基于著色Petri網(wǎng)工作流模型概述

文/趙九聞 劉東榮 楊 雷

1.著色Petri網(wǎng)的定義(Colored Petri NetCPN)

CPN可以表示成九元組形式,即CPN=（∑,P,T,A,N,C,G,E,I） 中，∑：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(kù)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=覫

N：A→（P×T∪T×P）為節(jié)點(diǎn)（Node）有限集函數(shù);

C:（P∪T）→∑ss,是著色函數(shù)（color function），其中∑ss是∑的有限子集；

G：T→表達(dá)式，是T的警衛(wèi)函數(shù)（guard function），且滿足：坌t∈T：[Type（G（a））=Bool∧Type（Var（G（t）））哿∑]，Bool={true,false}；

E：A→表達(dá)式，是弧表達(dá)式函數(shù)（arc expression functions），且滿足坌a∈At：[Type（E（a））=C（p（a））MS∧Type（Var（E（a）））哿∑]；

I：為P→表達(dá)式的初始標(biāo)識(shí)，且滿足坌p ∈P：[Type（I（p））=C（p）MS ∧Var（I（p））=覫].

說(shuō)明：SMS表示集合S上的多重集;Type(v)表示變量 v 的類型；Var（expr）表示表達(dá)式expr的變量集合；P（a）表示與弧a相聯(lián)系的庫(kù)所。

2.著色Petri網(wǎng)的特點(diǎn)

CPN與普通網(wǎng)有兩個(gè)最基本和重要的區(qū)別

（1）CPN的著色類型的標(biāo)定表示系統(tǒng)中不同類型的資源,同時(shí)每個(gè)庫(kù)所都與特定的顏色集綁定,表示該庫(kù)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(shuō)明弧的權(quán)值和顏色屬性以及變遷觸發(fā)的約束條件。標(biāo)記的顏色可以是任意復(fù)雜的數(shù)據(jù),從而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)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(yè),逐步細(xì)化,突出重點(diǎn)。通過(guò)層次的使用,使得CPN成為處理大型應(yīng)用的功能強(qiáng)大的建模工具。同時(shí)，它又是少有的能同時(shí)用于驗(yàn)證系統(tǒng)功能邏輯的正確性和評(píng)估系統(tǒng)性能的建模語(yǔ)言。但由于token的引入使得模型的可讀性降低。

3.基于CPN的工作流模型

工作流模型（Workflow Model）,也稱為過(guò)程定義（Process Definition）是用工作流描述語(yǔ)言來(lái)描述和定義業(yè)務(wù)流程,它可以是形式化的過(guò)程定義語(yǔ)言，過(guò)程執(zhí)行腳本及過(guò)程中各個(gè)活動(dòng)對(duì)象結(jié)構(gòu)關(guān)系,也可以是簡(jiǎn)單地規(guī)定用戶間信息傳輸?shù)囊唤M路由命令。工作流模型是工作流執(zhí)行服務(wù)的管理和執(zhí)行對(duì)象。

工作流模型邏輯結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一系列任務(wù)及其相互關(guān)系,對(duì)于每個(gè)任務(wù)可能引用組織模型中的角色或資源來(lái)完成任務(wù)的執(zhí)行,也可能調(diào)用外部應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于任務(wù)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。我們從四個(gè)相互獨(dú)立的角度來(lái)描述工作流的邏輯結(jié)構(gòu)。每個(gè)角度均能獨(dú)立地反映工作流。這四個(gè)角度如圖一所示。

如果我們將工作流模型比作一個(gè)四面體如圖一,那么它具有四個(gè)側(cè)面,無(wú)論從它哪一個(gè)面的垂直方向上看,都能夠看到一個(gè)完整的三角形,都能反映出工作流模型的一個(gè)個(gè)角度。下面我們將從每個(gè)角度對(duì)工作流模型加以定義。

過(guò)程角度（The Process Perspective）：工作流模型從過(guò)程角度考察表現(xiàn)為任務(wù)和狀態(tài)的集合及其相互關(guān)系。工作流模型每次執(zhí)行都表現(xiàn)為一個(gè)任務(wù)實(shí)例的序列,也表現(xiàn)為一個(gè)工作流狀態(tài)的序列。這個(gè)序列是任務(wù)的執(zhí)行路由,也是任務(wù)間的順序關(guān)系。在工作流模型中,存在四種可能的任務(wù)執(zhí)行路由結(jié)構(gòu)：并行路由,順序路由,循環(huán)路由,選擇路由。任務(wù)的四種執(zhí)行路由能夠表達(dá)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，因此，從過(guò)程角度考察,我們可以發(fā)現(xiàn)工作流模型就是企業(yè)的業(yè)務(wù)流程的抽象定義。

數(shù)據(jù)角度（The Data Perspective）：工作流模型從數(shù)據(jù)角度看是在工作流模型中生成和消耗的所有相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。這些數(shù)據(jù)W fMS能夠訪問(wèn)的數(shù)據(jù)又稱為“案例數(shù)據(jù)”,包括工作流實(shí)例中每個(gè)任務(wù)的就緒條件數(shù)據(jù)，執(zhí)行條件數(shù)據(jù)，執(zhí)行處理數(shù)據(jù)，其中執(zhí)行處理數(shù)據(jù)一般分為可被WfMS理解和不可理解兩種類型,前者一般可以通過(guò)表單的形式察看,但是對(duì)于那些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而無(wú)法被WfMS理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),W fMS不予顯示。應(yīng)用數(shù)據(jù)是工作流引擎不加訪問(wèn)的數(shù)據(jù),它可由外部應(yīng)用訪問(wèn)。

工作流模型是以業(yè)務(wù)流程為中心來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,因此,所有的工作流數(shù)據(jù)均在工作流執(zhí)行中生成和消耗。如果將所有這些消耗和生成的數(shù)據(jù)提取出來(lái),我們將發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)將構(gòu)成一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的信息管理系統(tǒng)。可見(jiàn)WfMS業(yè)務(wù)流程管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

資源引用角度（The Used Resources Perspective）：從資源引用定義角度看工作流模型是指僅考察在每個(gè)任務(wù)的參與者的引用定義,而屏蔽掉其他的考察對(duì)象。參與者指的是能夠執(zhí)行任務(wù)的組織單元，人力資源，角色，機(jī)器資源等。對(duì)于每個(gè)需要參與者執(zhí)行才能夠完成的任務(wù),工作流模型中都要給出引用定義，僅從資源引用角度考察,工作流模型就是一個(gè)不同的資源在業(yè)務(wù)流程中的分布和部署,包括人力資源和企業(yè)的物質(zhì)資源在業(yè)務(wù)流程中的分布和部署。這是企業(yè)的人力資源系統(tǒng)的職責(zé)之一,但是人力資源僅能夠靜態(tài)地反映這種分布和部署,而不能動(dòng)態(tài)地為資源分配適當(dāng)?shù)娜蝿?wù),而這又是W fMS的優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用調(diào)用角度（The Invoked Applications Perspective）：如果屏蔽掉其它考察對(duì)象,僅從工作流實(shí)例執(zhí)行中對(duì)外部應(yīng)用調(diào)用角度來(lái)考察,工作流模型是一個(gè)對(duì)于外部應(yīng)用的調(diào)用序列,可以發(fā)現(xiàn)企業(yè)的所有的相互獨(dú)立的應(yīng)用在工作流模型的調(diào)用之下粘合成為一個(gè)功能更為強(qiáng)大的系統(tǒng),WfMS為企業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的整合和集成提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。

4.結(jié)束語(yǔ)

基于CPN的工作流模型（Workflow model based on CPN）,也稱為基于CPN的過(guò)程定義（Workflow definition based on CPN）,是利用CPN的網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)為業(yè)務(wù)建模,是一個(gè)以CPN為中心的工作流網(wǎng),它的結(jié)構(gòu)符合的邏輯和語(yǔ)義特征。它是基于CPN的工作流執(zhí)行服務(wù)管理和執(zhí)行的對(duì)象,基于CPN的工作流模型能夠簡(jiǎn)練地描述業(yè)務(wù)流程,并具有可驗(yàn)證性。