冉梅梅 王曉華 高飛 楊敏

摘 ?要：文章利用多色集合理論的圍道矩陣對醫(yī)院故障處理進行建模研究，以改善現(xiàn)有信息系統(tǒng)的異常處理功能，優(yōu)化醫(yī)療服務。首先，文章闡述了工作流異常的形式化方法與多色集合理論的研究領域;其次，分析了故障處理模塊的構成，用圍道矩陣分別描述了故障數(shù)據(jù)采集模塊、故障知識庫檢索模塊、故障規(guī)則庫處理模塊、故障處理方法模塊;最后，根據(jù)醫(yī)院門診故障常見類型構建了統(tǒng)一的多色集合故障處理模型，該模型具有通用性與統(tǒng)一性。

關鍵詞：多色集合;圍道矩陣;故障處理;知識庫

中圖分類號：O157.5 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0132-05

Research on Clinic Accident Handling Model Based on Polychromatic Sets

RAN Meimei1，WANG Xiaohua2，3，GAO Fei3，YANG Min2

（1.Information Technology Network Management Center，Zunyi Medical and Pharmaceutical College，Zunyi ?563006，China;

2.School of Medical Information Engineering，Zunyi Medical University，Zunyi ?563006，China;

3.Information Department，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi ?563000，China）

Abstract：This paper uses the contour matrix of the polychromatic sets theory to conduct modeling research on hospital fault handling，so as to improve the abnormal handling function of the existing information system and optimize medical services. Firstly，the formal method of workflow exception and the research field of polychromatic sets theory are elaborated;secondly，the composition of the fault handling module is analyzed，and the fault data acquisition module，fault knowledge base retrieval module，fault rule base handling module and fault handling method module are described respectively by contour matrix;finally，a unified polychromatic sets fault handling model is constructed according to the common types of hospital clinic faults. The model has universality and unity.

Keywords：polychromatic sets;contour matrix;fault handling;knowledge base

0 ?引 ?言

異常工作流是正常工作流產生的異常行為，管理異常工作流主要包含了三部分[1]：第一，表示異常管理;第二，實施與執(zhí)行異常;第三，分析異常。目前，醫(yī)院信息化水平在不斷地提高，醫(yī)院主要采用了HIS、PACS、RIS、LIS等系統(tǒng)，系統(tǒng)之間交互可能會產生部分數(shù)據(jù)異常。醫(yī)院工作流除產生數(shù)據(jù)異常外，還可能會因為人、物、網(wǎng)絡等原因產生異常。大部分專家學者都是對自動化異常工作流程進行了研究。然而，關于醫(yī)院異常工作流研究的文獻較少，醫(yī)院異常流程與自動化異常流程差別較大，醫(yī)院大部分流程活動都涉及了人，而自動化異常流程主要原因在于機器故障。

在臨床信息系統(tǒng)中引入了工作流以便更好地處理臨床信息系統(tǒng)復雜而且多變的業(yè)務流程，提出了基于工作流的臨床信息系統(tǒng)[2];王輝[3]在文獻中設計并實現(xiàn)了WSEHF（workflow System Exception and handling Framework）核心系統(tǒng)模塊的大部分功能，提出了可預測異常的處理機制;田靜[4]在論文中分別對可預測異常與不可預測異常進行了建模，可預測異常采用ECA規(guī)則與HCA規(guī)則結合建模，不可預測異常采用層次式失效恢復算法，文中的異常處理只有繼續(xù)執(zhí)行、掛起、跳轉三個狀態(tài)，在醫(yī)院中只適合處理因數(shù)據(jù)導致異常的流程;劉暢[5]在文獻中提出一種基于事件—條件—動作（ECA）規(guī)則和案例推理（CBR）的工作位置異常處理模型;胡堅[6]在文獻中結合AOP技術，提出了新的異常處理的后向恢復和橫向替代恢復方式;黃龍達[7]在文獻中提出了基于WF-net與ECA規(guī)則的工作流恢復網(wǎng)模型，描述了模型元素與EA規(guī)則的映射關系，利用ECA規(guī)則可以處理可預測異常;賴耀東[8]在論文中提出了基于Agent虛擬組織工作流管理系統(tǒng)的異常處理機制;王躍[9]在文獻中利用Agent的智能性、分布性、主動性，提出了基于Agent的異常工作流處理方法;朱錦泉[10]在文獻中構建了異常監(jiān)測、分析、處理機制，增加了觸發(fā)和向后恢復的方法，提出了基于事務的工作流異常處理模型;孫瑞志[11]在文獻中利用Petri Ners對異常工作流進行形式化描述。

在早期，多色集合理論主要用于航空航天領域的研究[12]。目前，該理論主要用于研究機械工作流建模[13]、約束模型與協(xié)同優(yōu)化算法[14]、倉庫貨位分配建模[15]、動車組轉向架系統(tǒng)故障傳播建模[16]、立體車庫車位分配建模[17]、數(shù)控機床故障診斷建模[18]、資源配置[19]、系統(tǒng)間互操作[20]，在文獻[21，22]中利用多色集合理論的圍道矩陣與多色圖對醫(yī)院工作流進行了建模研究，構建了統(tǒng)一的數(shù)學模型，但是并未涉及到醫(yī)院的異常工作流。多色集合理論中的層次結構模型能形式化地推理問題的解決方案，欒飛[23]在文獻中將改進的遺傳算法與多色集合理論的層次結構相結合以求解柔性車間調度的約束問題;王雪萍[24]在文獻中利用層次結構從縱向與橫向兩個維度形式化人才培養(yǎng)體系結構;靳江艷[25]在文獻中利用層次結構探索全三維環(huán)境下測量信息表示與獲取。

多色集合理論層次結構在建模過程中具有邏輯性清晰、復雜對象簡單化等優(yōu)勢，而醫(yī)院異常工作流突發(fā)狀況較多、異常類型復雜。因此本文采用多色集合理論圍道矩陣對醫(yī)院門診故障處理進行建模。團隊一直致力于應用多色集合理論在醫(yī)院系統(tǒng)互操作、工作流、電子病歷等方面的研究，本文在前期研究的基礎上，分析醫(yī)院故障處理模塊的構成，將故障活動節(jié)點共有的屬性故障事件類型抽象成統(tǒng)一顏色F（A），故障事件處理方法抽象成個人顏色f（a），利用圍道矩陣分析清楚統(tǒng)一顏色與個人顏色之間的關系。最終構建了基于多色集合理論的故障處理統(tǒng)一數(shù)學模型，該模型還具有通用性。

1 ?多色集合理論

多色集合（Polychromatic Sets）是在傳統(tǒng)集合的基礎上結合模糊數(shù)學、數(shù)理邏輯以及矩陣知識形成的，其特點是能夠采用統(tǒng)一的數(shù)學模型來對復雜對象建模。典型的多色集合主要包含六種成分[12]，如式（1）所示。

PS=（A，F(xiàn)（A），F(xiàn)（a），[A×F（A）]，[A×F（a）]，

[A×A（F）]） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，A為研究對象的集合，F(xiàn)（A）為對象的統(tǒng)一著色，F(xiàn)（a）為集合中元素的個人顏色。

（2）

[A×F（A）]的行布爾矢量值為1時，描述的是元素ai的個人著色F（ai）中與統(tǒng)一著色同名的那些個人顏色。

2 ?醫(yī)院門診故障處理

2.1 ?故障處理模塊分析

假設醫(yī)院各個活動節(jié)點都有故障信息采集器，各個故障類型都設置了標識值，故障信息最終會傳到遠程處理終端。因此故障處理模塊需要設有：故障數(shù)據(jù)采集模塊、故障知識庫檢索模塊、故障規(guī)則庫處理模塊、故障處理模塊，如圖1所示。

故障數(shù)據(jù)采集模塊：將故障信息采集器采集到的故障數(shù)據(jù)，存儲到故障數(shù)據(jù)采集圍道矩陣中。

故障知識庫檢索模塊：利用多色集合圍道矩陣構建故障知識庫圍道矩陣，由故障節(jié)點與故障類型構成。

故障規(guī)則庫處理模塊：根據(jù)故障原因與故障解決方法構建故障規(guī)則庫圍道矩陣。

故障處理模塊：根據(jù)故障規(guī)則庫檢索出故障處理方法后，故障處理模塊再通知相應負責人進行處理。

2.2 ?構建故障處理圍道矩陣

故障采集圍道矩陣能夠采集某活動節(jié)點ai是否發(fā)生故障，如矩陣[A×G]所示：

（3）

故障知識庫圍道矩陣用于活動節(jié)點ai發(fā)生故障時，記錄活動節(jié)點ai的故障類型Fj，如式（4）所示：

（4）

矩陣[A×G]中，a1，a2，…，an為故障節(jié)點的集合，g1，g2，…，gn為故障標識，故障處理系統(tǒng)通過agij的值判斷哪個活動節(jié)點出現(xiàn)了故障，agij的值為：

（5）

矩陣[A×F（A）]中，采用二元組圍道矩陣描述故障知識庫圍道矩陣，其中Fi為故障類型，atFij的值為：

（6）

故障知識庫處理圍道矩陣是用于描述故障Fj對應的具體處理方法ft，如式（7）所示。

（7）

矩陣[F（A）×f（a）]中，采用圍道矩陣描述故障規(guī)則庫，fi為故障Fj的處理方法。

（8）

故障處理工作對象圍道矩陣用于記錄故障處理方法ft需要的工作人員td或md如式（9）所示：

（10）

P=={t1，t2，t3，…m1，m2，…mj}，T為信息科工作人員集合，M為后勤處工作人員集合。

因此，基于多色集合理論的故障處理模型可以描述為式（11）：

PS=（A，P，G，F(xiàn)（A），f（a），[A×G]，[F（A）×f（a）]，

[A×F（A）]，[F（A）×f（a）]，[f（a）×P]） ?（11）

2.3 ?故障處理算法

故障處理算法流程：

第一步：根據(jù)數(shù)據(jù)采集器收集到的故障標識符t檢索[A×G]判斷是哪個活動節(jié)點ai發(fā)生了故障;

第二步：根據(jù)數(shù)據(jù)采集器收集的故障類型l與故障活動節(jié)點ai檢索[A×F（A）]，可以得到故障事件Fk;

第三步：根據(jù)故障規(guī)則庫圍道矩陣[F（A）×f（a）]，即可得到故障解決方法;

第四步：根據(jù)[f（a）×P]的值判斷故障是由誰負責處理。

具體的故障處理算法如圖2所示。

故障處理算法流程圖根據(jù)輸入的故障標識符t，相關的圍道矩陣進行檢索，最終可以知道采用什么處理方法，由誰來負責。

3 ?實例化

3.1 ?醫(yī)院故障活動節(jié)點描述

根據(jù)遵義市某三甲醫(yī)院門診異常工作流調研結果，醫(yī)院門診工作流故障活動集A={a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8，a9，a10}包含了一系列活動，如表1所示。

F={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10}用多色集合理論的統(tǒng)一著色F表示故障事件，故障事件集符號意義如表2所示。

f={f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7}用多色集合理論中的個人顏色f表示對故障事件的處理，故障事件處理集符號意義如表3所示。

3.2 ?構建故障處理模型

3.2.1 ?構建故障數(shù)據(jù)采集模塊

故障數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)收集到的標示值與故障數(shù)據(jù)采集圍道矩陣中的值進行對比，即可知道是哪個活動節(jié)點發(fā)生了故障?？梢杂霉收喜杉瘒谰仃嘯A×G]表示：

（12）

3.2.2 ?故障知識庫檢索模塊

故障知識庫檢索模塊根據(jù)故障類型標識值在故障知識庫圍道矩陣中檢索出相應的故障名稱Fj?？梢杂霉收现R庫圍道矩陣[A×F（A）]表示：

（13）

3.2.3 ?故障規(guī)則庫處理方法模塊

故障知識庫處理方法模塊，通過故障類型Fi檢索矩陣，即可知道該故障類型Fi的具體處理方法：

（14）

3.2.4 ?故障處理方法模塊

故障規(guī)則庫模塊是由統(tǒng)一著色F（A）與個人著色f（a）構成，根據(jù)圍道矩陣可以檢索到故障的處理所需對象?？梢杂霉收现R庫圍道矩陣[f（a）×P]表示：

（15）

P={T，M，H}={，，}，T表示信息科工作人員，M表示后勤處工作人員，H表示醫(yī)護人員。故障處理方法模塊根據(jù)故障的類型，設立相關的工作人員進行處理。

根據(jù)上述構建的故障處理模型，活動節(jié)點用對象A描述，故障標識用對象G表示，故障類型用統(tǒng)一著色F（A）表示，故障處理方法用個人顏色f（a）表示，活動對象與故障標識用[A×G]表示，故障處理對象模塊用圍道矩陣[f（a）×T]表示，矩陣活動對象與故障類型構成圍道矩陣[A×F（A）]，故障類型與故障處理方法構成圍道矩陣[F（A）×f（a）]因此，醫(yī)院故障處理可以用多色集合理論表述為：

PS=（A，P，G，F(xiàn)（A），f（a），[F（A）×f（a）]，

[A×F（A）]，[f（a）×P]），[A×G]） ? ? ? ? ? ?（16）

4 ?結 ?論

本文是在設定的環(huán)境中對醫(yī)院故障處理進行建模，利用多色集合理論的圍道矩陣對故障處理的各個模塊進行建模，故障知識庫與故障規(guī)則庫是動態(tài)更新的，可以從橫向與縱向增加相應的屬性，醫(yī)院信息化水平要求越來越高，伴隨的故障也會增加，此時就會增加更多的維護人員來處理一些繁雜的業(yè)務工作，如果該模型能夠實現(xiàn)，將會減少網(wǎng)絡中心的運維人員。

基于多色集合理論建立的醫(yī)院故障處理模型具有通用性與統(tǒng)一性，除了醫(yī)院故障處理外，還可以用于其他領域的故障處理，并且模型是統(tǒng)一的。

參考文獻：

[1] MINMIN H，THOMAS T，SONG X. Managing exceptions in the medical workflow systems [C]//ICSE06：Proceedings of the 28th international conference on Software engineering.New York：Association for Computing Machinery，2006：741-750.

[2] 王江華.基于工作流的臨床信息系統(tǒng)的研究 [D].太原：太原科技大學，2011.

[3] 王輝，吳小志.工作流系統(tǒng)異常處理框架的研究與實現(xiàn) [J].計算機系統(tǒng)應用，2007（3）：31-35.

[4] 田靜.工作流異常處理方法與實現(xiàn) [D].南京：東南大學，2006.

[5] 劉暢，王曉琳，曾廣周，等.遷移工作流系統(tǒng)中的工作位置異常處理模型 [J].計算機工程，2010，36（6）：97-99.

[6] 胡堅，宋斌恒.一種基于AOP技術的工作流異常處理策略 [J].微計算機信息，2005（23）：55-57.

[7] 黃龍達，婁淵勝.基于WF-net的工作流恢復網(wǎng)模型的研究 [J].計算機應用研究，2007（12）：68-71.

[8] 賴耀東.基于多Agent虛擬組織工作流管理系統(tǒng)的異常處理機制 [D].浙江：杭州大學，2002.

[9] 王躍，劉衛(wèi)東，王誠.基于Agent工作流系統(tǒng)中的異常處理 [J].計算機工程與應用，2003（7）：177-179.

[10] 朱錦泉，苑森淼.基于事務的工作流異常處理模型及方法 [J].吉林大學學報（工學版），2003（3）：46-50.

[11] 孫瑞志，史美林.工作流異常處理的形式描述 [J].計算機研究與發(fā)展，2003（3）：393-397.

[12] 李宗斌，高新勤，趙麗萍.基于多色集合理論的信息建模與優(yōu)化技術 [M].北京：科學出版社，2010.

[13] 高新勤，李宗斌.基于統(tǒng)一建模語言和多色集合理論的工作流建模方法研究 [J].計算機集成制造系統(tǒng)，2006（7）：969-975.

[14] LIU X M，SHAO H，ZHANG R，et al. Collaborative Optimization of Transfer Line Balancing and Buffer Allocation Based on Polychromatic Set [J].Procedia CIRP，2017，63：213-218.

[15] 閆軍，王璐璐，常樂.多色集合在倉配一體化倉庫貨位分配建模中的應用 [J].包裝工程，2019，40（23）：203-208.

[16] 林帥，王艷輝，賈利民，等.基于改進多色集合的動車組轉向架系統(tǒng)故障傳播模型研究 [J].鐵道學報，2019，41（7）：34-42.

[17] 王小農，李建國，賀云鵬.平面移動式立體車庫車位分配的建模與仿真 [J].南京理工大學學報，2019，43（1）：54-62.

[18] 高新勤，張艷平，楊明順，等.基于多色集合的數(shù)控機床故障診斷模型構建與推理方法[J].西安理工大學學報，2016，32（3）：265-270.

[19] GAO X Q，XU L D，WANG X P，et al. Workflow process modelling and resource allocation based on polychromatic sets theory [J].Enterprise Information Systems，2013，7（2）：198-226.

[20] 楊敏，王曉華，冉梅梅.基于多色集合理論的兩系統(tǒng)間互操作方法 [J].計算機系統(tǒng)應用，2017，26（9）：128-134.

[21] 冉梅梅，王曉華，楊敏，等.基于多色集合理論的工作流過程交互建模 [J].計算機系統(tǒng)應用，2018，27（2）：16-23.

[22] 冉梅梅.基于多色集合理論的醫(yī)院工作流建模研究 [D].貴陽：貴州大學，2018.

[23] 欒飛，王雯，傅衛(wèi)平，等.基于PST層次結構的改進GA求解柔性車間調度問題 [J].計算機集成制造系統(tǒng)，2014，20（10）：2494-2501.

[24] 王雪萍，高新勤.復雜層次模型中知識表達與推理方法研究 [J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2019，39（11）：2918-2927.

[25] 靳江艷，方憶湘，周京博，等.坐標測量信息多色集合層次結構表示及獲取 [J].組合機床與自動化加工技術，2019（2）：60-62+66.

作者簡介：冉梅梅，（1991—）女，漢族，貴州遵義人，初級，碩士，研究方向：異常工作流;王曉華（1970—），男，漢族，貴州遵義人，教授，博士，研究方向：電子病歷共享;楊敏（1992—），女，漢族，貴州遵義人，中級，碩士，研究方向：電子病歷共享。