基于Petri網流程配置的材料采購系統優化分析

曹 蕊，劉祥偉，王麗麗(安徽理工大學數學與大數據學院，安徽淮南 232001)

基于Petri網流程配置的材料采購系統優化分析

曹 蕊，劉祥偉，王麗麗
(安徽理工大學數學與大數據學院，安徽淮南 232001)

流程配置是業務流程優化的核心內容之一。現有方法主要是對細粒度的流程模型添加配置信息來實現配置操作，細粒度流程模型中存在許多非重要信息導致配置優化復雜，本文提出了基于業務流程模型抽象的流程配置優化。首先依據行為輪廓對源模型進行抽象，經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，實現業務流程的配置優化分析。最后通過具體的材料采購業務流程模型實例分析，驗證了該方法的有效性。

Petri網；流程模型抽象；行為輪廓；流程配置；優化

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

目前關于配置優化已有了相當多的研究。Becker J等人提出了適應的相關模型化，對于信息化模型進行整合配置性和一般性的技術。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；在業務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務流程配置[4-6]。Mafazi S等人關于業務流程模型抽象配置提出了一種基于知識的方法[7]。Huang等人基于服務的業務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]。而通過合并現有的流程模型，使他們的設計自動化到可配置的參考模型，以協助可配置的過程模型的設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務流程抽象，根據行為輪廓方面的理論構造出算法。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，對此模型進行有關配置的操作，進而滿足不同行業的需求。

1 基本概念

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

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

依據這種弱序關系，提出了行為輪廓。

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

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

圖1 變遷關系圖

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

2 基于業務流程模型抽象的流程配置優化

2.1 業務流程模型抽象的算法

業務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或組織的要求。基于此，本文提出了基于業務流程模型抽象的算法，具體算法如下。

算法1：導出變遷對的行為關系

輸入：變遷x和y以及閾值ωr=0.65

輸出：變遷x和y的行為關系

步驟1：計算

步驟2：計算

步驟3：若步驟2中計算的結果小于閾值ωr=0.65，舍去，否則，繼續步驟4；

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

步驟6：輸出x||PMay，算法結束。

2.2 業務流程模型的配置

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的需求。業務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。對于業務流程模型來說，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或組織的需求，所以在此基礎上加入阻塞或隱藏的信息對業務流程進行優化，簡單而且方便。而對于一般的Petri網模型，是通過阻塞或隱藏Petri網中的變遷實現配置操作的。

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行。隱藏變遷是指當此變遷發生時，跳過去，不影響流程模型的其他部分的執行，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生任何變化。

在支付流程中，對于只有銀行卡和現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，配置操作可以優化業務流程。

圖2 支付流程

2.3 采購原料的抽象配置優化分析

為了驗證上述算法的可行性以及流程模型配置優化，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。根據源模型PM的行為輪廓BP，按照業務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需求的流程模型存在著一定的差異。第一，企業材料采購時，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與供應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進一步的優化。第一，為了滿足企業的需求，可以阻塞變遷F2計劃協議交貨，這樣可以采取合同訂單的方式。第二，若執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行。這樣一來，通過添加配置信息的配置操作，便符合了企業想采用合同訂單的方式與材料供給人達成協議。其配置網如圖5所示。

圖5 帶有配置信息的抽象模型PMa

3 結語

本文在已有研究的基礎上，對源模型進行基于Petri網及其行為輪廓的業務流程抽象，使結構復雜、冗余、偏離要求的模型接近各行業的需求。對得到的無配置信息的抽象模型添加配置信息實現優化，從而滿足企業或組織需求。

[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.

[2]Gottschalk F,Van Der Aalst W M P,Jansen-Vullers M H,et al.Configurable workflow models[J].International Journal of Cooperative Information Systems,2008(2):177-221.

[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.

[6]Van Der Aalst W M P.Business process configuration in the cloud: how to support and analyze multi-tenant Processes[C].Web Services(ECOWS),Ninth IEEE European Conference on Web Service,2011:3-10.

[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.

[9]El Faquih L,Sba? H,Fredj M.Towards a semantic enrichment of configurable process models[C].Third IEEE International Colloquium in Information Science and Technology.IEEE,2014:1-6.

[10]Assy N,Chan N N,Gaaloul W.An automated approach for assisting the design of configurable process models[J].IEEE Transactions on Services Computing,2015(6):874-888.

[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

國家自然科學基金項目“基于行為Petri網的業務系統變化域分析方法及應用研究”(61402011)；安徽省自然科學基金項目“面向可信管理的業務系統變化域分析方法研究”(1508085MF111)。

曹 蕊(1990- )，女，碩士研究生，從事Petri網研究。

劉祥偉(1977- )，女，副教授，從事Petri網和可信軟件研究。

TP391.9

A

2095-7602(2017)04-0013-06