（应用数学专业论文）petri网在工作流建模中的应用研究.pdf

摘要 随着计算机和网络技术迅速发展，特别是i n t e r n e t 应用日益普及的情况下，j 1 ：作流( w o r k f l o w ) 是业务过程的臼动化处理，如何在计算机卜建立对业务过科进行白动、有效的组织和管理的系统 一l ：作流管理系统( w o r i d l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 哆 8 l ，成为现代信息技术面临的重要前沿课题， 而j i ：作流建模技术一直是j r 作流技术研究的重要课题之一。 在众多上作流技术建模的方法中，基rp e t r i 网的建模方法受到众多设计者的青睐i l 卜1 5 】，这 是因为p e t r i 网能够表示系统中的并行、同步、冲突及顺序等关系，而且以图形表示的组合模型， 具有直观、易懂和易用的优点，对描述和分析并发现象有它独刽的优越之处。通过定义信息控制 网i c n ( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t ) t 3 k3 明来描述业务过程，实际上是高级p e t r i 网的一个引申，其中库 所表示活动，而变迁则表示活动间的转移；wm pa a l s t 在p e t r i 网的基础上定义了w f n e t 3 4 ，即 _ 1 ：作流网( w f - n e t ) ，在网中变迁被用来表示活动，而库所表示活动的使能条件。wm pa a l s t 还把 w f m c 在规范中提出的儿种基本的i ：作流原语映射成相应的p e t r i 网模型，并建立了i ：作流网的 基本组件和触发机制。本文利用wmpa a l s t 的j l ：作流f 习( w f n e t ) 对银川市污水资源处理流程进 行建模和分析的。 本论文以银川市城市污水处理为应用背景，基于p e t r i 网理论和工作流技术，把城市污水资 源处理环节经过抽象、细化、折叠等模拟成一个p e t r i 网模型。在实际生产中，遵照循环经济的 理念，提出了城市在污水处理处置技术路线选择中应遵循的主要原则，并初步建立了污水处理：i ： 艺流程模型，描述了污水资源处理过程中检测、沉淀、无害化处理、过滤等不同t 艺流程的逻辑 关系，利用p e t r i 网的对模型各个环节进行分析，拟解决生产环节中的瓶颈问题，以达到提高生 产率、节约处理成本的目的，实现社会效益、经济效益、环境效益的高效统一。 关键词：工作流技术，p e t r i 网，工作流建模，工作流n ( w f - n e t ) a b s t r a c t w i l ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c i l i l o l o g y , e s p e c i a l l yt h ep o p u l a r i z a t i o no f i n t e m e t ，h o wt ou t i l i z ec o m p u t e rt oo r g a n i z ea n dm a n a g et h ew o r k f l o w ( t h ea u t o m a t i cm a n a g e m e n to f t h ew h o l ep r o c e s s ) a u t o m a t i c a l l ya n de f f e c t i v e l y , t h a ti sh o wt oc o n t r o lw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m t h r o u g hc o m p u t e r , h a sb e c o m eak e yf r o n tp r o j e c to fm o d e r ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y w o r k f l o w m o d e l i n gt e c h n o l o g yh a sa l w a y sb e e no n eo ft h ek e yp o i n t si nt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yr e s e a r c h a m o n gt h e s eg r e a tn u m b e r so fw o r k f l o wt e c h n o l o g ym o d e l i n gm e t h o d s ，m o d e l i n gb ym e a n so f p e t r in e th a sb e e naf a v o ro fm a n yd e s i g n e r s ，b e c a u s ei tc a nu s et h eg r a p ht os h o wt h er e l a t i o n s h i po f p a r a l l e l ，s y n c h r o n i z a t i o n ，c l a s ha n do r d e r , w h i c hi sc l e a r , u n d e r s t a n d a b l e ，e a s yt ou s ea n de n d o w e d 诵t l l t h es p e c i a ls u p e r i o r i t yi nd e s c r i b i n g ，a n a l y z i n ga n df i n d i n gp h e n o m e n a u s i n gi c n ( i n f o r m a t i o nc o n t r o l n e t ) t od e s c r i b et h ep r o c e s s a c t u a l l yi ti sa ni n t e n s i o no fa d v a n c e dp e t r in e t ，w h e r ep l a c er e p r e s e n t s a c t i v i t i e sa n dt r a n s i t i o nm e a n ss h i f t sa m o n gt h es p a c e o nt h eb a s eo fp e t r in e t ，wmpa a l s th a s d e f i l l e dw f - n e t i nw h i c ha c t i v i t i e sa r ee x p r e s s e db ys h i f t si nt h en e ta n de n e r g yc o n d i t i o no fa c t i v i t i e s a r ee x p r e s s e db yp l a c e i ta l s oh a su s e dt h eb a s i cw o r k f l o w si nw f m ca n ds e tu pt h ec o r r e s p o n d i n g p e t r in e tm o d e l sa n dt h eb a s i cm o d u l e sa n dt o u c hm e c h a n i s m s t h et h e s i sf o c u s e so nt h em o d e l i n ga n d a n a l y s i so fs e w a g ed i s p o s a lw o r k f l o wi ny i n c h u a nb ym e a n so fw f n e t o nt h eb a s i so ft h eu r b a ns e w a g ed i s p o s a li ny i n c h u a na n dp e t r it h e o r ya n dw o r k f l o wt e c h n o l o g y ， t h i st h e s i sh a sa b s t r a c t e dt h eu r b a nw a t e rr o s o u r c e sd i s p o s a lp r o c e d u r e si n t oap e t r im o d e l i nv i e wo f t h ec i r c u l a t i o ne c o n o m y , i nt h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o nt h em a i np r i n c i p l e si nt h eu r b a ns e w a g ed i s p o s a l t e c h n o l o g yh a v eb e e np u tf o r w a r da n dt h ei n i t i a t i v es e w a g ed i s p o s a lt e c h n i c a lw o r k f l o wm o d e lh a sb e e n s e t 叩i td e s c r i b e st h el o g i cr e l a t i o n s h i pa m o n gt h e s et e c h n i c a lw o r k f l o w ，t on a m eaf e w ，c h e c k i n g , d e p o s i t i o n ，n oh a r md i s p o sa la n df i l t r a t i o n p e t r ih a sb e e ne m p l o y e dt oa n a l y z ee v e r yp r o c e d u r ei n o r d e rt os o l v et h ek n o t t yp r o b l e mi nt h em a n u f a c t u r i n g , w h i c ha i m st oi m p r o v ep r o d u c t i v i t y , g a v et h e d i s p o s a lc o s t sa n da c h i e v et h eo p t i m a le f f e c t i v e n e s so f s o c i a l ，e c o n o m i c ，a n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s k e y w o r d s ：w o r k f l o wt e c h n o l o g y , p e t r in e t s ，w o r k f l o wm o d e l ，w o r k f l o wn e t n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 研究生签名：孳金i 象 时间： 关于论文使用授权的说明 只zb 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：季耋 时间： 导师签名： n 认 j 时间： 多月z 目 6 月彳日 宁耍人学硕i 学位论文第一章绪论 第一章绪论 本章重点介绍r ：作流建模技术研究课题的来源和意义，目前国内外现有。i ：作流产品的类型和 特点，针对本课题的国内研究现状，及本课题研究的主要任务等内容。 1 1 课题选题背景 随着社会和科技的进步，我国已经进入了工业化和城市化初中期阶段，区域经济迅速发展， 这样必然导致用水量的增加，势必要在水资源配置较少而经济活动活跃和人口分布相对集中的地 区发生短缺现象。当前我国环境形势十分严峻，经济和环境矛盾空前突出，尽管国家相关部fj 为 此制定了废水排放的各种水质标准以及相关的法律、法规，但污染物的排放量有增无减，这将直 接威胁着人类的生存环境。冈此，水资源的开发和利用与t ：业、城市用水问题是关系到2 1 世纪 我国许多地区可持续发展战略实施的重人问题和热点问题。 银川市地处晴北内陆，属干旱、卜干旱地区城市，年降水量住2 0 0 3 0 0 m m 之间的面积占全市 1 8 ，2 0 0 r a m 以卜地区占总面积的8 2 ，而年最人年蒸发量去口达剑了2 0 0 0 m m 左右，是降水量的 6 - - 1 0 倍，地理环境造成银川市生产与生活用水米源分布状况1 f 常明显，占银川市水资源主体的黄 河水只用于水域补给和园林绿化，地下水则全部用于工业生产和居民生活用水。根据银川市政府 编制的银川市污水再生利用工程规划，至2 0 1 0 年，银川市城市人口规模将近1 0 0 万人，已进 入特人城市行列，银川市作为全国3 5 个严重缺水的城市之一，规划总供水量为4 9 万m 3 d 。 针对目前这种在工业化和城市化背景下、干旱半干旱地区发展大城市的状况，以保护水资源 环境，缓解供水紧张，促进区域经济快速发展为目标。结合实际，本文基于p e t f i 网的上作流建模 技术，提出在城市污水资源处理技术路线选择中应遵循的主要原则，初步建立城市污水资源处理 工艺流程的概念模型，并将概念模型与具体工艺结合起来，促进工艺流程的进一步优化和完善， 努力开创城市供水的第二可靠水源，提高了城市的用水效率及文明程度，更好地服务可持续发展 战略，促进银川市国民经济持续健康发展有重要意义。 1 2 课题选题依据 工作流技术1 7 8 2 0 1 最早起源于上世纪五六十年代的办公自动化系统，是人, f f j , j 了提高办公效 率，针对，t 作中具有同定程序的常规活动提出的一个概念。到上世纪8 0 年代，随着1 ：业化进程 的加快和计算机的普遍应用，工作流发展成为一项新的技术，它为实现企业业务经营过程重组、 经营过程自动化和过程优化和管理提供了方法和软件支持。上世纪8 0 年代中期，主要表现为具 有底层的通信基础结构、能够实现任务协作的应州系统，比如具有消息传递功能的l ：作流系统。 进入上世纪9 0 年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是i n t e r n e t 应用日益普及的情况卜， 现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越来越显著，相应的企业信息资源也分布 1 j ：砭人学弼! l 学位论文第一节绪论 暑鼍曼曼曼i iimmi i i o 皇曼曼曼曼曼量曼曼曼! 曼曼曼曼曼 在异构的计算机环境中。 当前，在世界范围内，j i ：作流技术的研究以及相关产品的开发进入了更为繁荣的阶段，更多、 更新的技术被集成进来，文什管理系统、数据库、电子邮件、移动式计算、i n t e r n e t 服务等都已 被容纳剑i ：作流管理系统中。而且随着计算机技术的新发展，新的技术义被及时地廊h j 剑i ：作流 中，从而提高产品性能，使得i ：作流技术不断得到完善。 本文研究的基丁p e t r i 网框架结构卜的+ r 作流过程建模和分析方法，可以较女r 地解决上述问 题，p e t r i 网是一种1 r 常好的过样创建模型技术i ：具，它能表示系统中的并行、同步、冲突及顺序 等关系，f 以图形表示的组合模型，具有直观、易懂和易用的优点，对描述和分析并发现象有它 独到的优越之处。在上世纪6 0 年代，cap e t r i 建立了经典的p e t r i 网系统，从此p e t r i 网作为建模 和分析技术被j “泛的应川在各个领域，如协议上程，硬件设计、嵌入式系统、柔性制造系统、用 户交互、企业经营过程等应用领域，在上个世纪的最后二十年的时间里，传统的p e t r i 网已经扩 展到有色p e t r i 网、时间p e t r i 网和混合p e t r i 网等高级p e t r i 网。高级p e t r i 网的出现使含有数据和 时间等重要冈素的复杂过程的建模变得十分容易。p e t r i 网作为一种较好形式化的描述i ：具，已在 工作流建模与分析中得到广泛应h j ，这是因为p e t r i 网在描述工作流中有以下优势l l 卜1 6 】： 1 ) p e t r i 网非常适合描述离散动态模型，一个包含执行状态的1 ：作流就是一个离故动态模 型，冈为任务执行的时间点就构成一个离散集合。 2 ) p e t r i 网具有直观的图形表示，并能使川数学方法对系统的各种结构性质和动态性质进行 分析。形式化的语义能够引领设计者建造正确的业务流程。 3 )多种p e t r i 网模型以及用于p e t r i 网的设计和分析的多种算法满足了不同领域的需求。又 有强大的计算机工具来辅助实施该过程。目前，人们开发了大量的商业或学术领域的工 具。 4 ) p e t r i 网提供了抽象、细化机制，可用于大规模和复杂系统的设计，并能更好的集成到模 型中。 5 ) p e t r i 网丰富而深刻的理论使它有别于其他建模系统，而不是成为新的一员。 以上这五个原因总结了对基于p e t r i 网的工作流管理系统的需要。定义工作流管理的概念可 以用p e t r i 网来描述，这些提供了可以验证工作流管理系统正确性的本质功能。比如任务、案例、 资源等一些工作流概念，能较容易地转换成p e t r i 网模型，这可以作为规范说明，也能够利用大 量的分析技术，这种转换对于设计和使用工作流管理系统的人员来说是可以接受的。由此可见， 基于p e t r i 网的建模方法已被证明是一项可以胜任模拟的丁作流管理的技术。 1 3 工作流业务过程建模现状 1 作流管理建立阶段的功能主要完成经营过程的计算机化定义。在这个阶段，利用一个或多 个建模技术与工具，来完成实际的经营过程到计算机可处理的形式化定义的转化。所得到的定义 称为过程建模过科模扳、过程元数据或过程定义。因此在j j ：作流建立阶段土要完成过程建模 ：作。在w f m c 定义的一j ：作流管理系统中，将过程建模得到的结果统称为过程定义。 当前，业务流程建模主要理论有【1 5 、1 7 1 ：s a d i q 和o r s k a 使用图形符号语言来描述业务过程； 2 弓。夏人顺卜化论殳第一一节绪论 c i m o s a 的经营过程描述语言；s k i pe l l i s 和g r a y n u t t 通过定义信息控制网p 卜3 9 l l c n ( i n f o r m a t i o n c o n t r o ln e t ) 米描述业务过程，它实际上是高级p e t r i 网的一个引中，这里库所表示活动，而变迁 则表示活动间的转移：wmpa a l s t 在p e t r i 网的基础上定义了w f n e t 【1 7 1 , 即i ：作流网，在网中变 迁被川米表示活动，而库所表示活动的使能条件。wmpa a l s t 还把w f m c 在规范中提出的儿种 基本的l ：作流原语映射成相应的p e t r i 网模型，并建立了1 ：作流网的基本组1 ：，| ：和触发机制。此外 还有并发事务逻辑c t r ( c o n c u r r e n tt r a n s a c t i o nl o g i c ，c t r ) 、集合论和图论方法、形式语言方法、 状态实体一活动模型( s t a t ee n t i t ya c t i v i t ym o d e l ，s e a m ) 等等。这些方法都是从不同领域山发， 为了研究不同的问题而提出。在对业务过程的描述能力和模型本身的特性方面存在差异，有些方 法侧重于r = 作流管理系统的实现，而有些侧重于对【：作流语义的分析。所需建模分析的经营过程 比较复杂，并存在并发、冲突等情形时，采刚以上方法就难以将问题描述清楚，这时就需要采h j 形式化较高、描述能力更强的方法，如p e t r i 网建模方法，这也是本文讨论的重点。 这些方法都是从不同领域出发，为了研究不同的问题而提出。在对业务过程的描述能力和模 型本身的特性方面存在差异，有些方法侧重于工作流管理系统的实现，而有些侧重于对上作流语 义的分析。这些方法各有自身的适应领域和优缺点，对自身方法定义的过程模型合理性也应当提 供支持。虽然有些是面向功能的，但却有着被川米为业务过程建模的可能性，只是在表达的完整 性、严密性、可理解性和计算机处理方面各有优劣。 表2 1 几种常用建模方法比较 t a b l e2 1s e v e r a lc o m m o n l yu s e dm o d e l i n gm e t h o d s 流程图角色行为幽i d e f 序列事件流程图工作流网 过程特点职能型职能型职能型职能型跨职能 建模方向 混合混合面向功能面向客户混合 是否有抽象机制 无无 有 无 有 可理解性较好需严密支持一般一般一般 流程改造的支持能力 弱弱弱 有有 是否含组织因素否是是否是 是否动态是否否是是 1 4 课题的主要工作和内容安排 本节主要简述本课题的主要工作和主要内容安排： 1 4 1 课题研究内容 在上述研究背景下，作者的研究t 作主要是研究基于p e t r i 网理论的工作流建模和分析方法。 以卜是具体的研究任务： 1 ) 分析国内外现有的：i ：作流建模技术雨i 理论，并对其进行深入分析和总结。 2 ) 在p e t r i 网基本理论的基础上，基于w mp a a l s t 提出的的j r ：作流网m ，f - n e t ) 建立工作流 3 宁硬人顺 学f 一论文第一节绪论 模型，利h jp e t r i 网丰富的分析方法对j ：作流模型进行有效分析。 3 )结合银川市污水资源处理实际，尝试将p e t r i 网理论引入污水资源处理l ：艺流程的研究， 在充分借鉴国内外有关p e t r i 网和一l ：作流研究方法的基础上，建立适合我国国情的污水 资源处理技术路线的p e t r i 网模型，并对该模型进行初步分析和评价，为其他污水资源 处理系统的设计与优化提供理论支持。 1 4 2 课题内容组织 本文对课题研究的内容技术方法进行了详细的阐述，论文的组织如下： 1 )第一章绪论，总领全文。首先介绍了本课题研究的背景，指出了在当前经济和环境矛盾 空前突出的情况下，建立城市污水资源处理流程的重要意义；其次总结了前人的研究成 果，提出了本课题研究的依据，得出p e t r i 网建模技术的优势，为做好建模1 ：作提供了 理论基础。 2 )第二章谈了：j ：作流技术的理论部分，首先从一【：作流技术的产生和发展谈起，给出了工作 流、j i ：作流管理等的定义；其次对j ：作流技术进行了深度挖掘，包括它的运行、特性、 业务建模等；最后针对各种i ：作流建模技术的比较优势，最后对丁本课题依据的理论发 展趋势进行了展望。 3 )第三章谈了p e t r i 网理论基础，介绍了在p e l r i 网原有的分析方法的基础上提出了改进的 分析方法。 4 )第四章谈了p e t r i 网建模形式化研究，工作流的过程建模在整个系统中解决了过程建模 中的w h a t ( 做什么) 、w h y ( 为什么) 、h o w ( 怎么做) 和w h o m ( 由谁去做) 的问题， 使得p e t r i 网中的元素对应与工作流技术中的元素，建立了对应关系，使得建模成为可 能。在wmpa a l s t 提出的工作流网( w f - n c t ) 的基础上，对结构的分析方法、性能分析 以及解决工作流中的瓶颈问题作了详细的叙述。 5 )第五章谈论了银川市污水资源流程的建模过程，使得基于p e t r i 网建模技术的工作流技 术得到实现，为下一步进行开发以计算机为平台建立工作流管理软件，便于从技术、经 济和环境等方面对工艺流程进行综合评价，使对城市污水资源处理的工艺流程设计将起 到良好的指导和促进作用，值得进一步研究。 6 )总结本文所做的工作及指出其进一步研究的- 丁作。 4 i 。夏人硕f 他论文第：审t 作流技术简述 曼i 。iii ii i 鼍曼皇曼曼曼! 曼曼曼 第二章工作流技术简述 2 1 工作流技术的产生和发展 ：i ：作流概念最早起源丁上世纪五六十年代的办公自动化系鲥，是人们为了提高办公效率， 针对j i ：作中具有f i i i i 定程序的常规活动提出的一个概念。这时的做法是将： 作分解成定义良好的任 务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们产生监控力，以达到提高i ：作效率、 降低生产成本，从而达到提高企业的管理水平和企业竞争力的目标。 上世纪8 0 年代，主要应h j 丁某些特定领域的、相对独立的应埘系统，比如图像、文档管理 系统。实现信息的传递主要是以纸张为载体，利用通知、文件、信函等方式实现不同业务部fj 、 业务人员之间的信息交换，传统的企业计算机管理信息系统的主要包括：信息处理、事务处理和 决策支持三个功能，信息传递和信息处理构成了企业和行政管理部门的业务j ：作中的主要内容之 一，也是企业进行事务处理和经营决策的基础。各级领导在信息传递和信息处理结果的基础上， 对企业业务的开展方式和经营战略进行决策。冈此，在不同部门、业务人员之间高效地进行信息 传递是企业领导、业务人员、包括现在的计算机软件开发人员所关注的问题。这种以传统的纸张 为载体的信息传递与处理方式的效率很低，需要花费很人的人力、财力米完成信息的处理、组织、 存储等，同时这种方式降低了对客户需求的响应速度，给企业的生产经营带来不利影响。随着计 算机的广泛应用，企业业务人员希望能够以一种无纸化的、能够在计算机环境下来开展业务工作。 一些公司就走在了前列，建立了自己专用的或者可商牖化的表单传递应用系统( f o r m s - r o u t i n g a p p l i c a t i o n s ) 用来实现日常处理的电子化与自动化。这些系统通常是以主杌广_ 葵端方式运行在大 型机或小型机上，用户或者业务人员通过终端运行位于主机上的应用程序。这可以看作是现代j ： 作流管理系统的雏形。 上世纪8 0 年代中期，主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实现任务协作的应用系统， 比如具有消息传递功能的工作流系统。f i l c n e t 于1 9 8 4 年推出w o r k f l o 商用系纠引，随后在1 9 8 8 年，v i e w s t a r 和m m 公司分别推出的v i e w s t a r 和i m a g e p l u s 系统，这些公司最早开拓了工作流商 品市场，成为最早的工作流产品供应商。他们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、 关键字索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全面支持某些业务流程的集成化软件 包，这就是早期的一l 作流管理系统。这些产品的出现使一些企业很快认识到：在业务流程处理过 程中，纸张的出现有可能只出现一次，即承载信息的纸张在流程的起始就被扫描成电子文档，然 后对文档的处理过程全部实现电子化。当流程的最初输入的就是电子文档，那么在整个系统中所 传递的将完全是存储在计算机磁盘上的数据。无疑这种集成化软件系统为企业简化与重组自己的 关键业务流程提供了一个非常好的方法，只是限于当时计算机的发展水平，最初的1 ：作流就是作 为一种面向过样的系统集成技术而出现的。 进入上世纪9 0 年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是l 1 t e m e t 应用日益普及的情 况下，现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越来越显著，相应的企业信息资源 5 宁夏人学顺卜学f t 论文第：节t 作流技术简述 曼_ ii i i l l 皇曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼 也分布在异构的计算机环境中，信息源之间的连接表现出松散祸合的特点，这样的信息系统环境 被称之为h a d 环境。企业物理位置的分散性和决策制定过程的分散性特征日益明显、对日常业 务活动详细信息的需求日益提高、c l i e n t s e r v e r 体系结构和分布式处理技术( c o r b a 、w w w 、 o l e 、j a v a ) 的j 泛应用，使人规模的异构分布式信息处理与应h j 执行环境取代集中式信息处理， 并且对执行的任务进行密切监控已成为一种发展趋势。这样的一个转变把i ：作流技术带入了一个 崭新的发展阶段，使得人们在更深层次、更j “的领域对。i ：作流展开了研究。 当i j ，在世界范雨内，i ：作流技术的研究以及相关产晶的开发进入了更为繁荣的阶段，更多、 更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计算、i n t e r n e t 服务等都已 被容纳到i ：作流管理系统中。而且随着计算机技术的新发展，新的技术又被及时地应用到l ：作流 中，从而提高产品性能，使得j ：作流技术不断得剑完善。作为支持企业经营过程重组、经营过程 自动化的一种手段，：j ：作流技术的研究应用逐渐受到企业界的重视。许多人学的研究机构也致力 于1 ：作流技术的进一步发展，开展了一系列项目研究，取得了显蒋的成果。 2 2 工作流的定义 1 9 9 3 年的i ：作流联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立标志着l ：作流开始进 入相对成熟的阶段。这个组织从一成立就对一l ：作流技术的相关术语、体系结构以及应川编程接口 ( w a p i ) 等方面制订了一系列标准，为实现不同上作流产品之间的互操作提供了条件。十几年来， 不同的研究者和工作流产品的开发商从不同角度给出了工作流的定义，以下我们给出几个具有代 表性的定义： 1 ：作流管理联盟给出的r t 作流定义【5 】：t 作流是将一组任务组织起来完成某个经营过程。 在工作流中定义了任务的触发顺序和触发条件，每个任务可以由一个或多个软件系统完 成，也可以由一个或一组人完成，还可以是由一个或多个人与软件系统协作完成。任务 的触发顺序和触发时间用来定义并实现任务的触发、任务的同步和信息流的传递。 p e o p l e s o f l 公司给出的定义是：工作流是一个用来实施经营过程实践的机制。 i b ma l m a d e n 研究中心给出的定义剧q ：t 作流是经营的一种计算机化的表示模型，定 义了完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括对过程中的每一个步骤的定义、步 骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤有谁负责以及每个活动所需要的应 用程序。 a m i t s h e t h 给出的定义是【5 1 ：上作流是经营过程可运转的部分，包括任务的顺序以及由 谁执行，支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 wmpa a l s t 给出的定义【4 7 l ：工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多种方 式，比如活动x 与活动y 满足x 。 2 )如果m 【f ，则在标识m 下，变迁t 可以发生，从标识m 发生变迁f 得剑一个新的标识 m ( 记为m t m ) ，对任意的s s ，有 f m ( s ) - i ，若s f t m ( s ) = m ( s 卜l ，若s t 7 一f 【m p ) ，其他 上述定义给出的网系统就是c a p e t r i 最早研究的网系统，我们一般称之为原型p e t r i 网。 定义3 5 ( p t 系统) 1 9 1 p r 系统是一个六元组弘( s t f kw m ) ，如果下列条件成立 1 ) ( s ，t ；f ) 是一个网，称为的基网； 2 )k ：s _ n u 伽) 是一个映射，使s 中每个元素j 与一个自然数或无穷人值相对应，称为j 的容量： 3 )w f n - o ) 是一个映射，使f 中每条弧厂与一个正整数相对应，称为流量( 即弧厂的权函 数) ； 4 ) m ：s nu 细) 是一个映射，使s 中每个元素j 与一个有穷或无穷的初始标码数相对应。 整个m 称为的初始标记，满足m o ) 9 ) 。 从定义可以看出，由于( i i ) 暑l l ( i i i ) 的作用p 厂r 网和p e t r i 网是有些区别，在胛网中一个变迁 t 在标识m 下是否有发生权，不仅仅与它的前集库所有关，还与它的后集库所容量、弧权值以及 改变量有关。但p 厂r 网并不比p e t r i 网有更强的模拟能力。这是因为，如果把p 厂r 网中的库所容量 规定为l ，把所有弧的权值也规定为l ，这时的p t 网就是p e t r i 网，反之很容易得到p t 网。因 此，p 厂r 网也叫加权p e t r i 网。 可见，由p e t r i 网系统的运行规则，我们可以得到p r 系统的运行规n - 定义3 6 ( p t 系统的运行规则) 如果一个六元组；( s t f kw ，m ) 是p f i 系统，那么它满 足变迁发生规则 1 )对于t e t ，m 【f 的条件为 2 ) 1 6 宁夏人硕卜z f 一论支第i 节p e t r ii 畸删论砝础 曼蔓寰! ! 曼蔓舅曼! 曼蔓曼! 曼曼曼曼量曼曼鼍i i 一_ ；i i 皇曼曼曼曼曼曼蔓舅舅曼曼皇曼曼! 量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 皇曼皇曼舅曼曼曼曼曼曼曼曼璺曼曼量曼曼曼 v s 7 ，m 0 ) w ( j ，f ) v s t 一7 ，m ( j ) + w ( t ，s ) k ( s ) v s t nl ，m ( s ) + w ( t ，s ) 一w ( s ，t ) k ( j ) 3 ) 如果m t m ，则对v s s ， f m ( s ) - w ( s ，f ) ，菪s 7 一t m b ，= ：蹴茹兹萎洲 【m o ) ，其他 一个网系统有一个初始标识，记为m o ，它描述了被模拟系统的初始状态。在初始标识m o 下，可能有若干个变迁有发生权，随意选择其中一个变迁发生，得剑一个新的标识m l ，我们称 m t 为m o 后继标识( 住这里不同的变迁发生，产生新的标识也不相同) 。在m l 下义可能有若干变迁 有发生权，随意选择其中一个发生，义得到一个新标识m e ，m 3 ，这样继续下去，变迁的连续发 生和标识的不断变化，这就是网系统的运行。 3 3 扩展的p e t r i 网及其子类 时间p e t r i 网是在p e t r i 网基础上增加时间函数。 定义3 7 ( 时间p e t r i 网) 2 1 3 5 1 五元组净( s ，t ；f , m ，i ) ，其中( s ，t e m ) 原型p e t r i 网，i 是 定义在变迁集上的时间区间函数i ：t _ ( u 枷 ) ，其中表示非负实数集。一般九l 表示变迁 t i 的激发率。当时间是不确定的我们称时间p e t r i 网为随机时间p e t r i 网。对于t e t ，如果i ( f ) = 心 同，那么当变迁在标识m 有发生权，则变迁t 在hp 】内发生。 着色p e t r i 网是用k 维向量表示一个带k 种颜色的p e t r i 网，各个库所内的k 维向量表示库所 含有各种颜色的标识个数，每个分量代表一种颜色，分量值代表颜色的标识个数。 定义3 8 ( 着色p e t r i 网) 【2 3 1 一个简单( 带有七种颜色) 的p e t r i 网是一个五元组n _ ( s ，t f w ， m ) ，其中 w ：卜 l ，2 ，3 ，) m ：s - + l ，2 ，3 ， 对任意的t e t ，如果j f m o ) 芝w o ，力，那么变迁对于f t ，m p ，产生新的标识m ， 使得m t m f m ( s ) - w ( s ，f ) ，若s 、f t m b ，= 溢翼2 耘w ( s 鬈i 7 n t ， fm o 卜、矾，j ) 一，f ) ，苕s f n 【m ( s ) ，其他 1 7 宁疆人学硕f 7 ：位论迁第：节p e t r if 蜘j i l ! 沦牡础 时间着色p e t r i 网是在p e t r i 网的基础上，即考虑时间冈素义加入时间参数，这样更好的模拟 网系统的运行。 定义3 9 ( 时间着色p e t r i 网) 【2 6 】一个简单的( 带k 种颜色) 的颜色p e t r i 网是一个人元组： n - - ( s ，t ；f ；w i ，m ) ， 在着色p e t r i 网的基础上增加时间函数，对- y f t ，如果i ( f 户【a ，朗，那么当变迁在标识m 义发 生权，则变迁在【a ，阴内发生。变迁对丁f t ，m 【f ，产生新的标识m ，使得m t m fm ( j ) 一w ( s ，t ) ，若s l - t = 船僦w ( t ：意基1 n t ， 一 f m ( j 卜，s h 矿o ，f ) ，若j 1 【m ( s ) ，其他 模糊加权p e t r i 网是p h i 与知识表达的结合，被用于描述模糊生成规则，在此基础上加入权系 数，来判断各个模糊条件所一亍的比重。 定义3 1 0 ( 模糊加权p e t r i 网) 舶1 一个七元组n = ( s ，t ；f ，m ，w ，d ，t h ) 在( s ，t ；f m ) 原型 p e t r i 网的基础上扩展的，其中d = d l ，d 2 ，以 是一个有限模糊命题集合，w = w i ，w 2 ，w ， 是权系数集合，n l _ k ，k ，k 是阈值集合。对于协s ，( 4 她 五，其中，是置信 度。则有： 扛 f m ) - 1 ，耘，一， m o ) = m ( s 卜l ，若s t 一f 【m ( s ) ， 其他 由于p e t r i 网的复杂性，很难有一种通用的方法可以用于所有系统模型的分析。目前，人部 分研究人员都只对于描述某一特定系统的某一种特殊类型的p e t r i 网提出了分析或综合的方法。 本文主要研究基于工作流技术的p e t r i 网建模方法及其应用，因此下面给出p e t r i 网的一些主要子 类，并说明其间的关系。 定义3 1 l 状态机( s t a t em a c h i n e ) 和标志图机( m a r k e dg r a p h ) 4 5 1 设n _ ( s ，t f m ) 是一个p e t r i 网， 1 ) 称n 为状态机( 简称s m ) ，满足 v f t ，i f f = i f 户1 2 )称n 为标志图机( 简称m g ) ，当且仅当 v p p ，p i = 1 p 产1 定义3 1 2 白( f r e e c h o i c en e t ，c f 网) 和扩充自由选择网( e x t e l l d e df c ，e f c 网) 【删 设n = ( s ，t ；f m ) 是。个p e t r i 网， 1 ) 称n 为臼由选择网，满足：v p p ，p 1 5 1 或者唪枣) = 仞 2 )称n 为扩充的自由选择网，满足：v p l ，p 2 p ：p l 慨搴d p l + 嘞 1 8 宁砭人学顾l j 学f ? ，论史 第：i 帝p c t r im 理论j - 础 m m ；= | = i = 一l 。 = _ii il i o 鼍曼鼍曼曼曼曼 定义3 1 3 非对称选择网( a s y m m e t r i cc h o i c en e t ，a c 网) 设n _ ( s ，t f m ) 是一个p e t r i 网，称为a c 网，如果满足： v p l ，p 2e e p ，如果p l 宰n p 2 幸1 2 i ，那么p l 宰冬p 2 或者p i 2 见幸 羚 ( a ) s m( b ) m g ( c ) f c( d ) e f c ( e ) a c 图3 2 五种p e t r i 网子类爪例图 f i g 3 2p e t r in e t si nf i v es u b - c l a s se x a m p l eo ff i g u r e 3 4p e t r i 网的动态性质 由于p e t r i 网基于直观的图形界面和良好的形式化描述，这是我们建立实际系统模型的基本点， 借助建立起来的系统模型来分析实际系统的性质和功能网。因此，建立良好的系统p e t r i 网模型 将是我们最求的一个目标，这样才能使实际系统模型的性质和功能得以体现。 本节我们以原型p e t r i 网为模型，定义和讨论网系统运行过程中的一些性质【2 4 _ 5 1 ，并把这些性 质统称为动态性质( d y n a m i cp r o p e r t i e s ) 或行为性质( b e h a v i o u r a lp r o p e r t i e s ) 。这些性质同p e t r i 网所 模拟的实际系统某些方面的性能有密切的联系。在其它的网系统中，这些性质的定义可以很容易 得到扩展。 下面我们给出p e t r i 网的一些