基于Petri網(wǎng)流程配置的材料采購系統(tǒng)優(yōu)化分析

曹 蕊，劉祥偉，王麗麗(安徽理工大學(xué)數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，安徽淮南 232001)

基于Petri網(wǎng)流程配置的材料采購系統(tǒng)優(yōu)化分析

曹 蕊，劉祥偉，王麗麗
(安徽理工大學(xué)數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，安徽淮南 232001)

流程配置是業(yè)務(wù)流程優(yōu)化的核心內(nèi)容之一?，F(xiàn)有方法主要是對細粒度的流程模型添加配置信息來實現(xiàn)配置操作，細粒度流程模型中存在許多非重要信息導(dǎo)致配置優(yōu)化復(fù)雜，本文提出了基于業(yè)務(wù)流程模型抽象的流程配置優(yōu)化。首先依據(jù)行為輪廓對源模型進行抽象，經(jīng)過抽象后使得細粒度的流程模型可以獲得行為保持的粗粒度抽象模型。然后對抽象模型添加配置信息，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的配置優(yōu)化分析。最后通過具體的材料采購業(yè)務(wù)流程模型實例分析，驗證了該方法的有效性。

Petri網(wǎng)；流程模型抽象；行為輪廓；流程配置；優(yōu)化

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，業(yè)務(wù)流程優(yōu)化在業(yè)務(wù)流程管理中顯得更為重要。在大部分組織或企業(yè)中，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜，存在大量的重復(fù)行為，為了盡可能流程管理，減少含相同信息的模型數(shù)量變得尤其重要。因此，對模型進行抽象，進而實施配置操作具有一定的意義，如何進行配置優(yōu)化也成為業(yè)務(wù)流程管理的核心問題之一。

目前關(guān)于配置優(yōu)化已有了相當(dāng)多的研究。Becker J等人提出了適應(yīng)的相關(guān)模型化，對于信息化模型進行整合配置性和一般性的技術(shù)。Gottschalk F等人研究了可配置的工作流模型以及可配置的流程模型[1-3]。Van der Aalst等人提出了一種基于伙伴合成的方法用于保證流程配置的正確性；在業(yè)務(wù)流程配置中如何保存正確性,以及如何支持和分析多租戶進程在云計算中的業(yè)務(wù)流程配置[4-6]。Mafazi S等人關(guān)于業(yè)務(wù)流程模型抽象配置提出了一種基于知識的方法[7]。Huang等人基于服務(wù)的業(yè)務(wù)流程模型提出了基于本體論的配置研究[8]。L.EI Faquih等人研究了在可配置的流程模型中趨向于語義豐富性[9]。而通過合并現(xiàn)有的流程模型，使他們的設(shè)計自動化到可配置的參考模型，以協(xié)助可配置的過程模型的設(shè)計與配置的過程片段是由Nour Assy等人提出的[10]。

基于上面的背景，本文首先對源模型進行業(yè)務(wù)流程抽象，根據(jù)行為輪廓方面的理論構(gòu)造出算法。然后通過此算法將源模型中細粒度的變遷抽象成高水平的粗粒度的變遷，即聚集和消除，聚集保留重要的變遷，消去冗余、不太重要的部分，得到一個抽象級別高的模型。最后，對此模型進行有關(guān)配置的操作，進而滿足不同行業(yè)的需求。

1 基本概念

定義1[11](Petri網(wǎng)) 一個Petri網(wǎng)或者一個網(wǎng)，N=(P,T,F)是庫所集P與變遷集T的非空有限不相交集，F(xiàn)?(P×T)∪(T×P)是流關(guān)系。

在Petri網(wǎng)中，存在一種弱序關(guān)系，即T×T包含所有的變遷對(x,y),t,ρ是一個發(fā)生序列，當(dāng)i∈{1,2,…,n-1}時，i

依據(jù)這種弱序關(guān)系，提出了行為輪廓。

定義2[12](行為輪廓)N=(P,T,F)是一個Petri網(wǎng)，?(x,y)∈T×T滿足下列關(guān)系中的一種：(1)嚴(yán)格序關(guān)系→：若x?y∧y?x；(2)排他序關(guān)系+：若x?y∧y?x；(3)交叉序關(guān)系||：若x?y∧y?x，則稱為Petri網(wǎng)的行為輪廓。

嚴(yán)格序關(guān)系說明兩個變遷的發(fā)生有先后關(guān)系；排他序關(guān)系說明兩個變遷是不可能同時發(fā)生的；交叉序關(guān)系說明兩個變遷能夠以任意順序發(fā)生(圖1)。

圖1 變遷關(guān)系圖

定義3[13](函數(shù)聚集) 設(shè)PM是一個Petri網(wǎng)，PMa是PM所對應(yīng)的抽象模型。函數(shù)聚集：TA→(P(T)?)是指PMa中的一個變遷到PM中的變遷集的對應(yīng)。其中P(T)是變遷集T的冪集，?代表空集。

2 基于業(yè)務(wù)流程模型抽象的流程配置優(yōu)化

2.1 業(yè)務(wù)流程模型抽象的算法

業(yè)務(wù)流程模型抽象是指將詳細模型(源模型)中的細粒度的變遷(重要的部分)通過聚類轉(zhuǎn)化成抽象模型中高水平的粗粒度的變遷，通過消除，去除不重要的變遷，也就是指去除對企業(yè)或組織需求意義不大的變遷，進而得到抽象模型。抽象模型相當(dāng)于將源模型中的變遷模塊化。

抽象模型中的變遷都是重要的，而且是源模型的變遷聚集的小模塊。這樣對抽象模型進行配置，相當(dāng)于模塊(重要的部分)間的操作，得到的配置模型更能滿足企業(yè)或組織的要求。基于此，本文提出了基于業(yè)務(wù)流程模型抽象的算法，具體算法如下。

算法1：導(dǎo)出變遷對的行為關(guān)系

輸入：變遷x和y以及閾值ωr=0.65

輸出：變遷x和y的行為關(guān)系

步驟1：計算

步驟2：計算

步驟3：若步驟2中計算的結(jié)果小于閾值ωr=0.65，舍去，否則，繼續(xù)步驟4；

步驟4：若ω(x+PMay)≥ωr，則輸出x+PMay；算法結(jié)束，否則進入步驟5；

步驟6：輸出x||PMay，算法結(jié)束。

2.2 業(yè)務(wù)流程模型的配置

一個可配置的流程模型是指流程模型可以進行配置操作進而滿足各行業(yè)的需求。業(yè)務(wù)流程模型的配置可以通過阻塞或隱藏流程模型的一部分來實現(xiàn)。對于業(yè)務(wù)流程模型來說，一般建立的都是簡單的不含配置信息的流程模型，而這些流程模型不能滿足一些企業(yè)或組織的需求，所以在此基礎(chǔ)上加入阻塞或隱藏的信息對業(yè)務(wù)流程進行優(yōu)化，簡單而且方便。而對于一般的Petri網(wǎng)模型，是通過阻塞或隱藏Petri網(wǎng)中的變遷實現(xiàn)配置操作的。

阻塞變遷意味著此變遷在流程模型運行中被禁止。倘若這些變遷，通過其他路徑不是使能的,它后繼的所有變遷將不能執(zhí)行。隱藏變遷是指當(dāng)此變遷發(fā)生時，跳過去，不影響流程模型的其他部分的執(zhí)行，通常這些隱藏變遷被沉默變遷τ所代替。若一個變遷既不是阻塞的，也不是隱藏的，那么，它是可以通過的，稱之為通過變遷，這就意味著在流程模型中沒有發(fā)生任何變化。

在支付流程中，對于只有銀行卡和現(xiàn)金支付兩種方式的流程模型，若顧客由于某種原因忘記了帶現(xiàn)金，那么顧客就可以用銀行卡支付，這種情況可以通過添加配置信息來完成支付。如圖2所示，配置操作可以優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。

圖2 支付流程

2.3 采購原料的抽象配置優(yōu)化分析

為了驗證上述算法的可行性以及流程模型配置優(yōu)化，在這一部分將對材料采購問題進行分析，源模型如圖3所示。

圖3 源模型PM

表1 源模型PM的行為輪廓BP

從表1可以直觀地看出，源模型PM的行為輪廓BP。根據(jù)源模型PM的行為輪廓BP，按照業(yè)務(wù)流程模型抽象的算法來求出抽象模型PMa中變遷對的行為輪廓，進而得出相對于源模型來說粗粒度變遷的抽象模型PMa。

源模型PM中的虛線部分分別抽象成抽象模型PMa的變遷F1,F2,F3。下面計算A與F1的行為關(guān)系。

圖4 不帶配置信息的抽象模型PMa

上面得到的抽象模型PMa是不含配置信息的，不含配置的抽象模型與實際的企業(yè)需求的流程模型存在著一定的差異。第一，企業(yè)材料采購時，往往采用合同訂單的方式，因為合同訂單更具有法律性。第二，倘若采取合同訂單的方式，則會通過平行方式采購訂單交貨，而在材料采購時企業(yè)與供應(yīng)商的商定只需要一種約定方式即可。

對此，可以對抽象模型PMa實施配置操作來實現(xiàn)進一步的優(yōu)化。第一，為了滿足企業(yè)的需求，可以阻塞變遷F2計劃協(xié)議交貨，這樣可以采取合同訂單的方式。第二，若執(zhí)行合同訂單的路徑時，必然也會通過采購訂單交貨這一平行方式，為了阻止采購訂單交貨方式的執(zhí)行，可以隱藏采購訂單交貨方式的變遷，將此變遷跳過去不執(zhí)行。這樣一來，通過添加配置信息的配置操作，便符合了企業(yè)想采用合同訂單的方式與材料供給人達成協(xié)議。其配置網(wǎng)如圖5所示。

圖5 帶有配置信息的抽象模型PMa

3 結(jié)語

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，對源模型進行基于Petri網(wǎng)及其行為輪廓的業(yè)務(wù)流程抽象，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、冗余、偏離要求的模型接近各行業(yè)的需求。對得到的無配置信息的抽象模型添加配置信息實現(xiàn)優(yōu)化，從而滿足企業(yè)或組織需求。

[1]Becker J,Delfmann P,Knackstedt R.Adaptive reference modeling: integrating configurative and generic adaptation techniques for information models[M].Reference Modeling,Physica-Verlag HD,2007:27-58.

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[3]Gottschalk F F.Configurable process models[D].Technische Universiteit Eindhoven,2009.

[4]Van Der Aalst W M P,Lohmann N,La Rosa M,et al.Correctness ensuring process configuration:an approach based on partner synthesis[C].International Conference on Business Process Management,Springer Berlin Heidelberg, 2010:95-111.

[5]Van Der Aalst W M P,Dumas M,Gottschalk F,et al.Preserving correctness during business process model configuration[J].Formal Aspects of Computing,2010(3-4):459-482.

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[7]Mafazi S,Mayer W,Grossmann G,et al.A knowledge-based approach to the configuration of business process model abstractions[J].Knowledge-intensive Business Processes,2012:60.

[8]Huang Y,Feng Z,He K,et al.Ontology-based configuration for service-based business process model[C].Services Computing(SCC),IEEE International Conference on Services Computing,2013:296-303.

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[11]Weidlich M,Mendling J,Weske M.Propagating changes between aligned process models[J].The Journal of Systems and Software,2012(8):1885-1898.

[12]Weidlich M,Mendling J,Weske M.Efficient consistency measurement based on behavioral profiles of process models[J].IEEE Transactions on Software Engineering,2011(3):410-429.

[13]Smirnov S,Weidlich M, Mendling J.Business process model abstraction based on synthesis from well-structured behavioral profiles[J].International Journal of Cooperative Information Systems,2012(1):55-83.

Optimization Analysis of Material Purchasing System Based on Petri Net Process Configuration

CAO Rui, LIU Xiang-wei, WANG Li-li

(College of Mathematics and Big Data, Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui 232001, China)

Process configuration is one of the core content of business process optimization. The existing method is mainly to add configuration information to the fine-grained process model to realize the configuration operation. Due to the existence of lots of unimportant information in the fine grained process model, the configuration optimization is complex. In this paper, the process configuration optimization based on the business process model abstraction is proposed. First, the source model is abstracted according to the behavior profile. After abstraction, the fine-grained process model can obtain the coarse granularity abstract model of behavior retention. Then, the configuration information is added to the abstract model. An analysis of the configuration optimization of business process is realized. Finally, the effectiveness of the method is verified by the example analysis of the specific material purchasing business process model.

Petri net; process model abstraction; behavioral profiles; process configuration; optimization

2016-11-28

國家自然科學(xué)基金項目“基于行為Petri網(wǎng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)變化域分析方法及應(yīng)用研究”(61402011)；安徽省自然科學(xué)基金項目“面向可信管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)變化域分析方法研究”(1508085MF111)。

曹 蕊(1990- )，女，碩士研究生，從事Petri網(wǎng)研究。

劉祥偉(1977- )，女，副教授，從事Petri網(wǎng)和可信軟件研究。

TP391.9

A

2095-7602(2017)04-0013-06