（计算机软件与理论专业论文）基于petri网的工作流建模方法与应用研究.pdf

中文摘要 摘要 近年来i t 技术在企业管理中发挥的作用越来越重要，现代企业的发展速度越 快，其业务流程的变化越大，企业对工作流建模技术的要求也就越高。通过对现 有的一些工作流建模方法的研究发现它们大都可用于对企业中工作流的建模，在 一定程度上满足了企业的需求，但仍存在一定的弊端，突出表现在其将企业业务 流程固定化，与现代企业为适应激烈的市场竞争不断改革、不断精简业务流程、 不断改进管理的现状不相适应。为了能够更好的发挥工作流技术为企业服务的功 能，工作流模型必须是功能可重构、流程可改变的系统，即柔性工作流建模技术。 本文为了适应现代企业的需要，提出了一种基于p e t r i 网的可以提高工作流模 型描述能力和系统执行柔性的建模方法。在原有的p e t r i 网建模技术的基础上，结 合柔性系统的特点，增加了条件设定机制、协调机制等新的策略机制，增加了一 个新的模型元素即管理变迁，通过管理变迁实现协调机制。通过改变了原p e t r i 网 模型中的变迁触发机制，使变迁的触发机制变得多样，并提出一个新的触发机制 即综合触发，实现条件设定机制。通过这两方面的改进，提高了模型的柔性。论 文中还应用该方法成功地对大连粮库办公自动化系统中的公文处理子系统、物品 采购子系统和督办子系统建模，并编程实现其中的公文处理子系统，验证了模型 的正确性和适用性。 新的基于p e t r i 网的工作流建模方法的提出在一定程度上满足了现代企业的要 求，使企业能更好的开发其业务流程，推进企业的信息化建设。 关键词：工作流网；工作流；p e t r i 网；建模；柔性 英文摘要 r e s e a r c ho nm o d e l i n ga n da p p l i c a t i o no f p e t r i - n e t - - b a s e dw o r k f l o w a b s t f a c t i nr e c e n ty e a r s ，i tt e c h n o l o g yi s p l a y i n gam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l e i n e m e r p r i s em a n a g e m e n t t h em o r er a p i d l yt h em o d e me n t e r p r i s e sa r ed e v e l o p i n g ，t h e m o r ec h a n g e so c c u ri nt h e i rb u s i n e s sp r o c e s s ，w h i c hr e s u l t si nt h eh i g h e rr e q u i r e m e n t s e n t e r p r i s e ss e tf o rt h et e c h n o l o g i e so fw o r k f l o wm o d e l i n g b ys t u d y i n gs o m eo ft h e a v a l l a b l ew o r k f l o wm o d e l i n gm e t h o d s ，w ef o u n dt h a tm o s to ft h em e t h o d sc a nb eu s e d i nt h em o d e l i n go fe n t e r p r i s e w o r k _ f l o w , w h i c hc a l lm e e tt h ed e m a n d sf r o mt h e e n t e r p r i s e st os o m ee x t e n t ；h o w e v e r , s h o r t c o m i n g ss t i l le x i s t t h eb i g g e s ts h o r t c o m i n g i st h a tt h e s em o d e l i n gm e t h o d sm a k et h eb u s i n e s sp r o c e s ss t a b l ea n df i x e d ，w h i c hd o e s n o ts u i tt h ef a c tt h a tt h em o d e me n t e r p r i s e sk e e pr e f o r m i n g ，s i m p l i f y i n gt h e i rb u s i n e s s p r o c e s s ，a n di m p r o v i n gm a n a g e m e n ta l lt h et i m ei no r d e rt of i ti n t ot h ec o m p e t i t i v e m a r k e t i no r d e rt om a k es u r et h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yf u n c t i o nw e l lf o rt h ee m e r p r i s e s ， w o r k f l o wm o d e l i n gm u s tb eaf u n c t i o n - r e c o n s t r u c t a b l ea n d p r o c e s s c h a n g e a b l es y s t e m ， i e f l e x i b l ew o r k f l o wm o d e l i n g i no r d e rt om e e tt h ed e m a n d sf r o mt h em o d e me n t e r p r i s e s ，t h et h e s i sp r o p o s e sa p e t r i - n e t - b a s e d m o d e l i n g m e t h o dw h i c hc a ne n h a n c et h ew o r k f l o wm o d e l i n g d e s c r i p t i o nc a p a c i t ya n ds y s t e mf l e x i b i l i t y b a s e do nt h ep e t r i n e t b a s e dt e c h n o l o g y , t h e m o d e l i n gm e t h o dt a k e si n t oa c c o u n tt h ec h a r a c t e r i s t i c so ff l e x i b l es y s t e m ，a d d ss o m e n e w s t r a t e g ym e c h a n i s m ，s u c ha sc o n d i t i o ns e t t i n gm e c h a n i s m ，c o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m ， a n ds oo n ，a n db r i n g si nan e wm o d e l i n ge l e m e n t ，i e m a n a g e m e n tt r a n s f e r , w h i c hc a n r e a l i z ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m b ym a k i n gc h a n g e st ot h et r i g g e r i n gm e c h a n i s mi nt h e e x i s t e dp e t r i n e t - b a s e dm o d e l i n g ，t h en e wt r i g g e r i n gm e c h a n i s mc o n t a i n sm o r ed i v e r s i t y an e wt r i g g e r i n gm e c h a n i s m ，n a m e dc o m p r e h e n s i v et r i g g e r i n gi sa l s op u tf o r w a r d ， w h i c hc a l lr e a l i z ec o n d i t i o ns e t t i n gm e c h a n i s m t h ea b o v et w ow a y so fi m p r o v e m e n t c a ne n h a n c et h ef l e x i b i l i t yo ft h em o d e l i n g t h et h e s i sa l s oa p p l i e st h en e wm o d e l i n g m e t h o dt ot h eo f f i c ea u t o m a t i cs y s t e mo fd a l i a ng r a i nd e p o t ，n a m e l yt h em o d e l i n go f o f f i c i a l p a p e r w o r kp r o c e s s i n gs u b s y s t e m ，c o m m o d i t yp u r c h a s i n gs u b - s y s t e ma n d s u p e r v i s i n gs u b - s y s t e m t h eo f f i c i a lp a p e r w o r kp r o c e s s i n gs u b - s y s t e mi sa l s or e a l i z e d b yp r o g r a m m i n g ，a n dt h u sp r o v e st h er a t i o n a l i t ya n da p p l i c a b i l i t yo ft h en e w m o d e l 英文摘要 t h en e wp e t r i - n e t - b a s e dw o r k f l o wm o d e l i n gm e t h o dm e e t st h ed e m a n d sf r o m m o d e me n t e r p r i s e st oac e r t a i ne x t e n t t h em o d e l i n ge n a b l e st h ee n t e r p r i s e st ob e t t e r d e v e l o pt h e i rb u s i n e s sp r o c e s sa n dc a np u s hf o r w a r dt h ei n f o r m a t i o n i z a t i o nc o n s t r u c t i o n o ft h ee n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：w o r k f l o w n e t ；w o r k f l o w ；p e t r in e t ；m o d e l i n g ；f l e x i b i l i t y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文二基王里曼鱼圆煎王堡逋蕉撞友鎏皇廛题班宜：。除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：季巍 锄孑年；月刀日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法 ，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密西( 请在以上方框内打“4 ，) 论文作者签名：李勰 导师签名： ；佐觚 日期：2 耐年；月日 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 第1 章绪论 1 1 选题的背景和意义 众所周知，在当今社会，i t 已经在企业管理中发挥着越来越重要的作用，人 们对于i t 和企业管理的关系也已经不再陌生。在企业信息化大潮下的今天，大多 企业，特别是有一定规模的企业都开展了信息化建设，如销售系统、s c m 、m r p 、 财务系统、办公自动化等。然而，这类系统从功能上来讲，往往局限于解决企业 内部的具体事务层面，面向企业内部功能，并不是面向市场和面向客户的系统。 从开发模式上来看，其开发模式通常是将业务流程硬性编码到应用系统的整体结 构中，每次业务流程的修改都可能引起程序结构的大幅变动，其僵硬的体系结构 增加系统复杂性，影响系统灵活性和适应性：从开发和使用者角度来看，业务流 程变更的滞后严重地影响了市场的响应速度，失去了市场机会和终端用户，同时 对于系统集成商和软件开发商来说，业务流程不断变更，也使之陷入系统开发和 维护的泥沼中【1 】。在这样一种背景下，我们迫切需要一种能够实现业务流程自动化 ( b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的技术来满足企业流程管理的需要。工作流 技术正是顺应这一需求而产生的，它是用于实现工作流建模、执行、监控、分析、 度量和优化的基础中间件技术。 工作流技术的目标是用计算机辅助实现业务流程，要实现这一目标，首先要 解决一个最基本的问题现实当中的流程如何在计算机当中进行表达和处理。 工作流模型是业务过程的计算机化的形式表示，它定义的是过程运行中会涉及到 的各种参数，如业务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之间的控制流 动与数据流动关系等【2 】。工作流模型是实现工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m ) 的基础，它决定了工作流管理系统所能够达到的功能。因此，对于工作流 建模技术的研究一直以来都是工作流技术研究当中的关键问题。 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【3 】。由于工 作流需要在计算机环境下运行，因此建立相应的工作流模型是必不可少的。工作 流模型应该完整地提出支持工作流定义的概念，为用户建模提供工作流定义所需 要的组件或元素。理想的工作流模型能够清楚地定义任意情况下工作流，能够适 第1 章绪论 应用户在建模过程中所提出的各种要求。然而，到目前为止，人们虽然提出了不 少有意义、有见解的工作流模型，但从现有模型的能力上看，距这一理想情况尚 有一定的距离。 由于工作流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，比如流程图、状态图、活动网络图等。这一类模型 的优点是比较直观，容易理解1 4 。虽然现在不少工作流产品采用了此种模型，但其 仍然存在一定的不足，比如模型功能比较单一，不能处理复杂的过程逻辑，缺乏 柔性等。 鉴于上述现状，本论文提出了一种基于p e t r i 网的工作流建模方法，该方法可 以提高工作流模型的描述能力和系统执行柔性，能适应现代企业的需求。 1 2 相关研究现状简述 基于第1 1 节里介绍的选题背景，本文对国内外的工作流的一些模型进行了初 步的研究。在这里，本文主要就两种模型的研究现状简述如下：基于活动网络的 过程模型叫1 0 、m 酞工作流模型、m q s e r i e sw o r k _ f l o w 5 1 。 1 基于活动网络的过程模型_ f l o w m 酞工作流模型 在f l o w m a r k 中，一个完整的经营过程( 工作流过程) 由一个无自环的有向图 构成。有向图的节点元素表示可执行的步骤或任务，节点间的连接弧代表了过程 中的控制流与数据流。组成模型的元素包括过程、活动、模块、控制连接弧、数 据连接弧和条件。 过程：由一系列具体的步骤组成，为完成某一预定目标而定义。在这里， 一个过程就是用一个有向图来表示的一个工作流，比如，向银行申请贷款就是一 个过程。 活动：过程中的每一个步骤是一个活动，在图中由一个节点元素来表示。 它可以是程序活动，也可以是过程活动。 模块：有些类似于“过程”，但二者的区别在于，一个过程有一个唯一固 定的标识，它可以在不同的工作流过程中使用；而模块则没有这一项，它只能被 一个工作流过程所使用。模块也具有输入数据箱与输出数据箱。 2 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 控制连接弧：用来定义两个活动之间的执行顺序，在有向图中以节点间的 连接弧表示。 数据连接弧：定义两个活动间的信息流，在有向图中也是以节点间的连接 弧来表示，由前一个活动的输出数据箱指向后一个活动的输入数据箱。 条件：用于定义过程执行中的约束。主要分为三种基本类型，属于活动外 部的有一种，即转移条件；属于活动内部的有两种，即开始条件与结束条件。 从模型的语义上，f l o w m a r k 明确地将控制流与数据流进行了分离，这样，一 个工作流过程可以被看成是由控制流图与数据流图叠加而成的。f l o w m a r k 的这一 特点，将会带来如下好处： 从系统分析的角度来看，有利于通过过程模型来提取建立功能视图与信息 视图模型所需要的相关信息，便于对企业这一复杂系统进行深入地分析。 从系统实现的角度来看，这种分离直接对应于控制流管理与数据流管理的 相互分离，从而实现两种不同性质的流管理上的独立。在f l o w m a r k 的系统实现上， i b me x o t i c a f m q m 实现了分布式工作流的数据流管理。在这样的分布式工作流执 行环境中，逻辑上控制节点与数据节点的分离将带来的好处是：有利于保护原有 的数据系统，不必强迫企业改变原有的数据管理方案；有利于数据节点能够自主 地、柔性地、高性能地处理复杂结构的数据而不会影响整个工作流系统的效率， 特别是对多媒体数据的处理，这是一个很好的方法：有利于增强系统的可扩展性、 可靠性以及容错性等分布式性能。 2 m q s e r i e sw o r k f l o w m q s e r i e sw o r k _ f l o w 是i b m 公司推出的最新工作流管理产品，是i b m 的商业 集成软件m q s e r i e s 中的一部分。它将经营流程从应用逻辑中分离出来，可以帮助 企业用更少的时间、以更快的速度集成非常复杂的应用与资源，实现降低成本、 减少错误、提高生产力，从而达到可以根据市场需求灵活的改变经营过程的目标。 m q s e r i e sw o r k f l o w 以i b m 公司的消息服务产品m q s e r i e s 为基础，可以将分布在 异构平台环境下的不同活动、系统和应用程序有机地集成起来，为在i n t e m e t 环境 下实现电子商务提供了良好的保障。 第1 章绪论 与其他的工作流产品不同的是，m q s e r i e sw o r k f l o w 是以i b m 的消息队列产 品m q s e r i e s 为底层支持。m q s e r i e s 为m q s e r i e sw o r k f l o w 中的各个部分提供可靠 的消息队列。整个系统是通过消息队列来进行通讯联系，因此不需要i d l 调用或 r p c 等其它通信机制。 m q s e r i e sw o r k f l o w 有一个特点是支持复杂的组织与角色建模，即m q s e r i e s w o r k f l o w 允许柔性的进行雇员任务分配。用户可以根据组织结构或者工作流执行 的历史等来选定，还可以允许定义雇员代替，即在一个工作人员不能完成其任务 时，可以指定其它雇员来代替他完成任务操作。m q s e r i e sw o r k f l o w 的推迟绑定 ( 1 a t eb i n d i n g ) 功能使得任务可以在工作流执行过程中将任务分配到人员。另外， m q s e r i e sw o r k f l o w 还可以允许用户定义自己的客户端界面。 除了上述提到的工作流模型以外，还有其他的工作流产品也推出了提高柔性 的模型【6 】。总的来说，这一类模型所共有的特点是简单、直观、便于理解，适合于 流程较为固定、异常情况较少的生产型工作流的建立，有利于企业规范自身的内 部流程：但这类模型往往缺乏柔性，对紧急情况的应变能力不足，显得比较死板。 1 3 论文的主要研究内容 以上提到的工作流建模方法，都实现了对企业中工作流的建模，而且在一定 程度上满足了企业的需求，但它们仍存在一定的弊端，突出表现在其将企业业务 流程固定化，与现代企业为适应激烈的市场竞争不断改革、不断精简业务流程、 不断改进管理的现状不相适应。为了能够更好的发挥工作流技术为企业服务的功 能，工作流模型必须是功能可重构、流程可改变的模型，即柔性工作流模型。多 数成功企业的经验也表明了，柔性是企业在剧烈变化的环境中求得生存和发展的 一个重要因素【7 1 ，正如x a v i e rd eg r o o t e 所指出的【8 1 ，柔性的特性是“可作为应付 变化的屏障”。p e t r i 网是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具，为描 述和研究具有并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手 段【9 】。因此，在这里，本文尝试利用p e t r i 网对工作流过程进行建模，探索可以实 现柔性系统的建模方法。 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 本论文在柔性系统的思想指导下，通过引入协调机制，提出了一种可以显著 提高工作流模型描述能力和系统执行柔性的建模方法。在原有p e t r i 网模型的基础 上，增加了多实例化机制、条件设定机制、协调机制等新的策略机制，并详细介 绍了模型构建方法，然后给出了一个办公室自动化过程模型实例，并编程实现其 中部分功能，验证模型的正确性和适用性。 目前，过程管理技术与工作流管理系统在企业中仍然没有得到广泛的应用， 其主要原因之一是目前的工作流管理系统在模型描述能力、柔性和可靠性方面存 在着不足。因此，本课题的研究对工作流管理系统在企业中的应用是很有意义的。 1 4 论文的组织结构 第1 章说明选题背景和意义，比较研究与课题相关的两类典型的工作流建模 方法及其不足之处，提出基于p e t r i 网的工作流建模方法解决方案，以及本论文的 主要工作基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用。 第2 章介绍p e t r i 网、柔性系统和工作流的相关基础理论。 第3 章基于柔性系统知识，在原有的p e t r i 网模型的基础上，增加多实例化机 制、条件设定机制、协调机制等新的策略机制，提出新的基于p e t r i 网的建模方法。 第4 章以办公自动化系统中的公文处理、物品采购和督办子系统为例应用柔 性工作流建模方法对它们建模。 第5 章编程实现第4 章中的公文处理子系统的模型。 第6 章总结了本文的主要工作，并且提出了下一阶段的工作展望。 第2 章相关基础理论 第2 章相关基础理论 2 1p e tri 网技术 p e t r i 网作为一种图形化和数学化的建模工具，自六十年代由德国学者c a p e t r i 提出以来【1 0 。1 1 ，经过三十多年的发展，已被广泛应用于各个领域进行系统的建模、 分析和控制，如通讯协议的验证、网络性能的分析、并行程序的设计、柔性制造 系统的控制、知识推理以及人工神经元网络等。 p e t r i 网是一种适用于多种系统的图形化、数学化建模工具，为描述和研究具 有并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。作为一 种图形化工具，p e t r i 网可以被看作与数据流图和网络相似的通讯辅助方法；作为 一种数学化工具，p e t r i 网可以用来建立状态方程、代数方程和其它描述系统行为 的数学模型。 p e t r i 网可描述为【1 2 】： 定义2 1 ：( p e t r i 流网) 五元式p n = ( p ，t ，f ，w ，m 0 ) 称为一个网，其 中p = p 1 ，p 2 ，p i 是有限位置集；t = t l ，t 2 ，t i 是有限变迁集；f 是有 向弧集，它代表结点流关系：w 是弧的权函数；m 0 是初始标识；并且p 网基本元 素为库所和变迁，两者之间的联系可以用有向弧表示。 定义2 2 ：( 库所) 库所是存放资源的场所，即表示一个场所，又表示该场所 存放有一定的资源。用符号p 表示库所。又称为状态元素即p 元素。 定义2 3 ：( 变迁) 是资源消耗、使用和产生的一种变化，用符号t 表示变迁， 又称为t 元素。 定义2 4 ：( 资源) 是在系统发生变化所涉及的与系统状态有关的因素，包含 原料、部件、产品、人员、工具、设备、数据和信息。 2 2 柔性系统的相关知识 柔性软件系统是在一定范围内能够满足和适应不断变化的环境和需求的软件 系统【1 3 】。柔性软件系统大致可划分为应用系统和支撑系统两方面，这两方面紧密 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 联系、互为支撑，应用系统按照一定的关系将功能模块组织在一起，完成软件系 统的应用功能；支撑系统用于为应用系统提供底层的通信和信息等方面的服务 1 4 】。 1 基于软件代理的软件支撑系统 进入九十年代软件代理的研究迅猛发展，出现了多种代理类型，各种各样的 应用及方法的出现是软件代理成为潮流的重要标志。目前能为许多软件代理研究 人员接受的定义是：软件代理是一个能在特定环境下连续、自治地实现功能并同 时与相关代理和进程相联系的软件实体。 2 基于软件组件的应用软件系统 从可重用性的角度出发，软件组件的概念被相应提了出来，它相当于硬件系 统中的零件或元器件，相互关联的软件组件可以构成组件系统，而从应用需求出 发通过组件系统重用组件便可得到相应的应用系统。在底层系统的支撑下，通过 组件间的相互操作满足不同的应用需求，从而彻底改变具有严格的逻辑层次关系 和相互联系的传统应用软件系统的刚性结构，以适应软件系统的灵活性与柔性方 面的要求。 ：? ， 2 3 工作流相关概念 2 3 1 工作流概念 工作流是一种企业流程认知论，它是企业中数据流、信息流、流程流、协作 流、资源流等各种要素流的综合集成【1 5 】。工作流是针对工作中具有固定程序的常 规活动而提出的一个概念。通过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则 和过程来进行执行和监控，达到提高生产组织水平和工作效率的目的。工作流技 术为企业更好地实现经营目标提供了先进的手段。工作流管理系统( wo r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m s ，w f m s ) 是以规格化的流程描述作为输入的软件组件，它 维护流程的运行状态，并在人和应用之间分派活动。在此，先定义一些基本的术 语：流程定义( pl o c e s sd e f i n i t i o n ) 和流程实例( pr o g e s si n s t a n c e ) 。一个流 程定义是一个业务流程或过程的规格化描述。一个流程实例是流程定义的一个运 行实体。工作流管理系统还处于技术发展曲线上的初级阶段。目前，工作流中使 第2 章相关基础理论 用了过多的概念。在这个领域中的大量规范和工具没有一个是相似的，他们之间 主要的分歧在于如何阐述流程中的步骤。 在介绍工作流时有一个话题必须提及，那就是工作流和业务流程管理 ( b p m ) 的关系。术语“工作流”通常描述人与计算机系统的一系列相关交 互。在开发人员中，工作流经常被提及。有时，工作流的意思是指一些不同的u i 界面。业务流程管理的范围比较广，相比之下工作流多半局限于技术领域。业务 流程管理从管理人员的角度涉及了非技术问题，比如分析、组织的效率。 2 3 2 工作流管理系统概念 工作流管理系统是以规格化的流程描述作为输入的软件组件，它维护流程的 运行状态，并在人和应用之间分派活动，推进工作流实例的执行，并监控工作流 的运行状态【1 6 1 。 工作流管理系统可以描述不同覆盖范围和不同时间跨度的经营过程，根据经 营过程以及组成活动的复杂程度，工作流管理系统可以采取多种实施方式。在不 同实施方式中，所应用的信息技术、通信技术和支撑系统结构会有很大的差别。 工作流管理系统的实际运行环境也可以在一个工作组内部，也可以在全企业所有 业务部门。 工作流管理系统在实际系统中的应用一般分为三个阶段：即模型建立阶段、 模型实例化阶段和模型执行阶段。在模型建立阶段，通过利用工作流建模工具， 完成企业经营过程模型的建立，将企业的实际经营过程转化为计算机可处理的工 作流模型。模型实例化阶段完成为每个过程设定运行所需的参数，并分配每个活 动执行所需要的资源，模型执行阶段完成经营过程的执行，在这一过程中，重要 的任务是完成人机交互和应用的执行。 2 3 3 工作流应用目标领域 使用工作流管理系统的目的之一是作为企业应用系统集成( e a i ) 的平台。 在当前大部分企业级i t 架构中，各种各样的异构应用和数据库运行在企业内网 中。在这些系统被应用到组织时，都有一个清晰的目标。例如，客户管理、文档 管理、供应链、订单、支付、资源计划等等，这些系统被称为专门应用。每一个 r 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 专门应用都包含它们所支持业务流程的领域知识。这些专门应用中的自动化流程， 被拼装到企业中更大的非自动化流程中。每当一个这样的专门应用安装并投入使 用，都会带来涉及其他多个应用的新功能需求。企业应用系统集成( e a i ) 就是 通过使用多个专门应用满足软件新需求的方法。有时，这只需要在两个应用之间 提供数据通讯的通道。专门应用将很多业务流程直接编码在软件中。可以说，当 购买专门应用时，即是购买了一组固定的自动化业务流程。而工作流管理系统是 不必事先知道问题域的相关信息的。工作流管理系统将业务流程描述作为输入并 管理流程实例的执行，这使得它比专门应用更灵活( 当然你也要花精力编写业务 流程的规格化描述) 。这就是为什么说工作流管理系统和专门系统是相互补充的。 工作流管理系统可以用来管理全局的业务流程。如果专门应用支持你所需要的业 务流程，那么使用专门应用。在此讨论的工作流管理系统的第一种使用方式就是： 结合所有的专门应用，使用工作流管理系统构建一个e a i 平台。 工作流管理系统能够发挥很大价值的第二个使用方式是：协助涉及多人相关 任务工作流软件的开发。为了达到这个目的，大部分工作流管理系统都有一个方 便的机制，来生成执行任务的表单。对于专注于i s o 或者c m m 认证的组织， 采用这种方式使用工作流管理系统能够显著提高生产率。不用将过程用文字的形 式写在纸上，工作流管理系统使你通过流程定义建模实现过程的自动化( 如使用 基于w e b 的应用) 。 工作流管理系统的第三种使用方式是：将工作流引擎嵌入到其他应用中。前 面论文谈到，专门应用将指定问题域相关的业务流程固化在软件中。开发专门应 用的公司也可以将工作流引擎嵌入到他们的软件中。在这里，工作流引擎只是作 为一个软件组件，对于应用的最终用户是不可见的。将工作流引擎嵌入到应用中 的主要原因是为了重用和应用软件的可维护性。 2 3 4 工作流规范w f m c 该领域的代表规范就是工作流管理联盟( 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 ) 发布的。 19 9 3 年，w f m c 的成立标志着工作流技术开始进入相对成 熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的互操作，w f m c 在工作流管理系统 的相关术语、体系结构及应用编程接口等方面制定了一系列标准。w f m c 给出 第2 章相关基础理论 的工作流定义是：工作流是指整个或部分经营过程在计算机支持下的全自动或半 自动化。在实际情况中可以更广泛地把凡是由计算机软件系统( 工作流管理系统) 控制其执行的过程都称为工作流。图2 1 给出了w f m c 定义的工作流参考模型【1 7 】。 a d m i n i s t r a t i o n m o n i t o r i n gt o o l 5 创 p r o c e s s d e f i n i t i o n i n t e r f a c e1 1 舅般 一= i _ = j 叠i i ：一 i n t e r f a c e2i n t e r f a c e3 r r n v o k e d a p p l i c a t i o n ! 图2 1 工作流参考模型 f i g 2 1w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l w o r kf l o we n a c t m e n ts e r v i c e 组件就是平常说的工作流机或工作流引擎， 主要功能是读取工作流定义、根据工作流定义驱动工作流的流转【l8 1 。 p r o c e s sd e f i n i t i o n ( 接口1 ) 在流程定义、建模工具、工作流引擎之间定义 标准接口，使流程开发人员能够部署流程定义。流程定义表示一种形式上的业务 流程描述，由各种活动以及相互之间的网状关系组成，标识了流程的开始和终止， 并且包含个体行为的信息，比如各个参与者、与i t 相关的应用程序和数据等。 该接口采用的标准是x p d l ( x m lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 。 w o r k f l o wc l i e n ta p p l i c a t i o n ( 接口2 ) 工作流引擎的客户端程序。该程序 由用户结合业务需求而开发，用它来驱动工作流。客户端程序通过该接口与引擎 qu甩t一c_ 慷傅n 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 交互。一般的工作流引擎用户不需要懂引擎的实现，只知道怎么实现客户端程序 就可以了。 i n v o k e da p p l i c a t i o n ( 接1 33 ) 通过普通代理软件调用该接口，允许调用工 作流引擎之外的功能。 o t h e rw o r kf l o we n a c t m e n ts e r v i c e s ( 接口4 ) 与其他工作流引擎协作的接 口。 a d m i n is t r a t i o na n dm o n i t o r i n gt o o l s ( 接口5 ) 管理人员通过监控接口获得 流程运行的确切数据。 关于w f m c 的更多内容请看参考文献 1 9 2 8 。 第3 章基于p e t r i 网的工作流建模方法研究 第3 章基于p e t r i 网的工作流建模方法研究 3 1 普通基于p e t ri 网建模方法乜叼 3 1 1 基于p e t ri 网的工作流描述 p e t r i 网是一个图形化的数学建模工具。一方面可以利用图形化的方式来描述 工作流过程，另一方面可以通过形式化的分析技术检查工作流模型的正确与否， 并且对其进行性能分析。 定义3 1p e t r i 网定义成三元组，p n = ( p ，t ，f ) ，其中： p = p l ，p 2 ，p 3 ，p m 是库所的有限非空集； t = t l ，t 2 ，t 3 ，t n 是变迁的有限非空集； f = p t u t x p 是有项弧的集合( 表示笛卡尔集合) ，p 和t 还满足p n t = a 且put a 。 p e t r i 网由库所和变迁组成，圆圈表示库所，矩形表示变迁，库所和变迁用有 向弧连接。p e t d 网的动态行为用t o k e n 的分配来描述，用( ) 表示，p e t r i 网结 构是固定的，而库所中的t o k e n 的分布是可以变化的。变迁出发的条件是它每个输 出库所中含有的t o k e n 数目要多于从该库所到变迁的有向弧。 变迁是p e t r i 网中的主动元素，通过实施变迁，过程从一个状态转移到另一个 状态。变迁经常表示为事件、操作、转移、传输；库所是p e t r i 网中的被动元素， 不能改变网的状态，通常表示为媒介、缓冲器、位置、阶段、条件；t o k e n 表示为 对象，可以表示为一个特定的事务或抽象的信息。 通过扩展p e t r i 网模型定义，需满足如下两个条件：一是使得工作流网必须具 有一个起始点和一个终止点，进入起始库所的t o k e n 代表一个过程实例的开始；而 进入终止库所的t o k e n 代表一个过程实例的结束；二是使得工作流网中不存在处于 孤立状态的活动与条件，所有的活动与条件都位于起始点到终止点的通路上，该 p e t r i 网就能被成为工作流网，其数学定义为： n 有两个特殊的库所i 和o 。i 是一个起始库所，即牛i = d ( 牛i 表示库所i 的前接 库所，同理。士表示库所o 的后续库所) ；o 是一个终止库所，即。攀习。 基于p e t r i 网的工作流建模方法与应用研究 如果在n 中加入一个新变迁t ，使木t = o 且t = i ) ，则得到的n 是一 个强连通的p e t r i 网。 在建模过程中，如果使用条件和任务的概念，则库所表示条件，变迁表示任 务。一个变迁( 任务) 有一定数量的输入和输出库所，分别表示任务的前置条件 和后黄条件。库所中的t o k e n 表示可以使用的资源或数据。被建模系统的状态可以 用每个库所中的t o k e n 表示状态的变化由变迁的触发引起，变迁的触发结果是每个 连到该变迁的库所，在触发后，所有的输入库所减少一个t o k e n ，而所有的输出库 所增加一个t o k e n 状态的变化代表了流程的演进过程。 3 2 2 工作流模式与工作流网的映射 在工作流系统应用范畴内，用工作流过程表示企业的一个业务流程，用库所 表示条件，其中包含一个开始库所和一个结束库所分别对应过程的开始和结束， 用变迁表示任务，任务的执行方式由路由决定。 工作流管理联盟为工作流模型定义了四种逻辑结构：a n d s p l i t ，o r s p l i t ， a n d j o i n ，o r j o i n ，并通过这四种结构建立顺序、并行、选择( 包括隐式和显式) 和循环路由，用p e t r i 网表示为： 憾书t z q = 卜 匝卜电h 列 c 嘲： 条铭、貉式峻， n 嘲： 袭佟j 星式旋 o 丑 0 ，c 2 获得t o k e n ，任务b 被执行；若x 0 ，则c 3 获得t o k e n ， 任务c 被执行。 5 循环路由 如图3 1 e 图所示，b 是被反复执行的任务，c 可以理解为一个起控制作用的 任务，用来检验b 的执行结果，来决定是把t o k e n 转移到c 4 还是移回c 2 ，如果t o k e n 被移到c 4 ，b 不再被执行，而是继续推进流程的执行；如果t o k e n 被移回c 2 ，b 将反复执行。 用工作流术语来描述：工作项是准备执行任务的组合；活动是一个工作项的 实际执行；工作项被实际执行，就转化为活动。用p e t r i 网的术语来描述：工作项 对应了一个就绪的变迁；任务对应了一个或多个变迁；活动对应了一个变迁的实 施。在对某个业务流程进行分析时，构造块( 如a n d s p l i t 、a n d - j o i n 、o r - s p l i t 、 o r - j o i n ) 用来建模顺序、条件、并行、循环路由，工作项由变迁来构建，因果依 赖使用库所和有向弧来构建。在p e t r i 网与工作流过程映射中，一个库所对应一个 条件，能用作某个任务的前转发条件和或后依赖条件：一个a n d s p l i t 对应一个或 多个输出库所的变迁，一个a n d j o i n 对应着一个或多个输入库所的变迁。 o r - s p l i t o r - j o i n 对应一个或多个输出输入弧的库所。 3 2 柔性工作流管理系统建模方法 本文所指的柔性工作流管理系统建模方法中的柔性主要体现在结构和条件两 个方面： 1 结构：工作流模型的结构具有不固定性，某些变迁可根据实际情况灵活执行。 2 条件：变迁所触发的条件具有多样性、可变性、广泛性，可根据实际情况 灵活确定。 3 2 1 柔性工作流管理系统的建模机制 1 引入一个特殊的变迁管理者。这个变迁与p e t r i 网中定义的不同，它具 有协调、管理的能力。当遇到特殊的情况时，管理者可以根据实际情况进行沟通、 第3 章基于p e t r i 网的工作流建模方法研究 协调和决断，如：管理者可以改变其他变迁的触发条件，禁止其他变迁的触发、 允许其他变迁重复触发等。 2 引入层次化协调策略。管理者可以对其他变迁履行管理职能，同时，管理 者按其管理权限划分为不同层次，实行逐级管理模式，即高级管理者只可以管理 比其低一级的管理者，不可越级管理。管理权限由系统预先设定，高级管理者也 可以在自己的管理权限范围内更改低级管理者的管理权限。 3 引入条件可调机制。主要包含员工和触发条件两个方面：在员工方面，管 理者可根据员工的实际情况，更改系统指定的员工完成变迁，或由员工向管理者 申请并经批准后由管理者更改系统指定的员工