业务流程模型是进行流程分析的基础，已有工作大都借助单一模型描述所有案例共享的业务流程控制逻辑信息和语义信息。模型所携带信息的复杂性导致基于这些模型进行复杂业务流程的建模、验证和挖掘遇到许多困难。为解决上述问题，本文提出了业务流程的分层建模、验证和挖掘方法。基本思想是建立业务流程的层次模型，使得各层子模型所包含的信息相对分离，从而降低子模型分析的复杂度，再通过集成子模型分析结果完成对整个业务流程的分析。　　具体而言，本文的主要工作如下:　　(1)提出了基于案例模型、业务流程逻辑网、业务流程语义网和循环幺元对业务流程进行分层建模的方法。业务流程逻辑网描述任务之间的依赖关系和流程控制逻辑，业务流程语义网在业务流程逻辑网的基础上引入案例属性和任务执行条件等语义信息，案例模型描述单个案例的执行路径，循环幺元描述循环结构。文中给出了业务流程层次模型的自动构建算法，输入流程中存在的任务依赖关系和循环结构，则流程对应的案例模型、业务流程逻辑网和业务流程语义网自动导出。　　(2)提出了基于层次模型的业务流程验证有效算法。将业务流程整体模型的正确性验证归约为各个案例模型和循环幺元的验证，进而给出了案例模型和循环幺元的正确性判定条件及高效的验证算法，从而降低了业务流程验证的复杂度。同时，结合层次模型中的语义信息，对业务流程语义方面的错误进行了定义和验证。　　(3)提出了基于业务流程层次模型的任务关系挖掘方法。将业务流程整体模型中任务关系的挖掘归约为案例模型内部任务关系和循环结构的挖掘，进而给出了基于事件日志中的案例簇挖掘案例模型中的任务关系以及基于组合案例挖掘循环结构的方法，通过挖掘结果的集成得到业务流程完整的任务依赖关系。　　(4)提出了基于同步核的业务流程模型分层发现方法。为进行业务流程模型的发现，引入了一种基于同步核的任务关系建模机制，并借助同步核给出了由挖掘到的任务依赖关系和循环结构到业务流程层次模型和BPMN模型的转换规则，最终达到了从事件日志出发重构业务流程层次模型和BPMN模型的目的。　　(5)提出了基于业务流程层次模型挖掘的流程性能分析方法。首先从事件日志中挖掘案例模型内部的任务逗留时间和同步时间，在此基础上得到了案例模型的执行周期和关键任务;进而，通过任务求精和频率分析实现了对整体业务流程执行周期的精细化分析。同时，借助性能分析结果对业务流程进行了诊断和改进。