（计算机软件与理论专业论文）基于工作流的企业流程仿真分析系统的研究与实现.pdf

基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究与实现 基于工作流的企业流程仿真分析系统的研究与实现 摘要 当今社会，市场环境变幻莫测，技术更新突飞猛进，各企业需要 不断完善优化自身的业务运营模式以便在竞争激烈的市场环境中赢 得主动。“企业流程成为各企业关注的热点，通过流程再造可以减 少企业的成本消耗，树立企业的竞争优势，增强企业的核心竞争力， 使企业在激烈的竞争中立于不败之地。工作流仿真技术的应用，有助 于各企业改进自身的业务流程，提高企业的工作效率。 本文首先对工作流和p e t r i 网的相关理论进行了概述，重点介绍 了工作流管理联盟所提出的工作流参考模型和体系结构，以及高级 p e t r i 网和工作流网的相关性质。然后深入研究了工作流仿真的相关知 识，从流程建模、流程仿真、流程分析三个阶段出发，提出一套工作 流仿真的方法，并详细说明了该方法在各个阶段所涉及的内容。最后， 以该方法为指导，设计与实现了一个基于工作流的企业流程仿真分析 系统，验证了方法的可行性。 关键词：工作流工作流仿真p e t r i 网企业流程 北京邮电人学硕i ：学位论文 摹于- t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 r e s e a r c ha n di m p l e m e n to fb u s i n e s s p r o c e s ss i m u l a t i o na n da n a i y z i n g s y s t e mb a s e do nw o r k f l o w a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h ee n v i r o n m e n to fm a r k e tc h a n g ev a r i a b l ya n dt h e d e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya d v a n c er a p i d l y a ts u c hc o n d i t i o n ，e v e r y c o m p a n yh a st op e r f e c tt h e i rb u s i n e s so p e r a t i o np a t t e r ni no r d e rt oo u t d o t h e i rc o m p e t i t o r s t h ew o r d b u s i n e s sp r o c e s s b e c o m e st h ef o c u st h a t m o s tc o m p a n i e sc o n c e r tt o b yt h em e t h o do f b u s i n e s sp r o c e s s r e e n g i n e e r i n g ，c o m p a n i e sc o u l dr e d u c et h e i rc o s ta n db u i l d u pt h e i r a b i l i t yo fc o m p e t i t i o n ，a n dw i l ls t a n do nt h ei n d e f e c t i b l ep o s i t i o nu n d e r t h es e v e r ec o m p e t i t i o n t h ea p p l i c a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yw i l lh e l p t h ec o m p a n yt oi m p r o v et h e i rb u s i n e s sp r o c e s sa n dw o r k e f f i c i e n c y f i r s t l y , t h i sa r t i c l es u m m a r i z e st h ec o r r e l a t i v ec o n c e p ta b o u t w o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dp e t r in e tt h e o r y i nt h i sp a r t ，t h er e f e r e n c e m o d e la n dt h ea r c h i t e c t u r eo fw o r k f l o ws y s t e ma n dt h ea t t r i b u t eo fh i g h l e v e lp e t r in e ta n dw f - n e ti sm a i n l yi n t r o d u c e d t h e n ，b ys t u d y i n go f t h et e c h n o l o g yo fw o r k f l o ws i m u l a t i o n ，w es u mu pam e t h o do f 北京邮电人学硕：i ：学位论文 基十t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 w o r k f l o ws i m u l a t i o nw h i c hi sc o m p o s e db yf l o wm o d e l i n g ，f l o w s i m u l a t ea n df l o wa n a l y s i st h r e ep h a s e ，a n dt h ec o n t e n t e v e r yp h a s e r e l a t e st oi se x p l a i n e di nd e t a i l l a s t l y , u s i n gt h em e t h o d ，t h eb u s i n e s s p r o c e s ss i m u l a t i o na n da n a l y z i n gs y s t e mb a s e do nw o r k f l o wi sd e s i g n e d a n di m p l e m e n t e d ，a n dt h ef e a s i b i l i t yo fm e t h o di sv a l i d a t e db yt h e s y s t e m k e yw o r d s ：w b r k f l o ww b r k f l o ws i m u l a t i o np e t r i n e t b u s i n e s sp r o c e s s l i i 北京邮t 乜人学硕j ：学位论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：盘盛鑫 同期：2 1 监：墨： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：垫逾莶 导师签名：二鹨乏卜 日期：尘8 丛 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究o j 实现 通信软件t 程中心 1 1 论文背景 第一章绪论 美国著名管理学家迈克尔哈默曾提出，对于2 1 世纪的企业来说，流程将非 常关键。流程是一个企业所有运作活动的路径和范式，企业通过执行流程来实现 其战略决策和经营目标，没有流程，企业则无法运转。所以，流程的优劣直接关 系到企业运作和管理的效率，进而影响到其最终财务效益。优秀合理的流程将使 成功的企业与其他竞争者区分开来，给企业创造巨大的经济效益；不合理的流程 常会给企业带来这样或那样的问题，比如：各职能部门各自为政，不相往来，企 业效率低下，工作进展缓慢，直接影响企业的经济效益。 对于企业生产活动中存在的这样或那样的流程问题，企业流程再造( b u s i n e s s p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) 、业务流程管t 里_ ( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b p m ) 等概念的提出与完善为这类问题的解决提供了可行的方案。业务流程管理生命周 期中的流程分析环节是保证流程模型有效性和提高流程设计质量的关键。比较计 算分析而言，仿真分析方法能更真实、更方便地获得业务流程全面的性能数据。 经过半个多世纪的发展，仿真技术在计算机技术、网络技术、图形图像技术、 多媒体技术、软件工程、信息处理技术、控制论、系统工程等相关技术的支持、 交叉、融合下，逐渐形成了- f 交叉科学。仿真技术的应用，使各个交叉学科的 研究有了更加有效的研究方法。现在，仿真已成为各种复杂系统研制工作的一种 必不可少的手段。通过仿真系统，可以减少研究所需的成本，包括经济上和时间 上的。 业务流程管理中最主要的概念是工作流( w o r k f l o w ) 。工作流是针对同常工作 中具有固定程序的活动而提出的一个概念，起源于生产组织和办公自动化领域。 目的是通过将工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 这些任务并对它们进行监控来提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营 管理水平和企业竞争力。 业务流程管理的目标是通过使用若干新方法、技术和工作流软件来对企业运 作流程的设计、分析、执行、控制、优化等生命周期环节进行全面的支持和管理。 作为b p m 核心研究内容之一的业务流程分析( b u s i n e s sp r o c e s sa n a l y s i s ，b p a ) ， 其主要任务是在流程正式运行l i 对模型的时间性能和资源使用效率等指标作定 量分析和精确预测，并以此来指导流程设计和优化。 因此，作者打算在研究设计与实现一个企业流程的仿真分析系统，通过仿真 北京邮电大学硕十学位论文1 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究1 j 实现通信软件t 程中心 分析系统来分析模拟企业的流程，并提供定量的指标分析数据，为进一步的流程 改造优化提供数据基础。 1 2 课题的主要工作 1 工作流技术分析研究，把工作流的相关技术引入企业流程仿真分析系统中 工作流技术是近年来迅速发展起来的广泛应用于过程建模、模型分析和过程 管理的一项新兴技术，它可为企业经流程仿真提供强有力的支持。工作流技术具 有以下几点优势： 描述方法清晰，易于理解，且描述全面：工作流模型可以综合企业的多个视 图，不仅描述了“做什么”、“怎样做 ，还定义了“由谁做”和“用什么做”； 实现了过程逻辑与业务逻辑的分离：同一业务逻辑可以适用于多个过程，具 有更好的柔性； 可实施性好：工作流管理覆盖了过程建模、模型分析和模型执行三个方面， 能够完整地支持整个企业经营过程重组的生命周期。在工作流管理联盟 ( w f m c ) 定义的工作流参考模型中，工作流机是工作流模型的使能器，它能 够根据工作流模型管理和控制企业的业务流程，实现建模与模型实施的紧密 结合； 因此，对比其它的过程建模和仿真方法，工作流方法是可实施性较好的一种。 参照工作流管理联盟提出的工作流管理系统的参考模型及体系结构，提出企业流 程仿真分析系统的框架。 2 p e t r i 网理论的研究，用p c t r i 网来抽象企业流程模型 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、分布式和随机性特征的复杂系统提供了强有力的手段。作为一 种图形化的工具，可以把p e t r i 网看作为软件工程中的数据流图的辅助方法；作 为一种数学化的工具，它可以用建立状态方程、代数方程来描述系统行为。 工作流网( w f - n e t ) 是一种对工作流的控制流维度建模的p e t r i 网，具有牢固 的理论基础，是对工作流过程定义进行描述的有效工具。 企业流程仿真系统中对企业流程的建模需要通过w f n e t 来建模。在建模时， 需要对企业流程的每个环节所需的资源、成本、时间等因素抽象n p e t r i 网中。 3 工作流仿真方法的研究 通过研究工作流仿真相关技术，从流程建模、流程仿真以及流程分析三个阶 段出发，提出一套有效的工作流仿真分析方法。在建模阶段，通过组织、角色、 2 北京邮【乜人学颀上学位论文 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究i 实现通信软件t 程中心 资源和流程的建模以及流程的检测，把企业的流程完整合理的建立出来；在仿真 阶段，通过令牌驱动推动流程的执行，并在p e t r i 网基础上进行模拟；在分析阶 段，按照所定义的各个性能指标，定量分析流程的性能。 4 企业流程仿真分析系统的设计与实现 企业流程仿真分析系统主要涉及三个方面，流程建模，流程仿真，流程分析。 流程建模通过可视化建模方法对企业的现有流程进行建模，准确、清晰的流程模 型是仿真研究的基础；流程仿真在流程模型的基础以动画形式直观显示流程各个 参数运行时的不同状态，方便用户对流程的理解；流程分析，以p e t r i 网模型的 形式，运用相关的算法分析企业流程运行中的性能指标，如成本、运转时间、资 源利用率等。 1 3 论文结构 本论文按以下章节进行组织： 第一章是绪论部分，简要介绍了本文的研究背景，总结了本文的主要研究工 作，并介绍了全文的组织结构； 第二章是对工作流相关理论的介绍，其中包括w f m c 对工作流的定义、工 作流的相关概念以及工作流参考模型和体系结构等； 第三章是对p e t r i 网相关理论的介绍，其中包括p e t r i 网的定义，高级p e t r i 网中的颜色p e t r i 网和谓词变迁系统的概念，重点介绍了工作流网的概念。 第四章是对工作流仿真方法的研究。首先对工作流仿真的背景、意义、研究 现状进行了介绍；然后按照工作流仿真的流程建模、流程仿真和流程分析三个阶 段，提出了一套工作流仿真的方法。 第五章按照第四章所述工作流仿真方法，设计与实现了一个基于工作流的企 业流程仿真分析系统。首先介绍了系统的开发环境，然后设计了系统的总体结构 及系统信息模型；最后设计与实现了系统的各个功能模块。 第六章对全文做了总结，并提出下一步要进行的工作。 北京邮电大学硕：l 学位论文 3 基于- t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 第二章工作流相关理论 本章主要介绍工作流的相关理论，其中包括对工作流的定义、工作流的相关 概念以及工作流参考模型和体系结构等。 2 1 工作流定义 目f j 为止，工作流( w o r k f l o w ) 并没有统一的定义。十几年来，不同的学者 与机构从不同的角度给出了工作流的定义。下面列举了一些有代表性的定义，可 以使我们对工作流的一些基本特征有一定的理解。 工作流管理联盟( w 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 ) 所给的定义为i i j ： 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，根据一系列过程规则，文 档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递、执行。 i b ma l m a d e n 研究中心给出的工作流定义是：工作流是经营过程的一种计 算机化的表示模型，定义了完成整个过程需要的各种参数。这些参数包括对过程 中每一个步骤的定义、步骤问的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤由 谁负责以及每一个活动所需要的应用程序。 f o r r e s t e rr e p o r t 的定义：日常的业务处理或协同工作能按预先定义好的规则 和过程进行流动，并且这一流动过程能被跟踪和监控。 g i g ag r o u p 的定义：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序 以及由谁来执行它，支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 a m i t s h e t h 的定义为【2 l ：工作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些任务 分别由不同的处理实体来完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可用各种 形式来进行定义，包括在文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、一条消息以 及一个计算机程序。用来执行任务的处理实体可以是人，也可以是计算机系统( 比 如一个应用程序、一个数据库管理系统) 。 从工作流定义中可以看出，工作流是经营过程的一个计算机实现，是一种反 映业务流程的计算机化的模型；它是为了在先进计算机环境支持下实现经营过程 集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务系统。工作流技 术为工作流自动化和构建流程应用提供基础平台，实现了流程逻辑与业务逻辑的 分离，支持业务流程的分析和规范化定义以及业务单元的自动组装，降低了复杂 流程应用的开发难度，提高了应用系统的管理效率。 4 北京邮电人学硕l j 学位论文 摹于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 2 2 工作流的相关概念 工作流具有以下相关概念： 1 业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) 在企业的r 常活动中，包含了许多业务过程，例如：收文处理过程，发文处 理过程，文件的审批过程及项目开发过程等。每个业务过程都是为了完成同常工 作中的某项具体的工作，其中还包含了为了完成这项工作所必须经过的处理步 骤，以及这些步骤的具体处理次序。 2 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) 业务过程是同常工作中的概念，如果要使用计算机来替代或者部分替代业务 过程，就必须把实际工作中的业务过程转换为计算机可以识别的工作流过程，这 就是过程定义也称为工作流模型，它是业务过程的计算机形式表示。通常，可以 使用过程定义工具来协作用户完成从业务过程到过程定义的转化工作。 过程定义由一个或多个活动组成，就如业务过程中需要有多个处理步骤一 样。在业务过程的处理步骤中，有些需要处理者来判断是否己经具有执行该步处 理的条件，以及其前序工作是否都已经完成等。既然过程定义是业务过程的计算 机形式表示，因此，在过程定义中还需要定义如业务过程丌始和终止的条件，以 及活动执行的先后顺序和活动中应该包含的一些必要的信息，应用程序调用，数 据流动关系等。 3 活动( a c t i v i t y ) 活动是工作流中的一个逻辑步骤或称环节，它实际代表了业务过程中的处理 步骤的计算机表示形式。通常，每个活动中都包含整个业务过程中的一个工作单 元( 处理步骤) ，其中包括需要人工参与的手工活动和根据过程定义完全由计算机 自动执行的工作流活动。它还包含了一些和活动相关的信息：活动开始和结束的 条件；参与这个环节的用户的信息；活动需要的应用程序或数据；以及一些限制 条件。活动又分为前驱活动和与后继活动两类。 4 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) w f m c 给出的关于工作流管理系统的定义是：工作流管理系统是一个软件系 统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推 进工作流实例的执行。 通常工作流管理系统是指运行在一个或多个称为工作流机的软件上，是一套 能定义、创建和管理工作流执行的软件系统。它和工作流执行者( 人、应用) 交互， 根据工作流逻辑，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。使用它可 以充分利用企业资源，有效地跟踪工作过程，提高工作过程定制的速度，以及活 北京邮哇三大学硕十学位论文 5 皋十丁作流的企业流程仿真分析系统的研究o j 实现通信软件t 程中心 动执行的先后顺序和活动中应该包含的一些必要的信息，应用程序调用，数据流 动关系等。 5 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e ) 过程实例是某个工作流过程的一次执行，是实例化的业务过程。一个过程定 义可以产生多个过程实例。在执行过程中，工作流管理系统通过解释过程定义， 生成有关的活动并根据过程定义中的控制规则协调这些活动实例之间的顺序关 系，同时根据数据流动关系的定义完成活动实例之间的数据传送。当用户处理完 成，工作流管理系统将根据用户的处理结果和流程的定义来决定激活后续活动， 并生成相应的工作项，同时通知与此有关的用户进行处理。这个过程反复执行， 直到整个流程结束。 6 活动实例( a c t i v i t yi n s t a n c e ) 活动实例是活动的实例化，是活动的一次相对独立的执行。在一个过程实例 中，可能同时存在多个活动的实例，比如多个并发的活动，但是一个活动实例只 能存在于一个过程实例中。活动实例由工作流管理系统根据过程定义生成。 7 工作项( w o r k l t e m ) 和工作表( w o r k l i s t ) 在一个工作流过程中，用户需要在他所涉及的活动中完成一些处理工作，工 作项就是这些处理工作的表现形式。通常，一个活动的实例就表现为一个工作项。 某个用户的所有工作项将构成该用户的工作项列表。 2 3 工作流参考模型 1 9 9 3 年9 月，工作流技术标准化的工业组织工作流管理联盟w 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 ) 成立，该联盟的成立标志着工作流技术已经 进入相对成熟的阶段。该联盟是一个非赢利性组织，由国际著名的公司、研究机 构、高等院校等约3 4 0 家成员构成，该组织为了实现不同工作流产品之间的互操 作，对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，并在1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，发布了工作流管理系统的参考模型1 3 j 。该模 型的引入为人们讨论工作流技术提供了一个规范的术语表，为在一般意思上讨论 工作流系统的体系结构提供了基础1 4 j 。该参考模型如图2 1 所示： 6 北京邮电人学硕上学位论文 摹十t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 匪画习 苘 苦苦巨堕臣画习 图2 - i 工作流系统参考模型1 5 l 从图中可以看出，工作流系统参考模型由六个基本组件和五个基本接口组 成，其中六个基本组件的功能分别如下： 1 过程定制工具：是管理流程定义的工具，它可能通过图形方式把复杂的 流程定义显示出来并加以操作；它主要负责分析、描述业务过程以及对 业务过程的建模，给出工作流程的定义，并以一定的数据格式提供给工 作流引擎解释； 2 工作流执行服务：它是工作流管理系统的核心部件，由一个或多个工作 流引擎组成，它的功能包括创建、管理流程定义，创建、管理和执行流 程实例；在执行上述功能的同时，应用程序可能会通过程序界面同工作 流执行服务交互；一个工作流执行服务可能包含有多个分散式工作的工 作流引擎； 3 工作流引擎：为流程实例提供运行环境并解释执行流程实例的软体部件： 是工作流执行服务的核心，主要负责过程定义的解释、过程实例的控制、 过程活动的导向以及工作流相关数据和控制数据的传送和维护等功能； 4 工作流客户应用：它由用户操作和工作项列表管理器共同完成。工作项 列表是指分配给一个特定用户( 或一组用户) 处理的由工作项组成的队 列。工作项列表管理器是一个软件模块，负责管理工作项列表，并完成 与最终用户的操作进行交互； 5 被调用应用程序：是被工作流执行服务调用的应用；调用应用同工作流 执行服务交互；为了协作完成一个流程实例的执行，不同的工作流执行 服务之间进行交互； 北京邮电大学硕：l ：学位论文 7 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究o j 实现通信软件t 程中心 6 工作流管理工具：它负责对工作流的流动状况进行监视，并提供一系列 的管理功能，实现安全性、过程控制和授权操作等方面的管理； 五个接口分别是： 1 接口1 ：流程定义的导入导出； 2 接口2 ：同客户端应用程序和工作列表处理程序之间的交互； 3 接口3 ：软件工具和应用程序的调用； 4 接口4 ：不同工作流管理系统之间的协同工作； 5 接口5 ：管理和监视功能； 2 4 工作流体系结构 除了参考模型外，w f l v l c 还给出了抽象的工作流管理系统的体系结构【6 1 ，如 图2 2 所示，这个体系结构给出了系统的功能组成部件和接口，它能够满足工作 流管理系统和产品应该具有的主要功能特征，可为实现工作流产品之间的互操作 提供公共的基础。 8 北京邮l 乜人学硕i ：学位论文 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究1 j 实现通信软件t 程中心 生成 l竺竺竺竺ii 墨竺兰竺竺竺ii 竺! 兰竺! 竺竺l 图2 - 2 工作流管理系统体系结构图 其系统的主要组件和数据的作用如下： 1 过程定义工具：用来创建计算机可处理的业务过程模型描述。它可以是 形式化的过程定义语言或对象关系模型，也可以是简单的规定用户间信 息传输的一组路由命令； 2 过程定义：过程定义包含了所有使业务过程能被工作流执行子系统执行 的必要信息。这些信息包括起始和终止条件、各个组成活动、活动调度 规则、各业务的参与者需要做的工作、相关应用程序和数据的调用信息 等： 3 工作流执行子系统和工作流引擎：工作流执行子系统也称为过程执行环 北京邮电人学硕十学位论文 9 雉十t 作流的企业流程仿真分析系统的研究ij 实现通信软件t 程中心 1 0 境，包括一个或多个工作流引擎。工作流引擎是工作流系统的核心组件。 它的功能包括：解释过程定义；创建过程实例并控制其执行；调度各项 活动；为用户工作表添加工作项：通过应用程序接口调用应用程序；提 供监控和管理功能等；工作流执行子系统可包括多个工作流引擎，不同 工作流引擎通过协作共同执行工作流； 4 工作流控制数据：指被工作流执行子系统和工作流引擎管理的系统数据， 例如工作流实例的状态信息、每个活动的状态信息等； 5 工作流相关数据：指与业务过程相关的数据。w f m c 使用这些数据确定 工作流实例的状态转移，例如过程调度决策数据、活动间的传输数据等。 工作流相关数据既可以被工作流引擎使用，也可以被应用程序调用； 6 工作表和工作表管理程序：工作表列出了与业务过程的参与者相关的一 系列工作项，工作表管理程序则对用户和工作表之间的交互进行管理。 工作表管理程序完成的功能有：支持用户在工作表中选取一个工作项，重 新分配工作项，通报工作项的完成，在工作项被处理的过程中调用相应 的应用程序等； 7 应用程序和应用数据：应用程序可直接被w f m c 调用或通过应用程序代 理被间接调用，通过应用程序调用，w f m c 部分或完全自动的完成一个 活动，或者对业务参与者的工作提供支持。与工作流控制数据和相关数 据不同，应用数据对应用程序来讲是局部数据，对w f m c 的其它部件来 说是不可见的； 北京邮l 乜人学硕。j ：学位论文 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究! j 实现通信软件t 程中心 第三章p e t ri 网相关理论 本章主要介绍p e t r i 网的相关理论，其中包括对p e t f i 网的定义、高级p e t r i 网的概念，重点介绍工作流网的概念。 3 1p e t r i 网定义 p e t r i 网是6 0 年代由卡尔a 佩特旱发明的对离散并行系统的数学表示。自它 诞生以来，经过3 0 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。它不仅能描述系统的结构特性，同时还能描述其动态特性，尤其适合于 描述含有并行成分的系统。因此，p e t f i 网在线路设计、多媒体技术、通信协议、 软件工程、人工智能、形式语言、操作系统、并行编译、数据管理、柔性制造系 统、过程控制系统以及分布式的实时建模等方面都起着越来越重要的作用。 p e t r i 网既有严格的数学表述方式，也有直观的图形表达方式，既有丰富的 系统描述手段和系统行为分析技术，又为计算机科学提供坚实的概念基础。由于 p e t r i 网能够表达并发的事件，被认为是自动化理论的一种。它为描述和研究具 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。研究领 域趋向认为p e t r i 网是所有流程定义语言之母。 经典的p e t r i 网是简单的过程模型，由两种节点：库所和变迁，有向弧，以 及令牌等元素组成的。 p e t r i 网的元素： 1 ) 库所( p l a c e ) 圆形节点； 2 ) 变迁( t r a n s i t i o n ) 方形节点； 3 ) 有向弧( c o n n e c t i o n ) 是库所和变迁之间的有向弧； 4 ) 令牌( t o k e n ) 是库所中的动态对象，可以从一个库所移动到另一个库所； p e t r i 网的规则是： 1 ) 有向弧是有方向的； 2 ) 两个库所或变迁之间不允许有弧； 3 1 库所可以拥有任意数量的令牌： 令p e t r i 网的行为： 如果一个变迁的每个输入库所( i n p u tp l a c e ) 都拥有令牌，该变迁即为被允 许( e n a b l e ) 。一个变迁被允许时，变迁将发生( f i r e ) ，输入库所( i n p u tp l a c e ) l 拘 令牌被消耗，同时为输出库所( o u t p u tp l a c e ) 产生令牌。 1 1 变迁的发生是原子的； 北京邮电大学硕i ：学位论文 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 2 ) 有两个变迁都被允许的可能，但是一次只能发生一个变迁； 3 ) 如果出现一个变迁，其输入库所的个数与输出库所的个数不相等，令牌 的个数将发生变化； 4 ) p e t r i 网络是静态的； 5 ) p e t r i 网的状态由令牌在库所的分布决定； 6 - p e t r i 网的形式化定义： 定义3 1 7 1p e t r i 网p n 是一个三元组p n = ( p tf ) ；其中p 是有限个库所的集 合，t 是有限个变迁的集合( p i it = f ) ，f 是由一个p 元素和一个t 元素组成 的有序偶的集合，称为p n 的流关系，库所和变迁分别称为p 元素和t 元素，x = p u t 称为p n 的元素集。其充分必要条件是： 1 ) p n t = f ； 2 ) p ut - 印； 3 ) f p x t u t x p ( x 为笛卡尔积) ； 4 ) d o r a ( f ) u c o d ( f ) = p u t ；其中，d o m ( f ) = x i 了y ：( x ，y ) e f 】， c o d ( f ) = y ijx ：( x ，y ) e f 分别为f 的定义域和值域； 令p e t r i 网的运算： 1 ) 插入运算：在一个网( 或网系统) 中插入一个或多个基本元素； 2 ) 删除运算：在一个网( 或网系统) 中删除一个或多个基本元素； 3 ) 替换运算：用一个子网替换一个网( 或网系统) 中的一个基本元素，运 算结果产生一个新的网( 或网系统) ； 4 ) 化简运算：用一个基本元素代替个网( 或网系统) 中的一个子网； 5 ) 合成运算：把两个或多个网( 或网系统) 合成一个网( 或网系统) ； 6 ) 分解运算：把一个网( 或网系统) 分解成两个或多个网( 或网系统) ； 夺p e t r i 网的应用： 1 ) 软件设计； 2 ) 工作流管理： 3 ) 工作流模式； 4 ) 数据分析； 5 ) 并行程序设计； 6 ) 协议验证； 3 2 高级p e t ri 网 高级p e t f im ( h i g h - l e v e lp e t f in e t ) 是对原型p e t f i 网的进一步抽象。它们通过对 1 2 北京邮| 乜人学硕i ：学位论文 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 网系统中的标志( t o k e n ) 进行分类或解析，使网系统中的基本元素减少，从而 达到缩小系统规模的目的。高级p e t r i 网并不比原型p e t r i 网具有更强的模拟能力。 它们的作用主要在于：用它们对复杂的系统建模时，可以使p e t r i 网模型显得简 单、清晰。比较成熟的高级p e t r i 网有两种：颜色p e t r i 网和谓词变迁网系统。 3 2 1 颜色p e t ri 网 颜色p e t r il 网( c o l o r e dp e t r in e t ) 就是对p e t r i 网中的标志着以不同的颜色。其实 质就是对标志分类，以实现对网系统的折叠。 对标志进行分类的一种简便表达方式是用k 维向量表示一个带k 种颜色的 p e t d 网。各个库所内的k 维向量表示库所含有各种颜色的标志个数，每一个分 量代表一种颜色，分量值代表颜色的标志个数。同样，各个变迁有发生权的条件， 以及变迁发生后所引起的标志变化，也可以通过变迁的输入弧和输出弧标上用k 维向量表示的权值来表达。 定义3 2 1 8 l 一个简单的( 带k 种颜色的) 颜色p e t r i 网是一个五元组 = ( s ，t ，f ，w m ) 其中( s ，t f ) 是一个网；w ：f 呻 o ，1 ，2 ，) k ； m ：s _ 0 ，1 ，2 ，) k ；对于t e t ，如果s e t i m ( s ) z w ( s ，t ) 那么变迁t 在标识m 有发生权( m i t ) ，在标识m 下发生变迁t ，产生一个新的标识 m ( m 【t m ) ， m r ( s ) = m ( s ) 一w ( t ，5 ) 若s e t t m o ) + ( f ，s ) ，若s e t 一t m o ) 一w ( s ，t ) + 矽( s ，r ) ，若s e t a t 肘( s ) ，其他 从定义可以看出，除了权函数w 和标识m 这两个映射有区别以外，简单的颜 色p e t r i 网的定义同加权p e t r i 网的定义几乎是一样的。在库所变迁系统中，映射 w 是对每个库所赋予一个非负整数，映射w 是对每条边赋予一个正整数。而在 简单的颜色p e t r i 网中，映射m 是对每个库所赋予一个k 维非负的整数向量，映 射w 是对每条边赋予一个k 维j 下整数向量。 3 2 2 谓词变迁系统 谓词变迁系统( p r e d i c a t e t r a n s i t i o nn e ts y s t e m ，记为p r t 系统) 是对库所变迁 系统( p 厂r 系统) 的进一步抽象。p 以系统在对网系统中的标志进行分类的基础 上，对网系统中的库所、变迁、和有向边都可以用谓词加以标注，对谓词的不同 北京邮电大学硕十学位论文 1 3 雀十t 作流的企业流程仿真分析系统的研究0 实现通信软件丁程中心 赋值产生网系统的不同运行轨迹。 定义3 3 【8 j 一个简单的谓词变迁网系统是一个七元组 = ( s ，t ed ，v a f ，m ) ，其中( s ，t , 1 0 是一个网，d 是一个有限的个体集，v 是d 上的变量集，a f 是定义在有限边集f 上的谓词集，m 是f l a l s l 个以d 为基集 的多重集组成的有序集合，称为的标识。即d = d l , d 2 ，d k ) ；v = f x l , x 2 ，x k rsk ；a f ：f 呻p ( v ) ；m ：s - b ( d ) m ，m = i s i 。其中p ( 表示以v 中的变量 为基本的谓词集合，b ( d ) m 表示以d 为基集的多重集b ( d ) 为元素的m 元有序集 厶 口o ( 1 ) 若v s e t ，都存在一组变量集v 的各个变元的赋值a ( v ) ：a ( x j ) = d i ，j 1 ，2 ，k ) ，i e 1 ，2 ，k ) 使得m ( s ) - a f ( s ，t ) ia w ) 则变迁t 在标识m 可以赋值a ( v ) 发生。 ( 2 ) 若变迁t 在标识m 以赋值a ( 发生，则得到新的标识m ，记为m t i a w ) m 】。 m ( s ) = m o ) 一a k s ，t ) ，若s e t t m ( s ) + a f ( t ，s ) 若s e t 一t m ( s ) + a f ( t ，s ) 一a 4 s ，t ) ，若s e t a t m ( s ) ，其他 3 3 工作流网 p e t r i 网作为一种形式化描述工具，主要用来对系统设计、分析和模拟。p e t r i 网 的特点在于它善于描述系统的变化，包括变化发生的条件、变化的结果以及变化 之间的内在联系。对工作流的控制流纬度建模的p e t r i 网被称作工作流( w f n e t ) 。 w f - n e t 孤立地定义了单个案例的动态行为。 定义3 4 【9 】p e t r i 网p n = ( p ，t ，f ) 是w f - n o t ( 工作流网) 。当且仅当： ( 1 ) 存在一个源库所i p ，使得前置集i = ； ( 2 ) 存在一个汇结库所o p ，使得后置集o = o ； ( 3 ) 每一个节点x put 都位于从in o 的一条路径上。 个w f n e t 有一个输入库所( i ) 和一个输出库所( o ) ，因为任何被w f - n e t 过程 处理的案例都在它进入工作流管理系统时被创建，而且一旦被工作流管理系统处 理完毕就立即被删除；换句话说，就是w f n e t 定义了一个案例的生命周期。定 义3 4 中的第3 个条件就是为了消除“不必要的任务和条件 ，即对案例处理不起 作用的任务和条件。 由定义看出，w f n e t 有如下的性质：p e t r i 网p n = ( p ，t f ) 是一个工作流网， 1 4 北京邮电人学硕j ：学位论文 皋于t 作流的企业i l c 程仿真分析系统的研究j 实现通信软件t 程中心 则：( 1 ) 如果p n 是一个拥有源库i 的w f n e t ，那么对于任何库所p p ：p 或p = i ， f l o i 是唯一的源库所； ( 2 ) 如果p n 是一个拥有汇结库所。的w f n e t ，那么对于任何库所p p ：p 中 或p = o ，a p o 是唯一的汇结库所； ( 3 ) 如果添加一个变迁t 至i j p n ，用来连接汇结库所o 和源库所i ，那么所得到的 p e t f i 网是强连通的； ( 4 ) 如果p n 有一个源库所i 和一个汇结库所o 并且添加一个变迁t 宰来连接汇结 库所o 和源库所i ，产生一个强连接的网，那么对于每一个节点x p u t ，x 都位 于从in o 的一条路径上，而且p n 是一个w f n e t 。 定义3 5 1 7 l 一个用w f n e t 表示的工作流模型是正确的，当且仅当： ( 1 ) 对每个从初始状态i 可达的状态m ，必存在一个从m 到状态o 的发生序列， 即vm ( i 【 m ) 专( m 【奉 o ) 】； ( 2 ) 状态。是唯一的正常结束状态，即vm ( i 【幸 m 八m = 0 ) 专( m = o ) 】； ( 3 ) 不存在死变迁，即vt t ，| m ，m ，使得i 【宰 m 【t m 。 北京邮电大学硕士学位论文 1 5 基于t 作流的企业流程仿真分析系统的研究j 实现通f 膏软件t 程中心 第四章工作流仿真方法的研究 本章首先介绍了工作流仿真的相关概念，其中包括工作流仿真的背景、意义、 研究现状以及步骤：然后从流程建模、流程仿真以及流程分析三个方面出发，提 出一套有效的工作流仿真分析方法。 4 1 工作流仿真概述 4 1 1 工作流仿真的背景 美国著名管理学家迈克尔哈默1 9 l 于9 0 年代初期提出了企业经营过程重组 ( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ) 的概念。哈默博士形象地将流程再造阐述为“打 破鸡蛋作蛋卷”，其具体含义为：业务流程再造是对企业的业务流程进行根本性 再思考和彻底性再设计，使得企业能最大限度地适应以“客户、竞争和变化 为 特征的现代企业经营环境，并从以职能为核心改造成以流程为核心的新型企业。 b p r 的目标是通过对企业经营过程的描述、分析和重新设计，以企业经营 过程为核心重构企业的关键业务流程，并建立与其匹配的运行机制和组织结构， 实现对经营过程的有效管理和控制，使企业具有更好的柔性，能够在同益激烈的 市场竞争中立于不败之地。 b p r 非常复杂，它的实施需要通过先进的过程建模和分析手段来描述、分 析和评价经营过程，发现其中的问题并对其进行优化。目前，最常见而有效的分 析工作流模型的方法是仿真分析法。基于工作流的仿真分析方法就是支持b p r 的一种可行的和有效的分析手段。对工作流模型进行仿真，模拟工作流模型的运 行，并根据仿真结果来推断、评估或评价真实流程的性能。通过定量分析经营过 程运行的各项性能指标来判断经营过程是否存在瓶颈或死锁因素、经营过程运行 性能如何，以及确定如何调整和优化过程模型。仿真结果可以作为经营过程的评 价，过程改进方案的可行性和有效性验证的依据，也是决策的可靠基础。 4 1 2 工作流仿真的意义 工作流仿真分析方法是支持b p r 的一种可行的和有效的分析手段。工