Petri网在业务过程建模中的应用
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资料包括： 论文(7页6045字) 图纸
说明：
摘 要：业务过程建模是工作流管理系统的基础，当前人们对业务过程建模技术还缺乏系统研究。本篇文章主要是结合我们实现的业务过程建模工具综述了Petri网在业务过程的形式化表示、正确性证明、性能评价和模型优化等方面的应用。
关键词：工作流管理系统工作流模型Petri网
分类号：TP302.1
The Application of Petri Nets in Business Process Modeling
LI, HongchenSHI, Meilin
Department of Computer Science & Technology, Tsinghua Univ., Beijing, 100084
Abstract: Business process modeling is the basis of Workflow management system (WfMS). At present, the technology of business process modeling is short of systematic research. This paper mainly discusses the application of petri nets in the formal description of business process, soundness proving, performance evaluation and model optimizing in combination with one business process modeling tool.
Key words: Workflow management system, Workflow model, Petri Nets
1．引言
进入九十年代，由于企业之间竞争日趋激烈，越来越多的企业不得不利用信息技术去支持它们的业务过程处理以适应快速变化的商业环境以提高企业的工作效率和工作质量。与此同时，随着计算机网络及通信技术的发展，各种面向组织机构的信息系统也得以广泛地使用。在面向企业的信息系统发展过程中，工作流管理系统逐渐从信息系统独立出来，作为一个通用的支撑工具提供给应用系统，因此，WfMS为信息系统的开发提供了一种新的范式。当前，WfMS被应用于企业等组织的办公自动化，并和业务过程重组BPR（Business Process Re-engineering）、电子商务、虚拟企业、其他群件等结合在一起被称为是组织计算（Organization Computing）。当前，对工作流技术的研究引起了来自研究机构和产业界学者们的极大关注。经过多年的研究和开发，上百种具有工作流管理功能的商业产品已推向市场。
工作流管理系统是以业务过程的形式化表示为基础的，这种将实际的业务流程转换成形式化表示的过程称为是业务过程建模。在早期的WfMS中，工作流模型是通过“硬编码”的方式嵌入到应用系统中的，这使WfMS的特性不能充分体现出来，系统缺乏应有的灵活性。在后来的WfMS当中，研究人员提出各种各样的建模方法，如有向图、Petri网、对象模型、语言动作（Language Acts）理论 、条件化有向图以及基于约束条件的形式语言文法表示等等。这些建模方法都是针对某些特定的应用提出的，有的侧重于对任务之间控制关系的描述；有的侧重于任务之间的数据流动关系的描述。
经典的Petri网是德国科学家Carl Adam Petri在六十年代提出来的，在此后的几十年中，Petri网理论得到了极大的丰富，并被广泛地应用于许多研究领域，如协议工程、柔性制造系统、业务处理等等。使用Petri网描述业务过程主要有以下原因：
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#61548;直观的图形表示 Petri网是一种图形化语言。经典的Petri网有两种元素：变迁元素（用方框表示）、位置元素（用圆圈表示），而有向边表示这两种元素之间的关系。
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#61548;形式化的语义 Petri网（包括各种高级网系统）都有形式化的语义定义，一个Petri网模型加上相应的语义就能描述一个业务过程。
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#61548;状态和事件的显式表示 有些过程建模方法侧重于描述系统状态的变化，如状态自动机；有些建模方法是基于系统中事件的发生，如过程代数、数据流图。Petri网能够同时显式地描述系统状态和事件，这样便于对系统的理解和分析。
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#61548;丰富的分析技术 Petri网模型一个很重要的特点在于它提供了丰富的系统分析技术，如对系统不变量（invariance）、活性（liveness）、有界性（boundness）、安全性（safety）等分析计算，也可以计算系统的性能，如响应时间、等待时间、资源利用率。
基于以上所述，本文主要综述Petri网在业务过程建模中的应用，包括业务过程的Petri网表示、正确性证明、性能评价和模型优化。由于篇幅所限，我们没有涉及到具体的技术细节，而是侧重于Petri网在业务过程建模中应用的方法，以期读者能对业务过程建模有更深入、更全面的了解。
目录：
1．引言
2．工作流模型
3．用Petri表示工作流模型
4．工作流模型正确性分析
5．工作流性能评价
6．工作流模型优化
7．结论
参考文献：
1.C. A. Ellis & G. J. Nutt. Modeling and Enactment of Workflow System. Application and Theory of Petri Nets, Springer-Verlag.Chicago,Ⅲ,1994,1-16
2.David Hollingsworth. The Workflow Reference Model. Workflow Management Coalition. 29-Nov-1994
3.To-yat Cheung. Petri nets for protocol engineering. Computer Communications 19(1996), 1250-1257
4.W. M. P. Van der Aalst. Verification of Workflow Nets. In P. Azema and G. Balbo, editors, Application and Theory of Petri Nets 1997, Volume 1248 of Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, 1997, 407-426
5.W. M. P. Van der Aalst. Petri-net-based Workflow Management Software. In A. Sheth, editor, Proceedings of the NFS Workshop on Workflow and Process Automation in Information Systems, Athens, Geogia, May 1996, 114-118
6.W. M. P. Van der Aalst. The Application of Petri Nets to Workflow Management. The Journal of Circuits, Systems and Computers, 1998, 8(1): 21-66
7.M. Gillmann et al. Performance Assessment and Configuration of Enterprise-Wide Workflow Management Systems (Extended abstract). In: Proc. of Workshop Informatik’99 Enterprise-Wide and Cross-enterprise Workflow Management: Concept, Systems, Applications, Germany, Oct. 6, 1999,1-7
8.J. Davis, W. Du, M. Shan. OpenPM: An enterprise process management system. IEEE Data Engineering Bulletin, 1995
9.Inamoto A. Object-oriented model driven workflow process analysis. In: Proc Japan/USA Sympodium on Flexible Automation, 1996, (2): 1317-1324
10.Medina-Mora R, Winograd T, Flores R et al. The Action workflow approach to workflow management technology. In: Proc Computer Supported Cooperative Work, Toronto, 1992, 281-288
11.Glance N S, Pagani D S, Pareschi R. Generalized process structure grammars (GPSG) for flexible representations of work. In: Proc Computer Cupported Cooperative Work, Boston, 1996. 180-189
12.Yang, Guangxin, Shi Meilin, Xiang Yong et al. Wowww!: Managing workflow on the world wide web. In: Proc International Conference on Communication Technology, Beijing, China,1998, S33-03-01-05
13.Yufeng HSIEH, Guangxin Yang, Meilin Shi. Conditional Directed Graph-based Workflow Process Re-engineering. In: Proceedings of the Fifth Asia-Pacific Conference on Communications / the Fourth Optoelectronics and Communications conference, Beijing, China, Oct. 1999, 1087-1090
作者点评：
不同的工作流产品采用了不同的业务过程表示方法。Petri网方法侧重于对业务过程语义的精确描述，这使得我们能够分析、证明、评价和模拟一个业务过程，同时基于Petri网的工作流模型易于动态地修改工作流的执行结构，提高工作流管理系统的灵活性。但在实际应用当中Petri网方法常常与其他建模方法如条件化有向图、面向对象方法结合起来，这样便于建模工具的使用和工作流管理系统的实现。
受国家高科技项目（863计划）的资助，我们在开发的工作流管理原型系统Wowww! (Workflow on World Wide Web)中实现了一个业务过程建模工具。该工具为用户提供一个集成的用户环境以描述业务过程和相关资源。在此基础上，我们将实现工作流模型的分析和模拟工具。
资料包括： 论文(7页6045字) 图纸
说明：
摘 要：业务过程建模是工作流管理系统的基础，当前人们对业务过程建模技术还缺乏系统研究。本篇文章主要是结合我们实现的业务过程建模工具综述了Petri网在业务过程的形式化表示、正确性证明、性能评价和模型优化等方面的应用。
关键词：工作流管理系统工作流模型Petri网
分类号：TP302.1
The Application of Petri Nets in Business Process Modeling
LI, HongchenSHI, Meilin
Department of Computer Science & Technology, Tsinghua Univ., Beijing, 100084
Abstract: Business process modeling is the basis of Workflow management system (WfMS). At present, the technology of business process modeling is short of systematic research. This paper mainly discusses the application of petri nets in the formal description of business process, soundness proving, performance evaluation and model optimizing in combination with one business process modeling tool.
Key words: Workflow management system, Workflow model, Petri Nets
1．引言
进入九十年代，由于企业之间竞争日趋激烈，越来越多的企业不得不利用信息技术去支持它们的业务过程处理以适应快速变化的商业环境以提高企业的工作效率和工作质量。与此同时，随着计算机网络及通信技术的发展，各种面向组织机构的信息系统也得以广泛地使用。在面向企业的信息系统发展过程中，工作流管理系统逐渐从信息系统独立出来，作为一个通用的支撑工具提供给应用系统，因此，WfMS为信息系统的开发提供了一种新的范式。当前，WfMS被应用于企业等组织的办公自动化，并和业务过程重组BPR（Business Process Re-engineering）、电子商务、虚拟企业、其他群件等结合在一起被称为是组织计算（Organization Computing）。当前，对工作流技术的研究引起了来自研究机构和产业界学者们的极大关注。经过多年的研究和开发，上百种具有工作流管理功能的商业产品已推向市场。
工作流管理系统是以业务过程的形式化表示为基础的，这种将实际的业务流程转换成形式化表示的过程称为是业务过程建模。在早期的WfMS中，工作流模型是通过“硬编码”的方式嵌入到应用系统中的，这使WfMS的特性不能充分体现出来，系统缺乏应有的灵活性。在后来的WfMS当中，研究人员提出各种各样的建模方法，如有向图、Petri网、对象模型、语言动作（Language Acts）理论 、条件化有向图以及基于约束条件的形式语言文法表示等等。这些建模方法都是针对某些特定的应用提出的，有的侧重于对任务之间控制关系的描述；有的侧重于任务之间的数据流动关系的描述。
经典的Petri网是德国科学家Carl Adam Petri在六十年代提出来的，在此后的几十年中，Petri网理论得到了极大的丰富，并被广泛地应用于许多研究领域，如协议工程、柔性制造系统、业务处理等等。使用Petri网描述业务过程主要有以下原因：
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#61548;直观的图形表示 Petri网是一种图形化语言。经典的Petri网有两种元素：变迁元素（用方框表示）、位置元素（用圆圈表示），而有向边表示这两种元素之间的关系。
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#61548;形式化的语义 Petri网（包括各种高级网系统）都有形式化的语义定义，一个Petri网模型加上相应的语义就能描述一个业务过程。
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#61548;状态和事件的显式表示 有些过程建模方法侧重于描述系统状态的变化，如状态自动机；有些建模方法是基于系统中事件的发生，如过程代数、数据流图。Petri网能够同时显式地描述系统状态和事件，这样便于对系统的理解和分析。
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#61548;丰富的分析技术 Petri网模型一个很重要的特点在于它提供了丰富的系统分析技术，如对系统不变量（invariance）、活性（liveness）、有界性（boundness）、安全性（safety）等分析计算，也可以计算系统的性能，如响应时间、等待时间、资源利用率。
基于以上所述，本文主要综述Petri网在业务过程建模中的应用，包括业务过程的Petri网表示、正确性证明、性能评价和模型优化。由于篇幅所限，我们没有涉及到具体的技术细节，而是侧重于Petri网在业务过程建模中应用的方法，以期读者能对业务过程建模有更深入、更全面的了解。
目录：
1．引言
2．工作流模型
3．用Petri表示工作流模型
4．工作流模型正确性分析
5．工作流性能评价
6．工作流模型优化
7．结论
参考文献：
1.C. A. Ellis & G. J. Nutt. Modeling and Enactment of Workflow System. Application and Theory of Petri Nets, Springer-Verlag.Chicago,Ⅲ,1994,1-16
2.David Hollingsworth. The Workflow Reference Model. Workflow Management Coalition. 29-Nov-1994
3.To-yat Cheung. Petri nets for protocol engineering. Computer Communications 19(1996), 1250-1257
4.W. M. P. Van der Aalst. Verification of Workflow Nets. In P. Azema and G. Balbo, editors, Application and Theory of Petri Nets 1997, Volume 1248 of Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, 1997, 407-426
5.W. M. P. Van der Aalst. Petri-net-based Workflow Management Software. In A. Sheth, editor, Proceedings of the NFS Workshop on Workflow and Process Automation in Information Systems, Athens, Geogia, May 1996, 114-118
6.W. M. P. Van der Aalst. The Application of Petri Nets to Workflow Management. The Journal of Circuits, Systems and Computers, 1998, 8(1): 21-66
7.M. Gillmann et al. Performance Assessment and Configuration of Enterprise-Wide Workflow Management Systems (Extended abstract). In: Proc. of Workshop Informatik’99 Enterprise-Wide and Cross-enterprise Workflow Management: Concept, Systems, Applications, Germany, Oct. 6, 1999,1-7
8.J. Davis, W. Du, M. Shan. OpenPM: An enterprise process management system. IEEE Data Engineering Bulletin, 1995
9.Inamoto A. Object-oriented model driven workflow process analysis. In: Proc Japan/USA Sympodium on Flexible Automation, 1996, (2): 1317-1324
10.Medina-Mora R, Winograd T, Flores R et al. The Action workflow approach to workflow management technology. In: Proc Computer Supported Cooperative Work, Toronto, 1992, 281-288
11.Glance N S, Pagani D S, Pareschi R. Generalized process structure grammars (GPSG) for flexible representations of work. In: Proc Computer Cupported Cooperative Work, Boston, 1996. 180-189
12.Yang, Guangxin, Shi Meilin, Xiang Yong et al. Wowww!: Managing workflow on the world wide web. In: Proc International Conference on Communication Technology, Beijing, China,1998, S33-03-01-05
13.Yufeng HSIEH, Guangxin Yang, Meilin Shi. Conditional Directed Graph-based Workflow Process Re-engineering. In: Proceedings of the Fifth Asia-Pacific Conference on Communications / the Fourth Optoelectronics and Communications conference, Beijing, China, Oct. 1999, 1087-1090
作者点评：
不同的工作流产品采用了不同的业务过程表示方法。Petri网方法侧重于对业务过程语义的精确描述，这使得我们能够分析、证明、评价和模拟一个业务过程，同时基于Petri网的工作流模型易于动态地修改工作流的执行结构，提高工作流管理系统的灵活性。但在实际应用当中Petri网方法常常与其他建模方法如条件化有向图、面向对象方法结合起来，这样便于建模工具的使用和工作流管理系统的实现。
受国家高科技项目（863计划）的资助，我们在开发的工作流管理原型系统Wowww! (Workflow on World Wide Web)中实现了一个业务过程建模工具。该工具为用户提供一个集成的用户环境以描述业务过程和相关资源。在此基础上，我们将实现工作流模型的分析和模拟工具。