羅常

（廣東電網(wǎng)公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

基于Petri網(wǎng)的業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)模型研究

羅常

（廣東電網(wǎng)公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

Petri網(wǎng)是一個(gè)描述條件和任務(wù)之間關(guān)系的通用模型。在介紹Web服務(wù)和Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力行業(yè)某業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)的實(shí)例，建立了一個(gè)基于Petri網(wǎng)的業(yè)務(wù)流程模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)簡(jiǎn)化后的Petri網(wǎng)進(jìn)行死鎖分析，以此作為業(yè)務(wù)流程建模的指導(dǎo)思想，可以提高業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、健壯性。

Petri網(wǎng)；業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)；工作流；Web服務(wù)

0 引言

電力行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化建設(shè)一直是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中重要內(nèi)容。早在20世紀(jì)60年代初，電力企業(yè)相繼建立了營(yíng)銷技術(shù)支持系統(tǒng)、生產(chǎn)管理技術(shù)支持系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)以及EAM系統(tǒng)、SCM系統(tǒng)、送配電管理的DMS/EMS、SCADA等應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)。對(duì)于傳統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的制造業(yè)而言，這些方法能夠大幅提升企業(yè)的管理。然而對(duì)于電力企業(yè)，這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是固化了電力企業(yè)的管理模式[1]。由于業(yè)務(wù)流程調(diào)整變化大且頻率快，上述流程固化的信息化建設(shè)并不能滿足電力企業(yè)的發(fā)展。通過對(duì)企業(yè)內(nèi)部和外部業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模、運(yùn)行分析、管理監(jiān)控和系統(tǒng)優(yōu)化，業(yè)務(wù)流程管理（BPM，Business Process Management）可協(xié)同整合企業(yè)的各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，從而提高企業(yè)利潤(rùn)。

工作流模型作為業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，能夠通過模型分析較容易的發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)過程設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，從而可以為業(yè)務(wù)過程的重構(gòu)和管理提供寶貴和學(xué)科的指導(dǎo)依據(jù)。本文嘗試將業(yè)務(wù)流程模型轉(zhuǎn)化為Petri網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)簡(jiǎn)化后的Petri網(wǎng)進(jìn)行死鎖分析，提升業(yè)務(wù)流程管理能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程動(dòng)態(tài)發(fā)布提高業(yè)務(wù)流程透明度，以此作為業(yè)務(wù)流程建模的指導(dǎo)思想，提高業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、健壯性。

1 經(jīng)典Petri網(wǎng)模型

Petri網(wǎng)技術(shù)作為一種過程建模和分析的工具，最早在1962年提出，它可以圖形化地描述一個(gè)工作流過程[2]。目前針對(duì)Petri網(wǎng)的分析技術(shù)也得到廣泛的發(fā)展[3]。與其他圖表技術(shù)不同的是，Petri網(wǎng)有完全形式化的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和表述方式，能對(duì)被建模過程的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。Petri網(wǎng)應(yīng)用于工作流過程管理的優(yōu)勢(shì)主要有：

1）語義嚴(yán)格但語言圖形化，直觀易懂，方便建模人員與客戶進(jìn)行交流；

2）Petri網(wǎng)建模方法是基于狀態(tài)的，具有良好的延展性和適應(yīng)性，有利于工作流系統(tǒng)的管理；

3）Petri網(wǎng)的分析技術(shù)發(fā)展迅速，利用Petri網(wǎng)仿真工具，如Exspect軟件，能夠?qū)ν贿^程的不同Petri網(wǎng)模型進(jìn)行系統(tǒng)的性能分析，從而可以選擇出性能最優(yōu)的。

Petri網(wǎng)是對(duì)經(jīng)營(yíng)管理過程的抽象表示，利用它可以形式化的定義經(jīng)營(yíng)過程中的各種工作流程，對(duì)工作流進(jìn)行建模分析，即實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)工作流的建模任務(wù)。

Petri網(wǎng)作為一種過程模型，主要由庫(kù)所（Place）、變遷（Transition）、有向弧和令牌（To?ken）組成，其中庫(kù)所和變遷是兩種不同的節(jié)點(diǎn)。庫(kù)所可以用圓圈表示，變遷可用矩形表示，令牌可用黑點(diǎn)表示。通常Petri網(wǎng)的兩個(gè)相同的節(jié)點(diǎn)之間（如：庫(kù)所與庫(kù)所或變遷與變遷）禁止有弧，而不同的節(jié)點(diǎn)之間（如：庫(kù)所和變遷）可以有弧。

圖1是一個(gè)Petri網(wǎng)示例，包含申請(qǐng)、等待處理和記錄三個(gè)庫(kù)所，以及記錄、撤回和發(fā)信說明拒絕理由三個(gè)變遷。上面這個(gè)Petri網(wǎng)示例是對(duì)保險(xiǎn)索賠過程的一個(gè)簡(jiǎn)單建模。

圖1 Petri網(wǎng)示例

Petri網(wǎng)中的有向弧只能出現(xiàn)在不同的節(jié)點(diǎn)之間，如庫(kù)所和變遷，如圖1中的“申請(qǐng)”和“記錄”，分別代表庫(kù)所和變遷，它們被一個(gè)箭頭向右的弧所連接。

變遷通常表示操作、轉(zhuǎn)換或傳輸?shù)?，?jīng)過變遷處理，過程的狀態(tài)將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此變遷是Petri網(wǎng)中的主動(dòng)因素；庫(kù)所通常表示媒介、緩沖器、（子）狀態(tài)、階段或條件等，不能改變網(wǎng)的狀態(tài)，因此庫(kù)所是Petri網(wǎng)中的被動(dòng)因素；令牌則一般表示目標(biāo)或?qū)ο?，具體的事物和抽象的信息都屬于這些目標(biāo)和對(duì)象的范疇。

一個(gè)變遷處于就緒或被允許狀態(tài)的前提是變遷的所有輸入庫(kù)所都含有令牌。當(dāng)變遷發(fā)生時(shí)，將消耗輸入庫(kù)所的令牌。相反，輸出庫(kù)所會(huì)有新令牌產(chǎn)生[4]。

2 基于Petri網(wǎng)的工作流模型

Web服務(wù)在行為上是操作的偏序集，因此適合用Petri網(wǎng)進(jìn)行建模分析。Petri網(wǎng)與Web服務(wù)的有很多相似的地方，Web服務(wù)包括操作和狀態(tài)兩個(gè)變量，它們之間的關(guān)系可以直接映射為Petri網(wǎng)的庫(kù)所和變遷之間的流關(guān)系，因此Web服務(wù)可以轉(zhuǎn)化為Petri網(wǎng)模型。假設(shè)每個(gè)Web服務(wù)映射得到的Petri網(wǎng)都包含一個(gè)輸入庫(kù)所和一個(gè)輸出庫(kù)所，分別用i和o表示?！熬途w”、“暫停”、“執(zhí)行”、“完成”和“未實(shí)例化”作為Web服務(wù)常見的狀態(tài)，當(dāng)處于就“緒態(tài)”時(shí)庫(kù)所i中將有令牌產(chǎn)生，此時(shí)只要有變遷與i相連，將具有發(fā)生權(quán)，標(biāo)記此時(shí)的Petri網(wǎng)為Mi；當(dāng)處于處于“完成”時(shí)庫(kù)所o中將有令牌產(chǎn)生，且不再有任何變遷可發(fā)生，此時(shí)識(shí)記為Mo。對(duì)于一個(gè)Web服務(wù)，可以作如下定義：

令S=（SName，CS，SWsdl，SN）表示一個(gè)Web服務(wù)，其中：SName表示服務(wù)名；CS表示構(gòu)成Web服務(wù)所有組件的集合；SWsdl描述了web服務(wù)調(diào)用地址和服務(wù)功能等信息；SN=（T，P，F(xiàn)，I，o，l，Mi，Mo）表示W(wǎng)eb服務(wù)所對(duì)應(yīng)的Petri網(wǎng)，其中：

1）T表示庫(kù)所；

2）P表示變遷；

3）F?P×T∪T× P是庫(kù)所和變遷的流關(guān)系，其中的每個(gè)有向弧代表操作和狀態(tài)之間的因果關(guān)系；

4）i為輸入庫(kù)所，o為輸出庫(kù)所，且i的前集和o的后集都不能為空；

5） l:T-＞A ∪{t}，A為Web服務(wù)中的操作集，t表示空操作；

圖2 兩個(gè)獨(dú)立Web服務(wù)的Petri網(wǎng)描述

6） Mi和 Mo作為Petri網(wǎng)的起始和終止標(biāo)識(shí)，僅當(dāng)出現(xiàn)Mi時(shí)Web服務(wù)開始執(zhí)行，直到出現(xiàn)Mo時(shí)服務(wù)結(jié)束。兩個(gè)獨(dú)立Web服務(wù)的Petri網(wǎng)描述如圖2所示。

典型的Web服務(wù)組合的Petri網(wǎng)模型有五種，如圖3所示。

圖3 幾種常用的合成Web服務(wù)

3 Petri網(wǎng)建模實(shí)例

本節(jié)將用一個(gè)實(shí)例詳細(xì)介紹某業(yè)務(wù)流程管理中利用Petri網(wǎng)建模。該系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修信息記錄，系統(tǒng)模塊包括：信息錄入、信息確認(rèn)、用戶身份認(rèn)證、業(yè)務(wù)選擇、權(quán)限認(rèn)證、工單審核和回單處理等多個(gè)操作[5]。下面利用Petri網(wǎng)分別對(duì)該業(yè)務(wù)的正常業(yè)務(wù)流程和異常業(yè)務(wù)流程進(jìn)行工作流建模分析。

圖4所示的是正常業(yè)務(wù)流程，流程包括：用戶身份認(rèn)證-＞業(yè)務(wù)選擇-＞權(quán)限認(rèn)證-＞信息錄入-＞信息確認(rèn)-＞工單審核-＞回單處理-＞竣工。

圖4 正常業(yè)務(wù)流程

圖5 異常業(yè)務(wù)流程

異常業(yè)務(wù)流程如圖5所示。（1）若回單處理時(shí)提示權(quán)限錯(cuò)，則執(zhí)行如下的異常流程：回單處理-＞權(quán)限認(rèn)證-＞返回正常流程；（2）若出現(xiàn)寬帶速率無法滿足這一出錯(cuò)提示，則執(zhí)行：回單處理-＞重新信息錄入-＞信息確認(rèn)-＞返回正常流程。

本文設(shè)計(jì)的模型在實(shí)施中取得了預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流程的柔性管理。由于Petri網(wǎng)的高效性和直觀性，使得業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到了有效的提升，同時(shí)也提高了開發(fā)效率，為今后系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化研究提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

4 展望

Petri網(wǎng)技術(shù)及其在業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)的應(yīng)用是目前國(guó)內(nèi)信息系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。Petri網(wǎng)作為一種有效過程建模和分析的工具，不僅可用來分析模型的安全性和活性（不死鎖）等各種特性，且可用來分析計(jì)算模型的占有率、響應(yīng)時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)，這些指標(biāo)可以為改善電力企業(yè)的業(yè)務(wù)流程重組和提高企業(yè)管理水平提供指導(dǎo)依據(jù)。

［1］王明俊，于爾鏗，劉廣一.配電系統(tǒng)自動(dòng)化及其發(fā)展［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［2］范玉順.工作流管理技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［3］袁崇義.Petri網(wǎng)原理與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［4］陳卓，王瑞民.基于Petri網(wǎng)的工作流訪問控制模型研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2004，25（12）：2176-2178.

［5］余明陽，張勇，查志勇，等.電力業(yè)務(wù)流程管理的研究與實(shí)踐［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2013（5）：91-93.

Research on Process Management System Model Based on Petri Net

LUO Chang
（Maoming Power Supply Bureau， Maoming525000，China）

Petri net is a common model of description of the relationship between the conditions and tasks.This paper describes Web services and Petri net based on the combination of a power industry process management system for a case，the establishment of a Petri net-based process models.Based on simplified Petri net， a deadlock analysis to this process modeling as the guiding ideology was given，which can improve business process system security，stability and robustness.

Petri net；process management system；workflow；Web Services

TM73

A

1009－9492(2014)01－0073－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.019

羅 常，男，1982年生，廣東茂名人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：信息工程、業(yè)務(wù)流程管理。

(編輯：向 飛)

2013－11－13