基于Petri網的業務流程管理系統模型研究

羅常

（廣東電網公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

基于Petri網的業務流程管理系統模型研究

羅常

（廣東電網公司茂名供電局，廣東茂名 525000）

Petri網是一個描述條件和任務之間關系的通用模型。在介紹Web服務和Petri網的基礎上，結合電力行業某業務流程管理系統的實例，建立了一個基于Petri網的業務流程模型，在此基礎上對簡化后的Petri網進行死鎖分析，以此作為業務流程建模的指導思想，可以提高業務流程系統的安全性、穩定性、健壯性。

Petri網；業務流程管理系統；工作流；Web服務

0 引言

電力行業是國民經濟的重要基礎產業，其信息化建設一直是國家經濟發展戰略中重要內容。早在20世紀60年代初，電力企業相繼建立了營銷技術支持系統、生產管理技術支持系統、CRM系統、ERP系統以及EAM系統、SCM系統、送配電管理的DMS/EMS、SCADA等應用業務系統。對于傳統相對穩定的制造業而言，這些方法能夠大幅提升企業的管理。然而對于電力企業，這些業務系統實質是固化了電力企業的管理模式[1]。由于業務流程調整變化大且頻率快，上述流程固化的信息化建設并不能滿足電力企業的發展。通過對企業內部和外部業務流程進行建模、運行分析、管理監控和系統優化，業務流程管理（BPM，Business Process Management）可協同整合企業的各業務環節，從而提高企業利潤。

工作流模型作為業務流程管理系統的關鍵要素，能夠通過模型分析較容易的發現業務過程設計的錯誤，從而可以為業務過程的重構和管理提供寶貴和學科的指導依據。本文嘗試將業務流程模型轉化為Petri網，在此基礎上對簡化后的Petri網進行死鎖分析，提升業務流程管理能力，實現業務流程動態發布提高業務流程透明度，以此作為業務流程建模的指導思想，提高業務流程系統的安全性、穩定性、健壯性。

1 經典Petri網模型

Petri網技術作為一種過程建模和分析的工具，最早在1962年提出，它可以圖形化地描述一個工作流過程[2]。目前針對Petri網的分析技術也得到廣泛的發展[3]。與其他圖表技術不同的是，Petri網有完全形式化的數學基礎和表述方式，能對被建模過程的性質進行準確的判斷。Petri網應用于工作流過程管理的優勢主要有：

1）語義嚴格但語言圖形化，直觀易懂，方便建模人員與客戶進行交流；

2）Petri網建模方法是基于狀態的，具有良好的延展性和適應性，有利于工作流系統的管理；

3）Petri網的分析技術發展迅速，利用Petri網仿真工具，如Exspect軟件，能夠對同一過程的不同Petri網模型進行系統的性能分析，從而可以選擇出性能最優的。

Petri網是對經營管理過程的抽象表示，利用它可以形式化的定義經營過程中的各種工作流程，對工作流進行建模分析，即實現業務工作流的建模任務。

Petri網作為一種過程模型，主要由庫所（Place）、變遷（Transition）、有向弧和令牌（To?ken）組成，其中庫所和變遷是兩種不同的節點。庫所可以用圓圈表示，變遷可用矩形表示，令牌可用黑點表示。通常Petri網的兩個相同的節點之間（如：庫所與庫所或變遷與變遷）禁止有弧，而不同的節點之間（如：庫所和變遷）可以有弧。

圖1是一個Petri網示例，包含申請、等待處理和記錄三個庫所，以及記錄、撤回和發信說明拒絕理由三個變遷。上面這個Petri網示例是對保險索賠過程的一個簡單建模。

圖1 Petri網示例

Petri網中的有向弧只能出現在不同的節點之間，如庫所和變遷，如圖1中的“申請”和“記錄”，分別代表庫所和變遷，它們被一個箭頭向右的弧所連接。

變遷通常表示操作、轉換或傳輸等，經過變遷處理，過程的狀態將會發生轉變，因此變遷是Petri網中的主動因素；庫所通常表示媒介、緩沖器、（子）狀態、階段或條件等，不能改變網的狀態，因此庫所是Petri網中的被動因素；令牌則一般表示目標或對象，具體的事物和抽象的信息都屬于這些目標和對象的范疇。

一個變遷處于就緒或被允許狀態的前提是變遷的所有輸入庫所都含有令牌。當變遷發生時，將消耗輸入庫所的令牌。相反，輸出庫所會有新令牌產生[4]。

2 基于Petri網的工作流模型

Web服務在行為上是操作的偏序集，因此適合用Petri網進行建模分析。Petri網與Web服務的有很多相似的地方，Web服務包括操作和狀態兩個變量，它們之間的關系可以直接映射為Petri網的庫所和變遷之間的流關系，因此Web服務可以轉化為Petri網模型。假設每個Web服務映射得到的Petri網都包含一個輸入庫所和一個輸出庫所，分別用i和o表示。“就緒”、“暫停”、“執行”、“完成”和“未實例化”作為Web服務常見的狀態，當處于就“緒態”時庫所i中將有令牌產生，此時只要有變遷與i相連，將具有發生權，標記此時的Petri網為Mi；當處于處于“完成”時庫所o中將有令牌產生，且不再有任何變遷可發生，此時識記為Mo。對于一個Web服務，可以作如下定義：

令S=（SName，CS，SWsdl，SN）表示一個Web服務，其中：SName表示服務名；CS表示構成Web服務所有組件的集合；SWsdl描述了web服務調用地址和服務功能等信息；SN=（T，P，F，I，o，l，Mi，Mo）表示Web服務所對應的Petri網，其中：

1）T表示庫所；

2）P表示變遷；

3）F?P×T∪T× P是庫所和變遷的流關系，其中的每個有向弧代表操作和狀態之間的因果關系；

4）i為輸入庫所，o為輸出庫所，且i的前集和o的后集都不能為空；

5） l:T-＞A ∪{t}，A為Web服務中的操作集，t表示空操作；

圖2 兩個獨立Web服務的Petri網描述

6） Mi和 Mo作為Petri網的起始和終止標識，僅當出現Mi時Web服務開始執行，直到出現Mo時服務結束。兩個獨立Web服務的Petri網描述如圖2所示。

典型的Web服務組合的Petri網模型有五種，如圖3所示。

圖3 幾種常用的合成Web服務

3 Petri網建模實例

本節將用一個實例詳細介紹某業務流程管理中利用Petri網建模。該系統需要實現設備檢修信息記錄，系統模塊包括：信息錄入、信息確認、用戶身份認證、業務選擇、權限認證、工單審核和回單處理等多個操作[5]。下面利用Petri網分別對該業務的正常業務流程和異常業務流程進行工作流建模分析。

圖4所示的是正常業務流程，流程包括：用戶身份認證-＞業務選擇-＞權限認證-＞信息錄入-＞信息確認-＞工單審核-＞回單處理-＞竣工。

圖4 正常業務流程

圖5 異常業務流程

異常業務流程如圖5所示。（1）若回單處理時提示權限錯，則執行如下的異常流程：回單處理-＞權限認證-＞返回正常流程；（2）若出現寬帶速率無法滿足這一出錯提示，則執行：回單處理-＞重新信息錄入-＞信息確認-＞返回正常流程。

本文設計的模型在實施中取得了預期的效果，實現了業務流程的柔性管理。由于Petri網的高效性和直觀性，使得業務流程管理系統的穩定性和安全性得到了有效的提升，同時也提高了開發效率，為今后系統的進一步開發和優化研究提供了借鑒經驗。

4 展望

Petri網技術及其在業務流程管理系統的應用是目前國內信息系統研究的熱點。Petri網作為一種有效過程建模和分析的工具，不僅可用來分析模型的安全性和活性（不死鎖）等各種特性，且可用來分析計算模型的占有率、響應時間等各項指標，這些指標可以為改善電力企業的業務流程重組和提高企業管理水平提供指導依據。

［1］王明俊，于爾鏗，劉廣一.配電系統自動化及其發展［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［2］范玉順.工作流管理技術基礎［M］.北京：清華大學出版社，2001.

［3］袁崇義.Petri網原理與應用［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［4］陳卓，王瑞民.基于Petri網的工作流訪問控制模型研究［J］.計算機工程與設計，2004，25（12）：2176-2178.

［5］余明陽，張勇，查志勇，等.電力業務流程管理的研究與實踐［J］.科技創業月刊，2013（5）：91-93.

Research on Process Management System Model Based on Petri Net

LUO Chang
（Maoming Power Supply Bureau， Maoming525000，China）

Petri net is a common model of description of the relationship between the conditions and tasks.This paper describes Web services and Petri net based on the combination of a power industry process management system for a case，the establishment of a Petri net-based process models.Based on simplified Petri net， a deadlock analysis to this process modeling as the guiding ideology was given，which can improve business process system security，stability and robustness.

Petri net；process management system；workflow；Web Services

TM73

A

1009－9492(2014)01－0073－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.019

羅 常，男，1982年生，廣東茂名人，大學本科。研究領域：信息工程、業務流程管理。

(編輯：向 飛)

2013－11－13