（管理科学与工程专业论文）基于时间Petri网的工作流模型研究.pdf

基于时间p e t r i 网的t 作流模型研究 间信息定义上不全面的缺点，本文加入了标记有效时间、变迁有效时 间和流程整体时间限制等更多的时间信息，形成了改进的时间工作流 网( a d v a n c e dt i m ew o r k f l o w n e t ，a t w f - n e t ) 模型。并通过实例的 a t w f - n e t 建模和分析证明该模型有效地解决了t w f - n e t 的不足，能 够清晰描述具有复杂时间信息的业务流程。 本文的研究核心研究内容之二是时间工作流模型中时间信息的 表示。随着工作流应用的发展，工作流中的时间信息具有不确定性的 特点越来越普遍，已经成为工作流时间建模与分析方面的新难点之 一。为了解决具有不确定性的时间建模，本文在前人研究的基础上， 将模糊时间的概念引入到改进的时间工作流网模型中，创建了基于模 糊时间的a t w f n e t ( f a t w f n e t ) 模型，并详细定义了模型中的时间 信息的建模和计算以及工作流整体的时间可能性分析。最后通过实例 证明f a t w f - n e t 能够比较完整地描述具有不确定性时间约束的资源 和活动的工作流系统。 关键词：工作流；p e t r i 网；工作流网；模糊时间；a t w f - n e t ；f a t w f - n e t lllliilllllll卜 s t u d yo nw o r k f l o w m o d e lb a s e do n t i m ep e t r i n e t a bs t r a c t a sa ne 骶c t i v es u p p 。r tt o 。1f o rp r 。c e s sm o d e l i n g ，。p t i m i z a t i 。na n a l y s i s ， b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ， w o r k f l o wt e c h n o l o g yt o b e c o m ea 士a m o u s t e c h n 0 1 0 9 yi nr e c e n ty e a r sw h i c h i sw i d e l ya p p l i e d 、s t r o n gr e s e a r c h e da n d 1 s r a p i dd e v e l o p m e n t e di ni n d u s t r y i n r e c e n ty e a r s ，a sc o m p 锄i e s i n c r e a s l n g l y f i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n a n dc h a n g i n g b u s i n e s se n v i r o n n , 1 e n t ，t h e r e q u i r e m e n t so f b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ta n do p t i m i z a t i o nb e c o m em o r e a n dm o r e a m o n gt h e m ，t h et i m em a n a g e m e n to f w o r k f l o ws y s t e mp l a y sa n i m p o r t a n t r o l e t oa c h i e v et h et i m em a n a g e m e n t o fw o r k f l o w , f i r s to f a l li sh o wt os o l v e t h ef o m a lw a yt od e s c m et h e t i m ei n f o r m a t i 。na n dt i m eb e h a v i 。r w i t h i n t u i t i v e 铲印h i c a lr e p r e s e n t a t i o n ，c l e a r s e m a n t i c s ，s o l i dt h e o r e t i c a lf o u n d a t l o n ， a b u n d a n ta n a l y s i st e c h n i q u e sa n d b es u i t a b l et od e s c r i b et h ec h a r a c t e r i s t i c so f d i s c r e t ep a r a l i e ls y s t e m s ，p e t r in e t ，i sc o n s i d e r e d t h em o s tp r o m i s i n gm e t h o d s o fw o r k n o wm o d e l i n g ，a n db a s e do ni t ，w m e v a nd e ra a l s tp r o p o s e d w o r k n o wn e t i th a sb e e np r o p o s e dav a r i e t y o fm o d e lb a s e do nt h ee x t e n d e d i i i 基于时间p e t r i 网的工作流模型研究 p e t r in e t sw h i c ha r ed e s c r i b e dt h et i m ei nw o r k f l o w t h i ss t u d yw a sd o n eo n e x p a n s i o na n di m p r o v e m e n to f w o r k f l o wm o d e lb a s e do nt i m ep e t r in e t t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a s i ct h e o r yo fw o r k f l o wa n dp e t r in e t s ， a n dt h e na n a l y z e dt h ew o r k f l o wn e ta n dt h eg e n e r a lt i m ew o r k f l o wn e t ，a n d w i t ha ne x a m p l e ，t h es h o r t c o m i n g so fg e n e r a lt i m ew o r k f l o wn e ti nt h e d e f i n i t i o no ft i m ei n f o r m a t i o ni se l a b o r a t e d t h ef i r s tc o r ec o m p o n e n to ft h i ss t u d yi st h et i m ei n f o r m a t i o nd e f i n i t i o n i nt i m ew o r k f l o wm o d e l t h et i m ei n f o r m a t i o ni nt h eg e n e r a lt i m ew o r k f l o w n e ti n c l u d e st i m ec o n s t r a i n t so fa c t i v i t y ( e n a b l e dt i m e ，t h ef i r e dt i m e ) a n d e x e c u t i o nd e l a yo fa c t i v i t y h o w e v e r ，t h ei n f o r m a t i o ni ss t i l ln o te n o u g ht o d e s c r i b et h e c o m p l e x t i m ei n f o r m a t i o no fw o r k f l o w t oa d d r e s s i t s s h o r t c o m i n g si n t h e i n c o m p r e h e n s i v ed e f i n i t i o n o ft i m ei n f o r m a t i o n ，t h i s p a p e ra d dv a l u a b l et i m eo ft o k e n ，v a l u a b l et i m eo f t r a n s i t i o na n dt i m el i m i to f o v e r a l l p r o c e s s t ot h e g e n e r a l t i m ew o r k f l o wn e t ，a d v a n c e dt i m e w o r k f l o w n e t ( a t w f - n e t ) m o d e li sf o r m e d a n d a ne x a m p l eo fa t w f - n e t m o d e l i n ga n da n a l y s i ss h o wt h a tt h em o d e lc a ne f f e c t i v e l ys o l v et h es h o r t a g e o ft 下n e t , c a nc l e a r l yd e s c r i b et h eb u s i n e s sp r o c e s s e sw i t hc o m p l e xt i m e i n f o r m a t i o n t h es e c o n dc o r ec o m p o n e n to ft h i ss t u d yi st h ep r e s e n t a t i o no ft i m e i n f o r m a t i o ni nt h et i m ew o r k f l o wm o d e l w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw o r k f l o w a p p l i c a t i o n s ，i ti sc o m m o n t h a tt h et i m ei n f o r m a t i o ni sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l y u n c e r t a i n ；i th a sb e c o m en e wo n eo ft h ed i f f i c u l t i e si nt i m em o d e l i n ga n d i v a n a l y s i so fw o r k f l o w t oa d d r e s st h eu n c e r t a i n t y o ft h et i m em o d e l ，b a s e do n p r e v i o u ss t u d i e s ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to ff u z z yt i m e t ot i m et o i m p r o v ew o r k f l o wn e tm o d e l ，c r e a t e da t w f n e t m o d e lb a s e do nf u z z yt i m e ， a n dd e t a i l e dd e f i n i t et h em o d e l i n go f t i m ei n f o r m a t i o ni nt h ew o r k f l o wm o d e l a n dc a l c u l a t i o no ft h et i m ep o s s i b i l i t yo f w h o l ew o r k f l o w f i n a l l y , t h i sp a p e r g i v e sa ne x a m p l et op r o v ef a t w f - n e t c a nm o r ec o m p l e t e l yd e s c r i b et h e w o r k f l o ws y s t e mw h i c hh a sr e s o u r c e sa n da c t i v i t i e s w i t hu n c e r t a i nt i m e c o n s t r a i n t s k e y w o r d s ：w o r k f l o w ；p e t r in e t ；t i m ep e t r in e t ；t i m ew o r k f l o wn e t ；f u z z y t i m e ；a t w f - n e t ；f a t w f - n e t v 基于时间p e t a l 网的t 作流模型研究 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义一l 1 1 1 研究背景1 1 1 2 理论意义与实践意义2 1 2 国内外研究现状。3 1 3 本文的研究思路及创新点7 1 4 论文的主要内容9 第二章工作流和p e t ri 网基础理论1 1 2 1 工作流和工作流管理系统l l 2 1 1 工作流1 l 2 1 3 工作流参考模型1 5 2 2p e t ri 网理论基础1 7 2 2 1p e t ri 网的基本定义1 7 2 2 2 高级p e t ri 网2 0 第三章时间p e t ri 网工作流模型2 2 3 1 工作流网( w f n e t ) 2 2 3 1 1w f - n e t 的定义2 2 3 1 2 路由结构一2 5 3 1 3 合理性概念一2 7 3 2 普通时间! i ：作流网( t i m ew o r k f i o w - n e t ) 模型2 8 3 2 1t w f - n e t 的定义2 9 3 2 2t w f - n e t 的应用举例3 0 3 3 改进的时间p e t ri - 1 ：作流网( a d v a n c e dt i m ew o r k f i o r n e t a t w f n e t ) 模型3 l 3 2 1 普通时间工作流网( t i m ew o r k f i o w - n e t ，t w f n e t ) 模型的不足3 l 3 3 2a t w f n e t 的定义3 2 3 3 2a t w f - n e t 中的时间计算3 3 3 3 3a t w f - n e t 的应用举例3 4 3 4 本章小结3 6 第四章基于模糊时间的a t w f - n e t 模型3 7 4 1 模糊时间3 8 4 1 1 模糊数学3 8 4 1 2 模糊时间4 0 4 2 基于模糊时间的a t w f - n e t ( f a t w f - n e t ) 模型4 l 4 2 1a t w f n e t 的定义4 2 4 2 2f a t w f n e t 的时间计算4 3 4 2 3f a t w f - n e t 的时间建模和可能性分析4 4 4 3f a t w f - n e t 的实例研究4 6 v i i k 、 基于时间p e t r i 网的1 = 作流模型研究 4 3 1 实例提出4 7 4 3 2 实例的f a t w f n e t 建模4 7 4 3 3 实例的时间计算和时间可能性分析4 9 4 4 本章小结5 1 第五章总结和展望5 3 5 1 总结5 3 5 2 进一步的研究工作5 4 参考文献5 5 v i i i 网的工作流模型研究 1 1 1 研究背景 章绪论 作为支持过程建模、优化分析、经营过程自动化的有效支持工具，工作流技 术成为近年来业界广泛应用、极力研究和迅速发展的技术。工作流技术的目标是 用计算机辅助实现业务流程，它的主要特点是使处理过程自动化，使用户以及各 种应用工具相互之间协调工作、以共同完成某项工作。 工作流技术起源于二十世纪8 0 年代初的办公自动化运动，到了二十世纪9 0 年 代，随着计算机技术、网络技术、通信技术和分布式数据库等辅助信息技术的迅 速发展和成熟，现代企业信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越来越显著。 在这种技术背景下，工作流管理系统成为简化企业复杂信息环境、实现业务流程 自动执行的必要工具，这样一个转变，把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段， 使得人们从更深的层次、更广的领域对工作流展开了研究。目前，工作流不仅应 用在保险、银行、法律、行政管理等办公环境，也可以应用于工业和制造等领域， 种种迹象表明工作流管理已经对信息系统产生了重大的影响。 时间工作流技术，主要是研究工作流模型中的时间行为。近年来，随着企业 的市场竞争的日趋激烈和业务环境的不断变化，对业务流程管理的要求也变得越 来越高。其中，工作流系统的时间管理问题在工作流管理，特别是在工作流过程 管理扮演了十分重要的角色。 实际的业务流程中存在许多时间约束，如一个个工作任务( 活动) 或者整个业 务流程必须在规定的时间长度内完成等。在流程的实际执行过程中，如果违反了 这些时间约束，就有可能给企业带来损失。如在客户投诉处理中，客户的投诉投 能得到及时的回应和处理，将会影响客户的满意度：有时i b j 限制的合同没有及时 完成，将要支付违约金等等。由此可见，对工作流过程模型中的时间信息进行有 效的管理，保证这些时l 日j 约束得到满足，对工作流管理具有十分重要的意义。 基于时问p e t r i 网的工作流模型研究 工作流管理是以业务流程的形式化表示为基础，而把实际的业务流程抽象成 计算机可处理的形式化表示正是工作流建模的主要任务。 要实现工作流的时间管理，首先要解决如何用形式化的方法去描述时间信息 和时间行为。工作流设计者需要有效的方法去建模和分析工作流过程模型中时间 行为。目前工作流建模技术还远没有成熟，还处于百家争鸣的时代。工作流过程 模型描述方法有形式化描述和非形式化描述，前者通过建模语言描述业务流程， 如面向对象技术中的u m l ，w f m c 定义的工作流描述语言等；后者是通过可视化较 强的图形符号来描述业务流程，这一类过程建模的工具很多，比较成熟的主要有： i d e f 族法、r a d 法、e e p c 法、p e t r i 网法、d f d 法等。由于工作流过程的复杂性， 对于过程描述，建立可读性强，又可以被计算机接受的模型变得尤为重要。p e t r i 网具有直观的图形表示、明确的语义、坚固的理论基础、丰富的分析技术和适合 于描述离散并行系统的特点，因此，p e t r i 网被认为是最有前途的工作流建模方 法。人们已经提出了多种基于扩展p e t r i 网的工作流时间描述模型。 然而，到目前为止，人们虽然提出了不少有意义、有见解的基于时间p e t r i 网的工作流模型，但均只表现了时间约束的某一方面，未将时间因素全面地引入 工作流模型。另外，在大部分模型中，时问信息都是确定性的，缺乏对不确定性 时间信息的描述能力。而在实际的工作流应用中，由于资源和活动具有动态特性， 使得各种时间信息常常是非确定性的，难以被精确描述。所以，关于时间工作流 模型的研究还有较长的一段路要走。 1 1 2 理论意义与实践意义 ( 1 ) 理论意义 目前对于工作流模型的研究很多，由于p e t r i 网的直观、容易被转化计算机 语言，以p e t r i 网为基础的工作留模型研究是一个重要的方向，其中对工作流中 的时间信息的研究也是研究热点之一。但目前的研究中，有些对工作流中时间信 息的定义还不够全面，有些缺乏合适的时间信息表示形式。 p e t r i 网具有直观的图形表示、明确的语义、坚固的理论基础、丰富的分析 技术和适合于描述离散并行系统的特点，被认为是最有前途的工作流建模方法。 本文在前人研究的基础上，全面考虑工作流中涉及的时间信息，使用时间p e t r i 2 基于时间p e t r i 网的工作流模型研究 网创建了改进的时间工作流网( a t w f - n e t ) 模型。并在此模型的基础上，使用模 糊时间的作为时间信息的表示形式，进而创建基于模糊时间的a t w f - n e t ( f a t w f n e t ) 模型，时问信息的表示方式更加灵活，更具有普遍性。工作流建 模的研究，是开展工作流其他研究内容的前提和基础，综上所述，本文的研究具 有一定的理论意义。 ( 2 ) 实践意义 在现实企业中，时问管理是企业生存并在激烈竞争中取胜的关键因素。而工 作流管理系统必须处理大量与时间有关的问题，因此，企业对于工作流时间管理 的实际需求非常强烈。优秀的工作流模型是工作流时间管理的基础，本文的 f a t w f n e t 模型能够描述具有复杂时间信息且时间具有不确定性的工作流，并且 能够对工作流的时间可能性进行计算，是企业合理业务流程的重要工具和保障， 具有重要的实践意义。 1 2 国内外研究现状 在各种工作流建模技术中，p e t r i 网受到人们的普遍关注，已成为目前最具 前途的建模工具。因为利用p e t r i 网技术进行工作流过程建模具有如下优势： ( 1 ) 正式的语义：无论是经典p e t r i 网，还是进行了颜色、时间或者层次扩展 的高级p e t r i 网都具有严格的数学定义。因此，应用p e t r i 网技术可以对工作流过 程进行清晰、精确的描述。 ( 2 ) 图形化的本质：p e t r i 网是一种图形化的语言，p e t r i 网中各要素以及要素 之间的关系都可以通过图形表现出来。因此，p e t r i 网非常直观，容易学习，并 且可以支持用户之间的交流。 ( 3 ) 较强的表述能力：p e t r i 网能够支持建模工作流过程必需的所有原语。工 作流过程中出现的所有路由结构都可以用p e t r i 网进行建模。而且在p e t r i 网中， 可以同时显式地表示状态与事件，这是一个非常有利于工作流过程建模的特性。 ( 4 ) 透彻的研究：由于p e t r i 网具备严格的数学基础，可以支持对各种性质的 推演。因此在过去的四十年中，研究人员对p e t r i 网的基本性质进行了大量的研 究，获得了对p e t r i 网的透彻认识。 ( 5 ) 丰富的分析技术：p e t r i 网拥有大量的分析技术，这些技术能够被用于证 基于时间p e t r i 网的工作流模型研究 明各种性质( 比如安全性、不变性和死锁等) 以及计算各项性能指标( 比如反应时 间、等待时间和占用率等) 。通过这些p e t r i 网的标准分析方法，可以对工作流进 行评价。n 2 3 基于p e t r i 网的工作流建模最早可追溯到二十世纪七十年代。当时m d z i s m a n 将p e t r i 网用于表示办公流程1 。在此基础上，c a e l l i s 提出了一种扩 展p e t r i 网，称为信息控制网( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t ，简称i c n ) h 1 ，并将其 应用于办公信息系统的建模。 二十世纪八十年代以来，基于p e t r i 网的工作流建模方法逐步引起了人们的 注意，近年来更是成为工作流领域的一个研究热点。大量基于p e t r i 网的工作流 模型被提出来。 w m p v a nd e ra a l s t 将工作流管理领域的概念映射到p e t r i 网之上，提 出了工作流网( w o r k f l o wn e t ，简称w f - n e t ) 乜1 ，用于对工作流的控制结构进行 描述。他还定义了w f - n e t 的合理性( s o u n d n e s s ) 概念，作为评价工作流控制结构 j 下确与否的一个标准，并利用标准的p e t r i 网分析技术验证w f n e t 的合理性。 w f n e t 是一个具有较大影响的工作流模型，在它之后提出的许多模型都是以它为 基础扩展而得到的。 在文献瞄1 中，n a b i lr ad a m 利用p e t r i 网的变迁与库所分别建模任务内部的 原语以及原语之间的状态，并讨论了如何在p e t r i 网中表示控制流依赖、值依赖 和时间依赖。在此基础上，应用p e t r i 网分析技术去发现任务之间不一致的依赖 描述，测试工作流的安全性以及测试时间约束是否可满足。 时间管理是工作流管理系统必须具备的重要功能。良好的时间管理能力，能 够增强工作流管理系统的柔性，确保工作流的高效执行，从而提高企业的竞争力。 时间管理的关键在于时间信息的有效建模，已经有越来越多的工作流模型对模型 元素进行时间属性的扩展，并考虑利用p e t r i 网的分析技术去验证工作流模型在 时间方面的f 确性。 在文献盯3 中，姚昱等认为使用工作流网( w f - n e t ) 描述工作流的业务流程时， 可能产生由于标记含义的不确定性而导致的工作流逻辑的二义性。在分析产生这 种二义性原因的基础上，定义了一种基于有色p e t r i 网的工作流网模型c w f - n e t ， 给出了严格的定义和变迁发生机制，并分析了其正确性。利用c w f - n e t 可以准确 描述业务流程的工作流逻辑，且这种逻辑结构与工作流具体案例的属性数据无关， 4 基于时间p e t r i 列的工作流模型研究 避免了上述问题。 在文献n 1 中，s e al i n g 等人提出了一种扩展的w f - n e t ，称为时间工作流网( t i m ew o r k f l o wn e t ，简称t w f n e t ) 。t w f n e t 中的每个变迁都被赋予了一个区间， 变迁的执行时间跨度必须在其中取值。该文献还定义了时间安全性的概念，并给 出了t w f - n e t 某些行为特性的验证方法。 在t w f n e t 的基础上，杜栓柱等人提出了一种新的时间p e t r i 网工作流模型一 一扩展时间工作流网( e x t e n d e dt i m ew o r k f l o wn e t ，简称x t w f - n e t ) 陋1 。增加了 活动的执行时间，并通过一定的构建规则，能够将多个t w f - n e t 合并为一个 x t w f n e t ，以描述并行流程中的时间约束。另外，x t w f - n e t 中还引入了与时区相 关的时间映射函数，可以描述分布于不同时区的工作流程。 基于实际工作流过程对时序约束的需求，李慧芳等提出了时间约束工作流网 ( t i m i n gc o n s t r a i n tw o r k f l o wn e t ，简称t c w f n e t 1 训t c w f - n e t 将时间约束 p e t r i 网的分析方法与w f n e t 有机地结合起来，描述了工作流系统中业务实例的 到达时间、活动实例的使能时间、活动可执行的期限时间以及活动的执行延迟。 然而，在上述这些模型中，没有将全面的时间信息定义到时间工作流模型中， 使得模型不能完整地描述工作流中的所有时间信息。另外，在这些模型中，时间 信息都是确定性的，缺乏对不确定性时间信息的描述能力。而在实际的工作流应 用中，由于资源和活动具有动态特性，使得各种时间信息常常是非确定性的，难 以被精确描述。因此，对于工作流中不确定的时间信息的研究具有很强的理论意 义和实践意义。 工作流不确定性时间的建模与分析方法主要分为两大类：基于概率论的方法 和基于可能性理论的方法。 基于概率论的方法主要包括利用概率赋时活动图对工作流模型运行的时间 信息进行描述和分析的方法在此模型的基础上，为解决其在时间信息定 义上不全面的缺点，本文加入了标记有效时间、变迁有效时间和流程 整体时间限制等更多的时间信息，形成了改进的时间工作流网 ( a d v a n c e dt i m ew o r k f l o w n e t ，a t w f n e t ) 模型。和基于随机p e t r i 网的工作流模型进行各种性能分析的方法。例如： 在文献1 中，e d e rj 和p i c h l e rh ；乖i j 用概率赋时活动图，对工作流模型运行 的时问信息进行了描述和分析。 5 ， 些情况下，这些数据是无法获得的。如在铁路行业中，经常会出现新修的铁路区 间和新的车型，制定列车行车方案时，就没有相关的列车到发时间纪录，仅能通 过相关人员的估计来实现n6 | 。在制造行业中，由于市场变化导致新产品推出速度 加快，其相应流程很难积累大量的统计数据，或没有历史记录信息，同样，对某 些工艺流程进行改进或推出新流程，其时间信息也只能根据经验进行估计。啪3 所以，基于概率论的方法缺乏实践意义，只能适用于结构比较简单或者时间信息 变化不大，并利用统计的流程。 近年来基于可能性理论的方法主要集中在利用模糊数学的相关理念把工作 流中涉及的一些时间信息用模糊时问的形式加以表示，建立基于模糊时间的 p e t r i 网工作流。 在文献n 7 1 中，杜彦华考虑在不同流程活动之间存在资源约束的情况下，提出 了基于扩展模糊时间工作流网的多个并行流程建模方法。同时，分别讨论了扩展 模糊时间工作流网模型中模糊时间和变迁触发可能性的模拟，提出了模型的仿真 分析方法。 在文献踟中，张新龙等为了准确描述复杂产品协同工作过程，提出了一种基于 模糊时问p e t r i 网( f t p n ) 的工作流建模和性能分析方法。首先，给出了协同开发任 务链接关系的形式化定义，将工作流模型的关键路径计算转化为一个基于f t p n 状 态方程的求解问题。并在此基础上，结合实例计算了某工程项目在约束条件下完 成的可能性。 文献引提出了一种多过程不确定时问的建模与分析方法：首先基于扩展模糊 时问工作流网( e f t w f n ) 对不确定性时间信息进行全面描述，然后构建生成图 ( s p r o u t i n gg r a p h ) 来表达e f i w f n q b 实例所经过的路径和时间信息，再依据生成 6 基于时问p e t r i 网的t 作流模型研究 图进行相关问题的分析计算。该方法实用性较强，能够有效推理分析资源约束情 况下多过程的不确定时间问题，而且还可通过模糊时间运算，提供活动执行情况 的可能性值，作为重要的参数指导用户决策或优化工作流模型。另外，生成图建 立后，可针对不同问题进行多次使用，可重用性较好。 在文献盟0 2 中，田锋等利用模糊时间p e t r i 网f f n 对协同设计活动进行建模和 分析，引入了时间可能性的概念，用于进行时间行为的评估和推理，实现对协同 设计的时间验证，尤其是对协同设计时间的定量分析。 在文章瞳羽中，在对模糊时间工作流网引入选择概率函数的基础上，提出了扩 展模糊时间工作流网的工作流模型，给出其中的时间元素计算方法，以及分解扩 展模糊时间工作流网的算法，并讨论了基于该分解算法的时间性能评估方法最 后，通过一个实例阐明了如何使用该时间性能评估方法。 另外，现有的工作流模型对资源的有效时间( 即资源的生命周期) 的研究还很 少，只有文献心鲫中，y y u 等对其进行了初步的探讨，它定义了工作流元模型中 时间信息的规范表示和一组时间数据演算，并对时间工作流中主要元素进行了形 式化描述。并用一个实例说明如何运用上述方法进行过程建模、并处理工作流中 的时间数据。 1 3 本文的研究思路及创新点 以本文前面对基于p e t r i 网的工作流过程建模方法的分析为基础，本节对论 文的主要工作进行概述，包括论文的研究动机、研究思路、创新点等。 1 3 1 研究动机 由前文的论述可知，对基于p e t r i 网的工作流过程建模这一研究领域而言， 如何在p e t r i 网中全面、有效地建模时间信息、对工作流时间进行计算和时间可 能性分析己经成为当前该领域的一个重要课题。然而，纵观近年来国内外提出的 各种基于p e t r i 网的工作流模型可以发现，尚未对这两方面有一个比较合理的解 决方案。 首先，虽然能够建模时间信息的工作流模型目前较多，比如时间工作流网 t w f - n e t h l 、扩展时间工作流网x t w f n e t 州以及时问约束工作流网t c w f n e t 等， 但他们并未将时间因素全面地引入到工作流模型中，例如资源的时问约束、流程 7 基于时问p e t r i 网的工作流模型研究 整体的时间约束等。 其次对于如何在p e t r i 网中以更加合理、更贴近真实业务流程的方式表示各 种时间信息的不确定性。t m u r a t a 口4 2 5 1 提出模糊时间高级p e t r i 网( f u z z y - t i m i n g p e t r in e t ，f t n ) ，f t n 的主要特点是引入了四个模糊时间函数，分别是模糊时间 戳( f u z z yt i m e st a m p ) ，模糊使能时间( f u z z ye n a b l i n gt i m e ) ，模糊触发时间 ( f u z z yo c c u r r e n c et i m e ) 和模糊执行延迟( f u z z yd e l a y ) 能对工作流过程中的 模糊时间行为进行描述和分析。但f t n 中缺乏对时间约束的描述能力。z h o u 瞳明等 在对f f n 进行扩展而提出的扩展模糊时间p e t r i 网e f t n 中加入了对变迁的有效时 间约束的描述，但是e f t n 忽略了资源的有效时间约束。 1 3 2 主要思路及创新点 在提出新的工作流模型之前，必须考虑基础建模工具能否提供足够的支持。 在工作流网w f n e t 中，用以建模各种对象的标记是没有属性的，标记只能够通过 所处的库所来表达信息。并且工作流网w f n e t 并不能很好的表示工作流中的时问 信息。显然，利用工作流网w f n e t 不可能建立理想的工作流模型。因此，论文首 先考虑如何对工作流网w f n e t 进行扩展。 根据新的工作流模型的要求，扩展后的p e t r i 网必须能够深入地描述各种对 象的内在属性，表达对象发展变化以及相互作用的规律。并且这种扩展p e t r i 网 还应该能够对时间进行量化的描述，进而实现对各种时问现象的建模。为了达到 这样的目标，一方面可以按照时f u l p e t r i 网对经典p e t r i 网所进行的扩展，将时间 元素引入到工作流的控制流中，形成改进的时间工作流( a t w f - n e t ) 模型，另一 方面，对工作流中的时间的表示方式进行研究，本文将模糊时问的概念引入到时 间工作流模型中，形成f a t w f - n e t 工作流模型，使得新的工作流模型更加符合现 实的业务流程中处理时问复杂多变的特点，柔性和实用性更强。 本论文研究工作的主要贡献及创新点可以总结为如下的两个方面： ( 1 ) 提出了改进的工作流模型a t w f n e t 针对普通的时间工作流网建模能力与建模效率的不足，论文提出了改进的工 作流模型，a t w f - n e t 。在a t w f n e t 中，对工作流网w f - n e t 进行了全面的时间扩展， 将时间因素引入到工作流的控制流中并给出了其形式化的定义。相对于普通的时 间工作流网而言，a t w f - n e t 能够描述更为复杂的，尤其是具有各种时| b j 现象的系 统或者流程，它是一种更为强大的系统建模工具。 基于时间p e t r i 网的工作流模型研究 ( 2 ) 提出了基于模糊时间的工作流模型f a t w f - n e t 在以前的研究中，工作流模型的变迁延时等时间信息的表达方式主要利用指 数分布函数，例如林闯拉铂“通常假设工作流模型的变迁延时是服从指数分布的， 因为这种假设本身是与现实中多数系统相符合的”；本文认为林闯指的“多数系 统 是指一些业务流程工作时间稳定、波动较小的系统，而在现今大部分企业中， 业务流程的流转时间是多变的，受到外界环境的影响很大。所以，本文在a t w f - n e t 基础上引入了模糊时间来模拟现实中业务流程时间的不确定性，形成f a t w f - n e t 模型。针对f a t w f n e t 模型，本文给出了形式化的时间计算方式、时间建模和时 间可能性分析。 1 4 论文的主要内容 本文分为五章，第一章是绪论，主要介绍国内外相关研究现状及选题背景、 意义、框架之类。第二章是工作流和p e t r i 概述，是本文的研究基础。第三、四、 是本文的研究主体，包括模型的介绍、改进和创建及实证研究。第五章是总结与 展望。具体章节安排如下： 第一章绪论 ：， 这部分主要介绍了本研究的背景与意义，国内外相关研究现状、本研究的研 究思路、创新点以及论文框架等。 第二章工作流和p e t r i 网基础理论概述 本章简单介绍了文中所涉及的基础理论知识，包括工作流、p e t r i 网的基础 理论，本文旨在利用时间p e t r i 网创建时问工作流模型。 第三章时间工作流网模型 本章和第四章是本文的重点。本章先介绍了工作流网和普通时间工作流网， 然后在普通时间工作流网( t w f - n e t ) 模型的基础上，将标记有效时间、变迁有 效时间和流程整体时间限制的定义加入到模型中，创建了改进的时间工作流网 ( a t w f n e t ) 模型，通过改进，使得工作流模型能够全面描述现实业务中具有复 杂时间信息的工作流，最后通过实例证明a t w f n e t 模型弥补了普通时间工作流 网的不足。 第四章基于模糊时间的a t w f - n e t 模型 9 引 的 时 时 1 0 型研究 2 1 1 1 工作流的定义 网基础理论 重要概念，为本文下面的研究内 工作流是从英文单词w o r k f l o w 翻译而来的。w o r k 表示工作或任务；f l o w 则表 示流动、流程或者流量。f l o w 反映了一种变化及变化的过程，本身意义比较抽象， 但是当它与某一个具体过程相联系时就有了具体的含义，如电流、水流、气流。 在经营管理与生产组织中f l o w 也有重要的意义，如表示物料传输过程的物料流、 表示资金流动的资金流、反映信息处理和传递过程的信息流，同样还有价值流、 决策流、控制流等概念。依此，用活动及活动之间变化的过程表示的业务流程就 是工作流。 国内外对工作流的研究已经有二十多年的历史了，但是业界对于工作流还 是没有一个统一的定义，本文列举国际上比较有权威、有代表性的组织和学者从 不同的角度对工作流的定义： ( 1 ) 工作流管理联盟w f m c 的定义啪1 全部或部分由计算机支持或自动处理的业务过程称之为工作流，它是业务流 程在计算机上的形式化描述和实现。 ( 2 ) i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义 工作流是经营过程中的一种计算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需 用的各种参数。这些参数包括对过程中每一个单独步骤的定义、步骤问的执行顺 序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序。 ( 3 )f o r r e s t e rr e p o