第8章-信息环境建模-系统建模理论与方法-教学课件.ppt

第8章信息环境建模8.1信息系统的概念8.2信息模型8.3功能模型8.4流程模型8.5*信息系统的规划和设计8.6小结8.1信息系统的概念1.信息2.功能3.流程1.信息信息是一个广泛而抽象的概念，它是世界上一切事物状态和特征的反映和描述形式。信息普遍存在于自然界、人类社会、人们的认识及思维过程中。人们通过约定描述信息，通过感官获得信息，通过信息区别不同的事物及其变化。从应用的角度看信息就是消息，是人类交流思想、情感、意见的基本工具。信息需要3个条件才能发生作用：约定、发出者和接收者，它们被称为信息作用的三要素。约定是联系信息发出者和接收者或者使发出者与接收者达成共识的纽带。没有约定，人们无法相互理解和沟通，也就无所谓信息。信息需要依附在其他物质上才能存在和传播，这些物质称为信息的载体。2.功能 功能是信息系统处理外部数据的程序片段或者程序片段的集合。它是信息系统对外表现信息处理能力的最小单元，但是它并不是操作信息的最小单元。在面向对象的编程中，方法(Method)是操作信息的最小程序单元。一个功能至少对应组件对象的一个方法。它也可以对应多个方法，甚至于对应不同组件的多个方法。基于软件总线的程序开发技术把功能封装为组件，一个组件可以包含多个功能，它们可以在组件内相互通信，也可以通过组件接口与其他组件内的功能交换信息。8.2信息模型8.2.1概念模型8.2.2范式8.2.3数据库的概念设计8.2.4逻辑设计8.2.5物理设计8.2.1概念模型1.实体2.联系3.属性4.简单的例子1.实体实体是客观存在并且可以相互区分的事物。它可以是人、物等实际的对象，也可以指某些概念；可以是事物本身，也可以指事物与事物之间的联系。例如，一个人、一门课程、一辆汽车、学生的一次选课、部门的一次定货等都是实体。实体与实体是可以区分的，编码或者编号是最简单的区分方式。例如，编号为DPT0102的部门是设计科，编号为DTP0108的部门是生产计划科，两个部门显然不一样。实体分为不同的类型，例如，设计科和生产计划科虽然是两个不同的实体，但是又都属于管理部门这个类型，它区别于生产车间。同一类型的实体集合称为实体型，实体集合中相互区别的个体称为实体值。信息的稳定性主要指实体型的稳定性，而实体值是经常变化的。与数据库相对应，在总体设计中抽象的派生实体型对应于数据库的表(Table)或者视图(View)；实体值对应于表中的记录(Record)，记录在系统运行中会不断发生变化，如产生、修改或删除。在为系统建模服务的信息系统中，记录的每一次有效变化都应该按照变化的时间顺序保存下来，可以为建模提供时序样本。2.联系图8-1E-R模型的简单类型3.属性实体具有的各种特征称为属性，例如，实体学生的特征可以表达为学号、姓名、年龄、性别、家庭住址等，每个特征都是实体的属性。一组属性值表征了一个实体。同一个实体型中各实体的同一属性具有的值在一定的范畴之内，这一范畴称为该属性的值域。属性的值域可以是整数、实数、日期、字符串等。如果实体的某些属性可以用来唯一地区分该实体型中的个体，那么称这些属性为实体型的关键属性，或者键。8.2.2范式1.第1范式2.第2范式3.第3范式4.巴科斯范式1.第1范式表8-1FIRSTS#STATUSCITYP#QTYS120伦敦P1300S120伦敦P2200S120伦敦P34001.第1范式表8-1FIRSTS#STATUSCITYP#QTYS120伦敦P4200S120伦敦P5100S120伦敦P6100S210巴黎P1300S210巴黎P2400S310巴黎P2200S420伦敦P2200S420伦敦P4300S520伦敦P5400 2.第2范式表8-3SPS#P#QTYS1P1300S1P2200S1P3400S1P4200S1P5100S1P6100S2P1300S2P2400S3P2200S4P2200S4P4300S5P5400 2.第2范式图8-4SECOND和SP的函数依赖集3.第3范式表8-4SCS#CITYS1S2S3S4S5伦敦巴黎巴黎伦敦雅典3.第3范式表8-5CSCITYSTA雅典伦敦巴黎罗马302010503.第3范式图8-5分解后的函数依赖关系8.2.3数据库的概念设计用信息模型描述现实世界的过程称为数据库的概念设计。有两种基本方法：1)推理法：根据对现实世界的理解建立实体和实体联系；2)调查法：根据对现实世界的调查，从调查表中抽象出实体和实体联系。1.定义用户实体的目的2.工作步骤3.建立E-R模型1.定义用户实体的目的1)结合业务流程图和数据流程图分析企业的业务过程和在业务过程中数据流动情况，删除冗余的实体、属性和流动环节；2)奠定分析软件的基础，在购买商品软件的前提下，不再对用户实体作进一步的整理和规范化，但是要考察它们能不能由当前软件的数据库产生出来，差异有多少；3)作为业务流程重组的基本文档；4)作为进一步软件开发的依据。2.工作步骤1)处理周期；2)处理内容；3)处理频度；4)数据规模；5)安全保密的要求。2.工作步骤表8-7实体汇总表实体编号实体名原始材料号有关的数据载体MIS001Emp职工S001部门、车间、计划MIS002Dept 部门S002职工、工资单、计划MIS003Invn 库存量K005仓库、采购、车间MIS004BOM 物料单D001计划、加工单2.工作步骤表8-8联系汇总表标志号联系名参 入 实 体数 据 载 体事 务 规 则RM001物料需求BOM、库存量、计划定单RM002领料仓库、车间领料单8.2.4逻辑设计1.E-R视图集成2.E-R模型转化关系模型3.关系模式规范化1.E-R视图集成(1)等同(Identity)(2)聚合(Aggregation)(3)普遍化(Generalization)(1)等同(Identity)等同指两个或多个数据对象具有相同的语义。数据对象间的等同不仅是简单数据对象之间的等同，也包括多个数据对象的聚合之间的等同，还包括多个数据对象的聚合与另外几个数据对象聚合之间的关系的语义等同。等同数据对象不一定有相同的语法表示形式，通常所说的同义词实际上就表达了等同的概念。识别等同还要鉴别表示形式相同但是语义不同的情况，即同名异义的情况。等同的概念并不复杂，但在实践中要准确判断等同情况常常不是一件容易的事情。购买商品化软件时也是这样，在设计产生的实体与商品化软件的实体之间进行比较时经常碰到的困难就是判断等同。(2)聚合(Aggregation)聚合概念表示了数据对象间的一种组成关系。这是一种相当普遍的现象，如数据对象职工可以看做是职工号、姓名、性别、年龄、部门、职务、住址电话等数据元素的聚合。聚合集成主要用在实体的属性分配中。聚合的概念对购买商品化软件的意义在于，派生实体有时相当于视图，它所包含的属性往往分散在不同的基本实体中，这就需要采用聚合的概念进行两者的比较。(3)普遍化(Generalization)图8-7普遍化和聚合普遍化是对某一个概念范围内具有共性的对象的一种抽象。在视图集成中，普遍化的概念被用来对现实世界中的事物进行归类。普遍化和聚合都表示事物的层次结构。同一个数据对象可能同时参与普遍化和聚合两种联系，如图8-7所示。2.E-R模型转化关系模型E-R模型主要包含了实体、联系以及属性等要素，从E-R模型转化到关系模型的对应关系较为简单，实体和联系都可以直接转换为关系，其属性相应地转换为关系的属性。正因为存在如此简单的对应关系，所以可以通过总体设计产生的信息模型和数据库的比较，确定软件的提供的信息与实际需求信息之间的差异。自行开发软件需要根据信息模型设计关系表，对模型转换的操作要具体一些。(1)实体到关系的转换(2)联系的转换(1)实体到关系的转换独立实体可以直接转换，实体的属性变为关系的属性，实体的键就是关系的键，但是关系名不一定就用实体名，可以考虑软件的需要和记忆方便等进行关系的命名。转换时应该注意非原子属性的分解。规范化的关系数据模型要求所有的关系至少是第1范式(1NF)，即组成一个关系的属性均为原子属性。(2)联系的转换1)一对一联系：当M=N=1，表示一对一的联系。2)一对多联系：当M和N中有一个为1，另一个大于1，就构成一对多的联系。3)多对多联系：当M和N都大于1，构成多对多的联系。(2)联系的转换图8-8两个实体的E-R模型3.关系模式规范化 关系模式的规范化是建立数据库必须考虑的问题，数据库模式如果不满足一定的规范化要求，那么在进行数据操作时就很容易出现异常。从概念上讲，规范化遵循一事一地的原则，就是要将描述一个独立事物的属性组成一个关系。这个问题可以从两个方面看：一个是属性如何聚合，另一个是关系如何分解。根据一个关系满足数据依赖程度的不同，可以规范成6个级别的范式：1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF、5NF，其中1NF是关系模式最起码的要求，4NF和5NF理论上的完备性还没有得到证明，实际上也很少有需要。一般建立数据库最多把数据模式规范到BCNF。NF的要求是一个关系模式的所有属性都是不可分解的原子属性。2NF是在1NF的基础上消除所有不完全依赖于主键的属性而得到。3NF是在2NF的基础上去掉所有传递依赖于主键的属性而得到。BCNF要求3NF的每个决定因素都是候选键。但是，目前流行的关系数据库语言大多数只支持1NF，所以将关系规范化为1NF是建立数据库必须要做的事情。此外，在应用软件设计和开发时应该注意模式规范化问题对应用程序和数据操作的影响。8.2.5物理设计1.物理分析2.文件结构选择3.簇集设计4.索引选择5.分区设计8.2.5物理设计图8-9数据库物理设计的过程1.物理分析(1)表的分析(2)用法分析(3)性能要求分析(4)环境分析(1)表的分析表的分析主要分析表的静态和动态特征。表的静态特征主要有表的容量和属性的静态特征。表的容量指一个表可能包含的平均元组数和最多元组数，以及每个元组的长度，由这些信息可以估算一个表的大小。属性的静态特征一般包括数据类型、长度、是否为关键字、值的约束范围、不同值的数量以及值的分布特点等。表的动态特征主要指表中记录的易挥发程度。这可以用在某一个时间周期内表的平均元组数和最多元组数的差来表达。差额越大表示元组变化越大，这也意味着这个表将会面临频繁的插入与删除等更新操作。如果在一个较短的时间周期内出现这种情况，不宜对该表建立任何索引。(2)用法分析用法分析主要包括对表的处理方式分析、访问类型分析以及表的属性参与操作的特性分析。表的处理方式有批处理和在线处理两种。批处理的时间响应要求低，简单的访问结构即可以满足。在线处理则需要考虑访问类型。访问类型可以分为3种：1)访问表中100%20%的元组；2)访问一个特定的元组；3)访问20%以下的元组。(3)性能要求分析对性能要求的分析就是要弄清楚性能要求的主要目标是什么？程度如何？如果性能主要指响应时间，那么应该有一个数量级的概念，特别要说明是否有实时的要求。(4)环境分析环境分析是对数据库实现环境的分析，包括软件环境及硬件环境。软件环境中最重要的是DBMS，设计者应充分熟悉DBMS支持数据库物理设计的各种手段，以便达到最佳设计效果。最关心的硬件环境是磁盘存储器，例如，是否有多个磁盘驱动器？它们的性能如何？这是能否进行分区设计的主要依据。2.文件结构选择 文件结构决定了数据记录的存放方式和访问记录的速度。由于DBMS已经提供了多种文件类型，所以数据库的物理设计并不需要设计新的文件结构，而只是进行适当选择。DBMS提供的基本文件结构通常有堆文件和散列文件。(1)堆文件(2)散列文件(1)堆文件堆文件是最简单的文件结构，结构的特点是在逻辑上记录一个接一个堆在一起，但是物理位置并不一定也连在一起。文件中的记录可能分布在不相邻的存储区域或不相邻的物理块中，通过指针或逻辑地址的映射等机制，将物理上分散的记录连接起来。文件检索可以按照记录输入的自然顺序进行也可以排序后按照二分法查找。无论什么方法，对堆文件的删除、修改操作都是很费时的，所以在删除操作时通常先对要删除的记录做上记号，而不立即作物理上的删除，待积累到一定数量时成批地作物理删除。(2)散列文件散列文件也称为直接文件，这种文件中的每一个记录的存储位置是由记录的主键值按某种算法计算出来的，因而只要给出主键值就可以直接访问该记录，记录在存储空间的分布是随机的、不相关的，访问一个记录的时间与记录的位置及文件的大小无关。基于这些基本性质，要随机地访问散列文件中的一个特定记录是十分方便、快捷的。但是这些性质也带来另外一些问题，如存储效率低、可能产生地址冲突、不利于访问大批记录等3.簇集设计 簇集实际上不是一种访问机制，而是加快某些应用的访问速度的一种存储技术。对于某些键，让键值相同的记录尽可能地紧挨着存放，便形成了这个键的簇集。簇集结构可明显地提高按簇集键访问有关记录的速度，特别是访问键值相同的批记录，可以大大地减少I/O次数和时间。但是，对非簇集键的访问毫无益处，而且对簇集键的修改会引起记录的迁移。对一个文件建立簇集意味着记录的大搬家，原先建立的索引也都需要重建，开销很大。实际上，只有满足一定的条件建立簇集才是有益的，一旦应用情况发生了变化，簇集可能变得不再有利甚至于有害了，这就需要及时创建或撤销簇集。4.索引选择 除了前面介绍的文件记录的物理分布方式外，物理设计还考虑为提高对记录的访问速度而采取的附加访问机制，这就是索引。索引就好比一本书的目录，通过目录可以很快找到所需要的章节而不必进行仔细阅览。建立文件的索引，就是对文件中的记录按其某一个属性或某一组属性的值，建立属性值与记录地址的对应关系。用以建立索引的属性或属性组称为索引键，如果索引键为主键，则称之为主索引。主索引的每一个键值只对应一个记录地址，在更新时用它对主键进行唯一性检查。若以非主键作为索引，称之为次索引。是否需要建立次索引取决于应用的需要。索引的建立可明显提高访问记录的速度，但附加的索引需要占有额外的存储空间，而且对记录的更新修改都需要对索引作相应的维护，这些开销在许多时候是不能忽视的。因此，索引不是建得越多越好，而应根据应用的要求权衡得失。索引选择不可能通过一种严密的算法来获得理想的解决方案。现实的方法是按启发式规则进行选择，即使采用计算机辅助设计，也是先采用启发式规则得到一组选择方案，再用简化了的代价估算法进行评价，做出最终的选择。在考虑选择索引的时候，文件结构应该已经确定，也即采用堆文件还是散列文件、记录存放是按照主键值排序还是按某一属性组构成簇集等，都已经确定了。5.分区设计一个数据库系统可能有多个磁盘驱动器，有的系统还带有磁盘阵列(Disk Array)，分区设计就是考虑如何将数据合理地分布在多个磁盘上。主要设计原则有以下几点：1)提高事务执行的并发度；2)均衡I/O负荷；3)加速对关键数据的访问。8.3功能模型8.3.1职能和功能8.3.2功能建模8.3.3软件功能8.3.4功能实现方法8.3.1职能和功能图8-10MRP的计算流程职能是管理学概念，是现实世界中组织机构对管辖对象所承担的责任、拥有的权利和相应的处理方法。一部分职能体现为管理规范，以条约的形式约束组织机构的行为，另一部分职能体现为组织机构处理问题或事件的工作流程。工作流程由业务操作组成。复杂的工作流程往往需要多个部门的多种业务操作配合工作，相互协调并相互制约。在没有信息系统支持的情况下，跨部门的工作流程实施中存在很多缺陷，如大量的重复劳动、容易发生差错、工作对象负担繁重等。信息系统可以使这些问题基本上得以解决。利用工作流管理技术，既可以规范管理部门自身的行为，又可以建立扁平化的管理机制。功能是信息技术概念，它与职能的业务操作相对应，是信息系统处理信息的手段。业务操作对数据的处理、构造报表、对问题的分析和决策等都可以转化为信息系统的功能，或者在信息系统的支持下完成功能。8.3.2功能建模1.功能树2.DFD3.IDEF01.功能树图8-11功能树的例子2.DFD图8-12DFD2.DFD图8-13DFD的展开关系3.IDEF01)IDEF0描述功能活动及其联系，也就是功能模型的体系结构；2)IDEF1描述信息及其联系，也就是信息模型的体系结构；3)IDEF2用于系统模拟和建立动态模型，相当于流程模型的体系结构。(1)简单概念(2)IDEF0的特点(3)建模过程(1)简单概念图8-14IDEF0的概念模型(2)IDEF0的特点1)有控制地逐步展开细节；2)精确性和准确性；3)描述模型的接口；4)提供一套强有力的分析和设计词汇。(3)建模过程图8-15IDEF0的建模过程8.3.3软件功能1.软件的体系结构2.组件定义的原则3.组件耦合4.组件内聚1.软件的体系结构(1)系统模型(2)数据管理(3)通信方式(4)操作系统(5)开发工具(6)规范选择(7)组件划分(8)软件运行1.软件的体系结构0816.tif(1)系统模型系统模型主要包括信息模型、功能模型、流程模型。从逻辑上看，信息模型是基础，功能是对于信息的操作，流程是功能的逻辑组合。但是，实际建立模型并不一定按照这种逻辑关系，例如可以从实际流程或功能分析切入，在建立模型过程中，3类模型之间往往需要进行多次交互，相互启发，相互补充。(2)数据管理 数据管理的任务是根据信息模型建立数据库。数据库设计分为概念设计、逻辑设计和物理设计3个阶段。商品化软件通常采用多层C/S或B/S计算模式实施软件开发，并对应用软件和数据模式进行分离。为了满足不同客户的需求，应用软件需要连接不同的数据库，一般的方法是基于某个数据库开发应用软件，然后应用数据库互连工具ODBC等支持的驱动模块与其他数据库连接。使用J2EE开发应用程序，可以用专用工具JDBC与不同的数据库连接。(3)通信方式通信方式主要考虑组件内部模块之间的通信和组件之间的通信。最重要的是选择软件总线规范和确定信息隐蔽的原则。组件内部模块之间的通信决定于应用过程的设计方法、结构化设计方法和面向对象的方法对于过程和数据的安排不同，因此内部模块之间的通信方式也有所区别。但是，内部模块都可以按照某种软件总线规范封装为组件，封装完成后就可以按照相应的规范通信。(4)操作系统 操作系统的影响是基本的，业务逻辑相同的软件因为面对的操作系统不同，编码方法和开发工具完全不一样。有时因为操作系统的限制，数据库管理和软件实现也可能出现差别。(5)开发工具 开发工具的使用可以大大提高程序设计和编码的效率。选择开发工具除了考虑系统的规模、应用的要求、开发成本之外，系统运行环境也是必须考虑的问题。(6)规范选择 20世纪末比较流行的软件总线规范有DNA、CORBA、J2EE等，它们各有优缺点，然而最大的问题是它们相对比较封闭。后来出现的Web Service是一种比较理想的信息集成平台，不管软件的来源如何，经过适当的包装后，都可以集成在一起。面向服务的体系结构(SOA)是Web Service思想的发展，体现了一种新的程序设计理念。(7)组件划分 组件划分应该遵循信息隐蔽、降低耦合、提高内聚等原则。(8)软件运行 软件运行的考虑是利用业务流程管理系统来建立功能组件之间的联系，这样可以提高软件的用户化水平，缩短软件的实施过程，而且可以支持业务流程的重组。2.组件定义的原则 数据库、开发工具和协议、通信方式等工作完成后，就需要根据功能和流程的要求设计组件。设计组件最重要的原则是信息隐蔽和模块独立。信息隐蔽就是让组件模块仅仅公开必须要让其他模块知道的内容，而隐藏与其他模块无关的一切内容。Parnas提出：在概要设计时应列出将来可能发生变化的因素，并在组件划分时将这些因素放到个别模块的内部。也就是说，每个模块的实现细节对于其他模块来说是隐蔽的，模块中所包含的信息(包括数据和过程)不允许与其他不需要这些信息的模块交叉。这样，将来由于这些因素变化而需要修改软件时，只需要修改这些个别模块，其他模块不受影响。组件独立性指软件系统中的每个模块只涉及软件要求的具体子功能，而与软件系统中其他组件的接口尽可能地简单。组件独立性涉及两方面问题：组件耦合与组件内聚。耦合是衡量组件相对独立性的一个准则，组件之间的联系越密、联系越多，耦合性就越强，而其模块独立性则越弱。内聚是衡量组件功能强度的一个准则，一个组件内部各元素之间的联系越紧，则它的内聚性就越强，相应地，它与其他组件之间的耦合性就减弱，而组件独立性也就越强。因此，组件应该是高内聚和低耦合的软件模块。3.组件耦合(1)非直接耦合(Nondirective Coupling)(2)数据耦合(Data Coupling)(3)标记耦合(Stamp Coupling)(4)控制耦合(Control Coupling)(5)外部耦合(External Coupling)(6)公共耦合(Common Coupling)(7)内容耦合(Content Coupling)3.组件耦合图8-17组件之间的耦合性(1)非直接耦合(Nondirective Coupling)如果两个组件之间没有直接关系，它们之间的联系完全通过主模块的控制和调用来实现，这就是非直接耦合。这种耦合的组件独立性最强。(2)数据耦合(Data Coupling)如果一个组件访问另一个组件时，彼此之间是通过简单的数据参数(不是控制参数、公共数据结构或外部变量)来交换输入、输出的信息，则称之为数据耦合。(3)标记耦合(Stamp Coupling)如果一个组件通过参数表传递记录信息，那么这就是标记耦合。这个记录是某一个数据结构的子结构，而不是简单变量。(4)控制耦合(Control Coupling)如果一个组件通过传送开关、标志、名称等控制信息，明显地控制另一个组件模块的功能，那么这就是控制耦合。(5)外部耦合(External Coupling)几个组件都访问同一个全局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合。(6)公共耦合(Common Coupling)若几个组件都访问同一个公共数据环境，则称它们之间的耦合为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构(如数据库模式)、共享通信区和内存的公共覆盖区等。3级数据库的概念实际上已经解除了数据的公共耦合，所以组件共享数据库不属于公共耦合。(7)内容耦合(Content Coupling)1)一个组件模块直接访问另一个组件模块的内部数据；2)一个组件模块不通过正常入口转到另一个组件模块内部；3)两个组件模块部分代码重叠(只可能出现在汇编语言中)；4)一个组件模块有多个入口。4.组件内聚(1)功能内聚(Functional Cohesion)(2)信息内聚(Information Cohesion)(3)通信内聚(Communication Cohesion)(4)过程内聚(Procedural Cohesion)(5)时间内聚(Classical Cohesion)(6)逻辑内聚(Logical Cohesion)(7)巧合内聚(Coincidental Cohesion)4.组件内聚图8-18组件的内聚性8.3.4功能实现方法1.结构化设计方法2.面向对象的设计方法1.结构化设计方法1)总结系统的功能模型，从功能实现的角度列出每一个功能完成的过程，并标识出过程转向和传递的数据，画出所有的过程；2)细化数据流，确定应该记录的数据；3)分析各过程之间的耦合关系，合理地划分模块以提高它们之间的内聚性；4)确定模块组合与封装成组件的方案。(1)传入模块(2)传出模块(3)变换模块(4)协调模块2.面向对象的设计方法1)发现类及对象，形成整个应用的基础，然后，据此分析系统的责任；2)识别结构，分为识别一般特殊结构和整体部分结构两个步骤；3)定义主题，主题由一组类及对象组成，用于组成更大的模型单位；4)定义属性，其中包括定义类的实例(对象)之间的实例连接；5)定义服务，其中包括定义对象之间的消息连接。(1)问题域设计(2)人机交互界面设计(3)应用控制设计 (4)与问题域有关的设计8.4流程模型8.4.1业务流程8.4.2业务流程管理8.4.3基于Web服务的业务流程管理8.4.1业务流程1.业务流程的定义和特性2.流程重组的概念3.业务流程图1.业务流程的定义和特性1)目的性：流程都有特定的目标，在定义流程之前，目标已经是确定的，流程执行的结果可能实现或者未能实现目标;2)执行性:流程中每个任务或活动是由人或计算机系统执行;3)跨越性:业务流程跨部门或企业的物理界线。2.流程重组的概念 现实的业务流程，往往不可能限制在组织机构内部，需要其他部门或企业的参与才可能完成。一个复杂的业务流程是一些更小的单元(被称为子流程)的有序组合，子流程是一种可重用的业务服务，作为一个独立单元，可以有其输入和输出，可以被多个组合业务流程重用。子流程的IT实现是系统应用程序的组合，是一个消息流上操作的有序组合。根据功能、管理范围的不同，企业的流程一般分成生产层、运作层、计划层和战略层。流程的各层次相对独立，又有密切的联系。高层的管理目标最终要通过低层的业务活动来实现，低层的管理解决不了的问题需要引入高层的策略，因此应该从整个企业管理的角度把各层次流程统一起来。现在企业中分散的各个独立系统只能完成特定的功能，而企业实际的业务需要许多功能的交互。通常，企业应用集成是以流程为核心实现业务的自动化的，虽然工作流管理系统使得整个流程的自动流转或自动执行成为可能，但随着企业业务流程向企业外部(供应商和客户)延伸，传统的工作流系统仍无力解决跨企业的流程集成的问题。基于以上原因，面向企业业务的业务流程管理思想应运而生。流程重组通常指改变子流程的组合逻辑关系，子流程可能包含在一个或多个功能组件中，子流程重组有时就是软件功能的重构。3.业务流程图图8-20外构件入库的业务流程图8.4.2业务流程管理1.业务流程管理系统2.BPMS的功能模块3.BPMS的结构框架1.业务流程管理系统 业务流程管理系统(BPMS)是业务流程管理思想的软件实现。它采用了关系数据库设计思想，以统一、中性的表示方法描述业务流程模型，使业务流程模型从实现逻辑中抽取出来，从而可以被不同企业应用程序所使用，实现信息系统构建的灵活性。BPMS保证业务流程逻辑和流程的完整性、正确性，BPMS支持企业业务重构的需求。BPMS的目的是把所有的要素和所有业务流程中涉及的资源都连接起来，以保证工作流程无缝执行，并更有效率。这种技术把业务流程中的控制部分提取到业务流程层，这样它就可以重新建模、重复使用，从而协调所有的人员、应用程序和系统组件更高效地工作。一个完整的BPMS包括8个部分的模块：流程仓库、流程设计、流程配置、流程引擎、流程维护、流程入口、流程优化、流程分析。其建模语言采用BPEL4WS(Business Process Execute Language for Web Services)，它是IBM和Microsoft合作开发的基于Web服务的可执行业务流程描述语言。对于业务流程管理，希望能达到像关系数据库那样对流程进行写入、查询、执行。2.BPMS的功能模块1)流程仓库：为流程以及与流程有关的知识提供集中的存储场所，提供目录服务以便于流程的查询和发布;2)流程设计:设计流程的模块、逻辑、规则和执行角色，提供流程模板和重用机制;3)流程配置:为流程实例的运行绑定参与者，分配资源，以及设置其他特定的参数;4)流程引擎:驱动流程的运行并负责流程数据的维护，管理流程的状态，实现流程的事务管理，对于分布式流程，要与其他流程引擎进行交互和协调;5)流程维护:流程的监控和异常处理;6)流程入口:为流程的用户提供统一的流程访问机制，包括工作任务列表、报告等,提供企业伙伴的流程访问规则;7)流程优化:对资源利用进行优化，保证流程的一致性、防止死锁;8)流程分析:分析关键性能指标和流程仿真,分析流程的时间和资源性能。3.BPMS的结构框架图8-21电力业务流程管理层次3.BPMS的结构框架图8-22业务流程管理应用过程8.4.3基于Web服务的业务流程管理1.公共协作流程描述和私有流程描述 2.流程控制结构 3.数据对象管理 4.事务处理机制5.异常处理机制6.动态性支持7.流程状态监控 8.4.3基于Web服务的业务流程管理图8-23Web服务环境下的业务流程集成1.公共协作流程描述和私有流程描述 Web服务是业务流程重组的基石，但是作为Web服务接口描述语言，WSDL只是给出了消息、操作、传输协议绑定等的描述，不能描述操作之间的协调关系等语义特征。服务至少应该提供两个操作，其中一个是注册操作，输入消息中包含请求者的地址，请求者调用该操作把自己的地址注册到服务中，然后服务就可以利用这个地址通知请求者。这意味着请求者必须首先调用注册操作，然后才能调用其他操作，换句话说，操作之间存在依赖关系。这种关系体现了服务提供者与服务请求者之间的业务交互关系，是服务外部可见的公共协作流程，是一种只有服务请求者和服务提供者两个参与者的协作。在公共协作流程模型中，服务请求者是隐含的。与服务的公共协作流程模型相比，私有流程模型通常是多个服务的协作。从业务流程的角度来看，公共协作流程模型与私有流程模型除了可见性和参与者数目不同外，没有本质区别。另外，公共协作流程模型描述的是服务的行为特性，需要把它与现有的Web服务描述标准如WSDL等集成。在考虑公共协作流程模型的描述时，应该定义行为激活的前提条件和执行后的结果。这一点在私有流程描述中也是需要的。因此，需要对私有流程和公共协作流程统一描述，这也有助于把私有流程封装为服务，支持服务的动态组合和业务流程重组。2.流程控制结构 表8-11Web服务环境下几种重要的流程控制结构流程控制结构语义备注顺序组合控制按次序执行组合活动用于活动的顺序组合并发组合控制并发执行组合活动等价于同步分支ANDSplit和同步合流ANDJoin的合成结构顺序选择控制分情况从多个分支中选择一个分支相当于程序设计语言中的Switch结构，等价于XORJoin和XORSplit的结合并发选择控制选择分支可以并发执行，但有且只有一个真，其余的将被终止基于信号的同步机制是一种更为灵活的同步机制，可以降低活动之间的耦合性3.数据对象管理 在工作流管理和控制(WfMC)的工作流模型中定义了3类数据对象，包括应用相关数据、流程相关数据和流程控制数据。其中，流程相关数据包括控制转移条件、业务活动的前置条件和后置条件、电子业务文档、活动输入数据和输出数据等。业务文档状态域的值用于控制和协调各个活动。业务应用和流程引擎都能访问和操纵流程相关数据，这类数据需要在建模时定义。Web服务描述语言WDSL是一个无状态的接口描述语言，不记录服务状态信息，而实际业务流程中Web服务的交互是通过XML消息的接收和发送来实现的，同一时刻可能会有多个业务交互实例，可能会出现同一类型的消息分别属于多个不同业务的交互实例。因此，必须确保消息实例与业务交互实例之间的对应关系，通常把它称为消息相关性。Web服务环境下业务流程模型语言除了能够描述WfMC 定义的流程相关数据外，还能够描述Web服务相关的一些信息，如消息相关性等。Web服务环境下的业务流程中，Web服务消息(也就是业务文档)是用XML描述的。XML消息是活动之间数据流的重要组成部分。采用XML技术来描述和访问业务流程相关数据是Web服务环境下的业务流程建模语言的一个基本特性。在实际业务流程中，许多业务活动是可以并发执行的。业务活动的并发执行可以提高效率，但必须确保对相关数据的顺序访问。也就是说，清楚定义并发语义对Web服务环境下的业务流程管理语言来说是必需的。4.事务处理机制 事务处理是业务应用中常用的一种机制。传统的事务处理具有4个特性：原子性、一致性、隔离性和持久性，通常是基于回滚机制由系统自动实现。这一技术在数据库管理系统等领域已经得到成功应用，但是，在业务流程执行过程中，严格遵循4个特性的事务处理机制已经不大可能，需要较为宽松的长事务处理。与传统事务相比，长事务处理支持一致性、持久性和某种程度的原子性，但不支持隔离性，通常需要补偿流程。例如，如果货物发出之后用户取消订单，此时就需要启动补偿流程处理取消订单带来的后果。5.异常处理机制 基于Web服务的业务流程管理使用了大量的Web服务，这些服务部署在网络中不同节点上，可能位于不同的部门，甚至是不同的企业。由于网络延时、业务处理等待等，业务流程的执行需要较长的时间，可能是几个小时，甚至几天、几星期，而且，业务流程执行流程中，还可能出现许多意料之外的问题，因此，异常和失败是任何跨部门、跨企业的集成应用必须面对的挑战。完备和高效的异常和失败处理机制是基于 Web服务的业务流程管理应用成功的关键因素。Web服务的业务流程执行语言的把异常分成3类：流程模型定义层面的异常，这是意料之外的异常，通常需要调整模型以应对出现的情况，如公司重组、战争等；流程内部由于某些活动无法完成而导致的异常，这是意料之内的异常，如客户取消订单，航班取消，应预先提供处理措施；服务资源层面的异常，如服务执行失败、网络超时等。虽然业务流程执行语言和高级程序语言在异常处理方面有相似之处，可以部分借鉴程序语言的处理机制，但业务流程执行语言是面向业务领域的，简单的异常处理并不能满足要求。6.动态性支持 业务流程执行中的动态变更来源于两种情况：一是水平层面，由于意料之外的异常而导致流程模型的变更;二是垂直层面，即流程、服务及服务具体实现之间关系的变化。流程模型变更并不会影响到功能逻辑及其实现，因此，这里只关注流程、服务及服务具体实现之间关系的变化。流程模型中的活动只是定义了需要的服务，需要把活动映射到具体的服务实现，这种映射可以是静态的，直接绑定到某一具体的服务实现，比如采用WSDL的service和port元素来实现;也可以是动态的，在业务流程模型中只是引用采用WSDL定义的抽象接口，在运行时再绑定到实际的服务实现。因为一个服务可能有多个实现，所以必须根据某种规则来选择合适的服务实现。因此，执行语言必须提供相应的描述机制来描述服务的非功能特性，如服务质量(QoS)说明、安全保密策略、审计策略、计费策略、期望的响应时间、预计交互持续时间、可接受的重试次数等以及相应的绑定规则。对于业务流程来说，这些非功能特性是极为重要的，因为只有依据这些信息，系统或者用户才能设计超时处理，选择合适的服务实现，选择是否重新启动或者启动补偿流程等。另外，非功能属性是用户相关的，不同的领域不同的用户可能有自己特殊的语义定义，因此，一个针对特定域的公共的描述语汇是不可缺少的。7.流程状态监控 表8-12比较框架内容比 较 要 点特性公共协作流程描述与私有流程描述私有流程与公共协作流程的统一描述支持公共协作流程描述与WSDL的集成支持对行为前提和结果的基于领域公共语汇的描述数据对象管理基于XML的数据对象描述和访问机制消息相关性保证，实现会话支持数据域的同步访问控制结构参见表811所示事务处理在数据访问层支持传统事务在流程一级支持长事务处理8.5*信息系统的规划和设计8.5.1信息系统规划8.5.2系统定义的归结模型8.5.3信息系统设计8.5.1信息系统规划1.信息系统的技术基础2.软件产品的规划视角3.应用系统的规划视角4.服务视角8.5.1信息系统规划图8-24不同规划层次的IT应用视角8.5.2系统定义的归结模型1.系统定义方法论2.系统定义步骤3.需求分析1.系统定义方法论图8-25系统定义的归结模型2.系统定义步骤1)信息系统需求细节的捕获、采集、整理、确认、分析和管理，可能需要利用现场调研、需求分析、原型法、需求管理等手段和相应的工具。2)进行业务建模，包括企业级、系统级和关键业务的业务模型，并依据模型分析的结果，参照已经捕获到的系统需求进行匹配和确认。3)构思使用信息系统后的业务模型，建立分层的、高阶的其他扩展视图，如组织模型、信息模型、功能模型、流程模型、环境模型等，包括这些模型的优化和改进。2.系统定义步骤4)对于企业应用，可以直接根据系统概念模型选择软件系统，同时进行业务重构、管理规范化、数据规范化等工作，为系