基于著色Petri網(wǎng)的企業(yè)間電子商務(wù)工作流建模

張 格 王緯武 代月川

(鄭州大學西亞斯國際學院，河南 新鄭 451150)

工作流管理系統(tǒng)的非常重要的目就是要支持對時間信息的處理。例如計劃工作流的運行時間、估計活動實例的執(zhí)行時間延遲、避免違反截止期限等。開展時間管理研究，對于增強工作流管理系統(tǒng)的柔性、確保工作流計劃任務(wù)的高效執(zhí)行和提高企業(yè)工作競爭力具有重要意義?，F(xiàn)代B2B電子商務(wù)工作流程中涉及到多個層級多個部門，在使用普通Petri網(wǎng)進行描述時，往往由于規(guī)模過大、細節(jié)過多、表示復雜使得其難以理解。本來很簡單的流程變成只有專業(yè)人士才能閱讀的Petri網(wǎng)模型。為此，筆者提出一種基于著色Petri網(wǎng)(CPN)對電子政務(wù)流程進行建模的方法，通過合并一些庫索和變遷，使得P和T的數(shù)量大大減少，圖形更加簡約。并對模型結(jié)構(gòu)的合理有效性進行論證。

1 著色Petri網(wǎng)(CPN)的定義

CPN可以表示成九元組形式,即CPN=(Σ,P,T,A,N,C,G,E,I)中，Σ：為顏色(Color)的非空有限集合，稱作顏色集(Color set)；P：為描述系統(tǒng)庫所(Place)的有限集合；T：為變遷(Transition)的有限集合；A：為弧(Arc)的有限集合，滿足；P∩T=P∩A=A∩T=?N：A→(P×T∪T×P)為節(jié)點(Node)有限集函數(shù)；C:(P∪T)→Σss,是著色函數(shù) (color function)，其中Σss是Σ的有限子集；G：T→表達式，是T的警衛(wèi)函數(shù)(guard function)，且滿足：t∈T：[Type(G(a))=Bool∧Type(Var(G(t)))?Σ]，Bool={true,false}；E：A→表達式，是弧表達式函數(shù)(arc expression functions)，且滿足?a∈At：[Type(E(a))=C(p(a))MS∧Type(Var(E(a)))?Σ]；I：為 P→表達式的初始標識，且滿足?p∈P：[Type(I(p))=C(p)MS∧Var(I(p))=?].

2 著色Petri網(wǎng)的特點

CPN與普通網(wǎng)有兩個最基本和重要的區(qū)別：

(1)CPN的著色類型的標定表示系統(tǒng)中不同類型的資源，同時每個庫所都與特定的顏色集綁定，表示該庫所中只能存放相應(yīng)顏色的token，在弧上和變遷上存在著條件表式和函數(shù)，說明弧的權(quán)值和顏色屬性以及變遷觸發(fā)的約束條件。標記的顏色可以是任意復雜的數(shù)據(jù)，從而大大簡化了系統(tǒng)的復雜度。(2)CPN具有層次結(jié)構(gòu),這可以從整體到局部,由粗到精把系統(tǒng)分頁,逐步細化,突出重點。通過層次的使用,使得CPN成為處理大型應(yīng)用的功能強大的建模工具。同時，它又是少有的能同時用于驗證系統(tǒng)功能邏輯的正確性和評估系統(tǒng)性能的建模語言。但由于token的引入使得模型的可讀性降低。

3 工作流模型

圖1 四種基本路由結(jié)構(gòu)的Petri網(wǎng)表示

工作流管理聯(lián)盟定義了4種基本的工作流路由結(jié)構(gòu) (詳見圖1)：(1)順序路由。表示兩個任務(wù)之間存在時序依賴關(guān)系，在前一個任務(wù)完成之前，后一個任務(wù)不能執(zhí)行。(2)并行路由。表示并行的兩個或多個任務(wù)之間可以任意順序執(zhí)行。(3)選擇路由。表示在流程的某一點，依執(zhí)行結(jié)果選擇一條路徑繼續(xù)執(zhí)行。(4)循環(huán)路由。表示某一個任務(wù)可能需要執(zhí)行多次。

這四種結(jié)構(gòu)是工作流執(zhí)行的基本結(jié)構(gòu)，所有工作流的執(zhí)行結(jié)構(gòu)可以由這四種基本結(jié)構(gòu)組合而成。

4 基于CPN的電子商務(wù)模型

在一個管理規(guī)范、行政高效的企業(yè)，一次完整的采購活動會涉及到多個子部門和人員，這些部門和人員都是本著互相制、監(jiān)督的原則設(shè)立的。所以必須有效地調(diào)配資源使得這樣的約束和監(jiān)督在最少的機構(gòu)下實現(xiàn)最好的效果。

構(gòu)建這樣一個體系的整體思路如下：首先對整個企業(yè)的運作模式進行設(shè)計，此時不用考慮各個機構(gòu)的內(nèi)部活動。利用CPN的分層特性，建立頂層的CPN模型。在此基礎(chǔ)上再對各個機構(gòu)內(nèi)部進行建模。在這里我們使用一次典型的招投標流程作為例子來說明建模的過程。

一個典型的招投標過程首先由發(fā)起單位根據(jù)工作需要發(fā)起采購某種物品或者軟件的請求，該請求會首先被傳遞到該單位的資產(chǎn)管理部門。核庫后發(fā)現(xiàn)沒有庫存，則批準該采購申請。然后遞交給財務(wù)部門，會計人員會對該申請的預期金額進行核算，如果預算中有足夠的錢去辦這個事情則將申請?zhí)峤唤o上級主管部門。上級主管部門批準后該采購申請會直接到采購部門去處理剩下的招投標過程。

圖2 頂層的CPN模型

5 全全局變量的聲明

在一般的B2B電子商務(wù)采購流程中需要考慮諸多因素，例如供應(yīng)商、價格、貨物規(guī)模以及消耗的資源等。然而用著色Petri網(wǎng)對其進行分析時，只需考慮商品數(shù)量和商品種類兩個因素。用語言CPN ML來描述模型中的聲明，模型中用到的顏色集，變量和一些

參數(shù)的定義如下：

從上述聲明中可以看出，定義的顏色集Role描述工作流中的機構(gòu)。同時可以看出，通過這些顏色的增加，可以加強模型的解釋能力，使模型含義更豐富，增加對工作流活動和狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模的需求。由于CPN參數(shù)還可以根據(jù)不同的模型適當增加，因此該CPN模型也具有很強的可擴展性。

定購貨物的配送過程用函數(shù)delivery(i,j)描述。變量i表示訂單需求的數(shù)量，變量j表示商品庫存數(shù)量。該函數(shù)的結(jié)果是：如果庫存數(shù)量滿足訂單要求，則傳送訂單商品，返回值為0；如果庫存商品不滿足訂單，則將i-j的值返回，表示沒有傳送貨物所需的庫存。

用函數(shù)order(i,j)表示供貨商根據(jù)訂單要求向其他機構(gòu)重新發(fā)出訂購要求的行為。如果庫存有足夠，則不訂購任何商品，返回值為0；如果庫存商品匱乏，則i-j的商品會被先訂購，同時向其他機構(gòu)發(fā)出新的訂單請求，要求訂購商品的數(shù)量為i+i-j，使庫存量變?yōu)閕。

6 CPN子頁結(jié)構(gòu)

用戶要求購n件某商品時網(wǎng)上商城將會根據(jù)銀行的認證和自己的驗證來確定用戶的合法性，如果確定用戶合法，則把用戶的要求發(fā)送給供貨商，由供貨商來提供商品。當供貨商(假設(shè)供貨商目前的庫存量為n)收到來自網(wǎng)上商城的訂單(x,n)時，首先檢查自己是否有該種商品，如果有，則將n件商品傳給物流商，同時更改庫存量為N-n，由物流商發(fā)送商品。如果庫存量小于n件，就先向用戶提供N件商品，然后向生產(chǎn)商要求補給n+n-N件商品，使供貨商的庫存產(chǎn)品數(shù)量隨著訂購和配送的變化而變化。

根據(jù)全局變量的定義，忽略商品種類，在子過程中只傳遞需求商品的數(shù)量。該工作流中p表示商品提供者的類型；P1表示“商品需求信息”；P2表示 “庫存商品的數(shù)量”；P3表示 “生成下一級的訂單”；P4表示“匹配過程”；P5表示“根據(jù)處理最終傳遞給請求者的商品數(shù)量”；P6表示“下級傳遞回來的商品的數(shù)量”；S表示每次處理一張訂單所消耗的資源；P7表示“將結(jié)果傳給下一個機構(gòu)”。對于生產(chǎn)商來說，此時P6=P3，即需要生產(chǎn)商品時，生產(chǎn)商生產(chǎn)商品，之后直接將商品轉(zhuǎn)入庫存。T1表示“處理生成訂單”。根據(jù)需求信息和庫存量來判斷如何生成訂單。如果庫存量能夠滿足需求，則將需求信息傳遞給匹配過程，此時order(n，N)=0。T2表示“處理訂單的過程”。該過程模擬了傳遞商品的行為，此時de1ivery(n,N)=0，改變P2的狀態(tài)，庫存量更改為delivery(N,n)=N-n。并且將最終狀態(tài)傳遞給P4，此時delivery(n,N)=0，表示貨物充足。如果不滿足的話，則delivery(n,N)=n-N表示不足的商品數(shù)量。T3表示“向庫存中增加商品的過程”。當商品數(shù)量為0時，則有T1，12和T3的限制條件n＞0，nN＞0保證不觸發(fā)事件。

7 結(jié)構(gòu)合理性和正確性分析

基于CPN構(gòu)建的電子商務(wù)工作流模型，能夠直觀地反映項目群實施過程中順序、并行或同步等復雜的時空邏輯關(guān)系，揭示商務(wù)流程內(nèi)部動態(tài)行為特征，為全面、準確地掌握項目群實施全過程、實現(xiàn)項目群實施階段的流程集成以及項目群資源優(yōu)化提供有力的技術(shù)與方法支持。通過CPN構(gòu)建工作流模型，可以動態(tài)地觀察各個環(huán)節(jié)所耗費的時間和其他資源，找出拖延商務(wù)流程節(jié)點的事件，從而做出最優(yōu)化的電子商務(wù)流程。提高生產(chǎn)型企業(yè)的工作效率和降低總有用成本。

基于CPN進行工作流建模，解決了利用普通Petri網(wǎng)建立的電子商務(wù)系統(tǒng)模型圖形過于復雜的缺陷，利用CPN對電子商務(wù)中網(wǎng)上購物系統(tǒng)建模的過程證明了這種技術(shù)可操作性強，并分析了模型的合理性，證明了CPN建?？梢杂行У亟档湍Ｐ偷膹碗s性，圖形更加簡約。但是，由于顏色集的引入；使得模型的可讀性降低。同時，在建模的過程中未引入時間的因素，只能通過可達圖的方法來分析模型的結(jié)構(gòu)合理性而未能夠進行模型的性能分析，今后需要做一些工作來克服這些缺點。

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