Petri网用于工作流建模可行性研究
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作者: 孙建召
摘要：工作流技术作为一种过程建模的核心技术，在计算机应用领域获得了迅速的发展。首先介绍了过程建模方法的评价标准，然后讨论了工作流建模的几种主要方法，最后通过比较分析，得出使用Petri网建模要优于其他的建模方法。
关键词：工作流；Petri网；建模
中图分类号：TP391 文献标t口码：A 文章编号：1672-3198(2009)24-0266-01
1 过程建模方法的评价标准
工作流是对业务流程的抽象表示，因此建立相应的工作流模型是必不可少的。而如何建立工作流模型或者说采用什么工具建立工作流模型显得更为重要。为了评价建模工具，必须首先给出确定过程模型的标准或者说是功能特征。建模工具必须依托于某种建模方法。针对过程建模的特点，过程建模方法必须满足以下的基本条件：
(1)支持面向过程的建模。过程建模的对象是过程，是以过程为中心的，建模方法只有支持以过程为对象，才可以进行过程建模。
(2)同时支持静态分析与动态分析。过程建模的目的是为了模拟现实，现实是动态多变的，因此建模方法必须具有动态的模拟功能。
(3)具有各种复杂的逻辑关系的表达能力。各种过程的逻辑关系是复杂的，过程中的各个实体的关系也是复杂的，因此建模方法必须具有表达这些复杂逻辑关系的能力。
(4)具有形式化的能力。过程模型需要通过形式化的语言进行表达。
(5)具有抽象能力，能支持分层次表达。必须有一定的抽象机制，采用分层的表达方式才可以清楚的建模。
2 工作流建模的主要方法
由于工作流必须首先描述一个经营过程是怎样进行的，因此，许多工作流模型都是从过程定义人手，比如状态图和活动网络图等。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网。
IDEF族利用图形符号和自然语言，简单准确，容易理解和掌握。同时采用层次化的建模方法，过程的自身规律得到分解，能够清楚的描述过程及过程间的关系。IDEF族的方法基本上是静态建模，缺少动态的功能。由于其主要是图形化的表达方式，在表达复杂的逻辑关系和非确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，功能被时间触发，功能也能产生相应的事件，它最大的优点在于它兼顾了模型描述能力强与模型易读性这两个方面，可被未受过专业训练的普通用户使用。
RAD从角色、目的和规则方面来描述过程，其主要特点是可以很好的描述活动之间的关系。但RAD只是静态的分析了活动间的相互关系，缺少动态的模拟能力。同时其在复杂逻辑关系建模和对不确定信息建模方面也有一定的缺陷。
DFD是一种结构化图示方法，是以一定格式的图形来描述和分析数据的运动、处理功能和支持技术文件的相互作用、相互连续的流程图。其特点主要是：直观、简便、准确；具有很好地描述数据处理功能和数据运动特性，可以采用自顶向下、逐层分解地方法来描述一个企业过程，着重于数据分析。
3 Petri网方法
Petri网是一种图形化、数学化的建模方法。作为一种图形化工具，可以把Petri网看作与数据流图和网络相似的方法来描述系统模型，作为一种数学化工具，Petri网可以建立各种状态方程、代数方程和其他描述系统行为的数学模型。因此，它非常适合工作流的建模，具体叙述如下t
(1)很强的表达能力。
Petri网有足够丰富的表达能力，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结构都可以用Petri网建模。此外，Petri网还可以明确表达整个流程的状态。Petri网是一种图形语言，因此。Petri网具有直观和容易学习的特点，有利于用户之间的交流，可准确描述用户环境及改进模型。
(2)图形化表现基础上的形式化语义。
Petfi网的形式化语义使得用Petri网说明的工作流具有清晰准确的定义，不存在二义性，可以成为互相交流的基础，也有利于推理、分析工作流的各种属性。此外，工作流管理联盟给出的标准只是停留在实现技术的角度，强词的是语法，而不是语义，缺乏概念层次上的共识，因此，有必要明确定义基本构造块的形式化语义，提供概念层次上的共识。
(3)丰富的分析技术。
通过对Petri网的研究，人们找到了许多基于Petri网的分析技术，Petri网建模的形式化语义和丰富的分析技术为我们对工作流模型的各种特性的分析提供了可能。这些分析技术可以用来验证安全性、不变性、合理性以及死锁等属性，也可以用来计算各种性能参数如响应时间、等待时间、评价执行时间和资源利用率等，用这些分析技术可以从多方面来评价工作流。
(4)易于计算机化。
Petri网是一种独立于任何具体软件工具的建模和分析框架，是一种具有普遍适用性的建模方法，它以较少的元素库所、变迁和连接弧实现了对复杂模型的建模，通过对托肯着色、给变迁加上时间属性，容易实现对模型的控制流建模和模型的时间性能分析，通过层次建模可以很容易实现面向对象的特性，因此，易于用计算机程序实现基于Petr{网的工作流建模的工作流管理系统。
(5)具有良好的抽象特性。
一方面，工作流的控制流可以通过托肯着色和变迁点火条件等方法加以解决，能够将控制流作为模型的一部分在建模过程中得以实现。这样，工作流的控制流和程序能够实现分离，程序中不需要对控制流进行处理t有利于工作流结构的改变；另一方面，Petri网能够通过分层技术实现自顶向下的建模，可以实现子系统之间的复用，易于抽象分离子系统，使系统容易获得面向对象的特性。这些都使得基于Petri网的工作流建模具有良好的抽象特性。
(6)动态特性。
因为Petri网是基于状态的，这就使得过程定义具有更多的柔性特征。对于工作流管理系统而言，具备一定的柔性是必不可少的，比如，能够动态地修改过程实例、可以实现与其他工作流管理系统的交互、对异常情况做出响应。对于Petri网而言，只需对网中的托肯与点火做相应的处理。就能够比较容易地实现上述功能。
4 综合比较及结论
Petri网是完全从过程的角度出发为复杂系统的描述与分析而设计的一种有效模型工具。它在描述并发、冲突、同步等重要行为现象上所表现出的优势，以及具有形式化步骤与数学图论相支持的理论严密性，特别是其图形表达的直观性和便于编程实现的技术特点，尤适合工作流领域的建模需求。
从表1可以看出，Petri网除了可理解性比其他其它建模方法较为逊色之外，在其它方面都有较好的表现。正因为Petri网本身具有地形式化语义定义、图形表达的直观性、与数学图论相支持的理论严密性等优点，使得Petri网建立工作流模型具有许多相对于其它建模方法的优势，我们将使用Petri网描述和分析工作流模型。
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