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基于时间p e t r i 网的工作流建模及应用 摘要 随着信息技术的快速发展，世界经济全球化的浪潮一波波的汲涌而来，这对企业 的生存环境产生深刻的影响，对企业的竞争力提出了新的挑战。企业面对全球化的市 场竞争环境时，需要面对大量的商业手续，而这些大多数是通过公文或合同的形式来 进行。因此为了提高在这些繁琐而又不得不进行的工作的效率，企业自己本身必须对 自己的工作流应用提出更高的要求。因此，工作流管理系统的前期设计起着至关重要 的作用。 本文研究了现有的工作流技术的基础上，为公文流转系统的发文流程和收文流程 进行了工作流建模。并给出了符合w f m c ( t 作流管理联盟) 规范的基本工作流模型的 时间p e t r i 网描述，提出了将发文流程和收文流程工作流模型转化为时间p e t r i 网的几 个基本方法。讨论了公文流转系统建模后模型的几个重要的状态和变迁，并且在此基 础上，讨论了时间p e t r i 网的时间约束性能在公文流中的几种重要的表现形式，引入 了时间约束的概念，提出了模型正确性验证算法，以及基于时间p e t r i 网的时间约束 的公文流转工作流性能的优化算法，最后基于优化后的工作流模型实现一个公文流转 系统。 本文的主要内容概括如下： ( 1 ) 引入时间p e t r i 网进行工作流建模 本文通过工作流建模方法来对公文流转系统中的发文流程和收文流程进行p e t r i 网建模。并以其中一个公文流为实例，引入工作流的时间控制算法，目的是为了能够 更好的提高工作流的运行效率。并且阐述了工作流的时间约束的概念以及相应的模 型。 ( 2 ) 基于时间p e t r i 网的公文流转模型分析 在先前建模的基础上，本文对公文流转模型分别从时间p e t r i 网可达性，活性等 性质进行分析，并且给出了模型分析的结果。 ( 3 ) 基于时间p e t r i 网的公文流转性能评价和优化 传统的时间p e t r i 网只对工作流时间约束进行分析，来作出是否正确的判断。而 对不符合时间约束的工作流模型只能人为的修改，效率不高。针对此问题，本文提出 了一种能够调整时间约束的算法，来帮助手工调整整个工作流管理系统。并对调整前 后的工作流进行再次检验和性能的分析。 ( 4 ) 在j 2 e e 平台上实现以公文流转为核心的办公自动化系统 在以上理论基础上，本文在j 2 e e 的平台上设计了一个公文流转系统，并对其中 的步骤进行时间控制，通过以上算法的调整，进行调整前后的性能的分析和比较。 关键词：工作流，时间p e t r i 网，时间约束，公文流转，性能优化 h w o r k f l o wm o d e l i n ga 八da p p l i c a t i o nb a s e do n t i m 匠p e t r i 卜m t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , w eh a v et of a c em o r ea n dm o r e t i d eo fw a v e so fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n ，w h i c hh a sd e e p l ya f f e c t e dt h el i f ee n v i r o n m e n to f o u re n t e r p r i s e s ，a n dg i v e su sn e wc h a l l e n g e st ot h ec o m p e t i t i v ep o w e ro fo u re n t e r p r i s e s w h e ne n t e r p r i s e sf a c eg l o b a lc o m p e t i t i o ni nt h em a r k e te n v i r o n m e n t , t h e yh a v et of a c eal o t o fb u s i n e s sp r o c e d u r e s ，w h i c ha r em o s t l yc a r r y i n go u tt h r o u g ht h ef o r mo fd o c u m e n t so rc o n t r a c t s t h e r e f o r e ，t oi m p r o v ei nt h e s ec o m p l i c a t e da n d h a dt ow o r ke f f i c i e n c y , e n t e r p r i s ei t s e l f h a v et op r o p o s eh i g h e rr e q u i r e m e n t so nt h ew o r k f l o wa p p l i c a t i o n so nt h e i ro w n t h e r e f o r e ， w o r k _ f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mp l a y sav i t a lr o l ei nt h es y s t e me a r l yd e s i g n t h i sp a p e rg i v e st h em o d e l i n gm e t h o d sf o rd i s p a t c h i n gd o c u m e n tf l o w sa n dr e c e i v i n g d o c u m e n t sf l o w si nt h ed o c u m e n tf l o ws y s t e m s ，w h i c hi sb a s e do nt h es u m m a r i z eo fe x i s t w o r k f l o wt e c h n o l o g y i tp r o p o s et h ed e s c r i p t i o no ft i m ep e t r in e tf o rt h eb a s i cw o r k f l o w m o d e l sw h i c hc o n f m u st ot h ew f m c ( 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 ) c r i t e r i o na n ds o m e m e t h o d st ot r a n s l a t ew o r k f l o wm o d e l so fd i s p a t c h i n ga n dr e c e i v i n gd o c u m e n tf l o w st ot i m e p e t r in e t a f t e rd o c u m e n tf l o ws y s t e mi sm o d e l e d ，w ed i s c u s ss e v e r a li m p o r t a n ts t a t ea n d t r a n s i t i o ni nt h em o d e l ，a n dt h e nw ea l s od i s c u s st h et i m ec o n s t r a i n t so ft i m ep e t r in e t si nt h e d o c u m e n tf l o wp e r f o r m a n c eo fs e v e r a li m p o r t a n tf o r m so fe x p r e s s i o n , a n di n t r o d u c et h ec o n - c e p to ft i m ec o n s t r a i n t s ，p r o p o s et h em o d e lc o r r e c t n e s sv e r i f i c a t i o na l g o r i t h ma n dt h et i m e c o n s t r a i n t so ft h ed o c u m e n tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mb a s e do nt i m ep e t r i n e t a tl a s t ，w ei m p l e m e n tad o c u m e n tf l o ws y s t e mb a s e do nt h eo p t i m i z e dw o r k f l o wm o d e l t h e m a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i n t r o d u c t i o no f t i m ep e t r in e t sw o r k f l o wm o d e l i n g i nt h i sp a p e r , i tp r e s e n t ss o m ew o r k f l o wm o d e l i i 培m e t h o d st om o d e lt h ed i s p a t c h i n ga n d i i i r e c e i v i n gm e t h o d si nt h ed o c u m e n tf l o ws y s t e m s t h e ni t i n t r o d u c eaw o r k f l o wt i m ec o n t r o l a l g o r i t h mi no n e o fd o c u m e n tf l o wi 1 s t a 1 c eo fw h i c hp u r p o s ei si no r d e rt om o r em u c hb e t t e r i m p r o v ew o r k f l o we f f i c i e n c y a n di te x p l a i n st h et i m ec o n s t r a i n t so fw o r k f l o wc o n c e p t sa n d t h ec o r r e s p o n d i n gm o d e l ( 2 ) a n a l y s i so fd o c u m e n tf l o ws y s t e mm o d e lb a s e do nt i m ep e t r in e t b a s e do nt h ee a r l i e rm o d e l ，t h i sp a p e ra n a l y s i st h ed o c u m e n tf l o ws y s t e mm o d e ls e p a - r a t e l yf r o mt h ea c c e s s i b i l i t y , a c t i v i t yo ft h et i m ep e t r in e t , a n dg i v e st h em o d e lr e s u l t s ( 3 ) p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o na n do p t i m i z a t i o no fd o c u m e n tf l o wb a s e do nt i m ep e t r in e t t r a d i t i o n a lt i m ep e t r in e tc a l lo n l ya n a l y s i st i m ec o n s t r a i n t so fw o r k f l o w , a n dt om a k e c o r r e c tj u d g m e n t s t h ew o r k f l o wm o d e lw h i c hd on o tm e e tt h et i m ec o n s t r a i n sc a l lo n l yb e m a n m a d ec h a n g e s ，a n dt h ee f f i c i e n c yi sn o t1 1 i g h f o rt h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t saa l - g o r i t h mt oa d j u s tt h et i m ec o n s t r a i n t st oh e l pm a n u a l l ya d j u s tt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s - t e m a n di ta n a l y z e st h er e - t e s t i n ga n dp e r f o r m a n c eo nb e f o r ea n da f t e ra d j u s t m e n tw o r k f l o w ( 4 ) i m p l e m e n t i n ga l la u t o m a t i o no f f i c es y s t e mb a s e do nd o c u m e n tf l o ws y s t e mi nt h e j 2 e ep l a t f o r m b a s e do nt h ea b o v et h e o r i e s ，t h i sp a p e rd e s i g n sa na u t o m a t i o no f f i c es y s t e mi nt h ej 2 e e p l a t f o r ma n dc o n t r o lt h et i m ei ne v e r yf l o ws t e p s a f t e rt h ea d j u s t m e n tt h r o u g ht h ea b o v ea l - g o r i t h m ，t h i sp a p e ra l s oc a r r yo u tac o m p a r i s o na n da n a l y s i so nt h eb e f o r ea n da f t e ra d j u s t - m e n ts y s t e mo f p e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：w o r k f l o w ；t u n ep e t r in e t ；t i m ec o n s t r a i n s ；d o c u m e n tf l o w s ；c a p a b i l i 。 t yo p t i m i z a t i o n i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录。v 1 绪论1 1 1 研究背景1 1 2 工作流的国内外研究现状2 1 3 本文的工作6 2 相关理论综述1o 2 1 工作流技术综述1o 2 2p e t r i 网综述1 2 2 3 时间p e t r i 网15 2 4 基于时间p e l r i 网的工作流建模技术16 2 5 本章小结18 3 基于时间p e t r i 网公文流转系统建模2 0 3 1 公文发文流程的时间p e t r i 网模型2 0 3 2 公文收文流程的时间p e t r i 网模型。2 6 3 3 时间p e t r i 网模型的优越性3 4 3 4 本章小结3 5 4 基于时间p e t r i 网的公文流转时间性能分析及优化3 6 4 1 公文流转系统的时间约束3 6 4 2 公文流转系统的时间约束p e t r i 网模型3 8 4 3 一种公文流转系统的时间约束动态调整方法及优化分析4 6 4 4 本章小结51 5 公文流转系统的实现5 2 5 1 公文流转系统设计目标5 2 5 2 公文流转系统需求分析5 2 5 3 公文流转系统的设计5 3 5 4 公文流转系统的实现5 6 5 5 本章小结5 8 6 总结与展望5 9 6 1 本文工作总结。5 9 6 2 本文工作展望6 0 v 参考文献6 l 攻读学位期间取得的研究成果。6 6 致谢6 7 浙江师范大学学位论文独创性声明6 8 学位论文使用授权声明。6 8 浙江师范大学学位论文诚信承诺书6 9 v i 1 绪论 在现代社会工作步伐日趋快捷的情况下，无论政府和企业都必须要适应时代的发 展，提高工作效率。公文的流转在政府和企业中都有着重要的地位，同时也占用了政 府和企业大量时间和精力。一个高效的，安全的，稳定的，公文流转系统不但能够给 政府，企业提高工作效率，而且也大大的减少了公文在拟稿初期，审核时的纸张浪费， 即有利于保护环境，也能给政府，企业减少开支。是国家大力提倡低碳经济的发展趋 势。 1 1 研究背景 公文流转系统是办公自动化系统中的核心模块之一u l 。公文是政府及企业各部门 之间主要的信息传递方式，公文流转指的就是一个政府或企业的策划事情前，所涉及 到的公文的起草、修改、审批、发布等的一系列过程。政府、企业机构运用现代计算 机技术和网络技术，将其管理、服务的职能转移到网络上完成，同时实现整个公文流 程的重组和优化。传统的公文流转过程完全依靠手工操作不仅效率较低，而且操作过 程中难免受到人为因素的负面影响。随着信息技术在我国的普及以及政治体制改革的 深入，各类信息化技术手段不断在政府和企业中得到应用，极大的提高了办公效率， 办公自动化则是其中的主要手段。公文流转系统实现了公文流转的无纸化、自动化、 智能化操作，基于功能强大，并且稳健的公文流转系统实现的公文流转，不仅大大提 高公文本身的流转速度，能够保证恰当的活动在恰当的时间由恰当的人( 或计算机软 件) 来执行，同时加强了公文的安全性，明确公文处理者的责任归属。公文流转是工 作流技术的一种主要的应用，而对工作流进行形式化建模，能够更准确的描述该工作 流的性能，和安全性。 本论文拟工作的目标是在通过对公文流转系统的主要的工作流的进行可视化建 模，并且基于时间p e t f i 网，对工作流时间约束一致性，安全性和性能进行分析和优化， 并实现了一个基于工作流的以公文流转系统为核心的办公自动化系统。 i 绪论 1 2 工作流的国内外研究现状 1 2 1 工作流技术研究现状 工作流技术是9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点【2 】。在这些研究热 点中，主要涉及到工作流的状态的研刭3 6 1 ，工作流建模方式的研究【3 9 】【4 9 】，工作流应 用及管理的研究f 4 2 】。由于分布式计算机技术和网络环境的不断优化，现代企业的 信息资源越来越表现出一种异构、分布、松散藕合的特点。企业在经营管理过程中， 以及其决策过程的分散性、对日常业务活动信息的详尽需求和计算机b s 体系结构、 分布式处理技术( c o i 也a 【4 l 】，o l e ，j a v a ) 的日益成熟，使得在大规模的异构分布式执 行环境下，实时监控一组相互有联系的任务的高效率运转成为一种应用趋势【3 引。在这 样的技术背景下，工作流管理系统4 2 】m 也由最初的创建无纸化办公环境转而成为 适应企业复杂信息环境、实现业务流程自动执行的一种必要工具。这样的一个背景和 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 域上对工作流技术展开更加深入的研究。 工作流管理系统最大的优点是将应用逻辑方式和过程逻辑方式分离，在具体功能 不变的情况下，通过修改过程模型从而使得整个系统功能加以改变，从而控制和管理 整个生产营销部分或全过程，可有效地把人、信息和应用系统工具有机地组织起来， 发挥系统的最大效能。 工作流技术是一种新兴的技术，办公自动化技术和批处理技术是它的一种表现形 式。8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早的 一批工作流产品生产商。这类集成化软件系统可以大大支持企业简化与重组自己的关 键业务流程。工作流从它的诞生之日起就是作为一种面向过程的系统集成技术出现 的，只是由于受当时计算机技术的限制，它所集成的功能较为简单【3 】f 4 j 。 在工作流技术发展的历史长河中，具有里程碑意义的是，工作流技术的标准化组 织工作流管理联盟( 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。1 9 9 3 年w f m c 的 成立反映了工作流技术得到了企业界和学术界的高度重视，标志着工作流技术开始进 入相对成熟和暂新的发展阶段。为了使得工作流产品的技术标准更加规范，实现不同 工作流产品之间的相互操作，w 蹦c 制定了一系列标准。包括在工作流管理系统的相 2 1 绪论 关术语、体系结构及应用编程接口等方面。在全球范围内，从而使得工作流的技术研 究以及相关的产品开发进入了更加繁荣的时期。让更多、更新的技术被容纳到工作流 管理系统之中。 工作流管理系统是运行在一个或多个工作流引擎上的计算机应用系统，它定义、 创建工作流，并管理着工作流的执行【4 2 1 。工作流引擎能够解释过程定义，与执行工作 流的参与者进行相互交互，并在需要的时候调用相应的信息技术手段、工具及应用程 序。 工作流管理的主要目标是：在业务过程的各个环节中，为了保证整个业务目标的 高效实现，大量通过调度和分配有关的人力、信息资源来协调。由于它是从全局的角 度来进行管理、完成企业的业务目标，因而会较大地提高企业的运营效率，及时发现 和解决企业业务流程执行过程中出现的问题。企业的决策层和管理层可以及时监控企 业的运营情况，了解各项任务的执行过程和进度。进一步，企业还可以通过分析工作 流系统的日志信息，发现任务流程中的关键步骤和瓶颈，进行流程的优化以提高整个 流程的运行效率，缩短业务流程的执行时间，提高企业的劳动生产率和市场竞争力。 工作流产品的发展伴随着计算机软件，硬件技术的不断隔新，而不断的成熟起来。 纵观整个工作流软件产品的发展历史，从八十年代的萌芽时期至今，工作流产品的演 化大致可以分成4 个阶段： 第一阶段：主要应用于某些特定领域的、相对独立的应用系统，比如文档管理系 统等【4 0 1 。 第二阶段：主要表现为在底层通信基础结构支持下，能实现任务协作的应用系统， 例如具有消息传递功能的工作流系统。 第三阶段：微软将图形界面带到计算机世界后，具有图形用户界面的过程定义工 具、任务及其流程的定义与任务的执行完全分离的工作流系统也随之诞生。此时，其 体系结构已经基本上符合工作流管理联盟所提出的标准结构。 第四阶段：在有一定理论支持下的基于群体协作的集成系统 4 4 1 。 按照工作流系统所采用的任务项传递机制的不同来划分，工作流系统的产品基本 上可以分为4 类【5 】= ( 1 ) 基于文件和数据库的工作流系统 3 l 绪论 以共享文件的方式来完成任务。这种类型的产品是产生最早、发展最成熟、最具 多样性的，通常包含有c l i e n t s e r v e r 模式的图像、文档与数据库管理系统。代表产品 有f i l en e t 的v i s u a lw o r kf l o w 。，i b m 的f l o w m a r k ，x a i t 的i n c o n e e r t 等。 ( 2 ) 基于消息的工作流系统 通过各种消息机制( 如电子邮件系统、永久消息队列、事件传送机制等) 来传递任 务项信息。这种类型的产品通常都与一种或多种电子邮件系统实现了集成。代表产品 有n o v e l l 与f i l e n e t 合作开发的e n s e m b l e ，j e t f o r m 的i n t e m p o ，k e y f i l e l 拘k e y f l o w 等。 i b m a l m a d e n 的e c o t i c a f m q m 使用m q s e r i e s 提供的消息机制，瑞士的苏黎世大学研 制的e v e 则是利用事件机制来祸合各个分布式功能组件的。 ( 3 ) 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的工作流系统 通过w w w 技术来实现任务的通信与协作。这一类产品是随着i n t e m e t o n t r a n e t 的发展而出现的，目前发展迅速，已形成一种市场流行趋势。许多供应商纷纷开发新 产品或者在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。代表产品有a c t i o nt e c h n o l o g i e s 的 a c t i o n w o r 和s m e t r o ，u l t i m u s 的u l t i j n u s 等。 ( 4 ) 群件与套件系统 这一类产品在分类标准上与前面的3 种有一定程度的重叠，但却具有自己独特的 特征：需要依赖自己系统所包含的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管 理、数据库与文档管理服务等，产品本身就构成了一个完整的应用开发环境。代表产 品有i b m l o t u s 的l o t u sn o t e s ，m i e r o s o f t 的0 f f i e e 与e x c h a n g e ，n o v e l l l 拘g r o u p w i s e 。 1 2 2 公文流转研究现状 自从2 0 世纪9 0 年代以来，发展政务信息化一直收到我们国家的重视。电子公文流 转也作为社会信息化的先导受到了社会各界的广泛重视。一个高效，安全，稳定的公 文流转系统必定涉及到内、外两方面。首先，内在方面主要着重于公文本身的安全。 即公文审核通过后，公文信息、内容不能在流转的过程中发生改变。在这方面，国内 研究已有一定成果，主要是在公文流转中加入了电子签章技术和数字签名技术。这在 文献【6 】中阐述了应用电子签章的方法，来保证经过签章的公文的不可修改性，不可抵 赖性，以及完整性等。在文献【7 1 中，阐述了如何应用数字签名来解决身份认定、信息 来源认定、信息的完整性和安全性等诸多问题。其次，公文流转系统的外在方面就是 4 l 绪论 公文在拟稿过程中，审批过程中的安全问题。如何保证公文在拟稿、审批工作流在系 统运行中状态不丢失，而且可以做到实时追踪公文的状态等，同样是一个功能强大的 公文流转系统所必须具有的。由于在拟稿、审批过称各种，涉及到多个部门的多个人 员，而且公文要不断进行修改，因此公文状态，变迁会很错中复杂。工作流建模技术， 以及p e t r i 网的数学方法为此提供了一个良好的环境。在文献【8 1 中运用了扩展时间和层 次p e t r i 网来建立工作流模型，为一个复杂工作流在横向和纵向上提供了一种方法。在 文献【9 】中，应用了随机着色p e t r i 网来建立模型。着色p e t r i 网可以用带颜色的托肯来描 述不同的公文，随机p e t r i 网是在基本网的基础上，在每个变迁的可实施与实施之间联 系了一个随机的延迟时间，这大大增强了模拟现实公文处理受时间约束的能力。在文 献i lo 】中应用混合( 离散、连续) 资源p 时间p e t r i 网来解决工作流的实时调度问题。在 政府办公系统【l l 】中利用我们利用工作流技术可以使得各种公文能够更快得到处理，提 高政府的办公效率。将工作流技术应用到办公自动化系统中【1 2 1 ，我国也是刚刚起步。 1 2 3p e t r i 网理论在工作流建模中的应用研究现状 p e 仃i 网作为一种从过程的角度出发描述和分析复杂系统的模型工具，被广泛地应 用在系统建模中j a m e s 给出了用p e t r i 网进行系统建模的原则和方法，他主要在基本网 的基础上讨论了如何对系统建立模型。但是，由于基本网系统的表达能力有限，稍微 复杂一些的系统就要使用大量的库所和变迁，由此引起的“状态爆炸”问题使得p e t r i 网往往难于理解和分析，因此，改进的p e t r i 网被引入解决该问题。着色网系统通过给 每个个体命名以区别于其他个体的名字，对同类的个体染上同一种颜色，不同类的则 以不同颜色区分，增加了系统建模的灵活性。基本p e t r i 网还有一个非常大的弱点就是 不能表示事件间的时间关系，在基本网中引入时间概念就形成了时间p 嘶网【1 3 】【1 4 1 。在 时间p e t r i 网的研究中，其包括随机p e t r i 网( s t o c h a s t i cp e t r in e t s ，g s p n ) 和广义随机 p e t r i l i 5 9 ( g e n e r a l i z e ds t o c h a s t i cp e t r in e t s ，d t s p n ) ，它们为具有随机过程的系统提供建 模和进行性能分析。两者是从基本p e t r i 网扩展的，并且影响较大的建模和分析方法。 此外，高级网系统还有谓词转移p 嘶网【l5 j 等等 p “网也被用来建立工作流模型，e l l i s 和n u t 在p e t r i 网的基础上提出了i c nf i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t s ) 模型。p s t r a u b 和c h u r t a d ，进一步地论证了业务流程与i c n 模 型的关系，指出业务流程可以通过i c n 模型加以表示，同时给出了i c n 模型的应用实 l 绪论 例，特别是他们实现了一个用i c n 模型建立工作流模型的c i c n 系统。i c n 模型实际上 是高级p e t r i 网的一个引申，在这里，他们通过用转移表示任务、库所表示条件、托肯 表示事例来建立工作流的p e t r i 网模型。m s t 等人从1 9 8 8 年开始对如何应用p e l r i 网建立 工作流模型进行了广泛深入地探讨，他们给出了应用p e t r i 网建立工作流模型的原因， 研究了多种包括着色p e t r i 网和时间p e t r i 网等多种高级p e l r i 网建立工作流模型的方法。 a a l s t 等人还把工作流的结构原语映射为相应的p e t r i 网模型，建立了工作流网的基本组 件与触发机制，定义了在p e l r i 网基础上的工作流网。他们还通过将工作流网用于业务 流程再造和企业流程设计的实践，对该模型进行了实证研究。 即使是使用了高级p e t r i 网，但随着建模规模的增大，通过p e t r i 网建立的模型依旧 存在难于理解和“状态爆炸”问题，因此，p e t r i 网的化简和组合方法及层次p e t d 网被用 来解决这个问题。在文献【1 6 】中提出了两种切片p e t r i 网的方法来达到减小当前网规模的 大小，并且提出一种切片标准来进行切片的初始化。更进一步的提出通过一种特殊处 理来进一步减小规模的方法。 当一个工作流在结构上发生改变时候，这些工作流可能潜在的包括了一些错误， 比如说工作流的死锁，工作流上下文矛盾，丢失了一些状态等问题。在文献中提出了 一种协调转变方法，这种方法适用于工作流的处理过程，并且不会在转变的过程中产 生一系列如上的问题。它还用了一种算法来计算由于工作流的转换而形成的最小区域 的范围。此外还证明了变化的区域能够被用来验证相容性的工作流验证。这些方法在 时间和空间上有效的适应了各种规模大和复杂的系统。 近几年的国内外研究领域中p e t f i n 在工作流，工作流调度中的应用也越来越多， 如文献 1 8 1 f 1 9 】【2 0 1 1 2 1 1 。 1 3 本文的工作 ( 1 ) 基于时间p e t f i 网的工作流建模研究 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示。在工作流建 模中，可以利用一个或多个建模方法及其相应的建模工具，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。工作流要实现业务过程的自动化，就必须保证所建 立的工作流模型不仅能够描述活动及其相互之间的连接关系，而且需要定义如组织、 资源、数据等其他相关信息，这样才能够由计算机进行解释和执行。 6 l 绪论 工作流模型包含了描述一个能够由工作流执行服务软件系统执行过程所需要的 所有信息，这些信息包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动及进行活动间导航 的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用，以及所有与工作流相关数据的 定义。 由于工作流模型最终是由计算机来执行，这就对工作流模型的准确性提出了更 高的要求，工作流模型的定义也更加严格、准确。主要的工作流建模方法有基于活动 网络的建模方法、基于对话模型的建模方法、基于事务模型的建模方法和基于形式化 表示的建模方法如基于p e t r i 网的建模方法。 本文主要研究的问题是主要如何进行有效的工作流建模，用数学方法来分析工作 流的各种性质。 ( 2 ) 基于时间p e t r i 网工作流的时间约束方法研究 时间扩展主要体现在变迁对象上，它用来表示活动执行的时间段或者活动的延 时，我们为变迁加入时钟触发器和最大延迟时间。一个变迁被授权表示它只有在被时 钟触发器触发后才可以执行。这种扩展在一些严格要求时间同步的业务流程中十分有 用，而为变迁加入的最大延迟时间属性可以很好地解决有严格时限的业务流程。 时间p e t r i 网是一种基本p e t r i 网的扩展，现在基本上都在变迁对象上进行时间扩 展，在其它对象上的时间扩展研究的比较少，因此本文拟通过时间p e t r i 网的理论分析 工具，将变迁，库所，弧级分别映射到一个时间约束上，并建立时间库函数，来进一 步的，严格的分析工作流系统的各种性质。来验证在时间约束的条件下，工作流系统 流转是可达的，是活的，是完整的，是没有冗余的，即不存在无法经过的状态和变迁。 工作流时间约束调整算法的研究。大多数工作流经过验证后只得到了是否符合时 间约束一致性，而没有给出如何进行调整使得工作流能够满足时间约束一致性。本论 文工作还会将时间约束一致性的调整的算法进行研究，找到一个在人为指定的时间约 束调整方式。 ( 3 ) 基于时间p e t r i 网的工作流性能评价方法研究 有效评价工作流的性能，分析计算性能指标可以提高商业处理业务过程的效率， 减少由于处理过程不正当而带来的风险。性能评价的方法有两种：测量方法和模型方 法。其中测量方法是利用测量设备或测量程序在已经存在并运行的工作流系统中进行 7 i 绪论 测量各种性能指标和与之密切相关的度量，然后经过简单的计算求出相应的性能指 标。测量方法没有预知性而且花费比较大。模型方法是先为工作流系统建立一个模型， 然后求出模型的性能指标，进行性能评价。模型方法又分为模拟方法和分析方法。模 型方法不仅可以应用于已有系统的性能评价，而且可以应用于尚未存在系统的性能评 价，而且所花费的代价比测量方法小，所以本文主要拟用工作流系统的模型方法，来 评价其性能。 工作流系统性能评价指标一般包括：时间、资源的利用率、成本、吞吐量等等。 本文的研究工作和问题主要拟采用工作流系统时间这一指标来评价工作流系统的性 能状况。 ( 4 ) 在j 2 e e 平台上实现以公文流转为核心的公文流转系统 本文研究的最后一个问题是在前面的理论基础上拟实现一个以公文流转为核心 的带有电子签章功能的办公自动化系统。公文流转系统实现主要功能有：发布公文， 审批公文，已批公文，公文流程设置，公文印章设置，公文管理等功能。拟解决的主 要问题有如下几点：系统的整体架构设计，w e b o f f i c e 控件的设计，动态树形表单的 设计，公文流转的公文审阅控件的设计。 1 3 2 本文的组织结构 本文的结构安排如下： 第一章：绪论 主要对本文的基于p e t r i 网工作流建模及应用的理论研究背景、意义及研究现状 及一些存在的问题进行阐述。 第二章：相关理论综述 主要对相关工作流理论以及p “网以理论的介绍，在此基础上分析了传统p e t r i 网的局限性，同时介绍了时间p 矧网的性质以及在本文中的应用。 第三章：基于时间p e t r i 网的公文流转建模 给出一种公文流转工作流中发文流程和收文流程的建模方法，以及两者的具体 模型结构。 第四章：基于时间p e t r i 网的公文流转时间性能分析及优化 分析阐述了时间p e t r i 网的性能，主要分析了时间约束在时间p e t r i 网中的应用， 3 l 绪论 以及在工作流系统中的局限性，并提出一种能够检验时间约束性能和优化时间约束性 能的算法。 第五章：公文流转系统的实现 主要分析了公文流转系统的设计及实现，并结合时间p “网理论，进行对公文 流转系统进行控制以及相关步骤的优化。并且基于优化后的工作流模型实现了一个公 文流转系统。 第六章：总结与展望 对全文进行总体概括总结，并且指出自己没有解决的问题以及将来要进一步研 究的目标。 2 相关理论综述 本章主要详述了工作流技术的基本概念，研究背景以及p e t r i 网和时间p e t r i 网的概 念和描述。重点介绍了时间p e t r i 网的主要性质和几种工作流建模方法。 2 1 工作流技术综述 2 1 1 工作流的基本概念 工作流管理联盟( w f m c ) 在1 9 9 3 年成立，根据w f m c 的定义，工作流的定义是： 一类能够完全或部分自动执行的业务过程，在此过程中，文档( p a p e r ) 、信息( i n f o r m a t i o n ) 或其它任务按照事先预定的规则进行流转。业务、工作、办事等人员和应用系统之间 相互的协调工作，从而来实现业务流程中所要达到的最终目的。换句话说，工作流就 是一些能够自动运行的业务活动，它们是相互关联的、相互衔接的。 w f m c 的成立标志着工作流技术在计算机应用领域研究之中有了自己的一席之 地，随之在全球范围内，对工作流的技术研究和开发进入了一个高速发展的阶段。更 多的，更新的技术大量的灌入这个具有朝气的环境。大量应用技术，如文件管理系统、 数据库、电子邮件、移动式计算、w e b 服务等都被容纳到工作流管理系统之中。 2 1 2 常用的工作流的建模方法 为了使系统的管理更具灵活性，应把对过程的描述与执行系统分离开来，这就需 要工作流管理系统提供对流程建模的支持。工作流模型是对工作流的抽象表示，它能 够清楚的定义工作流的各种行为。以下是一些常用的工作流建模方法瞄】。 ( 1 ) 程序化语言( s c r i p tl a n g u a g e ) 这种方式描述的是一种正文方式的、有相应语法和语义解释的工作流过程模型。 脚本语言中有描述控制流和数据流的语句结构，它提供了一种简明的描述方法，主要 用于解决工作流产品之间方便地交换过程定义信息和互操作等问题，对于有经验的设 计者来说易于使用。它的主要缺点是应用开发的工作量大。另外，它的语义解释是非 l o 2 相关理论综述 形式化的，容易产生歧义，而且也不便于模型的分析与验证。 ( 2 ) 基于图的工作流建模方法 由于工作流模型必须首先描述清楚一个经营过程是怎样进行的，因此，许多工作 流模型都是从过程定义入手，比如：与或图、流程图、状态图、g a r t i 羽t 2 3 1 、活动网 络副2 4 】等。一个完整的业务流程由一系列基本的工作环节，按照一定的逻辑规则组成， 这些环节及其逻辑关系可以直观地映射成为一个由结点和连接弧组成的有向图。通过 对有向图的遍历可得到业务处理活动中存在的各种工作流程。 ( 3 ) 基于语言行为理论的工作流建模方法