面向角色的工作流模型研究

摘要：目前的工作流建模工具大多是面向活动、面向产品、面向目标或面向决策的，没有强调工作流是多个角色主体协作的过程，工作流的绩效最终依赖员工及其角色的作用。从角色及其合作的角度，分析了面向角色的工作流模型及其表示方法，为工作流的管理提供新的思路。

面向角色的工作流模型研究：1. 引言

流程建模是流程管理的基础，目前已出现了许多建模分析工具，但大多数的流程模型局限于用活动及其逻辑关系描述，对组织人员及其角色缺乏重视。流程的绩效最终依赖于员工和角色的作用，而不是产品和流程。

传统的流程模型多是基于活动、面向产品、面向目标或面向决策的，即分别从流程的主体行为、行为结果、目的等角度描述。信息时代的流程是面向客户的，流程的参与者之间存在着任务分担、结果共享的相对客户关系。企业是通过流程提供对顾客有价值的产品和服务，顾客对产品和服务的满意度是衡量一个流程绩效较重要的指标。从建模的对象来看，企业流程模型应集中在员工或组织单元的交互行为上。面向角色的方法，详细说明并分析参与流程各角色的作用，强调执行流程的参与者角色及其关系，表达了多个角色协同合作的过程。

本文从角色的观点来研究工作流，分析了面向角色的工作流模型及其表示方法，为工作流的管理提供新的思路。其次，在分析角色、agent和流程关系的基础上，给出了一种面向角色的多agent工作流管理系统模型和原型。

面向角色的工作流模型研究：2. 角色基础

角色被理解为接受信息、加工信息和发送信息的抽象对象。角色概念曾用于管理信息系统的自动生成工具的研究，其中角色指管理信息系统的基本单元。角色理论认为，角色是责任和权利的统一体。其中责任规定了角色的行为规范和约束[4]。也就是说，角色是某一类对象结构、性质、行为、职能等方面所共有的特征集合。它具有目标、能力、责任(obligation)、许可、约束和协议等对象多方面本质特征的综合反映，能够作为事物分类的合理标准。流程的活动是由各种参与者完成的。就参与者和角色的关系而言，角色的概念是根据参与者的技能、能力等要素，把参与者分组抽象而来的。一个参与者可能担任多种角色。

在流程中，角色是一个主动的、相对独立的抽象单元，具有一定目标、能按顺序完成一系列操作。角色有活动、资源和状态等元素，其中活动是担任此角色的参与者执行的任务，资源是角色活动需要的设备、原材料和信息等。角色之间通过信息联系，信息构成了事件的前提条件，活动由事件触发，并改变角色的状态。在不同的时刻，角色可处于不同的状态。角色的性质可用状态关系、角色扮演关系和活动关系等概念表示。

定义1：角色扮演关系

，Role表示角色集合，Performer表示参与者集合。某个参与者的角色扮演集，角色扮演关系描述了参与者在组成流程的活动中担任角色的情况。

定义2：状态关系

，式中Information表示输入信息集合，Resource表示资源集合，State表示状态集合，Time表示时刻集合，映射：
状态关系反映了角色使用信息和资源而在不同时刻处于不同状态。

定义3：活动关系

，式中Event表示事件集合，Activity表示活动集合，映射 。活动关系表示角色的活动由一定的事件激发。

定义4: 面向角色的流程定义为二元组：

，其中Role表示角色空间集，Relation 表示角色间的协作关系。

从活动的角度讲，流程由活动及其逻辑关系组成。这种观点重在对活动关系的限定而不是参与者之间的承诺（commitment）。而从满足顾客的要求分析，流程的基本组成元素是角色（单员工角色和复合角色）及其协调关系，每一角色有输入与输出参数集。复杂的流程是由各种各样的角色智能体组成，它们具有不同的职能、能力和任务，相互协作完成流程的目标。活动及其关系只是角色及其合作的外在表现。流程本质上是角色的集合，即参与者集合及其交互。图1是角色的示意图。

角色也是个层次概念，其粒度是和其目标分解的粒度对应的。根据流程跨越组织的范围，小到一个员工、工作小组，大到供应链中的企业，都担负一定的角色。如图2，从角色的观点来说，角色的确定依赖企业目标的分解，高层角色负责高层目标。目标的分解可采用情景分析（scenarios analysis）、自下而上、自上而下或者两者的结合等。宏观上看，企业作为一个系统，为其所在供应链上的客户提供产品和服务或作为客户接受其它服务者的服务。它可以视为高抽象层次的角色。另一方面，企业的目标由多个核心流程完成。

从企业内部来看，每个流程可以由跨职能的工作小组完成。流程之间往往存在前驱后继关系，如某公司的采购工作流，包括从制定物料采购计划开始到物料入库及付款为止的所有活动，涉及三个子流程：制定采购计划流程→签定采购合同流程→采购合同控制流程。它们由不同的角色完成，存在客户和服务关系。同样，每个流程也包含不同的角色。在实施BPR的企业中，流程的任务分配给工作小组完成。此时的角色以团队及其成员的形式出现，它们之间存在协作关系。从上可见角色的客户—服务者关系是相对的，通过流程客户—服务者链的各个环节，实现企业目标和价值。

面向角色的工作流模型研究：3. 面向角色的工作流模型

工作流是流程的自动化，流程的建模方式对工作流的管理有很大的影响。

3.1 基于活动的工作流模型的不足

以往大多数流程模型都是按活动建模，即将流程视为完成某一目标而进行的一系列逻辑相关的活动的有序集合。这种基于活动的描述方法在实际应用中还难以应付流程的动态性，主要存在以下缺点：

（1） 把各参与者执行的活动交错分布在一个模型中，强调活动的关系却忽略了其主体角色的交互。这样模型不但复杂，而且缺乏对某个角色所执行的活动的整体描述。

（2） 在用多agent研究工作流模型时，往往把活动抽象为agent，活动之间的关系抽象为agent之间的交互[5]。这种做法不免牵强。由于活动是对角色动态特性的描述，流程的主体应该是具有能力、目标、责任等特性的角色。其实质是面向角色的，把流程看作角色的交互。另一方面，agent是一类在特定环境下能感知环境，并能自治地运行以代表其使用者实现目标的计算实体，具有交互性、自主性和主动性。角色和agent互相对应，用多agent系统仿真流程的运行显得更自然。

（3） 由于角色是流程最活跃的因素。研究表明，工作流的变化经常可以找到角色方面的原因。面对变化的环境，工作流的动态性日显重要。角色柔性也是提高工作流灵活性的主要方法。现有的工作流系统仍然存在着适用范围窄、灵活性差、扩展能力不足以及对意外的情况不能及时处理等问题，这与没有重视角色及其交互有关。作为一个CSCW系统，工作流的自组织，自学习和协同工作能力等智能行为的研究最终还依赖于角色理论的完善。

3.2用角色描述工作流

工作流是为提高流程的工作效率而提出的。工作流管理联盟WFMC将工作流定义为：按照预定义的规则传递文档、信息或任务，实现组织成员间的协调工作，以达到预期的业务目标。这里的组织成员担负相应的角色，从上述定义可以看出，工作流用角色的交互来刻画要比用活动链更容易理解，工作流的核心是角色的交互。目前的工作流模型从形式上来看，可分为基于活动的工作流、基于通讯（communication）的工作流和结合两者优点的混合工作流[6]。基于通讯的工作流强调了角色之间的交互。它把参与工作流的角色之间看作客户和服务者的关系，这种客户—服务链构成的工作流，与基于活动的工作流相比，更突出了顾客的观点和满足。

复杂业务流程的实施过程都可以通过目标的分解、角色任务的分配及活动的执行完成。角色之间通过目标分解和活动执行建立相互关系。业务目标是个层次型概念，根据一定规则可以逐级分解，直到原子目标（参与者可承担的任务）。目标的实现依赖角色的活动，活动和角色也是可分解的。角色的分解和业务目标的分解对应，并由参与者负责相应层次的活动。角色和活动的层次性是和目标的层次性相对应的。高层目标可能涉及不同的角色，角色负责成员的活动分配。面向角色的工作流元模型如图3所示。

企业的目标是由相互合作的角色参与的流程完成。角色、参与者、流程和业务目标的关系如图2所示。用角色描述工作流，其实质是由相对独立的角色根据流程规则交互的过程。更确切地讲，工作流是把业务目标分解，然后由各级角色分配给相应的参与者通过活动完成的过程。

面向角色的工作流模型具有以下特点：

（1）每个工作流具有特定的最终客户。通过工作流客户—服务链的传递，实现客户（组织外部的或内部的）的满意度。
（2）每个工作流包括多个角色，这些角色为了同一个工作流最终客户的满意进行合作，提供客户所需要的产品或服务。可以看出，角色交互是工作流的纽带。基于角色的工作流使传统基于活动的工作流转化为参与者之间意图、任务和目标、资源间的依赖关系。
（3）基于角色的工作流模型把工作流的活动聚类成角色。角色承担特定的活动或活动集。这样避免了传统基于活动的工作流描述中单个角色承担的活动分布在工作流的多个环节中。
（4） 在基于活动的工作流模型中，许多建模方法是从别的领域借用的，由于缺乏统一的理论指导，导致目前流程建模方法的多样性。协调理论、多智能体系统MAS（multi-agent systems）理论的逐渐完善以及与工作流研究内容方面的重叠为基于角色的工作流建模提供了可靠的理论基础。

工作流是特定时间产生特定输出的一系列客户—服务者关系。目标、资源、角色和活动是工作流的基本要素。把不同的要素分别作为工作流描述的中心，会得到不同的模型。在传统的工作流定义中，基于活动的工作流描述方法的确可以突出工作流的动态特性，而且活动的价值、时间等属性为企业价值链的分析提供了基础，但这种描述忽略了参与者的交互和顾客满意度。产品和服务最终是工作流的主体—担任不同角色的参与者创建的，活动只是实现价值的途径。在顾客导向的信息时代，企业必须放弃只注重产品生产规模、功能质量的思想，而将更好地满足顾客需求和提高顾客满意度放在首位。

工作流中任何目标的具体实现过程是通过目标、任务分解、角色、资源分配及活动执行完成的。从计算机支持协同工作 (CSCW)的角度来说，工作流更强调角色之间异步、异地的协作，可以将角色、目标和活动之间看成是一种层次映射关系来刻画现实中的工作流结构。而工作流可视为多个角色的交互集合，角色则对应成员活动集合，角色间通过消息传递的事件激发机制建立客户—服务链。从这个意义上讲，工作流通常虽被描述成一种协同活动集合，但协同工作的主体基本单位是角色，角色能力和智能化才是达到工作流目标的保证，而角色间的依赖关系通过一组相关联的活动集体现。

工作流中角色协作通常有两种类型:集体参与和交替执行。这两种类型适合不同粒度、不同层次的角色。集体参与是指某任务由一个角色不能独立实现，需要多个角色的共同参与。交替执行是指任务需要多个角色的轮流执行，每个角色的行为都和前驱角色的若干行为相关，包括数据关系、控制关系、资源关系和任务关系。

3.3 面向角色的工作流表示

面向角色的工作流目前出现了几种表示方法。它们多是从基于活动的工作流描述方法扩充而来，突出了角色之间的交互。总体上这些方法又可分为非形式化的图形表示和形式化的语言脚本表示，前者直观，可作为后者的基础。如在基于通信的工作流建模方法中，工作流分析的目标是提高顾客的满意度。顾客和服务者之间的交互简化成多个相连的子工作流环（包括准备、协商、执行和接受几个步骤）。多个工作流环组成完整的工作流，这种协作图描述了相关角色之间的联系以及这些角色产生的操作或结果，但对各角色执行的活动表达不完整，不便于工作流的仿真分析。为此，文献2又将角色活动图（Role Activity Diagram）加入角色交互模型，角色交互图能转化为角色活动图，并且后者又可转化为角色仿真模型（Role Simulation Model）。

在统一建模语言UML表示法中，协作图也表示特定环境下一组相关对象之间的协作，以及为产生所要求的目标对象协作交换的消息。协作图的图形表示以对象为结点，结点之间的连线或箭头表示消息或关联。在角色协作图中，事件是工作流中角色活动的触发者，而前一个角色活动结束时产生的输出信息可能激发下一个角色，所以信息是客户—服务链的连接者。信息、事件和活动的上述关系可表示成企业的业务规则。此外，也可拓展面向角色的可执行的流程模型RolEnact。RolEnact是一种能生成可执行流程实例的建模语言，这种语言采用角色、角色的状态、活动或事件等要素描述流程。角色通过执行活动（除独立的功能活动外，还包括选择和交互活动）改变自身状态，也可能改变其它角色的状态。RolEnact的上述特点，佷适合用来描述面向角色的工作流。但RolEnact毕竟只是一个流程建模工具，它的基础在于对象技术常用的条件—活动模式，在角色的产生（由虚拟的角色产生）、高层角色内部的并发支持不足。

有关角色驱动的工作流形式化描述。最直接的方法是对比工作流联盟的基于活动的工作流描述语言，使之由基于活动转变为面向角色。根据前面分析，从角色观点看，工作流模型是由角色、角色工作流及其交互组成。下面用EBNF简要表示上述元素：
::=
WORKFLOW

//参考WfMC的工作流过程定义语言
< Role Workflow List>



END_WORKFLOW
:: = ROLE
[DESCRIPTION ]
[NAME ]


END_ROLE
:: = PERSONAL |TEAM
:: =
[DESCRIPTION ]


…
END_ROLEWORKFLOW
:: =
[DESCRIPTION ]




END_ COMMUNICATION INFORMATION

Workflow Process是用活动描述的，可参考WfMC的工作流过程定义语言标准，而语言行动Speech Act可参考行为会话（状态变迁图）来描述角色agent之间的协调。

4. 结束语
本质上来讲，工作流系统是一种支持多人协作的群件系统，其核心是参与者的角色分配和协调问题。 以往的工作流模型多是基于活动的，忽略了参与者的角色定位和合理配置。这种工作流模型在实际应用中缺乏柔性、对意外难以处理、可重构性不足等问题，直接影响了工作流的实用范围。如何提高工作流的适应性，是新一代工作流管理系统关注的问题。角色模型和目前分布式计算的多agent系统在概念上是一致的，可以用多agent技术来仿真工作流。面向角色的工作流管理系统是复杂的系统工程，有关系统的功能组成部件和接口等问题限于篇幅这里从略。