Petri網(wǎng)用于工作流建?？尚行匝芯?/h1>
2009-06-13 06:43:36孫建召
現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2009年24期
孫建召
摘要：工作流技術(shù)作為一種過(guò)程建模的核心技術(shù)，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域獲得了迅速的發(fā)展。首先介紹了過(guò)程建模方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，然后討論了工作流建模的幾種主要方法，最后通過(guò)比較分析，得出使用Petri網(wǎng)建模要優(yōu)于其他的建模方法。
關(guān)鍵詞：工作流；Petri網(wǎng)；建模
中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)t口碼：A文章編號(hào)：1672-3198(2009)24-0266-01
1過(guò)程建模方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
工作流是對(duì)業(yè)務(wù)流程的抽象表示，因此建立相應(yīng)的工作流模型是必不可少的。而如何建立工作流模型或者說(shuō)采用什么工具建立工作流模型顯得更為重要。為了評(píng)價(jià)建模工具，必須首先給出確定過(guò)程模型的標(biāo)準(zhǔn)或者說(shuō)是功能特征。建模工具必須依托于某種建模方法。針對(duì)過(guò)程建模的特點(diǎn)，過(guò)程建模方法必須滿足以下的基本條件：
(1)支持面向過(guò)程的建模。過(guò)程建模的對(duì)象是過(guò)程，是以過(guò)程為中心的，建模方法只有支持以過(guò)程為對(duì)象，才可以進(jìn)行過(guò)程建模。
(2)同時(shí)支持靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析。過(guò)程建模的目的是為了模擬現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)實(shí)是動(dòng)態(tài)多變的，因此建模方法必須具有動(dòng)態(tài)的模擬功能。
(3)具有各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系的表達(dá)能力。各種過(guò)程的邏輯關(guān)系是復(fù)雜的，過(guò)程中的各個(gè)實(shí)體的關(guān)系也是復(fù)雜的，因此建模方法必須具有表達(dá)這些復(fù)雜邏輯關(guān)系的能力。
(4)具有形式化的能力。過(guò)程模型需要通過(guò)形式化的語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)。
(5)具有抽象能力，能支持分層次表達(dá)。必須有一定的抽象機(jī)制，采用分層的表達(dá)方式才可以清楚的建模。
2工作流建模的主要方法
由于工作流必須首先描述一個(gè)經(jīng)營(yíng)過(guò)程是怎樣進(jìn)行的，因此，許多工作流模型都是從過(guò)程定義人手，比如狀態(tài)圖和活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖等。常用于工作流建模的方法有；IDEF族方法、EPC方法、RAD方法、DFD方法、Petri網(wǎng)。
IDEF族利用圖形符號(hào)和自然語(yǔ)言，簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，容易理解和掌握。同時(shí)采用層次化的建模方法，過(guò)程的自身規(guī)律得到分解，能夠清楚的描述過(guò)程及過(guò)程間的關(guān)系。IDEF族的方法基本上是靜態(tài)建模，缺少動(dòng)態(tài)的功能。由于其主要是圖形化的表達(dá)方式，在表達(dá)復(fù)雜的邏輯關(guān)系和非確定的信息方面有所缺陷。
EPC由Keller、Knolmayer等人提出的，它的主要元素是功能和事件，功能被時(shí)間觸發(fā)，功能也能產(chǎn)生相應(yīng)的事件，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于它兼顧了模型描述能力強(qiáng)與模型易讀性這兩個(gè)方面，可被未受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的普通用戶使用。
RAD從角色、目的和規(guī)則方面來(lái)描述過(guò)程，其主要特點(diǎn)是可以很好的描述活動(dòng)之間的關(guān)系。但RAD只是靜態(tài)的分析了活動(dòng)間的相互關(guān)系，缺少動(dòng)態(tài)的模擬能力。同時(shí)其在復(fù)雜邏輯關(guān)系建模和對(duì)不確定信息建模方面也有一定的缺陷。
DFD是一種結(jié)構(gòu)化圖示方法，是以一定格式的圖形來(lái)描述和分析數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)、處理功能和支持技術(shù)文件的相互作用、相互連續(xù)的流程圖。其特點(diǎn)主要是：直觀、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；具有很好地描述數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)特性，可以采用自頂向下、逐層分解地方法來(lái)描述一個(gè)企業(yè)過(guò)程，著重于數(shù)據(jù)分析。
3Petri網(wǎng)方法
Petri網(wǎng)是一種圖形化、數(shù)學(xué)化的建模方法。作為一種圖形化工具，可以把Petri網(wǎng)看作與數(shù)據(jù)流圖和網(wǎng)絡(luò)相似的方法來(lái)描述系統(tǒng)模型，作為一種數(shù)學(xué)化工具，Petri網(wǎng)可以建立各種狀態(tài)方程、代數(shù)方程和其他描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型。因此，它非常適合工作流的建模，具體敘述如下t
(1)很強(qiáng)的表達(dá)能力。
Petri網(wǎng)有足夠豐富的表達(dá)能力，可以支持所有用于工作流建模的元素，因此，工作流模型中的所有流程結(jié)構(gòu)都可以用Petri網(wǎng)建模。此外，Petri網(wǎng)還可以明確表達(dá)整個(gè)流程的狀態(tài)。Petri網(wǎng)是一種圖形語(yǔ)言，因此。Petri網(wǎng)具有直觀和容易學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，有利于用戶之間的交流，可準(zhǔn)確描述用戶環(huán)境及改進(jìn)模型。
(2)圖形化表現(xiàn)基礎(chǔ)上的形式化語(yǔ)義。
Petfi網(wǎng)的形式化語(yǔ)義使得用Petri網(wǎng)說(shuō)明的工作流具有清晰準(zhǔn)確的定義，不存在二義性，可以成為互相交流的基礎(chǔ)，也有利于推理、分析工作流的各種屬性。此外，工作流管理聯(lián)盟給出的標(biāo)準(zhǔn)只是停留在實(shí)現(xiàn)技術(shù)的角度，強(qiáng)詞的是語(yǔ)法，而不是語(yǔ)義，缺乏概念層次上的共識(shí)，因此，有必要明確定義基本構(gòu)造塊的形式化語(yǔ)義，提供概念層次上的共識(shí)。
(3)豐富的分析技術(shù)。
通過(guò)對(duì)Petri網(wǎng)的研究，人們找到了許多基于Petri網(wǎng)的分析技術(shù)，Petri網(wǎng)建模的形式化語(yǔ)義和豐富的分析技術(shù)為我們對(duì)工作流模型的各種特性的分析提供了可能。這些分析技術(shù)可以用來(lái)驗(yàn)證安全性、不變性、合理性以及死鎖等屬性，也可以用來(lái)計(jì)算各種性能參數(shù)如響應(yīng)時(shí)間、等待時(shí)間、評(píng)價(jià)執(zhí)行時(shí)間和資源利用率等，用這些分析技術(shù)可以從多方面來(lái)評(píng)價(jià)工作流。
(4)易于計(jì)算機(jī)化。
Petri網(wǎng)是一種獨(dú)立于任何具體軟件工具的建模和分析框架，是一種具有普遍適用性的建模方法，它以較少的元素庫(kù)所、變遷和連接弧實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜模型的建模，通過(guò)對(duì)托肯著色、給變遷加上時(shí)間屬性，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制流建模和模型的時(shí)間性能分析，通過(guò)層次建?？梢院苋菀讓?shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮奶匦?，因此，易于用?jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)基于Petr{網(wǎng)的工作流建模的工作流管理系統(tǒng)。
(5)具有良好的抽象特性。
一方面，工作流的控制流可以通過(guò)托肯著色和變遷點(diǎn)火條件等方法加以解決，能夠?qū)⒖刂屏髯鳛槟Ｐ偷囊徊糠衷诮＿^(guò)程中得以實(shí)現(xiàn)。這樣，工作流的控制流和程序能夠?qū)崿F(xiàn)分離，程序中不需要對(duì)控制流進(jìn)行處理t有利于工作流結(jié)構(gòu)的改變；另一方面，Petri網(wǎng)能夠通過(guò)分層技術(shù)實(shí)現(xiàn)自頂向下的建模，可以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間的復(fù)用，易于抽象分離子系統(tǒng)，使系統(tǒng)容易獲得面向?qū)ο蟮奶匦?。這些都使得基于Petri網(wǎng)的工作流建模具有良好的抽象特性。
(6)動(dòng)態(tài)特性。
因?yàn)镻etri網(wǎng)是基于狀態(tài)的，這就使得過(guò)程定義具有更多的柔性特征。對(duì)于工作流管理系統(tǒng)而言，具備一定的柔性是必不可少的，比如，能夠動(dòng)態(tài)地修改過(guò)程實(shí)例、可以實(shí)現(xiàn)與其他工作流管理系統(tǒng)的交互、對(duì)異常情況做出響應(yīng)。對(duì)于Petri網(wǎng)而言，只需對(duì)網(wǎng)中的托肯與點(diǎn)火做相應(yīng)的處理。就能夠比較容易地實(shí)現(xiàn)上述功能。
4綜合比較及結(jié)論
Petri網(wǎng)是完全從過(guò)程的角度出發(fā)為復(fù)雜系統(tǒng)的描述與分析而設(shè)計(jì)的一種有效模型工具。它在描述并發(fā)、沖突、同步等重要行為現(xiàn)象上所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，以及具有形式化步驟與數(shù)學(xué)圖論相支持的理論嚴(yán)密性，特別是其圖形表達(dá)的直觀性和便于編程實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)，尤適合工作流領(lǐng)域的建模需求。
從表1可以看出，Petri網(wǎng)除了可理解性比其他其它建模方法較為遜色之外，在其它方面都有較好的表現(xiàn)。正因?yàn)镻etri網(wǎng)本身具有地形式化語(yǔ)義定義、圖形表達(dá)的直觀性、與數(shù)學(xué)圖論相支持的理論嚴(yán)密性等優(yōu)點(diǎn)，使得Petri網(wǎng)建立工作流模型具有許多相對(duì)于其它建模方法的優(yōu)勢(shì)，我們將使用Petri網(wǎng)描述和分析工作流模型。
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孫建召
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(1)支持面向過(guò)程的建模。過(guò)程建模的對(duì)象是過(guò)程，是以過(guò)程為中心的，建模方法只有支持以過(guò)程為對(duì)象，才可以進(jìn)行過(guò)程建模。
(2)同時(shí)支持靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析。過(guò)程建模的目的是為了模擬現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)實(shí)是動(dòng)態(tài)多變的，因此建模方法必須具有動(dòng)態(tài)的模擬功能。
(3)具有各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系的表達(dá)能力。各種過(guò)程的邏輯關(guān)系是復(fù)雜的，過(guò)程中的各個(gè)實(shí)體的關(guān)系也是復(fù)雜的，因此建模方法必須具有表達(dá)這些復(fù)雜邏輯關(guān)系的能力。
(4)具有形式化的能力。過(guò)程模型需要通過(guò)形式化的語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)。
(5)具有抽象能力，能支持分層次表達(dá)。必須有一定的抽象機(jī)制，采用分層的表達(dá)方式才可以清楚的建模。
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DFD是一種結(jié)構(gòu)化圖示方法，是以一定格式的圖形來(lái)描述和分析數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)、處理功能和支持技術(shù)文件的相互作用、相互連續(xù)的流程圖。其特點(diǎn)主要是：直觀、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；具有很好地描述數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)特性，可以采用自頂向下、逐層分解地方法來(lái)描述一個(gè)企業(yè)過(guò)程，著重于數(shù)據(jù)分析。
3Petri網(wǎng)方法
Petri網(wǎng)是一種圖形化、數(shù)學(xué)化的建模方法。作為一種圖形化工具，可以把Petri網(wǎng)看作與數(shù)據(jù)流圖和網(wǎng)絡(luò)相似的方法來(lái)描述系統(tǒng)模型，作為一種數(shù)學(xué)化工具，Petri網(wǎng)可以建立各種狀態(tài)方程、代數(shù)方程和其他描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型。因此，它非常適合工作流的建模，具體敘述如下t
(1)很強(qiáng)的表達(dá)能力。
Petri網(wǎng)有足夠豐富的表達(dá)能力，可以支持所有用于工作流建模的元素，因此，工作流模型中的所有流程結(jié)構(gòu)都可以用Petri網(wǎng)建模。此外，Petri網(wǎng)還可以明確表達(dá)整個(gè)流程的狀態(tài)。Petri網(wǎng)是一種圖形語(yǔ)言，因此。Petri網(wǎng)具有直觀和容易學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，有利于用戶之間的交流，可準(zhǔn)確描述用戶環(huán)境及改進(jìn)模型。
(2)圖形化表現(xiàn)基礎(chǔ)上的形式化語(yǔ)義。
Petfi網(wǎng)的形式化語(yǔ)義使得用Petri網(wǎng)說(shuō)明的工作流具有清晰準(zhǔn)確的定義，不存在二義性，可以成為互相交流的基礎(chǔ)，也有利于推理、分析工作流的各種屬性。此外，工作流管理聯(lián)盟給出的標(biāo)準(zhǔn)只是停留在實(shí)現(xiàn)技術(shù)的角度，強(qiáng)詞的是語(yǔ)法，而不是語(yǔ)義，缺乏概念層次上的共識(shí)，因此，有必要明確定義基本構(gòu)造塊的形式化語(yǔ)義，提供概念層次上的共識(shí)。
(3)豐富的分析技術(shù)。
通過(guò)對(duì)Petri網(wǎng)的研究，人們找到了許多基于Petri網(wǎng)的分析技術(shù)，Petri網(wǎng)建模的形式化語(yǔ)義和豐富的分析技術(shù)為我們對(duì)工作流模型的各種特性的分析提供了可能。這些分析技術(shù)可以用來(lái)驗(yàn)證安全性、不變性、合理性以及死鎖等屬性，也可以用來(lái)計(jì)算各種性能參數(shù)如響應(yīng)時(shí)間、等待時(shí)間、評(píng)價(jià)執(zhí)行時(shí)間和資源利用率等，用這些分析技術(shù)可以從多方面來(lái)評(píng)價(jià)工作流。
(4)易于計(jì)算機(jī)化。
Petri網(wǎng)是一種獨(dú)立于任何具體軟件工具的建模和分析框架，是一種具有普遍適用性的建模方法，它以較少的元素庫(kù)所、變遷和連接弧實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜模型的建模，通過(guò)對(duì)托肯著色、給變遷加上時(shí)間屬性，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制流建模和模型的時(shí)間性能分析，通過(guò)層次建?？梢院苋菀讓?shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮奶匦?，因此，易于用?jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)基于Petr{網(wǎng)的工作流建模的工作流管理系統(tǒng)。
(5)具有良好的抽象特性。
一方面，工作流的控制流可以通過(guò)托肯著色和變遷點(diǎn)火條件等方法加以解決，能夠?qū)⒖刂屏髯鳛槟Ｐ偷囊徊糠衷诮＿^(guò)程中得以實(shí)現(xiàn)。這樣，工作流的控制流和程序能夠?qū)崿F(xiàn)分離，程序中不需要對(duì)控制流進(jìn)行處理t有利于工作流結(jié)構(gòu)的改變；另一方面，Petri網(wǎng)能夠通過(guò)分層技術(shù)實(shí)現(xiàn)自頂向下的建模，可以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間的復(fù)用，易于抽象分離子系統(tǒng)，使系統(tǒng)容易獲得面向?qū)ο蟮奶匦?。這些都使得基于Petri網(wǎng)的工作流建模具有良好的抽象特性。
(6)動(dòng)態(tài)特性。
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4綜合比較及結(jié)論
Petri網(wǎng)是完全從過(guò)程的角度出發(fā)為復(fù)雜系統(tǒng)的描述與分析而設(shè)計(jì)的一種有效模型工具。它在描述并發(fā)、沖突、同步等重要行為現(xiàn)象上所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，以及具有形式化步驟與數(shù)學(xué)圖論相支持的理論嚴(yán)密性，特別是其圖形表達(dá)的直觀性和便于編程實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)，尤適合工作流領(lǐng)域的建模需求。
從表1可以看出，Petri網(wǎng)除了可理解性比其他其它建模方法較為遜色之外，在其它方面都有較好的表現(xiàn)。正因?yàn)镻etri網(wǎng)本身具有地形式化語(yǔ)義定義、圖形表達(dá)的直觀性、與數(shù)學(xué)圖論相支持的理論嚴(yán)密性等優(yōu)點(diǎn)，使得Petri網(wǎng)建立工作流模型具有許多相對(duì)于其它建模方法的優(yōu)勢(shì)，我們將使用Petri網(wǎng)描述和分析工作流模型。
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