一個標準［10］。BPMN 2.0中有5個基本的元素類別，包括：流對象（flow objects），數(shù)據(jù)（data），連接對象（connecting objects），泳道（swim lanes），人工制品（artifacts）。

（1）流對象是業(yè)務(wù)流程模型中主要的圖形元素，用于定義業(yè)務(wù)流程的行為。包括3種元素：事件、活動、網(wǎng)關(guān)。

（2）數(shù)據(jù)包括5種元素：數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)存儲、屬性。

（3）連接對象將流對象連接起來形成一個業(yè)務(wù)流程的基本結(jié)構(gòu)，包括4種元素：順序流、消息流、關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

（4）泳道將活動劃分到不同的可視化類別中來描述不同的參與者的責(zé)任與職責(zé)，包括兩種元素：池、道。

（5）人工制品用于添加流程備注，便于流程閱讀者理解，預(yù)定義了兩種人工信息：組、注釋。

1.2 復(fù)雜事件處理

事件是一個很廣泛的概念，通常意義上指有值得注意的事發(fā)生了［11］。比如一次金融交易的完成，一個重要時刻的到來等等。事件可以觸發(fā)活動的執(zhí)行，它可以在某個既定狀態(tài)下發(fā)生，可以在活動執(zhí)行過程中產(chǎn)生，也可以是因為某些條件被滿足時產(chǎn)生。在業(yè)務(wù)流程領(lǐng)域內(nèi)，事件被定義為 “狀態(tài)的一次有意義的改變”，比如一個文件的提交，一個故障或錯誤的產(chǎn)生等。

復(fù)雜事件處理（complex event processing）技術(shù)是20世紀90年代由斯坦福大學(xué)的David Luckham提出的，使用模式比對、事件的相互關(guān)系、事件間的聚合關(guān)系，從事件云（event cloud）中找出有意義的事件［12］，如圖1所示。

復(fù)雜事件處理技術(shù)模擬的是人從現(xiàn)實世界中獲取信息進行判斷推理的思維過程。這些信息包括事物實體的狀態(tài)信息，實體之間的作用和動作信息，這里統(tǒng)稱為事件。這些事件組成事件云，我們從事件云中提取事件，并對這些事件過濾，只保留有意義的事件，同時轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的事件格式，然后通過事件模式匹配將事件與規(guī)則庫中的事件模式進行匹配［13］，分析事件間的成員關(guān)系、時間關(guān)系、因果關(guān)系以及包含關(guān)系等，抽象低層次的事件到高層次的事件，組合局部的事件成整體的事件，然后對這些事件進行匹配，判斷以及推理，用來實現(xiàn)判斷，查找原因，決策和預(yù)測的功能。

圖1 復(fù)雜事件處理

2 支持復(fù)雜事件處理的流程建?！狢E－BPM

2.1 事件分層原理

在BPMN中，對于事件的描述都是按照不同的類型進行分類的，通常一個流程中就包含多種不同的事件［14］，這些事件可以是內(nèi)部事件，也可以是外部事件，比如：消息事件、計時器事件、錯誤事件、取消事件等。在現(xiàn)實業(yè)務(wù)流程中，一個消息事件可能是基本事件，也可能是由幾個基本事件得到的復(fù)雜事件，也可能是由基本事件和復(fù)雜事件共同得到的復(fù)雜事件。所以，采用事件分層的方法來表達業(yè)務(wù)流程中的事件更加符合實際要求。下面給出事件分層的依據(jù)，如圖2所示。

圖2 事件分層模型

（1）從業(yè)務(wù)流程中能直接得到的原子事件為0層事件；

（2）通過對0層事件云進行過濾、模式匹配得到的復(fù)雜事件為1層事件；

（3）通過對0層和1層復(fù)合事件云，或者1層事件云進行過濾、模式匹配得到的復(fù)雜事件為2層事件。

2.2 CE－BPM的形式化描述

根據(jù)對BPMN 2.0的描述，可以把BPMN2.0的流程模型表示為一個五元組。

定 義 1 BPMN＝（Flows，Connectors，Datas，Swimlanes，Artifacts），其中：

（1）Flows是流對象集合，F(xiàn)lows＝（Activities，Gateways，Events），其中 Activities表示活動的集合，Gate－ways表示網(wǎng)關(guān)的集合，Events表示事件的集合；

（2）Connectors是連接對象集合；

（3）Datas是數(shù)據(jù)集合；

（4）Swimlanes是泳道集合；

（5）Artifacts是人工制品集合。

定義2 e表示業(yè)務(wù)流程中的事件，是一個五元組，e＝（type，source，flag，time，attribute），5個基本事件變量分別表示事件類型、事件源、事件標識符、事件時間戳和事件屬性，其中attribute是事件的屬性集合，集合元素是屬性名到屬性值的映射。

BPMN中的事件集合只是對簡單事件的描述，即只包括0層事件，沒有對復(fù)雜事件進行描述，表達的流程模型不夠豐富，所以在CE－BPM中加入復(fù)雜事件的元素，用一個六元組來表示業(yè)務(wù)流程。

定義 3 CE－BPM＝（CFlows，Connectors，Datas，Swimlanes， Artifacts， Rules ）， Connectors、 Datas、Swimlanes、Artifacts與定義1中相同，其中：

（1）Rules是事件規(guī)則集；

（2）CFlows是支持復(fù)雜事件的流對象，CFlows＝（Activities，CGateways，CEvents），其中 CEvents是包含復(fù)雜事件的事件集，CGateways是包含復(fù)雜事件處理網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)關(guān)集。業(yè)務(wù)流程中包含很多復(fù)雜事件，這些復(fù)雜事件都是由若干底層事件的發(fā)生而引起的，底層事件在何種情況下產(chǎn)生復(fù)雜事件是由事件規(guī)則定義的。

定義4 Rules是一個事件規(guī)則集，Rules＝｛r｜IF r（e01，e02，…，e0m）THEN e，e，e01，e02，…，e0m∈CEvents｝，其中，r（e01，e02，…，e0m）是事件表達式，由內(nèi)外兩層組成：

（1）內(nèi)層是屬性運算，由關(guān)鍵字where引出，通常用于對事件的約束，例如e（where attr＝v）表示事件e的屬性attr的值為v，其中v是常量。e（where attr＞e1.attr）表示事件e的屬性attr的值大于事件e1的屬性attr。

（2）外層是事件運算，事件間的基本操作符如表1所示［15］。

表1 事件運算符

定義5 CEvents是一個事件集，CEvents＝Events0∪Events1∪Events2。其中Events0＝｛e01，e02，e03，……，e0m｝，表示0層事件；Events1＝｛e11，e12，e13，……，e1n｝，表示1層事件；Events2＝｛e21，e22，e23，……，e2k｝，表示2層事件。3層事件的關(guān)系如下：

（1）Events0是從業(yè)務(wù)流程中直接得到的原子事件集；

（2）Events1＝｛e｜IFr（e01，e02，…，e0m）THEN e，e01，e02，…，e0m∈Events0，r∈Rules，m＞0｝

（3）Events2＝｛e｜IFr（e01，e02，…，e0m，e11，e12，…，e1n）THEN e，e01，e02，…，e0m∈Events0，e11，e12，…，e1n∈Events1，r∈Rules，m≥0，n＞0｝。

定義6 用CGateways來表示包含復(fù)雜事件處理的網(wǎng)關(guān)集，CGateways＝Gateways∪GC，其中GC表示復(fù)雜事件處理網(wǎng)關(guān)的集合。GC通過調(diào)用CEP引擎來判斷相應(yīng)的事件規(guī)則是否被滿足，根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的事件。

2.3 CE－BPM的圖形化表示

在BPMN2.0的基礎(chǔ)上，引入了復(fù)雜事件和復(fù)雜事件處理網(wǎng)關(guān)兩種新的符號，如表2所示。

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3 模型實例分析

一個網(wǎng)上購物網(wǎng)站提供免費的退換貨服務(wù)，用BPMN2.0來描述其業(yè)務(wù)流程模型如圖3所示。顧客A首先在購物網(wǎng)站挑選喜歡的商品，然后下訂單，網(wǎng)站接到顧客的訂單后，首先查詢該商品的庫存量，如果庫存不足，觸發(fā)補貨流程，并通知顧客無貨，顧客結(jié)束購物；如果庫存充足，通知顧客后，顧客付款，網(wǎng)站收到付款后，進行發(fā)貨，顧客收到商品后，如果對該商品滿意，則通知網(wǎng)站，雙方交易結(jié)束；如果對商品不滿意，則申請退貨，網(wǎng)站收到退貨后，為顧客退款，雙方交易結(jié)束。

圖3 BPMN2.0購物網(wǎng)站業(yè)務(wù)流程模型

考慮這樣一種情況，如果顧客A購買了一件商品T后，網(wǎng)站的庫存量還剩s件，但是A收到商品后，對商品不滿意，申請退貨，而同時顧客B也欲購買商品T，購買數(shù)量為s＋1，這種情況，如果按照上面的流程，網(wǎng)站就會由于缺貨而失去顧客B。這是任何商家都不愿意看到的，為了挽回更多的顧客，可以有兩種解決方法：

（1）隨時監(jiān)測退貨情況（m），庫存情況（s），以及顧客訂單數(shù)目（n），如果m＋s≥n，則通知顧客有貨，交易繼續(xù)進行；

（2）隨時監(jiān)測庫存情況（s）以及商品的日瀏覽量（r），如果r≥σ＊s，則發(fā)送缺貨通知，進行補貨。

在這兩種方法中，都是通過對一些基本事件的分析，我們進一步得到了新的復(fù)雜事件。在（1）中得到的有貨通知和基本事件的有貨通知是不同的，得到的復(fù)雜事件有貨是指未來有貨，是一種對未來的推測；同樣，（2）中的缺貨通知是指未來缺貨，也是一種推測。

下面用CE－BPM來描述，如圖4所示，其中 “有貨”是一個2層事件， “未來缺貨”是一個1層事件?！坝胸洝庇胑2表示，“未來有貨”和 “未來缺貨”分別用e11和e12表示，“當前有貨”、“當前缺貨”、“下訂單”、“退貨”、“查看庫存”、 “查看商品日瀏覽量”分別用e01、e02、e03、e04、e05、e06表示，其中e03、e04、e05、e06都包含屬性ItemId和Amount，分別表示商品編號和數(shù)量。

根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求，定義規(guī)則集Rules＝｛r1，r2，r3｝，具體規(guī)則定義如下：

（1）IF r1（e11，e01）＝e11or e01THENe2，當 “當前有貨”發(fā)生或 “未來有貨”發(fā)生時，產(chǎn)生復(fù)雜事件 “有貨”；

（2）IF r2（e03，e04，e05）＝e05and e03（where（e－05.Amount＜e03.Amount））and within（1min，e04（where（e04.ItemID＝e03.ItemIdand e04.Amount＋e05.Amount≥e03.Amount）））THENe11，對同一件商品，如果顧客下訂單時庫存量小于訂單量，在一分鐘之內(nèi)有顧客退貨，同時庫存量與退貨量之和大于等于訂單量，則產(chǎn)生復(fù)雜事件“未來有貨”；

（3）IF r3（e05，e06）＝e06and e05（where（e－06.ItemID＝e05.ItemID）and（e06.Amount≥ σ ＊ e－05.Amount））THENe12，業(yè)務(wù)流程每天查詢一次商品日瀏覽量，對同一件商品，如果日瀏覽量大于等于σ倍的庫存量，則產(chǎn)生復(fù)雜事件 “未來缺貨”，其中σ根據(jù)實際情況設(shè)定。復(fù)雜事件處理網(wǎng)關(guān)通過CEP引擎來實現(xiàn)，該引擎收集流程中的所有事件，與預(yù)定義的事件規(guī)則進行匹配，得到相應(yīng)的復(fù)雜事件。與BPMN2.0購物網(wǎng)站業(yè)務(wù)流程模型相比，CE－BPM模型表達的事件更加豐富，能預(yù)知業(yè)務(wù)流程可能發(fā)生的機會和風(fēng)險，符合實際的業(yè)務(wù)需求，同時根據(jù)層次劃分的事件使流程模型更加清晰。

圖4 CE－BPM購物網(wǎng)站業(yè)務(wù)流程模型

4 結(jié)束語

復(fù)雜事件處理通過抽象低層次的事件到高層次的事件，組合局部的事件成整體的事件，然后對這些事件進行匹配，判斷以及推理，通常用來實現(xiàn)判斷，查找原因，決策和預(yù)測的功能。在業(yè)務(wù)流程管理中，復(fù)雜事件處理能幫助企業(yè)更好的實時處理業(yè)務(wù)，并預(yù)測將會出現(xiàn)的機會和風(fēng)險。支持復(fù)雜事件處理的業(yè)務(wù)流程建模方法，通過對流程中事件的分層表示，完整的表達了現(xiàn)實中的業(yè)務(wù)流程，使得業(yè)務(wù)流程能更好的處理實時業(yè)務(wù)，并能預(yù)測即將出現(xiàn)的機會和風(fēng)險。然而現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程引擎并沒有很好的支持復(fù)雜事件處理，所以下一步的工作將是對基于復(fù)雜事件處理的業(yè)務(wù)流程引擎的研究。

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