基于Petri網(wǎng)的科技期刊在線辦公系統(tǒng)模型
2010-12-31 00:00:00師蕙,董少英
電腦知識(shí)與技術(shù) 2010年21期
摘要:為了降低建模難度、簡(jiǎn)化建模過程，同時(shí)又能保證所建模型的正確性，在科技期刊在線辦公系統(tǒng)中采用工作流網(wǎng)(Workflow net，WF-net)技術(shù)進(jìn)行建模與分析，對(duì)科技期刊在線審稿工作流程研究和分析，提出了一個(gè)科技期刊在線辦公系統(tǒng)Petri網(wǎng)工作流模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了正確性分析。該模型成功地應(yīng)用于某醫(yī)學(xué)科技期刊在線辦公系統(tǒng)項(xiàng)目中。
關(guān)鍵詞:工作流;工作流網(wǎng);Petri網(wǎng);科技期刊;在線辦公
中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)21-6080-03
Sci-tech Periodical Online Office System Model of Based on Petri-net
SHI Hui，DONG Shao-ying
(Electronic Information Engineering Department of Guangzhou City Construction Collage， Guangzhou 510925， China)
Abstract: In order to reduce the difficulty of modeling， to simplifies the process of modeling and to ensures the correctness， the basic theories of Workflow net(WF-net) technology are applied in the Sci-tech periodical online review system which carried on the modeling to it and analyzed in this paper. The general processed of online review are analyzed， and its Petri net model was established. And moreover， the correctness of the model are analyzed.
Key words: workflow; WF-net; petri net; sci-tech periodical; online Office
隨著Internet的飛速普及，作為刊載科學(xué)技術(shù)研究成果、傳播科技信息、交流學(xué)術(shù)思想的科技期刊實(shí)現(xiàn)在線投稿與審稿可以大大縮短投稿和審稿周期，減少信息貶值，提高刊物質(zhì)量，降低編輯勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約辦刊經(jīng)費(fèi)，方便作者投稿與查詢[1]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)期刊在線投稿與在線審稿(以下簡(jiǎn)稱在線辦公)系統(tǒng)的研究還不夠完善，對(duì)描述在線辦公工作流程的模型研究較少，適合眾多中小規(guī)模期刊編輯部的系統(tǒng)更少。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的科技期刊在線辦公系統(tǒng)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
針對(duì)科技期刊在線辦公的業(yè)務(wù)過程特點(diǎn)，可以采用工作流技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行建模和分析。工作流是人們?yōu)榱颂岣咿k公效率，針對(duì)工作中具有固有程序的常規(guī)活動(dòng)提出的一個(gè)概念。目前的各種工作流模型主要分為兩類，一類是從直觀感覺出發(fā)，以圖形語言或者文本語言來定義工作流過程。這種定義的方法實(shí)際上僅僅是處于用戶層上，并不利于實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，也無法對(duì)工作流的本質(zhì)特征進(jìn)行描述，更談不上對(duì)過程的分析與評(píng)價(jià)。另一類是模型具有形式化的數(shù)學(xué)描述，如Petri網(wǎng)。但經(jīng)典Petri網(wǎng)并不適合于直接描述業(yè)務(wù)過程，需要對(duì)其加以改進(jìn)[3-4]。
1 基于Petri網(wǎng)的工作流建模
Petri網(wǎng)作為一種形式化描述工具，擁有精確的數(shù)學(xué)定義，主要用來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和模擬。它既有嚴(yán)格的形式定義，又有直觀的圖形表示，既有豐富的系統(tǒng)描述手段和系統(tǒng)行為分析技術(shù)，又為計(jì)算機(jī)科學(xué)提供堅(jiān)實(shí)的概念基礎(chǔ)，使得建立描述系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型成為可能，是一種適用于多種系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具，為描述并行、異步、分布式和隨機(jī)性等特性的復(fù)雜系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的手段。其特點(diǎn)在于它善于描述系統(tǒng)的變化，包括變化發(fā)生的條件、變化的結(jié)果以及變化之間的內(nèi)在聯(lián)系。采用Petri網(wǎng)對(duì)工作流進(jìn)行建模獨(dú)到的優(yōu)越之處在于:①Petri網(wǎng)是一種適用于多種系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具，既可以用于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，也可以用于動(dòng)態(tài)的行為分析;①Petri網(wǎng)對(duì)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)態(tài)的行為分析都可以進(jìn)行，是一種適用于多種系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具;②Petri網(wǎng)對(duì)活動(dòng)的功能與活動(dòng)的執(zhí)行進(jìn)行了嚴(yán)格區(qū)分，是一種基于狀態(tài)的建模方法;③Petri網(wǎng)提供了諸如有界性(安全性)、活性(無死鎖)、不變量 [3-5]等定量和定性的分析技術(shù)。
但經(jīng)典Petri網(wǎng)在描述真實(shí)系統(tǒng)時(shí)往往過于復(fù)雜，工程較為龐大，不能很好處理模糊信息，對(duì)特定環(huán)境約束下流程的描述能力也顯得不夠[4]，因此并不適合于直接描述業(yè)務(wù)過程。為了解決這些問題，Aalst等人對(duì)經(jīng)典Petri網(wǎng)進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)，定義了工作流網(wǎng)(Workflow net，WF-net)模型及其有效性準(zhǔn)則，用任務(wù)對(duì)應(yīng)變遷，狀態(tài)對(duì)應(yīng)庫所，孤立地定義了單個(gè)案例的動(dòng)態(tài)行為。
當(dāng)用WF-net來描述工作流模型時(shí)，庫所用的圓圈表示條件，有兩方面的作用:確保任務(wù)按正確的次序執(zhí)行;用來表示案例的狀態(tài)。而變遷節(jié)點(diǎn)用的矩形表示工作流任務(wù)。庫所到變遷或變遷到庫所間的弧表示任務(wù)和工作流的邏輯關(guān)聯(lián)形式。庫所中包含的黑點(diǎn)(托肯)表示工作流執(zhí)行的狀態(tài)。只有每個(gè)輸入庫所至少有一個(gè)托肯，變遷才能夠?qū)嵤?/p>
工作流網(wǎng)模型中的任務(wù)包括順序、并行、選擇和循環(huán)四種路由結(jié)構(gòu)。這四種路由結(jié)構(gòu)是工作流執(zhí)行的基本結(jié)構(gòu)，工作流所有執(zhí)行結(jié)構(gòu)都可由這四種路由結(jié)構(gòu)組合而成[6]。四種路由結(jié)構(gòu)的Petri網(wǎng)表示如圖l所示。
為方便四種路由結(jié)構(gòu)的Petri網(wǎng)表示，引入與分叉、與合并、或分叉、或合并四種構(gòu)造模塊。與分叉和與合并的共同使用表示了一個(gè)并行執(zhí)行過程，或分叉和或合并的共同使用表示了一個(gè)選擇執(zhí)行過程。在實(shí)現(xiàn)時(shí)變遷的輸入端用符號(hào)來表示與合并，用符號(hào)來表示或合并;變遷的輸出端用符號(hào)來表示與分叉，用符號(hào)來表示或分叉。
2 工作流網(wǎng)模型設(shè)計(jì)
2.1 某醫(yī)學(xué)科技核心期刊編輯部工作流程
科技期刊在線辦公系統(tǒng)可分為若干個(gè)子系統(tǒng)，其中最重要的即是在線審稿子系統(tǒng)，本文以某醫(yī)學(xué)科技核心期刊在線審稿子系統(tǒng)為例來說明科技期刊在線辦公系統(tǒng)的工作流網(wǎng)模型。在線審稿子系統(tǒng)的基本工作流程為:
1) 編輯部收到來稿后，由當(dāng)周值班編輯進(jìn)行稿件登記(該編輯即成為該篇稿件的責(zé)任編輯)，如為新投稿將作者信息加入作者庫，以備將來約稿;如為修改稿，將登記表中該稿件的狀態(tài)改為修回。
2) 責(zé)任編輯對(duì)收到審稿費(fèi)的稿件進(jìn)行初審，將不合格的淘汰，同時(shí)將登記表中該稿件的狀態(tài)改為淘汰;將合格的稿件按期刊欄目進(jìn)行分類。
3) 責(zé)任編輯從審稿專家?guī)熘刑暨x審稿專家，送審稿件，將登記表中該稿件的狀態(tài)改為送審。
4) 專家審稿，并填寫《專家審稿單》，將審稿意見反饋給編輯部。
5) 責(zé)任編輯處理專家反饋意見，如意見不明確，返步驟(3)重新送審;否則如有必要返作者修改，將登記表中該稿件的狀態(tài)改為退修。
6) 將合格稿件存為待發(fā)稿，向作者發(fā)送《錄用通知書》。
7) 當(dāng)期期刊的責(zé)任編輯從收到版面費(fèi)的待發(fā)稿中挑稿，形成本期刊物，送出版社排版、印刷，同時(shí)向作者發(fā)送正式錄用通知。
系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖如圖2所示。
2.2 基于WF-net的工作流模型設(shè)計(jì)
通過WF-net技術(shù)得到該醫(yī)學(xué)科技核心期刊在線辦公工作流程的工作流網(wǎng)模型如圖3所示。在T2登記時(shí)，如為修改稿，則直接轉(zhuǎn)T6;專家審稿時(shí)只要一個(gè)專家(有多個(gè))審理即可，如審稿意見不明確或?qū)＜乙驔]時(shí)間、專業(yè)不對(duì)口等原因退回時(shí)再重新送審。
3 工作流模型的正確性分析
工作流過程定義結(jié)束后，需要對(duì)其進(jìn)行正確性驗(yàn)證，只有在證明了所建工作流模型無死鎖、無死任務(wù)，是合理的、安全的之后，對(duì)其進(jìn)行性能分析、仿真優(yōu)化才有意義。工作流的正確性對(duì)業(yè)務(wù)過程目標(biāo)的正確完成有著重要的影響。工作流模型的正確性包括兩方面的含義:結(jié)構(gòu)上的正確性(即工作流模型是安全的、無死鎖的)和語義上的正確性(即在完成業(yè)務(wù)目標(biāo)上是與實(shí)際業(yè)務(wù)過程等價(jià)的)。對(duì)工作流模型的正確性分析主要指對(duì)工作流模型結(jié)構(gòu)上的正確性進(jìn)行分析[7-8]。
目前，在模型的正確性研究方面，主要有以下兩種方法:可達(dá)圖分析和化簡(jiǎn)。利用Petri網(wǎng)可達(dá)圖分析技術(shù)分析結(jié)點(diǎn)較多的模型時(shí)，尤其是集成制造領(lǐng)域的模型，其過程會(huì)很復(fù)雜，且會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)空間爆炸的問題——驗(yàn)證所需的時(shí)間隨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng);而且可達(dá)圖分析技術(shù)只能提供模型正確與否的結(jié)論，而無法具體地定位錯(cuò)誤，輔助設(shè)計(jì)者修改模型[9-10]。
化簡(jiǎn)技術(shù)也稱歸約技術(shù)或模型轉(zhuǎn)換技術(shù)，基本思想為在保持特性的原則下，將過程模型化簡(jiǎn)為適當(dāng)規(guī)模，以便檢測(cè)各種沖突。由于Petri網(wǎng)在化簡(jiǎn)技術(shù)方面有大量的成果可以直接利用且化簡(jiǎn)技術(shù)有助于定位模型中的錯(cuò)誤，甚至給出修改意見，所以Petri網(wǎng)的化簡(jiǎn)技術(shù)在工作流模型的正確性驗(yàn)證和錯(cuò)誤定位方面是一個(gè)很有前途的方法[9]。
定義2:一個(gè)用WF-Net表示的工作流模型是正確的，當(dāng)且僅當(dāng):
1) 對(duì)每個(gè)從初始狀態(tài)i可達(dá)的狀態(tài)M，必存在一個(gè)從M到結(jié)束狀態(tài)o的發(fā)生序列。即?坌M(i[*>M)?圯M[*>o)];
2) 狀態(tài)o是唯一的正常結(jié)束狀態(tài)，即?坌M(i[*>M∧M≥o)?圯(M=o)];
3) 不存在死變遷，即?坌t∈T，?堝M，M’，使得i[*>M[t>M’。
給定一個(gè)工作流網(wǎng)PN=(P，T，F(xiàn))，定義其擴(kuò)展網(wǎng)為PN*=(P'，T'，F(xiàn)')。其中，P'=P，T'=T∪{t*}，F(xiàn)'=F∪{
根據(jù)所以上定義和結(jié)論，本文采用化簡(jiǎn)的方法證明圖3所示工作流模型結(jié)構(gòu)的正確性。正確的業(yè)務(wù)流程圖的工作流模型需符合以下標(biāo)準(zhǔn)[13]:
1) 開始庫所唯一，對(duì)應(yīng)開始庫所的每一個(gè)標(biāo)記，最終有且只有一個(gè)標(biāo)記出現(xiàn)在結(jié)束庫所中;
2) 只有一個(gè)結(jié)束庫所，當(dāng)結(jié)束庫所標(biāo)記出現(xiàn)時(shí)，其它庫所都是空的;
3) 由四種基本的工作流路由結(jié)構(gòu)復(fù)合而成。
如果可將Petri網(wǎng)工作流結(jié)構(gòu)模型化簡(jiǎn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)，則該模型是正確的。Petri網(wǎng)模型的化簡(jiǎn)規(guī)則如下:
1) 多個(gè)順序執(zhí)行的變遷可合并為一個(gè)變遷。
2) 多個(gè)并行執(zhí)行的變遷可合并為一個(gè)變遷。
3) 多個(gè)選擇執(zhí)行的變遷可合計(jì)為一個(gè)變遷。
4) 選擇路由、并行路由不能進(jìn)行歸約和擴(kuò)展。
5) 循環(huán)路由不能進(jìn)行歸約和擴(kuò)展。
根據(jù)以上規(guī)則，將圖3化簡(jiǎn)后得到如圖4所示模型。其中:task1與圖3的 T1相對(duì)應(yīng)，task 2與T2對(duì)應(yīng)，task 3與T3對(duì)應(yīng)，task4對(duì)應(yīng)圖3中的T41、T42這兩個(gè)具有選擇結(jié)構(gòu)的事件組成，task5 與T5對(duì)應(yīng)，task6與T6對(duì)應(yīng)，task7 T7與對(duì)應(yīng)。
由此可以看出，圖4描述的模型由順序關(guān)系、選擇關(guān)系和循環(huán)關(guān)系擴(kuò)充而成。根據(jù)WF-net的性質(zhì)，該網(wǎng)仍然是工作流網(wǎng)。同時(shí)滿足定義2的3點(diǎn)要求，所以該模型是一個(gè)正確合理的工作流網(wǎng)。
4 結(jié)束語
科技期刊在線辦公系統(tǒng)是一個(gè)典型的工作流管理系統(tǒng)，本文采用WF-Net對(duì)某醫(yī)學(xué)科技核心期刊在線辦公的工作流程進(jìn)行建模，并采用化簡(jiǎn)方法對(duì)此模型進(jìn)行了正確性分析。在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用該模型完成了某醫(yī)學(xué)科技期刊在線辦公系統(tǒng)的開發(fā)，基本滿足用戶和環(huán)境的需要，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
WF-Net是一種基于Petri網(wǎng)擴(kuò)展的、可用于復(fù)雜工作流模型設(shè)計(jì)的工作流建模方法，可簡(jiǎn)化Petri網(wǎng)的建模過程，并能保證模型的正確性。但在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)非常繁瑣，如何使工作流建模更加簡(jiǎn)單、易于驗(yàn)證和編程，將是下一步的研究重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn):
[1] 周志新.科技期刊在線審稿系統(tǒng)應(yīng)用中的問題及對(duì)策[J].編輯學(xué)報(bào)，200，19(4):284-285.
[2] Workflow Management Coalition.Workflow management coalition terminology and glossary[R].Brussels:Workflow Management coalition，1996.
[3] 婁淵勝，劉瑾，黃龍達(dá).基于擴(kuò)展的P/T_系統(tǒng)工作流建模的研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19(增刊1):158-160.
[4] 劉怡，張子剛，張戡.工作流模型研究述評(píng)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(2):448-451.
[5] Khodakaram Salimifaard，Mike Wright.Petri Net-based modeling of workflow systems[J].European Journal of Operational Research，2001，134:664-676.
[6] Wil Van der Aslst，Kees Van Hee.工作流管理:模型、方法和系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.
[7] 馮衛(wèi)兵，郝克剛.基于Petri網(wǎng)的工作流模型的分析[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43(3):194-198.
[8] 胡乃靜，趙亮，胡金化.基于Petri網(wǎng)的工作流結(jié)構(gòu)正確性化簡(jiǎn)驗(yàn)證方法[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2007，28(6):1076-1079.
[9] 張亮，姚淑珍.基于Petri網(wǎng)化簡(jiǎn)技術(shù)的工作流模型正確性研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33(9):60-62.
[10] 楊雯，劉厚泉.基于Petri網(wǎng)的工作流模型的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(17):4149-4164.
[11] 閆志華，李成，鄭艷萍.工作流模型檢測(cè)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，27(6):1448-1451.
[12] 李建強(qiáng)，范玉順.基于Petri網(wǎng)化簡(jiǎn)方法的工作流模型驗(yàn)證[J].信息與控制，2001，30(6):492-497.
[13] 胡金柱，焦金丹，胡燕，等. 基于Petri網(wǎng)的電子政務(wù)工作流模型研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43(2):199-213.
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