Petri網用于工作流建模可行性研究

孫建召

摘要：工作流技術作為一種過程建模的核心技術，在計算機應用領域獲得了迅速的發展。首先介紹了過程建模方法的評價標準，然后討論了工作流建模的幾種主要方法，最后通過比較分析，得出使用Petri網建模要優于其他的建模方法。

關鍵詞：工作流；Petri網；建模

中圖分類號：TP391文獻標t口碼：A文章編號：1672-3198(2009)24-0266-01

1過程建模方法的評價標準

工作流是對業務流程的抽象表示，因此建立相應的工作流模型是必不可少的。而如何建立工作流模型或者說采用什么工具建立工作流模型顯得更為重要。為了評價建模工具，必須首先給出確定過程模型的標準或者說是功能特征。建模工具必須依托于某種建模方法。針對過程建模的特點，過程建模方法必須滿足以下的基本條件：

(1)支持面向過程的建模。過程建模的對象是過程，是以過程為中心的，建模方法只有支持以過程為對象，才可以進行過程建模。

(2)同時支持靜態分析與動態分析。過程建模的目的是為了模擬現實，現實是動態多變的，因此建模方法必須具有動態的模擬功能。

(3)具有各種復雜的邏輯關系的表達能力。各種過程的邏輯關系是復雜的，過程中的各個實體的關系也是復雜的，因此建模方法必須具有表達這些復雜邏輯關系的能力。

(4)具有形式化的能力。過程模型需要通過形式化的語言進行表達。

(5)具有抽象能力，能支持分層次表達。必須有一定的抽象機制，采用分層的表達方式才可以清楚的建模。

2工作流建模的主要方法

由于工作流必須首先描述一個經營過程是怎樣進行的，因此，許多工作流模型都是從過程定義人手，比如狀態圖和活動網絡圖等。常用于工作流建模的方法有；IDEF族方法、EPC方法、RAD方法、DFD方法、Petri網。

IDEF族利用圖形符號和自然語言，簡單準確，容易理解和掌握。同時采用層次化的建模方法，過程的自身規律得到分解，能夠清楚的描述過程及過程間的關系。IDEF族的方法基本上是靜態建模，缺少動態的功能。由于其主要是圖形化的表達方式，在表達復雜的邏輯關系和非確定的信息方面有所缺陷。

EPC由Keller、Knolmayer等人提出的，它的主要元素是功能和事件，功能被時間觸發，功能也能產生相應的事件，它最大的優點在于它兼顧了模型描述能力強與模型易讀性這兩個方面，可被未受過專業訓練的普通用戶使用。

RAD從角色、目的和規則方面來描述過程，其主要特點是可以很好的描述活動之間的關系。但RAD只是靜態的分析了活動間的相互關系，缺少動態的模擬能力。同時其在復雜邏輯關系建模和對不確定信息建模方面也有一定的缺陷。

DFD是一種結構化圖示方法，是以一定格式的圖形來描述和分析數據的運動、處理功能和支持技術文件的相互作用、相互連續的流程圖。其特點主要是：直觀、簡便、準確；具有很好地描述數據處理功能和數據運動特性，可以采用自頂向下、逐層分解地方法來描述一個企業過程，著重于數據分析。

3Petri網方法

Petri網是一種圖形化、數學化的建模方法。作為一種圖形化工具，可以把Petri網看作與數據流圖和網絡相似的方法來描述系統模型，作為一種數學化工具，Petri網可以建立各種狀態方程、代數方程和其他描述系統行為的數學模型。因此，它非常適合工作流的建模，具體敘述如下t

(1)很強的表達能力。

Petri網有足夠豐富的表達能力，可以支持所有用于工作流建模的元素，因此，工作流模型中的所有流程結構都可以用Petri網建模。此外，Petri網還可以明確表達整個流程的狀態。Petri網是一種圖形語言，因此。Petri網具有直觀和容易學習的特點，有利于用戶之間的交流，可準確描述用戶環境及改進模型。

(2)圖形化表現基礎上的形式化語義。

Petfi網的形式化語義使得用Petri網說明的工作流具有清晰準確的定義，不存在二義性，可以成為互相交流的基礎，也有利于推理、分析工作流的各種屬性。此外，工作流管理聯盟給出的標準只是停留在實現技術的角度，強詞的是語法，而不是語義，缺乏概念層次上的共識，因此，有必要明確定義基本構造塊的形式化語義，提供概念層次上的共識。

(3)豐富的分析技術。

通過對Petri網的研究，人們找到了許多基于Petri網的分析技術，Petri網建模的形式化語義和豐富的分析技術為我們對工作流模型的各種特性的分析提供了可能。這些分析技術可以用來驗證安全性、不變性、合理性以及死鎖等屬性，也可以用來計算各種性能參數如響應時間、等待時間、評價執行時間和資源利用率等，用這些分析技術可以從多方面來評價工作流。

(4)易于計算機化。

Petri網是一種獨立于任何具體軟件工具的建模和分析框架，是一種具有普遍適用性的建模方法，它以較少的元素庫所、變遷和連接弧實現了對復雜模型的建模，通過對托肯著色、給變遷加上時間屬性，容易實現對模型的控制流建模和模型的時間性能分析，通過層次建模可以很容易實現面向對象的特性，因此，易于用計算機程序實現基于Petr{網的工作流建模的工作流管理系統。

(5)具有良好的抽象特性。

一方面，工作流的控制流可以通過托肯著色和變遷點火條件等方法加以解決，能夠將控制流作為模型的一部分在建模過程中得以實現。這樣，工作流的控制流和程序能夠實現分離，程序中不需要對控制流進行處理t有利于工作流結構的改變；另一方面，Petri網能夠通過分層技術實現自頂向下的建模，可以實現子系統之間的復用，易于抽象分離子系統，使系統容易獲得面向對象的特性。這些都使得基于Petri網的工作流建模具有良好的抽象特性。

(6)動態特性。

因為Petri網是基于狀態的，這就使得過程定義具有更多的柔性特征。對于工作流管理系統而言，具備一定的柔性是必不可少的，比如，能夠動態地修改過程實例、可以實現與其他工作流管理系統的交互、對異常情況做出響應。對于Petri網而言，只需對網中的托肯與點火做相應的處理。就能夠比較容易地實現上述功能。

4綜合比較及結論

Petri網是完全從過程的角度出發為復雜系統的描述與分析而設計的一種有效模型工具。它在描述并發、沖突、同步等重要行為現象上所表現出的優勢，以及具有形式化步驟與數學圖論相支持的理論嚴密性，特別是其圖形表達的直觀性和便于編程實現的技術特點，尤適合工作流領域的建模需求。

從表1可以看出，Petri網除了可理解性比其他其它建模方法較為遜色之外，在其它方面都有較好的表現。正因為Petri網本身具有地形式化語義定義、圖形表達的直觀性、與數學圖論相支持的理論嚴密性等優點，使得Petri網建立工作流模型具有許多相對于其它建模方法的優勢，我們將使用Petri網描述和分析工作流模型。