基于Petri网的工作流过程建模 工作流建模方法
时间：2019-01-21 03:29:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要:讨论的主题是基于Petri网的工作流过程建模。首先,介绍了基于Petri网的工作流结构化建模方法与技术。随后,又介绍了4种基本结构模型的性能分析。最后,通过一个工作流实例来说明如何建立相应地Petri网模型。
关键词:Petri网;工作流过程;建模;性能分析
中图分类号:N945.12 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)002(C)-0059-01
工作流的提出,不仅是为业务流程自动化提供基础,也为网络环境下应用系统地进一步分离提供基础。工作流管理联盟(WFMC)和对象管理组织(OMG)一直在致力于工作管理系统的开发标准,但是在工作流模型这一块还是存在着很多空白。本文正是由此而考虑采用Petri网来为工作流建模。Petri网是一种可用图形表示的模型,具有直观、易懂和易用的优点。而且,Petri网是一种经过严格定义的形象化数学模型,具有明显的建模优势,既可以用于静态分析,又可用于动态行为的分析。综于上述原因,Petri网自然成为工作流过程建模的理想工具。
一、基于Petri网的工作流结构化建模方法与技术
1、基于Petri网工作流建模的基本模块。基于Petri网的工作流模型均可以拆分成四种基本的模块,而这四种基本的模块就组成了Petri网结构化建模的基本结构。下面开始介绍这四种结构,工作流过程定义有四种基本模块:串联模块、并联模块、选择模块和循环模块。
2、基于Petri网的工作流建模的模式。Petri网结构化建模基本结构模块可以通过改变托肯的颜色值影响工作流执行的状态,同时也可以通过循环操作和组合形成工作流结构化建模的运行模式。下文用Petri网结构化建模基本结构模块组成了工作流结构化建模的顺序、重叠、迭代、耦合、分支和连接等六种核心工作流建模模式。
(1)顺序和重叠模式。顺序模式相对比较简单,需要活动和弧的关系进行表示即可。重叠模式是一般顺序执行的收缩形式,重叠执行的数据包括顺序执行的数据、信息。在重叠模式中,至少由两个活动组成,它们之间有不止一个数据传递,数据传递的数量是实时决定的。(2)迭代和耦合模式。迭代模式需要涉及到路径的选择,确定工作流是向前还是向后。一般路径的选择有两种方法,一个是依赖评审的结果,即“T”或“F”,另一个是依赖预先定义的迭代数量。前者的工作流方向是不可预知的,所以不可能提前知道迭代的数量;后者需要检查执行的数量是否超过了预先定义的数量,例如,如果预先确定的迭代数量是3,迭代的活动就执行4次,包括第一次与迭代不相关的执行。耦合模式有两种执行模式,一种是顺序耦合模式,另一种是并行耦合模式。顺序耦合模式与迭代模式相似,所以本部分着重介绍并行耦合模式。在并行耦合模式中,带有顺序的子活动组成了两个活动,每个活动被定义为顺序集。(3)分支和连接模式。分支和连接模式是根据并行活动中的同步和异步、路径选择的AND、OR和XOR逻辑运算符等关系通过结构化建模基本结构单元重新组织而成。分支和连接模式都涉及了过程模板。如表1所示,每个过程模板都代表五种类型的执行,由于XOR――异步不能进行定义,因此,有关分支和连接执行的整个模式是10种类型。
二、工作流的四种基本Petri网模型性能
1、工作流的串联Petri模型性能。由n个变迁串联组成一个系统B。设n个串联变迁的延时时间为n个相互独立的随机变量,且分别服从参数为λ1,λ2,……λn的指数分布,即n个变迁的平均延时时间分别为 ,则这n个变迁总的等价延时时间为:
2、工作流的并联Petri模型性能
设n个并联变迁的延时时间为n个互相独立的顺序统计量X1,X2,……,Xn且分别服从于参数为λ1,λ2,……λn的指数分布函数,则这n个并联变迁总的平均等价延时时间为:
3、工作流的选择Petri模型性能
设n个选择变迁的延时时间为t1,t2,……,tn的n个相互独立的随机变量 且分别服从参数为λ1,λ2,……λn的指数分布,并设执行变迁ti的概率为αi, ,则这n个选择变迁总的平均等价延时时间
4、工作流的循环Petri模型性能
设两个选择变迁t1,t2的延时时间为两个相互独立的随机变量 ,且分别服从参数为λ1,λ2的指数分布函数,并假设执行完变迁t1后,返回循环执行变迁t2的概率为α,则这两个循环变迁总的平均等价延时时间为: 。
结论:工作流过程的建模对于科学研究和企业的运营具有重要的意义。而Petri网则是对工作流过程建模的极好工具。本文根据Petri网的优点和工作流过程的客观实际情况,分析了如何利用Petri网对工作流过程进行建模。同时,由于工作流模型的性能分析是工作流系统的一个非常重要的问题。对于一个实际的基于Petri网的工作流模型,状态空间往往是很大的,这给性能缝隙带来明显的困难。应用本文的工作流四种基本结构的性能等价公式,可对模型逐步进行性能的等价化简,最终求出整个模型的性能参数。所以本文的一大特点就是,对给予Petri网模型的工作流系统地性能分析提供了有效地定量分析方法,特别是得到了它们的性能等价公式。
作者单位:北京理工大学自动化学院
参考文献:
[1]袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京.电子工业出版社.2005年
[2]林闯.随即Petri网和系统性能评价(第2版)[M].北京.清华大学出版社.2005年
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