關(guān)于SaaS的工作流仿真系統(tǒng)中的交叉仿真法

　　以下是一篇關(guān)于關(guān)于SaaS的工作流仿真系統(tǒng)中的交叉仿真法的畢業(yè)論文提綱，歡迎瀏覽！

　　0 引言

　　工作流仿真是在工作流程建模之后、系統(tǒng)具體投入使用之前，利用仿真引擎模擬工作流中各個(gè)活動(dòng)的執(zhí)行過程，通過多次仿真運(yùn)行，得到一系列關(guān)于工作流模型運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如過程時(shí)間，過程成本和資源利用率等。

　�。�1）流程仿真是為了發(fā)現(xiàn)流程中存在的問題，以便于為流程的改進(jìn)提供指導(dǎo)。

　�。�2）驗(yàn)證流程的正確性：檢驗(yàn)流程是否存在死鎖情況，流程能否在任何情況下都能夠到達(dá)終止?fàn)顟B(tài)，找出流程沒有流經(jīng)的節(jié)點(diǎn)；

　�。�3）測(cè)試流程的性能：在流程正確的前提下，通過各種時(shí)間數(shù)據(jù)的分析，找到時(shí)間花銷最大的任務(wù)模塊，從而便于工作流優(yōu)化[1]。

　�。�4）從仿真中找出組織結(jié)構(gòu)中各部門的參與情況，從工作量分析，有利于人力資源的合理分配，甚至于企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整。（屬于資源利用率中的人力資源的利用）。

　　1 介紹

　　借鑒計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)Ψ��?wù)的相關(guān)定義，仿真服務(wù)的定義為“使用標(biāo)準(zhǔn)接口描述和發(fā)布，并且能夠被發(fā)現(xiàn)和調(diào)用的仿真組件”，一個(gè)仿真服務(wù)可以是任何可用的仿真資源，如仿真模型、仿真算法，計(jì)算模型，以及仿真數(shù)據(jù)等�；�于SaaS 的仿真模型框架不同于傳統(tǒng)的基于閉環(huán)境的離散型仿真框架。SaaS 的出現(xiàn)為工作流仿真帶來了新的提議，它的最大的優(yōu)勢(shì)是“可重復(fù)使用”，允許用戶使用已有的方針資源進(jìn)行仿真而不需重新獲取復(fù)雜龐大的仿真數(shù)據(jù)。

　　展示了基于SaaS 的工作流仿真框架，仿真信息配置、仿真執(zhí)行和仿真可視化展示服務(wù)通過web service 提供給用戶。

　　2 交叉仿真法

　　交叉仿真，就是指對(duì)給定工作流管理平臺(tái)輸出的流程定義同時(shí)采用用戶模擬仿真和流程實(shí)例模擬仿真兩種方法，對(duì)流程定義進(jìn)行混合多線程仿真。

　　2.1 兩種仿真方法介紹

　　方法一：用戶模擬仿真用于模擬大規(guī)模用戶執(zhí)行情況。企業(yè)中一個(gè)工作流實(shí)際運(yùn)用起來會(huì)有很多成員參與執(zhí)行，需要測(cè)試流程在接近真實(shí)用戶數(shù)量參與的時(shí)候能否高效執(zhí)行。此時(shí)模擬的是同一個(gè)工作流程實(shí)例，多用戶參與執(zhí)行不同任務(wù)的情況。用戶在登陸后，獲取自己的任務(wù)列表然后開始執(zhí)行任務(wù)。

　�。�1）模擬環(huán)境配置：

　　1.配置虛擬用戶數(shù)目作為線程的并發(fā)數(shù)

　　2.對(duì)人工任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息配置

　�。�2）仿真結(jié)果：

　　仿真結(jié)果可視化界面將展示整個(gè)流程實(shí)例完成時(shí)間作為仿真總體時(shí)間，并計(jì)算平均任務(wù)等待時(shí)間。

　　方法二：流程實(shí)例模擬仿真

　　可以模擬多個(gè)工作流程的執(zhí)行情況。一個(gè)企業(yè)中往往存在很多業(yè)務(wù)流程，需要不同人員不同組織部門的交互參與。此時(shí)模擬的是同一個(gè)流程定義的不同流程實(shí)例，流程在執(zhí)行過程中，遇到人工任務(wù)節(jié)點(diǎn)或是自動(dòng)結(jié)點(diǎn)（需要資源充足），可能會(huì)使得流程停滯不前，需要外部觸發(fā)或是等待，獲得空閑后方可繼續(xù)執(zhí)行流程。（例如：同時(shí)有多個(gè)資金申請(qǐng)流程啟動(dòng)，檢查審批流程的效率），可以通過仿真結(jié)果得出流程設(shè)計(jì)的正確性（不可達(dá)問題）

　�。�1）模擬環(huán)境配置：

　　1.配置流程實(shí)例數(shù)目作為線程并發(fā)數(shù)目

　　2.配置decision 信息，使得并發(fā)的線程盡可能遍布流程定義的每一條分支

　　3.配置任務(wù)節(jié)點(diǎn)信息

　�。�2）仿真的結(jié)果：

　　1.統(tǒng)計(jì)沒有流經(jīng)的節(jié)點(diǎn)，從而提醒流程設(shè)計(jì)者檢查該節(jié)點(diǎn)是否為不可達(dá)。

　　2.統(tǒng)計(jì)資源利用率（物質(zhì)資源、人力資源），資源的利用率。

　　3.統(tǒng)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)延信息，主要是人工任務(wù)或自動(dòng)任務(wù)因?yàn)橘Y源不足而導(dǎo)致的時(shí)延信息。（與1 不同的是，1 統(tǒng)計(jì)的是人工任務(wù)由于人為因素導(dǎo)致的延遲）。

　　2.2 兩種仿真方法的結(jié)合

　　大多數(shù)的測(cè)試工具，不限于工作流領(lǐng)域，都采用的是模擬多用戶的方式，這樣僅僅能夠從多人執(zhí)行單流程實(shí)例的角度模擬流程，無法獲得多流程實(shí)例并發(fā)的狀況。這樣的仿真需要在數(shù)據(jù)庫中添加大量的仿真信息，具有一定的不便性。

　　大多數(shù)已成型的仿真工具選擇2 模擬多流程實(shí)例的方式，忽略了實(shí)際推進(jìn)流程執(zhí)行的外界因素是用戶本身，導(dǎo)致仿真的結(jié)果中對(duì)現(xiàn)實(shí)中用戶并發(fā)的因素分析幾乎為零。

　　于是選擇將兩種流程仿真模式合并，在本仿真系統(tǒng)中，對(duì)同一個(gè)流程定義，根據(jù)用戶服務(wù)需求兩種方法基礎(chǔ)上的層疊仿真，把不同視角的仿真流程執(zhí)行情況融合在一起。全面分析流程定義，獲取最接近真實(shí)世界的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

　　該算法描述兩套線程交互場(chǎng)景：用戶線程發(fā)生器根據(jù)模擬信息生成用戶實(shí)例，所有的用戶線程要做的就是獲取各自的用戶列表。流程實(shí)例發(fā)生器產(chǎn)生流程實(shí)例線程，從相同的情況下，它的定義是模擬過程中，所有進(jìn)程線程需要做的是確定資源的可用性和觸發(fā)用戶執(zhí)行。

　　這種新方法是基于離散事件[2]的仿真。從技術(shù)角度來看，工作流仿真有兩種方式，系統(tǒng)分析（連續(xù)與離散數(shù)學(xué)模擬模型和數(shù)值方法計(jì)算）和離散事件仿真（德）上的事件處理方法的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的分析為基礎(chǔ)的模擬大多與學(xué)術(shù)研究相關(guān)，而DES 被認(rèn)為是在業(yè)務(wù)流程中所產(chǎn)生的事件驅(qū)動(dòng)，因此它被廣泛使用的工具于工作流仿真。

　　因此，通過使用相同的模擬在上述兩種方法所描述的信息這種方法更多的信息。

　�。�1）模擬環(huán)境配置：

　　包括以上兩種仿真方法的所有仿真信息。

　�。�2）仿真的結(jié)果：

　　1.任務(wù)的平均等待時(shí)間：我們能夠統(tǒng)計(jì)工作的延遲，延遲的因素不僅是由于客觀的資源可用性，而且是由于主管的任務(wù)資源的延遲，這種延遲叫做懶惰模式延遲。

　　2. 平均任務(wù)執(zhí)行時(shí)間。

　　3. 對(duì)流程實(shí)例的平均執(zhí)行時(shí)間。

　　4. 完成率：該進(jìn)程的情況下可成功結(jié)束的百分比。

　　5. 人力資源利用率.

　　3 工作流仿真數(shù)據(jù)模型

　　工作流管理聯(lián)盟提出了特定的定義模型用來描述工作流，即BPDM（工作流定義模型）.流程定義模型（BPDM）可以非常好的表示實(shí)際的系統(tǒng)，但仍然缺少必要的仿真模擬信息，比如資源信息，執(zhí)行時(shí)間的信息，這些信息構(gòu)成了仿真執(zhí)行的必要條件。因此，需要根據(jù)BPDM 建立業(yè)務(wù)過程仿真模型（BPSM）。

　　在模擬器，依據(jù)用戶處理人工任務(wù)的不同行為來建模。仿真器提供了以下四種方式來描述用戶處理人工任務(wù)時(shí)表現(xiàn)的四種行為方式。

　　（1）服從他的個(gè)人代理人模式（順從）。

　�。�2）一旦有任務(wù)就盡早完成模式（倉促）。

　　（3）盡可能拖延到截止日期才完成任務(wù)模式（懶惰）。

　�。�4）與其他任務(wù)并行完成任務(wù)模式（并行）[3]。

　�。�5）要添加下列模擬元素，我們可以很容易適應(yīng)這些人的行為類型。

　　（6）延遲：確定了該進(jìn)程的延遲時(shí)間/任務(wù)。

　�。�7）費(fèi)用：確定該進(jìn)程的成本/任務(wù)。

　�。�8）收入：確定該進(jìn)程的收入/任務(wù)。

　　（9）時(shí)間：定義為過程的持續(xù)時(shí)間/任務(wù)。

　�。�10）比率：定義選擇一個(gè)過渡的機(jī)會(huì)[4]。

　　4 仿真引擎設(shè)計(jì)

　　基于 SaaS 的流程仿真平臺(tái)基于web 工作，分為前臺(tái)編輯展示部分和后臺(tái)執(zhí)行部分兩個(gè)模塊。流程仿真工具依賴于成型的工作流管理平臺(tái)。從工作流管理平臺(tái)獲取流程定義后轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺Ｐ�，進(jìn)而自動(dòng)在工作流引擎中執(zhí)行。這里的流程定義模型主要依托于外接的工作流管理平臺(tái)。

　　工作流仿真平臺(tái)是面向多工作流管理平臺(tái)的服務(wù)系統(tǒng)，能夠適配于不同支持人工事件的流程定義語言的流程定義模型。工作流仿真模塊依賴于已有的業(yè)務(wù)流程管理。顯示了工作流程管理和工作流仿真平臺(tái)的互動(dòng)：從流程定義工具中獲取工作流仿真文件，將該仿真文件讀取并轉(zhuǎn)換為仿真模型，自動(dòng)運(yùn)行模擬引擎。人工任務(wù)仿真引擎依托于現(xiàn)有的工作流仿真引擎實(shí)現(xiàn)。工作流仿真是面向多業(yè)務(wù)流程管理平臺(tái)，它可以適應(yīng)不同的流程定義模型，支持人工任務(wù)。

　　4.1 仿真信息配置工具

　　該工具是一個(gè)基于Web 的圖形化建模工具。該環(huán)境提供模擬環(huán)境的定義屬性和行為的配置，抽樣例程，屬性表和視覺控制。通過配置，我們獲得一個(gè)模擬信息腳本。此腳本可以用來模擬初始運(yùn)行，設(shè)置屬性，如任務(wù)的處理時(shí)間，成本，收入，資源分配，并為決策節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)復(fù)雜的決策規(guī)則[5]。

　　4.2 仿真引擎

　�。�1）模型解析器模型解析器就是用于對(duì)仿真模型XML 文件進(jìn)行解析，獲取仿真信息，通過接口將仿真信息傳遞給工作流引擎運(yùn)轉(zhuǎn)。解析出來的信息大部分由以下相對(duì)應(yīng)的模塊提取出來，再向流程引擎發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行指令。

　　（2）事件生成器根據(jù)仿真配置的信息，（事件信息）觸發(fā)流程引擎產(chǎn)生一個(gè)流程實(shí)例。

　　有三種事件發(fā)生模式可供仿真信息配置：間隔型事務(wù)模型、完成型事務(wù)模型、需求型事務(wù)模型。

　　（3）狀態(tài)控制器控制檢查流程的執(zhí)行情況：對(duì)于人工節(jié)點(diǎn)，在保證資源充足的情況下依據(jù)仿真虛擬執(zhí)行信息進(jìn)行觸發(fā)和終止；對(duì)于虛結(jié)點(diǎn)中的路由選擇也依照虛擬仿真信息執(zhí)行。

　　同時(shí)狀態(tài)管理器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控流程實(shí)例，為圖形展示界面提供流程實(shí)例的狀態(tài)信息。

　�。�4）過程控制器負(fù)責(zé)向流程引擎提供路由信息。該模塊替代了實(shí)際工作流程運(yùn)轉(zhuǎn)中的人工事件觸發(fā)，取而代之的是為各分支指定概率。（也可以考慮引入規(guī)則引擎）仿真支持部件中各個(gè)部件的功能：

　　5 仿真實(shí)驗(yàn)

　　顯示了仿真信息的配置過程。當(dāng)點(diǎn)擊一個(gè)工作流程元素時(shí)，將在右邊顯示節(jié)點(diǎn)需要填寫的仿真信息。正如所示，依據(jù)填寫的信息XML 文件將立即進(jìn)行更新。顯示了模擬結(jié)果的界面，它為我們提供了仿真結(jié)果的信息，我們以表格和餅圖的形式展現(xiàn)數(shù)據(jù)。

　　6 總結(jié)

　　本文針對(duì)仿真引擎，提出了兩種仿真方法：模擬用戶實(shí)例和模擬流程實(shí)例。并提出一種將兩種仿真方法疊加使用的二次仿真法，這種仿真方式從橫向和縱向兩種視角對(duì)一個(gè)工作流程的執(zhí)行進(jìn)行接近于現(xiàn)實(shí)的仿真，使得仿真結(jié)果更加真實(shí)可信，并依據(jù)此方法提出一套完整的從工作流定義模型衍化而來的工作流仿真模型.

　　有許多商業(yè)已有很多用于業(yè)務(wù)流程建模和仿真（COTS）的工具，然而，盡管這些產(chǎn)品的功能性日益增強(qiáng)，但在使用中仍然存在一些障礙。常見的問題是可用性和靈活性之間沖突[4]。目前提供的仿真服務(wù)只適合使用jPDL 和XPDL 兩種流程定義語言，在將來要使得仿真更加靈活，支持更多的業(yè)務(wù)流程定義語言，例如WS - BPEL 的[6]。如何使得動(dòng)態(tài)生成的模擬數(shù)據(jù)更加符合客觀實(shí)際，是一個(gè)值得探討的問題，這需要進(jìn)一步改善事件發(fā)生器。

　　[參考文獻(xiàn)] (References)

　　[1] R.Bhaskar, Ho Soo Lee, Anthon Levas, Raja Petrakian, FloraTsai, BillTulskie: ANALYZING ANDRE-ENGINEERING BUSINESS PROCESS USING SIMULATION. 26th conference on Winter simulation,Orlando, Florida, United States, 1994.

　　[2] Vlatka Hlupic, Stewart Robinson: BUSINESS PROCESS MODELLING AND ANAILYSIS USINGDISCRETE-EVENT SIMULATION. 30th conference on Winter simulation, Washington, D.C., United States,1998

　　[3] Hiroyuki Tarumi Tetsuya atsuyama, Yahiko Kambayashi: Evolution of Business Processes and a ProcessSimulation Tool. Sixth Asia Pacific Software Engineering Conference, Takamatsu, Japan, 1999.

　　[4] Changrui Ren, Wei Wang, Jin Dong, Hongwei Ding, Bing Shao, and Qinhua Wang. TOWARDS AFLEXIBLE BUSINESS PROCESS MODELING AND SIMULATION ENVIRONMENT.IBM ChinaResearch Laboratory. Winter Simulation Conference, Miami, Florida, USA, 2019.

　　[5] Lianjun An, Jun-Jang Jeng. ON DEVELOPING SYSTEM DYNAMICS MODEL FOR BUSINESSPROCESS SIMULATION. Winter Simulation Conference, Orlando, FL, USA, 2019.

　　[6] Web Services Business Process Execution Language (WSBPEL)