基于模型的系统工程在医学院校管理业务流程设计中的探讨

丁达文 赵志强*

医学院校学科繁多，人员及管理业务数据复杂，与附属医院之间业务联系繁琐且部门间耦合程度高，业务流程设计困难。目前，各医学院校主要依靠市场化的办公自动化操作系统实现对业务信息的管理，一定程度上为医学院校提供了具象的信息化解决方案，但系统使用深度始终不足，主要是由于业务流程的设计造成顶层设计与系统开发间反复迭代，表现为数据关系复杂，系统功能不闭环，建设效果不满足预期等[1]。

基于模型的系统工程(model-based systems engineering，MBSE)方法由具有严格语法的图形模块作为模型的基础而构成，可将庞杂的系统进行顶层解耦与分解[2]。MBSE方法不仅避免了系统元素之间的不一致性，还为各方提供了直观的设计交流工具。本研究将MBSE方法应用于医学院校的业务流程设计中，实现全面优化医学院校管理业务流程的目标。

1 MBSE技术概述

1.1 MBSE理念

MBSE最初由国际系统工程委员会(International Council on Systems Engineering，INCOSE)在2004年提出，通过图形化的建模语言、科学的建模方法和可协作的建模工具，来组织传统的工作，完成对系统的需求分析，帮助产出系统模型的功能和架构。MBSE不是完全抛弃过去的文档，而是从过去以文档为主、模型为辅，向以模型为主、文档为辅的转变[3](如图1所示)。

图1 MBSE理念模型示图

1.2 MBSE建模语言

系统建模语言(systems modeling language，SysML)作为MBSE的标准化图形系统建模语言，以更为直观规范的描述能力对系统需求、功能、结构和行为4方面信息进行表达，为复杂系统设计建模提供支持[4]。SysML包含4方面信息的9种图例，①需求图自成一类；②功能参数图是内部模块图；③模块定义图、内部模块图和包图属于结构图；④模块活动图、序列图、状态机图和用例图属于行为图[5]。

2 医学院校管理业务流程模型构建

医学院校管理主要包括党团建设管理、教学管理、科研管理和行政管理(人员管理、财务管理及资产管理)，涉及的是人流、信息流、资金流和物流，这4类“流”在各个场景中的传输与交换构成了医学院校的业务流程，医学院校内各“部门”就是这一流程中的“场景”。优质业务流程要求4类“流”在各场景间运转顺畅高效，即人流短途，信息流互通，资金流可信，物流即得。目前医学院校业务的流程设计及管理信息均以文档的形式来描述和记录，为此本研究以医学院校管理为例，采用MBSE方法论，于Cameo Systems Modeler平台完成相关的SysML模型创建。

2.1 顶层模型构建

构建顶层模型对其业务环境进行模拟。涉及到的部门标注具体名称，其余部门以代号为省略。

(1)对医学院校内利益相关人员进行定义[6]。将医学院校内师生信息完成统一建模。每一类用户有多态性，既有自己的需求与约束，也继承于师生基本信息的统一格式，从而减少定制化工作，方便今后根据需求对系统进行拓展。

(2)对业务流程中“场景”进行定义。从顶层架构定义了医学院校的组织框架。其中业务部门信息中心作为学校的数据中心，提供人员数据存储与传输服务。

(3)创建内部模块图。描述人员数据在信息中心与各部门间的流转情况，是人员管理的信息流模型[7]。模块图能进一步明确系统之间的接口，初步实现系统解耦工作，方便各部门独立开发管理系统，在规范接口与设计保持一致的前提下，实现最终业务系统的集成(如图2所示)。

图2 SysML中数据传输模块界面图

(4)创建部门内信息管理用例图。以信息中心为例描述其中涉及人员管理的主体业务，包括一卡通等6项，其业务的师生基本信息数据均在系统后台完成数据传输。但当有临时用户需要申请某项业务时，便无法仅依靠系统，而需要其本人完成相关业务流程操作，因此便会产生出人流、信息流、资金流和物流在“场景”内的交互。为此，以临时人员在计费网关系统申请上网账号业务为例，对其进行业务流程的建模与分析。

2.2 业务流程解耦

(1)黑盒活动图完成流程梳理。假设用户属于“SysML中的师生信息模块定义图”中学生“其他”这一栏且来自“学院”，下面构建SysML的黑盒活动图来描述计费网关系统对临时上网账号进行权限管理的活动逻辑。①黑盒活动图类似于传统的流程图帮助设计者分析业务流程，不同点在于SysML活动图会在流程中添加获取的衍生的需求[8]；②在各个活动节点上捕获必要的元素，如信息中心需在网站上提供用户申请表、内部转账单及现金收讫单等电子文件；③在后续活动节点中，还捕获到用户在此业务中需准备的对象元素有现金和身份证复印件。SysML的黑盒活动流程如图3所示。

图3 临时人员申请上网账号黑盒活动流程图

(2)白盒活动图完成部门解耦。当使用文字或黑盒活动图来描述这一行为时，学院、财务处和信息中心3个“场景”仍高度耦合，无论是部门还是用户都不能直观看出本身要完成的所有操作，工作量无法评估，人流、信息流、数据流和物流的获取不够直观。为此，可将之前建立的黑盒活动图白盒化，根据黑盒活动图中捕获的衍生需求，对业务进行重新梳理[9]。分析这一用例涉及到的利益相关者为：其他学生、学院、财务处与信息中心的4条“泳道”，并规定了每个利益方需要完成的操作。在各“泳道”交互节点中添加了输入标签(Input Pin)，以指示在此部门的活动中用户需要提供的材料。设计中在部门泳道的最后活动节点中添加输出标签(Output Pin)，以规范部门在业务中的输出材料。至此，SysML的活动图建模实现了工作流程模型从黑盒到白盒的设计过程，同时也对各部门工作实现了解耦，白盒活动如图4所示。

2.3 业务功能优化

(1)有了“场景”、人流、信息流、财产流及物流清晰的白盒活动图后，用户“泳道”内有大量人员操作。其本质原因是：①信息流不够高效，学院、信息中心和财务处3者间基本无后台信息传递，主要依赖人工；②为保障资金流可信而产生人流不短途，用户需要周转三方、物流不即得、身份证复印件及用户申请表等不方便获取的不良现象。用户在学院报到与现金交至财务处这两项业务，是用户必须完成的物流操作，而信息中心的开户操作与财务处内部转账操作均是为确保资金流可信而开展，可转由系统后台实现功能。

(2)在重新设计流程或重做后台操作系统时，明确功能需求，完成提供信息中心网上人员审核功能与财务处网上转账功能的两项业务。优化后流程在各学院可直接录入新用户信息，并将身份证拍照上传，信息中心在后台完成审核开户，财务处后台完成转账操作，一次性全部完成。至此，内部转账的用户仅需去学院报道便获得了临时上网账号，现金支付的用户也无需再前往信息中心，节省了时间与精力。

(3)在完成相应模型体系搭建后，可帮助在“信息中心网上人员审核功能与财务处网上转账功能”两项业务设计初期提出较为完整的需求架构，在提供整体规划的同时明确用户利益设定。开发人员可以在系统研制的初期先开发出原型系统模型，将系统的边界类的交互方式，控制类的算法逻辑和实体类的数据结构开放给相关人员进行检查阅览，不断地与原需求进行覆盖分析，实现开发过程的方法化。通过模型的表述，使管理者、开发人员、运维人员、用户及各利益相关者对其管理业务开发有更为一致的理解，效果远优于传统的文字描述。

图4 优化后的临时人员申请上网账号白盒活动流程图

3 MBSE模型的优势

3.1 数据管理一致性

主要体现在两点：①图形建模的唯一性，如“在计费网关系统申请上网账号”这一活动流程只有唯一的模型表述，当完成业务流程修改后，信息中心、财务处等所有利益相关部门内的这一模型都会同步修改，从而可以消除文本文档由于信息更新不及时等原因，造成的信息不对等或遗漏修改问题；②表述的唯一性，MBSE使用标准建模语言，以规范化的形式统一表述，消除文本沟通中的语句歧义，确保各部门对人员数据传输与管理的理解一致[10]。

3.2 部门间的解耦

SysML语言的一大特点就是模块化建模[11]。MBSE将定义的每个部门作为一个模块，通过构建的SysML白盒活动图，完成部门间解耦工作，使各部门明确自身数据流、财务流和物流。“泳道”内的部门责任清晰明了，部门间互动明确，利于协调动作，推动项目实施，防止踢皮球现象的发生。

3.3 用户体验中的人性化

医学院校内利益相关人员繁多，需求与约束也随之增多。MBSE在顶层完成所有利益相关人员设定，规定数据信息从而明确潜在利益者的功能性需求和非功能性约束。业务流程优化时，通过观察白盒活动图中的用户“泳道”情况，结合信息模块中的数据信息，尽可能减少所有潜在用户周折次数，从而提升用户体验。

4 结语

MBSE的出现为解决复杂的系统工程，提供了全新的技术手段。本研究将其应用于医学院校管理业务流程的建模，设计提出针对于此的MBSE建模方法体系，应用SysML语言构建不同角度的模型，建立了医学院校管理业务顶层框架，并基于该框架实现了用户申请临时上网账号这一流程的设计迭代，详细分析了MBSE模型特点与医学院校融合方法，并通过业务流程中每个小流程作为实践点开展建模工作。未来，可尝试对校内所有业务部门构建统一模型库，充分发挥MBSE的一致性特点，最终实现全面优化医学院校业务流程的目标。