业务过程模拟研究

业务过程模拟被广泛使用在业务过程模型的定量分析中。本文首先阐述了业务过程模拟的原理；接着，分析了业务过程模拟的输入；然后，给出了业务过程模拟的输出；最后，列举了当前流行的业务过程模拟工具，并着重介绍了在线过程模拟工具BIMP。

【关键词】业务过程管理 业务过程 定量分析 过程模拟

业务过程模拟是业务过程模型的定量分析中最深欢迎和最广泛使用的技术。通过业务过程模拟，可以帮助业务过程建模者解决下述问题：

（1）为业务过程模型的再设计提供基础数据；

（2）可以发现业务过程模型的瓶颈；

（3）为业务过程模型的优化提供比较和分析。

业务过程模拟的基本思路是指：由过程模拟器先生成大量的过程实例，再一步一步地执行这些实例，并记录实例执行过程中的每一步。过程模拟的输出包含日志文件和各种统计数据，如周期时间，平均等待时间和平均资源利用率。

本文将从业务过程模拟的原理、输入、输出和工具四个方面，阐述业务过程模拟的研究。

1 业务过程模拟的原理

在业务过程模拟期间，业务过程中的任务并没有真正被执行，而是被过程模拟器模拟执行。任务被模拟执行的原理如下：

（1）当一个任务（可以理解为任务进入初始状态）准备被执行时，一个工作项被创建（可以理解为任务进入就绪状态）。此时，模拟器首先尝试寻找执行该工作项所需的资源。若无资源能够执行这个工作项，则模拟器将此工作项设为等待模式（可以理解为任务就入等待状态），直至一个合适的资源被释放。一旦某个资源被分配给工作项，模拟器便要决定这个工作项的持续时间，而这个持续时间是根据这个任务处理时间的概率分布随机生成。概率分布和相应的参数需要提前在模型中定义。

（2）一旦模拟器确定了一个工作项的持续时间，便会将这个持续时间设为休眠模式（可以理解为任务进入执行状态）。事实上，休眠模式模拟的是该任务正在被执行。一旦执行该工作项所需的时间间隔通过，这个工作项将被设置为已完成（可以理解为任务进入结束状态），且分配给该工作项的资源将被释放。

在过程模拟器中，任务的状态转换图如1所示。特别需要注意的是，模拟器并不会真正地等待任务从休眠模式中返回。比如，如果模拟器决定一个工作项的持续时间是50个小时，那么模拟器不会等现实中的50个小时过去后再执行其他动作。模拟器将使用一种智能算法来尽可能快地完成模拟。现代业务过程模拟器可以在几秒钟内有效的模拟成千上万个过程实例和上亿的工作项。

（3）在模拟任务期间，过程模拟器将记录分配给任务的资源标识和任务相关的3个时间戳：1.任务进入就绪状态的时间；2.任务进入执行状态的时间；3.任务进入结束状态的时间。

基于上述记录的数据，过程模拟器可以计算出每个任务的平均等待时间、发现业务过程的瓶颈、得到资源的平均利用率等。

2 业务过程模拟的输入

从上述业务过程模拟的原理可以看出，為支持模拟，需要为业务过程模型指定下述相关的信息：

（1）每个任务处理时间的概率分布，例如正态分布或指数分布。

（2）除时间外，任务的其他性能属性，如成本和附加值。

（3）能够执行任务的一组资源。此集合通常称为资源池。例如，可能的资源池可以是“索赔处理程序”或“文书员”或“管理者”或“系统”。另外，需要为每个资源池指定此池中的资源数量（例如索赔处理者的数量或文员的数量）以及这些资源的其他属性，例如小时费用。

（4）与决策网关相连的每一条弧的分支概率。根据这些分支概率，模拟器随机选择走那个分支。这些概率的确定，要么通过面谈相关涉众，要么在一段时间内通过观察过程的执行情况，要么从相关信息系统的收集日志中确定。

（5）过程实例的到达时间间隔和平均到达率。到达时间间隔通常满足指数分布，由业务过程模拟器指定默认的缺省值。但是，到达的时间间隔也有可能遵循不同的分配，例如正态分布。通过将一段时间内的到达时间间隔样本发送到统计工具，我们可以找出哪个分布与数据最匹配。一些过程模拟器提供了一个用于选择到达时间间隔分布和计算平均间隔时间的模块。

（6）模拟的开始日期和时间（例如“2012年11月11日8：00”）。

（7）模拟的结束日期和时间。

（8）模拟的实时持续时间（例如7天，14天）。在这种方式下，可以通过将该持续时间加上开始时间来得到模拟的结束时间。

（9）模拟所需的过程实例数量（例如1000）。过程模拟器将根据过程实例的到达速率生成过程实例，直到达到所需数量的过程实例。

3 业务过程模拟的输出

过程模拟器将为我们提供下述输出信息：

（1）过程实例的周期时间，即过程实例的持续时间；

（2）过程实例的等待时间，即过程实例的资源等待时间；

（3）过程实例的代价；

（4）过程实例的资源利用率。

4 模拟工具

当前，市面上存在的过程模拟工具有：ADONIS，ARIS Business Designer， IBM Websphere Business Modeler，OpenText Pro Vision，Oracle Business Process Analysis， Savvion Process Modeler， Signavio Process Editor和TIBCO Business Studio。其中，Signavio Process Editor提供了一个在线模拟器BIMP（http：//bimp.cs.ut.ee）。BIMP不仅提供了商业业务过程模拟工具中的核心功能，能实现在策略和执行之间的不断转换，而且该在线平台对在校教师学生免费开放。

BIMP支持指数分布、正态分布和均匀分布，用于指定任务执行时间和过程实例间的创建时间。它还允许将日历附加到资源池中，以便捕获业务时间。除了生成执行时间、成本和资源利用率的直方图之外，BIMP还生成了MXML格式的模拟日志。

5 结论

对业务过程模型进行模拟，可为分析和改进业务过程模型提供基础数据。基于这些基础数据，建模者可以进一步分析业务过程模型的瓶颈，改进模型的效率、提高模型的质量。

（通讯作者：代飞）

参考文献

[1]Dumas M，Rosa M L，Mendling J，et al. Fundamentals of Business Process Management[J].2013，6（04）：189-189.

[2]Dumas M，La Rosa M，Mendling J，et al.Fundamentals of Business Process Management/by Marlon Dumas，Marcello La Rosa，Jan Mendling，Hajo A.Reijers[J].Plant Journal，2013，33（03）：435-445.

[3]Tonchia S.Fundamentals of Process Management and Business Process Reengineering[M].Process Management for the Extended Enterprise.Springer Berlin Heidelberg，2004：11-27.

作者簡介

李一冰（1995-），女，河南省郑州市人。硕士研究生，从事业务过程管理的研究。

代飞（1982-），男，四川省乐山市人。副教授，从事业务过程管理的研究。

黄苾（1983-），女，福建省宁德市人。讲师，从事业务过程管理的研究。

孙兴平（1974-），男，云南省建水县人。副教授，从事分布式系统与大数据应用。

作者单位

1.云南大学软件学院 云南省昆明市 650091

2.西南林业大学大数据与智能工程学院 云南省昆明市 650091