基于著色Petri網的跨組織工作流建模研究

【摘 要】全球經濟化一體化的發展使得現代企業需要通過跨組織協作來增強競爭力。本文提出一種基于著色Petri網的跨組織工作流協同建模方法，針對廠家線上直銷這個典型的跨組織業務流程進行工作流建模，并通過可達圖對所建立的模型進行了合理性驗證。應用結果表明基于著色Petri建模可以對復雜的跨組織業務流程進行有效的描述，而且大大降低了模型的復雜性，使模型更加簡約清晰。

【關鍵詞】著色Petri網；跨組織工作流；工作流建模；合理性分析

一、引言

隨著互聯網的普及和電子商務的迅猛發展，市場競爭不再是單個企業之間的競爭，而是供應鏈甚至是價值鏈之間的競爭。因此傳統的實現企業內部業務過程重組、過程管理與過程自動化的工作流建模技術已不再適用，跨組織工作流建模成為工作流研究領域的一個重要的新興方向。本文通過對已有的跨組織工作流研究進行回顧，針對現有研究的不足和局限，并結合跨組織業務流程的特點，提出了基于著色Petri網的跨組織工作流協同建模方法，并對廠家線上直銷這個典型的跨組織業務流程進行工作流建模與合理性分析。

二、文獻回顧

跨組織工作流是指各個組織跨越組織邊界進行內部業務流程的連接而形成的工作流集成架構，它與組織內工作流的最大區別在于它的跨組織邊界性。Jiang（2008）等總結了跨組織環境下工作流的特征，即獨立性與合作性并存、分散性與相關性并存及靜態性和動態性并存。又由于組織間的合作形式不同，跨組織工作流也表現出不同的相互操作形式，Vander（2000）提出跨組織工作流的相互操作形式主要包括能力共享、鏈式執行、合同轉包、事例轉移及松散藕合，其中能力共享是唯一采用集中式控制的形式，其他均采用分散式控制，而且松散耦合具有很強的動態性，最適合跨組織情境下的流程實施。目前，跨組織工作流建模研究主要集中在建模方法和合理性分析兩個方面，合理性分析的目的主要是保證跨組織工作流模型定義的正確性和跨組織工作流協作時的合理性。建模方法方面，Vander（1999）通過基于Petri網的建模方法，使用消息順序圖對跨組織的業務流程進行建模分析，驗證了消息順序圖和跨組織商業過程是一致的，并確定了跨組織業務流程的最小需求。杜彥華（2008）等針對跨組織工作流協同時各個組織內部業務流程的隱私性和獨立性不好，缺乏一定的靈活性和柔性等問題，提出了一種基于事件—狀態—過程的跨組織工作流協同建模方法。鐘曉雄（2010）等針對跨組織環境下的工作流形式化建模技術的不足問題，提出了一種基于Pi演算和EECA規則的跨組織工作流建模方法，此方法不僅可以有效地用于本地工作流間的協同工作，而且適合于對分布式協同環境下的工作流進行建模。

三、基于著色Petri網的跨組織工作流建模

（一）著色Petri網

著色Petri網（Colored Petri Nets，CPN）是具有層次性的高級Petri網。它是對經典Petri網的一種擴展，比經典Petri網多了一個要素——聲明。聲明可以用語言CPN ML來描述，在聲明中定義了顏色集（類型）、函數、運算和變量。著色Petri網的著色主要是針對托肯和庫所而言。通過對托肯著色，能夠對托肯加以區分，從而在用著色Petri網建立的模型中表現出不同的資源（如不同身份的人員、不同類型的處理對象等）；使得庫所和變遷的數量都大為減少，圖形更加簡約；對庫所的著色實際上是賦給庫所一個顏色集，該顏色集限定了該庫所中托肯所能取的顏色范圍。而聲明中定義的函數則可以用來反映出對不同色的托肯進行不同的業務流程處理。和程序設計語言相比較，就可以發現顏色集相當于程序設計語言中的類型，而托肯的顏色則相當于變量的取值。所以，有些情況下也把顏色集稱之為類型。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），其中Σ是顏色的非空有限集合；P為庫所的有限集合；T為變遷的有限集合；A是有限弧集，且P∩T=P∩A=T∩A=ф；N：A→（P×T）∪（T×P）是一個節點函數；C：（P∪T）→Σss是顏色函數，其中Σss是Σ的有限子集；G是一個保護函數，映射T到布爾型表達式，使得■t∈T：Type（G（t））=B∧Type（Var（G（t））） Σ，其中B為布爾型數據，Type為類型函數，Var為變量的集合；E是一個弧函數，映射弧A到表達式，使得■a∈A：Type（E（a））=C（P）MS∧Type（Var（E（a）））

Σ，其中p是在N（a）中的庫所，C（p）MS表示集合C（p）上的所有有限多重集的集合；I是一個初始化函數，映射P到不含變量的表達式，使得■p∈P：Type（I（p））=C（p）MS。

（二）實例分析

廠家線上直銷是指客戶通過網站直接向生產商下訂單訂購所需的商品，這是一個典型的跨組織業務流程，具體過程描述如下：客戶根據自己的需求向生產商下訂單，生產商接收到訂單后查詢客戶所訂購產品的庫存，若庫存數量大于訂單數量則立即發貨，小于的話需查詢生產商的生產能力，若能力生產充足（即生產能力>（訂單數量—庫存數量）），則延遲發貨，反之則告知缺貨。根據著色Petri網的定義和性質對上述流程進行建模，得到下圖所示的跨組織工作流模型（左邊是客戶工作流模型，右邊是生產商工作流模型）。

上圖中庫所P、變遷T、顏色集C的具體含義如下表所示：

通過繪制可達圖對所建立的工作流模型進行進一步的合理性分析，但由于可達圖的結構龐大，對模型進行合理性分析時只考慮商品種類和數量。因此假設當前客戶需要定制8件A商品，5件B商品，6件C商品；目前生產商庫存中只有10件A商品，另外在客戶規定的時間內生產A商品的能力為5件，生產B商品的能力為6件，生產C商品的能力為5件。顯然，生產商只能滿足商品A和B的要求。根據以上假設，構造出圖1所示模型的部分可達圖如圖2所示：

從圖2所示的可達圖可以得出如下結論：（1）模型具有可達性。從初始狀態開始，總能到達流程的終止狀態。在終止狀態，表示輸出的庫所P4中有標記，而且除表示某種商品庫存數量和一定時間內某種商品的生產能力的庫所P12與P13外，其余庫所中的標記均為0。因此，對于所給的任務，沿著著色Petri網的適當路徑均可以執行；（2）模型是有界的。可達圖中的任何節點都沒有未知數的出現；（3）可達圖中不存在死鎖，該模型具有活性；（4）可達圖可以覆蓋模型中的每個狀態，所以該模型具有可覆蓋性。

綜上分析，本文設計的工作流模型具有可達性、有界性、活性及可覆蓋性的特點，因此該工作流模型是合理的。

四、結論與展望

本文基于著色Petri網對廠商線上直銷這個典型的跨組織業務流程進行建模，并對所建立的模型進行合理性分析，一方面克服了其他建模方法（如傳統的Petri網）無法對復雜的跨組織工作流進行有效地描述的缺點，另一方面引入顏色集，有效地降低模型的復雜性，使模型更加簡約清晰。因此著色Petri網在對復雜的跨組織業務流程建立工作流過程模型方面有著很大的優越性。但是本文在建模過程中未引入時間的約束，使得模型不夠精確，未能對模型進行性能分析；而且本文的跨組織工作流模型只包括兩個組織，各個組織內部的流程也比較簡單，需要進一步對流程進行細化和完善。這些都是今后的研究需要改進的地方。

參 考 文 獻

[1]Jiang P，Shao X，Qiu H，Li P.Interoperability of cross-organizational

workflows based on process view for Collaborative product development[J].Concurrent Engineering.2008，16（1）：73～86

[2]Vander.Loosely coupled cross-organizational workflows：modeling and

analyzing workflows crossing organization boundaries[J].Information and

Management.2000，37：67～75

[3]Vander.Process-oriented architecture for electronic commerce and

cross-organizational workflow[J].Information Systems.1999，24（8）：639～671

[4]杜彥華，范玉順.基于事件-狀態-過程規則的跨組織工作流協同方法[J].計算機集成制造系統.2008，14（7）：1342～1348

[5]鐘曉雄，張遠平.基于Pi演算和EECA規則的跨組織工作流建模研究[J].計算機工程與設計.2010，31（17）：3831～3834

[6]朱連章，張紅霞.基于著色Petri網的電子商務工作流建模[J].中國石油大學學報：自然科學版.2006，30（4）：140～144

[7]彭潔.基于著色Petri網的工作流建模與實現[D].江西理工大學.2009