羅常

（廣東電網公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

基于Petri網的業(yè)務流程管理系統(tǒng)模型研究

羅常

（廣東電網公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

Petri網是一個描述條件和任務之間關系的通用模型。在介紹Web服務和Petri網的基礎上，結合電力行業(yè)某業(yè)務流程管理系統(tǒng)的實例，建立了一個基于Petri網的業(yè)務流程模型，在此基礎上對簡化后的Petri網進行死鎖分析，以此作為業(yè)務流程建模的指導思想，可以提高業(yè)務流程系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、健壯性。

Petri網；業(yè)務流程管理系統(tǒng)；工作流；Web服務

0 引言

電力行業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)，其信息化建設一直是國家經濟發(fā)展戰(zhàn)略中重要內容。早在20世紀60年代初，電力企業(yè)相繼建立了營銷技術支持系統(tǒng)、生產管理技術支持系統(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等應用業(yè)務系統(tǒng)。對于傳統(tǒng)相對穩(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。然而對于電力企業(yè)，這些業(yè)務系統(tǒng)實質是固化了電力企業(yè)的管理模式[1]。由于業(yè)務流程調整變化大且頻率快，上述流程固化的信息化建設并不能滿足電力企業(yè)的發(fā)展。通過對企業(yè)內部和外部業(yè)務流程進行建模、運行分析、管理監(jiān)控和系統(tǒng)優(yōu)化，業(yè)務流程管理（BPM，Business Process Management）可協(xié)同整合企業(yè)的各業(yè)務環(huán)節(jié)，從而提高企業(yè)利潤。

工作流模型作為業(yè)務流程管理系統(tǒng)的關鍵要素，能夠通過模型分析較容易的發(fā)現(xiàn)業(yè)務過程設計的錯誤，從而可以為業(yè)務過程的重構和管理提供寶貴和學科的指導依據(jù)。本文嘗試將業(yè)務流程模型轉化為Petri網，在此基礎上對簡化后的Petri網進行死鎖分析，提升業(yè)務流程管理能力，實現(xiàn)業(yè)務流程動態(tài)發(fā)布提高業(yè)務流程透明度，以此作為業(yè)務流程建模的指導思想，提高業(yè)務流程系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、健壯性。

1 經典Petri網模型

Petri網技術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工作流過程[2]。目前針對Petri網的分析技術也得到廣泛的發(fā)展[3]。與其他圖表技術不同的是，Petri網有完全形式化的數(shù)學基礎和表述方式，能對被建模過程的性質進行準確的判斷。Petri網應用于工作流過程管理的優(yōu)勢主要有：

1）語義嚴格但語言圖形化，直觀易懂，方便建模人員與客戶進行交流；

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

3）Petri網的分析技術發(fā)展迅速，利用Petri網仿真工具，如Exspect軟件，能夠對同一過程的不同Petri網模型進行系統(tǒng)的性能分析，從而可以選擇出性能最優(yōu)的。

Petri網是對經營管理過程的抽象表示，利用它可以形式化的定義經營過程中的各種工作流程，對工作流進行建模分析，即實現(xiàn)業(yè)務工作流的建模任務。

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

圖1是一個Petri網示例，包含申請、等待處理和記錄三個庫所，以及記錄、撤回和發(fā)信說明拒絕理由三個變遷。上面這個Petri網示例是對保險索賠過程的一個簡單建模。

圖1 Petri網示例

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

變遷通常表示操作、轉換或傳輸?shù)?，經過變遷處理，過程的狀態(tài)將會發(fā)生轉變，因此變遷是Petri網中的主動因素；庫所通常表示媒介、緩沖器、（子）狀態(tài)、階段或條件等，不能改變網的狀態(tài)，因此庫所是Petri網中的被動因素；令牌則一般表示目標或對象，具體的事物和抽象的信息都屬于這些目標和對象的范疇。

一個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所都含有令牌。當變遷發(fā)生時，將消耗輸入庫所的令牌。相反，輸出庫所會有新令牌產生[4]。

2 基于Petri網的工作流模型

Web服務在行為上是操作的偏序集，因此適合用Petri網進行建模分析。Petri網與Web服務的有很多相似的地方，Web服務包括操作和狀態(tài)兩個變量，它們之間的關系可以直接映射為Petri網的庫所和變遷之間的流關系，因此Web服務可以轉化為Petri網模型。假設每個Web服務映射得到的Petri網都包含一個輸入庫所和一個輸出庫所，分別用i和o表示?！熬途w”、“暫?！薄ⅰ皥?zhí)行”、“完成”和“未實例化”作為Web服務常見的狀態(tài)，當處于就“緒態(tài)”時庫所i中將有令牌產生，此時只要有變遷與i相連，將具有發(fā)生權，標記此時的Petri網為Mi；當處于處于“完成”時庫所o中將有令牌產生，且不再有任何變遷可發(fā)生，此時識記為Mo。對于一個Web服務，可以作如下定義：

令S=（SName，CS，SWsdl，SN）表示一個Web服務，其中：SName表示服務名；CS表示構成Web服務所有組件的集合；SWsdl描述了web服務調用地址和服務功能等信息；SN=（T，P，F(xiàn)，I，o，l，Mi，Mo）表示Web服務所對應的Petri網，其中：

1）T表示庫所；

2）P表示變遷；

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

4）i為輸入庫所，o為輸出庫所，且i的前集和o的后集都不能為空；

5） l:T-＞A ∪{t}，A為Web服務中的操作集，t表示空操作；

圖2 兩個獨立Web服務的Petri網描述

6） Mi和 Mo作為Petri網的起始和終止標識，僅當出現(xiàn)Mi時Web服務開始執(zhí)行，直到出現(xiàn)Mo時服務結束。兩個獨立Web服務的Petri網描述如圖2所示。

典型的Web服務組合的Petri網模型有五種，如圖3所示。

圖3 幾種常用的合成Web服務

3 Petri網建模實例

本節(jié)將用一個實例詳細介紹某業(yè)務流程管理中利用Petri網建模。該系統(tǒng)需要實現(xiàn)設備檢修信息記錄，系統(tǒng)模塊包括：信息錄入、信息確認、用戶身份認證、業(yè)務選擇、權限認證、工單審核和回單處理等多個操作[5]。下面利用Petri網分別對該業(yè)務的正常業(yè)務流程和異常業(yè)務流程進行工作流建模分析。

圖4所示的是正常業(yè)務流程，流程包括：用戶身份認證-＞業(yè)務選擇-＞權限認證-＞信息錄入-＞信息確認-＞工單審核-＞回單處理-＞竣工。

圖4 正常業(yè)務流程

圖5 異常業(yè)務流程

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

本文設計的模型在實施中取得了預期的效果，實現(xiàn)了業(yè)務流程的柔性管理。由于Petri網的高效性和直觀性，使得業(yè)務流程管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到了有效的提升，同時也提高了開發(fā)效率，為今后系統(tǒng)的進一步開發(fā)和優(yōu)化研究提供了借鑒經驗。

4 展望

Petri網技術及其在業(yè)務流程管理系統(tǒng)的應用是目前國內信息系統(tǒng)研究的熱點。Petri網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，且可用來分析計算模型的占有率、響應時間等各項指標，這些指標可以為改善電力企業(yè)的業(yè)務流程重組和提高企業(yè)管理水平提供指導依據(jù)。

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

［2］范玉順.工作流管理技術基礎［M］.北京：清華大學出版社，2001.

［3］袁崇義.Petri網原理與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［4］陳卓，王瑞民.基于Petri網的工作流訪問控制模型研究［J］.計算機工程與設計，2004，25（12）：2176-2178.

［5］余明陽，張勇，查志勇，等.電力業(yè)務流程管理的研究與實踐［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，大學本科。研究領域：信息工程、業(yè)務流程管理。

(編輯：向 飛)

2013－11－13