基于Petri网与工作流建模的电子政务办公系统构建

1、基于petri网与工作流建模的电子政务办公系统构建摘要：通过对基于petri网的工作流建模技术的描述，介绍了与此相关的核心技术，研究 分析了实际工作过程中电子政务办公系统中的发文管理的业务流程，引入了 petri网和工作流建 模技术，结合具体实例提出了一种基于petri网的电子政务办公工作涼模型，并对该模型逬行了 可达性骏证和合理性验证，二次开发后的骏证结果和实践表明该模型能够有戏地改善和提高电子政 务办公系统的效率和实用性关键词：petri网*电子政务$工作流；建模电子政务系统是而向企业、各政府部门机构及社会公共管理的基于互联网技术的信息处 理和信息服务的系统。电子政务系统的出现使它成为政府

2、各部门管理社会、监管市场、管理 经济、以及公共服务的一项重要举措，是利用现代信息技术来提高政府各部门依法管理的行 政水平的体现。在国家及各级政府部门的大力支持下，我国的电子政务得到了飞速的发展, 市场规模也得到了空前的发展，根据中国电子政务行业发展前景与投资战略规划分析报告 前瞻的数据显示，从2006年的市场规模550亿元已经发展到2012年的1390亿元， 同比增长17.3%.为了能使政务工作更精简、更透明、更有效、更公平以及为企业和居民提供更优质的服 务，我们设计了基于petri网的工作流建模技术的电子政务办公系统。1基于petri网的工作流建模技术1.1 petri网基本概念petri网

3、1概念的最早出现是由care adam pe-tri在1962年的博士论文中提出来的， 它可用来描述和分析具有并行性、异步性、并发性、井确定性和分布式等具有这些特点的信 息处理系统，同时它也是一种图形化的数学建模工具。petri网主要是用来描述系统的状况、局部状态以及条件等，经典的petri网就是一种 简单的过程模型，它是由有向弧、变迁、令牌以及库所等这些元素组成，变迁是用方框来表 示，库所一般用圆圈来表示，它们是用于描述信息处理系统状况的事件，库所与变迁之间相连接的有向弧是表示它们之间的转化关系；为了能够描述系统动态的信息转化，引入令牌 标志，它用黑点表示；假设一个变迁的所有输入都有令牌标志

4、，则该变迁就满足激活条件， 该变迁可以发生，因此变迁输出将获得令牌。petri网的定义2如下：petri网是一个三元组n= ( p,t,f);其中p是库所的非 空有限集，t是变迁的非空有限集，且满足pnt =(d, f是n的有向弧集，f ( pxt) u ( txp) ( x为笛卡尔积).1.2工作流网基本概念在petri网的基础上，aalst提出了工作流网3(以下简称 wf-net)的概念。wf-net 是将某种工作流模型转化成petri网，进而完成对该工作流模型的评价，是对工作流中的控 制流维度进行建模的petri网。假设petri网pn= ( p,t,f)是wf-net,当且仅当：(1)

5、 存在一个源库所iep,使得详；(2)每一个节点xeput都位于从i到o 的一条路径上。(3)存在一个汇结库所owp,使得o=(d；假如仅只有一个从p到t的有向弧，这 样的话库所p是变迁t的输入库所。同样，如果当且仅当存在一个从t到p的有向弧, 那么库所p称做变迁t的输出库所。通常习惯用p表示库所p的输入变迁的集合，p表 示库所p的所有输出变迁的集合，表示变迁t的输入库所的集合，t表示变迁t的所有 输出库所的集合。上面定义中的第2项是为了能更好的消除“没必要的条件和任务：因为任何一个被wf-net过程处理过的实例都会在它本身进入工作流管理系统时被自 动创建，并且一经被工作流管理系统处理完成就马

6、上被自动删除；换句话说，wf-net定 义了一个实例的生命周期。每个wf-net都包含一个输入库所i和一个输出库所o,因此所有的活动与条件都位 于起始点到终止点的通道上。2基于petri网的工作流模型设计2.1电子政务办公系统中的工作流程对业务实现和业务过程逻辑进行分离是设计办公系统的主要理念，也是基于工作流的电 子政务办公系统的设计理念,所以设讣电子政务系统需要解决的关键问题是怎样来构建电子 政务的业务过程逻辑。电子政务办公系统中的工作流模型描述的是政府部门和机关事业单位 tl常办公业务流程，对象是面向政府工作人员。本文以江西吉安市的电子政务办公系统为例, 将办公系统分为以下几个模块，包括公

7、文管理、内部事务、领导指示、会议通知、个人资料、 内部邮件等模块,其中公文管理是电子政务办公系统中的核心部分，包括收文、发文等模块。 本文以某委办局发文流程为例进行描述。如图1所示，是一个电子政务办公系统发文的流程实例。从科室开始撰稿，提交科室 领导会签后，经过分管领导审核、局领导审批，最后到办公室发文及归档。其中科室领导会 签是选择路径走向，局办公室领导批阅并提交给分管领导时是并行路由，以上流程是比较理 想、顺利的工作流程模型。2.2模型设计将系统中的工作流模型转化成petri网的原则4是在遵守原系统的原有逻辑顺序的基 础上，把工作流中的活动映射为petri网中的库所，对象的操作映射为pet

8、ri网模型中的变 迁，工作流模型中的开始标记是对应petri网中的无输入变迁和该变迁的输出库所，当它受 外界因素的控制，会口动产生令牌，激活整个petri网，工作流中的结束标记是对应petri网 中的无输出库所的变迁和该变迁的输入库所。基于以上理论，并结合petri网的相关定义和 工作流中概念之间的映射关系，下面构建一个电子政务办公系统的发文wf-net模型。根据图1发文管理的工作流程，通过工作流和petri网之间的映射关系，结合工作流 建模中的四种路由结构（顺序路由、并行路由、选择路由和循环路由），设计出了发文管 理的wf-net模型如图2所示。在该模型中引入了或汇聚结构（and-join）

9、，或分离结构（o.split），并汇聚结构（and-join），并分离结构（and-split）这四种基本的工作流的结构概念。其中or-split用 符号 表示变迁的输入端，o.join用符号 表示变迁的输出端；and-split用符号 表示变 迁的输出端，and-join用符号 表示变迁的输入端。如图2所示，t表示发文流程中的工 作流任务：t1表示撰写公文；t2表示科室a领导批阅及选择会签人员；t3表示重 新撰稿；t4表不科室b领导会签；t5表75科室c领导会签；t6表示科室a领导 审核；t7表示局办公室领导批阅并提交给分管领导；t8表示分管领导a批示；t9表 示分管领导b批示；t10表示局

10、领导审批；t11表示局办公室发文；t12表示局办公室 归档；t13表示局办公室领导签发。在科室a撰稿完成交科室领导批阅时，如果批阅不通过，则返回科室a重新撰稿， 如果批阅通过，有以下两种情况，一种是科室a领导选择相关的科室会签，另一种是直接 报给局办公室领导批阅。因此，在变迁t2的输出端为分离结构，即or-split,此输出端增加 了两条输出路由。公文经由相关科室会签后，由科室a重新审核，再交给局办公室领导批 阅，往下走也有两种情况，一种是局办公室领导批阅后提交分管领导，另一种是局办公室领 导批阅不通过，则需返回科室a重新起草。因此变迁t7输出端为分离结构，即orsplit, 此输出端也应增加

11、一条输出路由，因此t2和t7输出端为osplit结构。3模型的正确性验证3可达性验证如何判定一个petri网的可达性5,定义当且仅当给定的初始标识ml和目标标识 mn存在一个启动序列6,这个序列6可以将ml变迁为mn,则称ml到mn是可达的, 用 m1->m2 或者 ml8>mn表示，其中 8=tl,t2tn.如图2所示可以知道p1至p2存在一个过程启动序列t1,使得p1可以变迁为p2, 然后依次类推，逐个验证，p2到p4,p2到p5等等，可以从图2中很直观的看出来，这 里不再具体论述验证。由此可见，该模型的wf-net构建可以满足可达性的条件约束，该 模型具有可达性。3.2合理性

12、验证要证明一个wf-net是合理性，根据定理6可推出，需要证明该工作流模型是活的并 且是有界的，满足条件则这个wf-net是合理的。因此要判定一个模型是活的且有界性， 根据文献6研究，需要从1定一个良构wf-net是合理的，也可以在多项式时间内判定一 个口 rfl选择wf-net是合理的。因此，需要分析该wf-net模型的良构性和口由选择性。假设一个petri网是具有良构性7的，那么它的充分必要条件是当且仅当对于任何一 个结点x和y,设x为库所，y为变迁，对于任意的两条初等路径从x指向y,路径c1 和c2,如果满足a ( cl) ha ( c2) = x,y(其中a ( cl)和a ( c2)

13、分别为 cl和c2上所有结点的集合)，那么cl =c2.由上述定义判定该模型wf-net是否具有良 构性，从图2中可以看出，从t2到t6有两条选择路由，完全符合定义条件，t7到t10 有两条并行路由，完全符合定义条件，其他的选择路由也都是成对出现的，依次得出符合定 义中的条件，因此该wf-net具有良构性。假设一个petri网是具有自由选择性引的，那么它的充分必要条件是当且仅当对任何 一个变迁的t1和t2,当t1ct2*d,则tl = t2.分析可得出诸如这种具有orsplit结构的 变迁都有共亨同一个输入库的特性，也即，在该模型的petri网中，如果满足两个变迁t1和 t2具有相同的输入时（

14、-tia-to），而它们又是or-split结构，则t1和t2的输入是 完全匹配的（t1= t2）.由图2模型可知，t2和t7具有相同的输入库所p2,t1和t13 具有相同的输入库所p8,它们的输入集合都相等，满足自由选择行的条件，因此该wf-net 满足具有自由选择性。通过上述的论证，本文创建的工作流模型的结构化特性（合理性、自由选择性、可达 性、良构性）都能够来证明该工作流模型符合正确性验证。因此，可根据建立的模型，结 合lotus domino/notes平台技术，进而开发一套高效实用的电子政务办公系统。4系统设计与实现4基于petri网的工作流系统实现算法在做系统设计时，需要对工作流引

15、擎进行定义，并实现其算法，因为工作流管理系统的 核心元素就是工作流引擎，该引擎负责维护工作流相关数据，并对过稈进行解释、创建和管 理工作流实例等。以本文提出的工作流模型为例，具体工作流实现算法描述如下。工作流包扌舌6个对象，分别是过程、活动、参与者、转换、被调用应用程序、工作流 相关数据。假设过程的活动数为n,n由第一个活动中的公文撰稿者定义，并设置每个活动 的角色，输入数据，然后启动流程，将公文发送到下一个流程环节，依次按图流程走下去直 到最后的公文流转程序完成，公文归档。流程设计的具体算法如下。定义：activityi,i=o,l., n,activityi为公文流转中的活 动；当i=0,

16、activity0表示流程的第一个活动，该活动主要是进行初始化，输入数据和设置 流程等操作。当i>0时,activityi表示第i个公文活动，定义rolei为活动参与者的角色名,useri 定义为具体担任角色的用户名，status定义为流程状态跟踪器，当流程到达活动activityi 时,需要rolei> useri进行处理，processplacei定义为角色的数据处理区间,它是由多 个字段组成，并有两个属性分别为processplacei. write和processplacei.read,该两个属性决定区间的可写、可读。activityi.operation 1 定义为将流程

17、传送到下 一活动的操作，activityi.operation2定义将流程返回到上一活动的操作。这里的操作主要是给下一个活动者发出相关状态设置等信息。4.2系统设计与在电子政务办公系统中的应用电子政务办公系统采用以client/server模式为主，browser/server模式为辅的设计模 式，这种混合模式的架构体系不但可以满足办公人员的日常复杂工作的需要，再加上处理每 个环节合理的方法，将系统设计为六个模块，分别为行政办公、公文管理、内部邮件、政务 信息、通知管理、通讯名录。系统运行实例界面如图3所示。具体操作流程是通过系统管理员admin用户登录，进入个人工作界面后，根据自己的 需要选

18、择相应的操作。首先，在流程选择列表中选择要执行的工作流名称，当选定了工作流 是发文流程时，工作流引擎首先以发文流程为索引，在工作流模板库中搜索工作流的定义信 息,加载完成后将发文流程实例化并保存在流程管理模块中，然后启动控制模块的搜索功能， 找到开始结点，由开始节点获得流程中的第一个结点信息，启动发文流程程序，将第一个结 点的信息写入到流转文档中，再将文档发回给第一个结点去执行，待发文流程中的拟稿程序 完成后，再选择续办人员及办理方式，这里选择核稿，点击确定完成操作，分别由解析模块， 角色模块，控制模块完成相关操作，即解析模块主要是计算出到达核稿人节点的选择路由， 而角色解析模块功能是获得核稿活动的执行者，流程控制模块功能是将文件发送给核稿人， 把待办事项发送给核稿人，结束控制模块功能是处理节点结束的活动，向当前用户发送提交 给下一个处理人的信息。完成上述操作后，换核稿人用户登录时，就可以在待办公文中看到 拟稿人发来的文档信息，如图4所示。双击提示信息进入到拟稿人的编辑界面，如图5所 示，进行相关操作，办理完成后一直流转下去，直