基于ROAD元架構的企業系統業務架構建模

倪 楓, 鐘 璐, 王 波

(上海理工大學 管理學院,上海200093)

基于ROAD元架構的企業系統業務架構建模

倪 楓, 鐘 璐, 王 波

(上海理工大學 管理學院,上海200093)

根據以業務架構為中心的企業架構開發思路,通過對開放組架構框架(TOGAF)業務架構ACF元模型面向四類描述模型組合的劃分,提出了一種基于ROAD元架構的迭代建模方法,使得TOGAF業務架構在包含全部必要信息的前提下能夠以一組簡單明確的模型表達,為后續的應用架構及信息系統架構開發明確需求.并以一個簡化的游樂園區智能手環系統為例,說明基于ROAD的業務架構建模過程.

TOGAF; 元模型; 業務架構; 智能手環系統

1 企業系統架構框架

企業系統工程是應用系統工程[1]的思想和方法對企業生產經營活動進行組織與管理的技術,企業架構之于企業有如系統架構之于系統.1987年IBM架構師Zachman在他的《信息系統的架構框架》一文中提出的Zackman框架第一次以系統化思維看待企業架構設計,此后近30年,學術界借用系統架構理論研究現代企業架構的設計與演化方法取得了諸多進展[2-3].實踐中也有國外調查表明,84%的企業認為良好的、系統化的企業架構對企業的運營有重要作用[4],并預測企業架構設計領域將形成一個擁有大量案例基礎的專業市場,幫助更多企業度身定制有效的架構方案[5].至今世界上數10個組織陸續發布了從專業到一般的各種類型的框架標準[6],然而,大多數企業架構設計思想主要停留在底層信息系統架構層面,沒有上升到整個企業戰略層面.理想的企業架構設計不應局限在底層信息系統架構層面,而應以企業業務架構為中心,引導信息系統建設,使得兩者緊密結合,為企業戰略的實施提供保障.作為企業架構的一部分,業務架構具體地描述企業如何運作以實現業務目標的架構愿景,并將關注點聚焦在業務流程方面.業務架構是基于組織戰略的、決定企業各組成部分在各業務層面上如何運轉的框架性指導原則,定義了企業的各個業務功能和業務職責,包括企業生產運作、產品銷售、財務管理、人力資源和客戶服務等方面的業務流程、業務數據、業務規則等.

本文使用開放組架構框架TOGAF (the open group architecture framework)的優勢是以業務架構引導整個企業架構開發過程,自頂向下地將企業的戰略轉變為企業日常運營的目標,明確企業日常運營過程中物資、人員、信息以及服務等企業資源的部署和分配情況.TOGAF 9.1版本[7]發布至今已成為世界上最流行的企業架構框架之一,目前,73%的企業正在使用(或已經使用過)TOGAF建模企業架構[4].TOGAF業務架構建模方法與過程在產業界和學術界都有大量相關研究[8],它描繪出一個未來企業信息化中業務流程、信息服務、應用集成和技術標準互動的藍圖,起到溝通業務系統與信息系統間的橋梁作用.

TOGAF架構建模過程中,ACF (architecture content framework)元模型起了關鍵作用.元模型作為一種描述模型的模型,是用于定義模型結構的標準.美國國防部2009年發布的DoDAF2.0框架也確立了以數據元模型為中心的建模思路,通過一系列不同建模視角的模型描述系統架構各個層面,促進系統各開發視角、各開發階段的“聯合論證”[9],逐漸形成了以元模型為核心要求的概念驅動武器裝備發展建設模式[10].國內學者宛海寧指出,元模型對于企業架構的意義在于規范需要獲取的架構結構數據的元數據,并提供用于創建該領域中模型的構建元素[11].ACF元模型是在TOGAF架構建模過程中起到“基石”作用并在業務架構與信息系統架構的協同中起到“紐帶”作用的企業架構模型的靈魂.

TOGAF為業務架構階段提供了9個建議步驟和18個備選交付物[7],但是,這些交付物的開發并沒有很好地結合現有成熟的開發模型和方法,在實際運用中缺少成熟方法、工具和案例的支撐,難以確保落地性[12].本文通過對TOGAF業務架構ACF元模型的研究,提出了一組基于元模型的描述模型組合劃分,即元架構.使得TOGAF業務架構在包含全部必要信息的前提下,能夠以1種基于4種模型組合的簡明形式表達.

2 TOGAF業務架構元模型

TOGAF作為一個由 The Open Group 組織定義的開放的企業架構框架,提供了一系列企業接受、開發、使用及維護企業架構所需要的方法和工具,本文關注基于元模型的TOGAF業務架構建模.

2.1 TOGAF業務架構

TOGAF架構在ADM (architecture development method)中分為4個不同的視角描述:a.業務架構,描述了企業組織結構、業務活動、業務流程、業務規則以及與業務環境相關的信息等方面,以支持在業務層面達成共識的架構愿景;b.數據架構,定義了企業信息系統中組織級數據的邏輯結構和物理結構,使得數據能夠在各應用模塊之間無邊界地流動,解決企業的數據共享問題;c.應用架構,定義了企業信息系統中應該包含哪些應用模塊,并明確各模塊間的關系,提供企業所需信息應用的藍圖;d.技術架構,規劃了運行業務、數據、應用架構所需要的信息系統基礎設施支撐,包括硬件、網絡、中間件、通信技術等,為信息系統基礎設施投資、建設提供科學規劃.

與其他系統架構標準相比,TOGAF 更加強調以業務架構為系統需求,引導信息系統架構等其他架構的開發.TOGAF中提供了一套高度概括性的架構開發方法ADM[13-14]:一個可靠的、行之有效的方法,用以開發能夠滿足戰略需求的企業架構.在ADM開發建議中,后續的數據架構、應用架構、技術架構都應該以業務架構為基準,在業務目標和需求的驅動下,迭代作用于企業信息化全過程.業務驅動使得信息系統成為業務活動的助力,與整體需求相匹配,從而有效地支持著企業的業務活動.

因此,TOGAF業務架構作為之后各階段解決方案的基礎,占據架構設計師在規劃和設計系統前期工作中大部分的工作量.只有使得信息系統能夠與企業的戰略、組織架構、結構功能、業務流程以及管理活動等方面融合為一體,才能夠真正使企業獲得競爭優勢,保證企業的業務設計保持持續的戰略競爭優勢,并通過企業信息架構和技術架構來實現.在這一過程當中應當從企業的使命、愿景到經營策略再到業務的目標,層層地進行企業戰略的細化和分解,使得業務架構與信息架構 “對齊”.

2.2 業務架構元模型

元模型(meta-model),即模型的模型,能夠表達建模中所包含信息及其關聯關系的模型,用于描述、規范模型的創建[15].術語“元”意味著超越或者上面的意思,它強調了元模型是在一個比模型實例本身更高的抽象層次上建立的描述[16],是模型的靈魂.在模型驅動架構(model driven architecture,MDA)術語中對模型層的上一級抽象有本體模型和元模型,均體現為對一組概念的命名及其關系的定義.Gerber研究組指出它們的關系可以理解為:如果可以由某個本體模型降低抽象級建立實例化模型,則該本體模型就是后續模型實例的元模型[17].

TOGAF 9.1版本中專門提出了內容元模型(content meta-model)的概念,并認為內容元模型是“一個形式化的結構,用以保證ADM的一致性,并為希望使用架構工具實施架構的組織提供指導”[7,17].TOGAF定義了規約架構內容的元模型框架ACF,它的作用是通過對架構元模型的定義,使架構開發中的各視角、各粒度模型實例能在整個過程中一致地定義、構建并呈現,從而保證整個架構建模過程的一貫性,以及整套架構模型描述的一致性.與之具有類似功能的內容元模型有DoDAF框架中的DM2(DoDAF meta model)和MoDAF框架中的M3 (MoDAF meta model)[18].

在TOGAF 9.1版本ACF中截取業務視角架構相關元模型如圖1所示,其中,包括OMG建議的業務架構中6個基本元類(組織單元、業務執行節點、業務協作角色、業務功能、業務服務、業務流程)以及2個擴展元類(觸發事件、業務規則),數據架構中1個基本元類(數據實體).各個元類中包含的元屬性在本文中不作贅述.

圖1 ACF業務架構元模型Fig.1 Meta-model of the business architecture in ACF

TOGAF業務架構元模型中包含的9個元類及它們之間的關系如圖1所示.

a. 觸發事件:由某個或幾個業務協作角色完成,多個彼此相關的觸發事件組成一個業務流程.業務事件可以根據業務規則觸發或終止其他業務事件或一個業務流程.

b. 業務流程:由一系列觸發事件或更小的業務流程組成,一個業務流程可以實現一個或多個業務功能.

c. 業務功能:被一個或多個業務協作角色執行,由業務執行節點(映射組織單元)支撐的業務流程片段或集合.

d. 業務服務:組織單元外部可見的業務功能,被組織內部的業務規則、數據實體約束.業務執行節點通過特定業務接口調用業務服務,從而使用某些特定的業務功能.

e. 業務執行節點:物理層面映射一個或多個組織單元,邏輯層面映射一個或多個業務協作角色.在架構內支撐業務功能,在架構外調用業務服務.

f. 業務協作角色:業務邏輯頂層表現為一個或幾個業務功能的執行者,業務邏輯底層表現為觸發事件參與者.與業務執行節點存在映射關系.

g. 組織單元:業務執行節點所映射的物理層資源,包括人、設備或系統,可以對外提供服務或產品、對內提供能力的實體.

h. 業務規則:微觀上定義觸發事件的邏輯關系,形成宏觀上對業務服務的約束.

i. 數據實體:與業務邏輯相關的數據類,交互于業務執行節點之間,且包含于業務服務的接口描述中.

TOGAF業務架構元模型中包含了建模對象架構的業務流程、數據、規則、節點等方面需要描述和表達的內容,以及這些內容內在的約束和關聯.以TOGAF架構元模型為基礎,用業務架構內容元模型中元類及其關聯關系引導模型層面建模的數據一致性、內容完整性和過程一貫性.

3 ROAD元架構建模方法

所謂“元架構”是對元模型的一種劃分和定義,將要進行實例化建模的TOGAF業務架構元模型劃分成若干塊相互關聯的局部,分別定義到一種具體描述模型的建模范圍,以便模型的實例化.元架構將元模型中的元類、元關系映射到幾種典型的描述模型語義元數據,選擇最適合的建模語言來描述對應的架構內容.將業務架構元模型劃分并建立ROAD (rule,organization,activity,data)元架構,分別映射到4組描述模型,即業務規則模型、業務組織模型、業務活動模型和業務數據模型,如圖2所示.

a. 業務規則模型(Rule).

業務規則模型語義覆蓋業務架構元模型中的3個元類及關系:業務流程、觸發事件、業務規則,如圖2(a)所示.業務活動中任何一個事件發生時,被激發的事件將服從于相應的業務規則,業務規則定義了這些事件的觸發條件和結果,由此推進業務流程.可使用IF-THEN-ELSE和CASE等規則邏輯控制語句來建立業務規則模型.

圖2 ROAD元架構Fig.2 ROAD meta architecture

b. 業務組織模型(Organization).

業務組織模型語義覆蓋業務架構元模型中的3個元類及關系:組織單元、業務執行節點、業務功能,如圖2(b)所示.該模型需要清楚地描述業務功能中業務執行節點和組織單元的對應關系,更要明確各個業務執行節點間的信息、邏輯關聯關系,可用UML協作圖描述.

c. 業務活動模型(Activity).

業務活動模型語義覆蓋業務架構元模型中的5個元類及關系:業務執行節點、業務功能、業務流程、數據實體、業務協作角色,如圖2(c)所示.業務活動模型描述了在達成特定業務功能目標而進行的業務活動,主要包括業務活動層次化分解、活動間的信息交互.通常使用IDEF0(功能建模的集成定義)方法建立業務活動模型,既可表現各種業務活動的層次化結構,又涵蓋各個活動間的ICOM信息通道.

d. 業務數據模型(Data).

業務數據模型語義覆蓋業務架構元模型中的2個元類及關系:業務服務、數據實體,如圖2(d)所示.業務活動交互信息由業務節點之間消息數據傳遞,并且由業務服務產生和消費.業務數據模型定義了數據的邏輯層結構,包括數據類、數據類屬性、數據類之間的關系,可用IDEF1x實體關系圖描述,包括數據實體、實體包含的屬性以及實體之間的關系.業務數據模型中實體的定義與業務活動模型中的ICOM信息通道具有很大的相關性.

ROAD元架構使得TOGAF業務架構建模階段能夠明確地以4種相互關聯、各有側重、互為補充的描述模型來描述企業業務層面的最關鍵信息.這4種部分模型開發是一個逐層迭代的過程,逐步豐富其每層的內容,形成多層架構實例.由此呈現一個基于ROAD元架構的二維度建模矩陣,以橫向模型維與縱向粒度維展開,逐歩逐層地建立完整的業務架構.縱向“由元模型層面到模型實例層面”粒度細化和橫向“規則、組織、活動、數據”不同部分模型展開,構成一個縱向迭代、橫向分塊的二維“層次化模型實例集”,一方面符合架構粒度由粗到細、逐步精化的開發習慣,另一方面又可以滿足模型不同部分的描述需求.

4 游樂園智能手環系統業務架構建模

游樂園區智能手環的創意來自于迪士尼樂園魔法腕帶Magic Band,隨著移動互聯技術的進步及對用戶需求的進一步挖掘,以提升用戶游園體驗為目標的新一代游樂園區智能手環系統中融入了多種移動互聯科技,基本功能分解如圖3所示,分為身份識別、園內消費、兒童安全這3個業務功能類別,每個業務功能類別又進一步細分成3個基本業務功能.基于ROAD元架構對該系統進行業務架構建模分為4個部分進行.

首先,建立業務組織模型.明確系統中業務節點及其邊界、業務關聯,邏輯業務節點大部分情況下可直接對應到系統物理節點,以基本業務功能“積分兌換”為例建立業務組織模型,如圖4所示.

然后,建立業務活動IDEF0模型.“積分兌換”業務功能的頂層業務活動A0圖如圖5所示,其層次化分解如圖6所示,每一層活動分解意味著粒度的進一步細化,在同一個業務功能的活動模型中應盡量維持各層活動分解的相對粒度均衡.其中,A0圖表示第一層分解,如圖6(a)所示,將“積分兌換”頂層活動分解為確認兌換、驗證與兌付、禮品兌出這3個第1層子活動,并明確各個子活動之間的信息互聯關系.3個子活動再分別進一步分解為第2層子活動及其信息互聯關系,如圖6(b),6(c),6(d)所示.

圖3 游樂園區智能手環系統基本功能分解Fig.3 Functional decomposition of a simplified smart bracelet system for amusement park

圖4 “積分兌換”功能的業務組織模型Fig.4 Organization model of the redeem points function

圖5 “積分兌換”功能的業務活動模型A0圖Fig.5 Activity model A0 diagram of the redeem points function

進而,建立業務數據IDEF1x模型.可通過分解業務活動模型IDEF0圖中每層的活動及IOCM信息流獲得數據實體,再細化成完整的業務數據模型ER圖,如圖7所示.

最后,建立業務規則模型.“積分兌換”業務規則模型詳細說明了該業務活動中各種預期事件的觸發規則,必須與前幾步建立的“積分兌換”業務活動模型、業務數據模型以及業務組織模型相關聯.表1(見下頁)中例舉了“積分兌換”業務規則模型中的一條規則.

圖6 “積分兌換”功能的業務活動模型A0,A1,A2,A3圖Fig.6 Activity model A0,A1,A2 and A3 diagrams of the redeem points function

圖7 “積分兌換”功能的業務數據模型Fig.7 Data model of the redeem points function表1 “積分兌換”功能的業務規則模型(部分)Tab.1 Rule model of the redeem points function (partial)

RuleA11“查詢庫存”規則IF手環識別信息.授權狀態=1and禮品選擇.禮品編號=禮品庫存.禮品編號and禮品庫存.庫存數量>0THEN庫存確認.禮品編號=禮品選擇.禮品編號and庫存確認.有庫存=1and電子屏顯示信息.操作人識別=手環識別信息.賬戶IDand電子屏顯示信息.禮品信息=禮品選擇.禮品名稱+所需積分and電子屏顯示信息.操作提示信息=“禮品庫存已確認.”

ROAD元架構建模過程是一個逐級升級建模粒度的循環迭代過程,每一組模型都包括多個粒度版本的多次迭代,但應注意各組模型粒度的均衡.為保障建模數據在模型維和粒度維的一致性,在迭代建模的過程中應建立集成字典貫穿始終,在本文中不贅述.

5 結 論

元模型理論在企業架構設計與建模領域有著廣闊的研究和應用空間,本文基于TOGAF業務架構元模型提出ROAD元架構建模方法是建立在元模型理論上對TOGAF業務架構建模的一種實現方案,有以下三方面優勢:a.基于業務架構ACF的元架構劃分在元模型層面,保證架構模型的一致性和完整性;b.在架構開發方法上遵循“元模型中心內容為綱、需求驅動業務流程為先”促使業務架構與信息架構 “對齊”;c.在架構開發流程上按照“多角度可視化建模、逐層迭代階段化交付”帶來開發過程的靈活性和敏捷性.智能手環系統建模案例說明本文方法具有一定的可操作性,能為企業架構及系統架構建模相關研究與應用提供有益的參考.

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(編輯:石 瑛)

Business Architecture Modeling for Enterprise System Based on ROAD Meta-Architecture

NI Feng, ZHONG Lu, WANG Bo

(BusinessSchool,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

Concerning the business architecture as the center of the enterprise architecture development,an iterative modeling method was proposed based on the ROAD meta-architecture for open group architecture framework (TOGAF) business architectures through dividing an ACF business architecture meta-model into four parts mapping different kinds of description models,so that the TOGAF business architecture can be modeled with a set of simple and definite model combinations for the further application architecture and information system architecture to follow a clear requirement.Furthermore,a simplified smart bracelet system for amusement park was taken as an example to illustrate the modeling process of TOGAF business architectures based on the ROAD meta-architecture.

TOGAF;meta-model;businessarchitecture;smartbraceletsystem

1007-6735(2017)03-0262-07

10.13255/j.cnki.jusst.2017.03.010

2016-12-14

國家自然科學基金資助項目(61403255);教育部人文社科項目(14YJCZH218);上海市教委科研創新項目(15ZZ073)

倪楓(1982-),男,講師.研究方向:系統分析與集成.E-mail:nifeng@usst.edu.cn

N 94

A