基于著色Petri網工作流模型概述

文/趙九聞 劉東榮 楊 雷

1.著色Petri網的定義(Colored Petri NetCPN)

CPN可以表示成九元組形式,即CPN=（∑,P,T,A,N,C,G,E,I） 中，∑：為顏色（Color）的非空有限集合,稱作顏色集（Color set）；P：為描述系統庫所（Place）的有限集合；

T：為變遷（Transition）的有限集合；

A：為弧（Arc）的有限集合，滿足；P∩

T=P∩A=A∩T=覫

N：A→（P×T∪T×P）為節點（Node）有限集函數;

C:（P∪T）→∑ss,是著色函數（color function），其中∑ss是∑的有限子集；

G：T→表達式，是T的警衛函數（guard function），且滿足：坌t∈T：[Type（G（a））=Bool∧Type（Var（G（t）））哿∑]，Bool={true,false}；

E：A→表達式，是弧表達式函數（arc expression functions），且滿足坌a∈At：[Type（E（a））=C（p（a））MS∧Type（Var（E（a）））哿∑]；

I：為P→表達式的初始標識，且滿足坌p ∈P：[Type（I（p））=C（p）MS ∧Var（I（p））=覫].

說明：SMS表示集合S上的多重集;Type(v)表示變量 v 的類型；Var（expr）表示表達式expr的變量集合；P（a）表示與弧a相聯系的庫所。

2.著色Petri網的特點

CPN與普通網有兩個最基本和重要的區別

（1）CPN的著色類型的標定表示系統中不同類型的資源,同時每個庫所都與特定的顏色集綁定,表示該庫所中只能存放相應顏色的token，在弧上和變遷上存在著條件表式和函數,說明弧的權值和顏色屬性以及變遷觸發的約束條件。標記的顏色可以是任意復雜的數據,從而大大簡化了系統的復雜度。

（2）CPN具有層次結構,這可以從整體到局部,由粗到精把系統分頁,逐步細化,突出重點。通過層次的使用,使得CPN成為處理大型應用的功能強大的建模工具。同時，它又是少有的能同時用于驗證系統功能邏輯的正確性和評估系統性能的建模語言。但由于token的引入使得模型的可讀性降低。

3.基于CPN的工作流模型

工作流模型（Workflow Model）,也稱為過程定義（Process Definition）是用工作流描述語言來描述和定義業務流程,它可以是形式化的過程定義語言，過程執行腳本及過程中各個活動對象結構關系,也可以是簡單地規定用戶間信息傳輸的一組路由命令。工作流模型是工作流執行服務的管理和執行對象。

工作流模型邏輯結構表現為一系列任務及其相互關系,對于每個任務可能引用組織模型中的角色或資源來完成任務的執行,也可能調用外部應用來實現對于任務數據的訪問。我們從四個相互獨立的角度來描述工作流的邏輯結構。每個角度均能獨立地反映工作流。這四個角度如圖一所示。

如果我們將工作流模型比作一個四面體如圖一,那么它具有四個側面,無論從它哪一個面的垂直方向上看,都能夠看到一個完整的三角形,都能反映出工作流模型的一個個角度。下面我們將從每個角度對工作流模型加以定義。

過程角度（The Process Perspective）：工作流模型從過程角度考察表現為任務和狀態的集合及其相互關系。工作流模型每次執行都表現為一個任務實例的序列,也表現為一個工作流狀態的序列。這個序列是任務的執行路由,也是任務間的順序關系。在工作流模型中,存在四種可能的任務執行路由結構：并行路由,順序路由,循環路由,選擇路由。任務的四種執行路由能夠表達復雜的業務流程，因此，從過程角度考察,我們可以發現工作流模型就是企業的業務流程的抽象定義。

數據角度（The Data Perspective）：工作流模型從數據角度看是在工作流模型中生成和消耗的所有相關數據的集合。這些數據W fMS能夠訪問的數據又稱為“案例數據”,包括工作流實例中每個任務的就緒條件數據，執行條件數據，執行處理數據，其中執行處理數據一般分為可被WfMS理解和不可理解兩種類型,前者一般可以通過表單的形式察看,但是對于那些數據結構復雜而無法被WfMS理解的數據結構,W fMS不予顯示。應用數據是工作流引擎不加訪問的數據,它可由外部應用訪問。

工作流模型是以業務流程為中心來進行設計的,因此,所有的工作流數據均在工作流執行中生成和消耗。如果將所有這些消耗和生成的數據提取出來,我們將發現這些數據將構成一個以數據為中心的信息管理系統。可見WfMS業務流程管理的數據基礎。

資源引用角度（The Used Resources Perspective）：從資源引用定義角度看工作流模型是指僅考察在每個任務的參與者的引用定義,而屏蔽掉其他的考察對象。參與者指的是能夠執行任務的組織單元，人力資源，角色，機器資源等。對于每個需要參與者執行才能夠完成的任務,工作流模型中都要給出引用定義，僅從資源引用角度考察,工作流模型就是一個不同的資源在業務流程中的分布和部署,包括人力資源和企業的物質資源在業務流程中的分布和部署。這是企業的人力資源系統的職責之一,但是人力資源僅能夠靜態地反映這種分布和部署,而不能動態地為資源分配適當的任務,而這又是W fMS的優勢。

應用調用角度（The Invoked Applications Perspective）：如果屏蔽掉其它考察對象,僅從工作流實例執行中對外部應用調用角度來考察,工作流模型是一個對于外部應用的調用序列,可以發現企業的所有的相互獨立的應用在工作流模型的調用之下粘合成為一個功能更為強大的系統,WfMS為企業的業務應用系統的整合和集成提供了基礎平臺。

4.結束語

基于CPN的工作流模型（Workflow model based on CPN）,也稱為基于CPN的過程定義（Workflow definition based on CPN）,是利用CPN的網結構來為業務建模,是一個以CPN為中心的工作流網,它的結構符合的邏輯和語義特征。它是基于CPN的工作流執行服務管理和執行的對象,基于CPN的工作流模型能夠簡練地描述業務流程,并具有可驗證性。