基于着色Petri网工作流模型概述

文/赵九闻 刘东荣 杨 雷

1.着色Petri网的定义(Colored Petri NetCPN)

CPN可以表示成九元组形式,即CPN=（∑,P,T,A,N,C,G,E,I） 中，∑：为颜色（Color）的非空有限集合,称作颜色集（Color set）；P：为描述系统库所（Place）的有限集合；

T：为变迁（Transition）的有限集合；

A：为弧（Arc）的有限集合，满足；P∩

T=P∩A=A∩T=覫

N：A→（P×T∪T×P）为节点（Node）有限集函数;

C:（P∪T）→∑ss,是着色函数（color function），其中∑ss是∑的有限子集；

G：T→表达式，是T的警卫函数（guard function），且满足：坌t∈T：[Type（G（a））=Bool∧Type（Var（G（t）））哿∑]，Bool={true,false}；

E：A→表达式，是弧表达式函数（arc expression functions），且满足坌a∈At：[Type（E（a））=C（p（a））MS∧Type（Var（E（a）））哿∑]；

I：为P→表达式的初始标识，且满足坌p ∈P：[Type（I（p））=C（p）MS ∧Var（I（p））=覫].

说明：SMS表示集合S上的多重集;Type(v)表示变量 v 的类型；Var（expr）表示表达式expr的变量集合；P（a）表示与弧a相联系的库所。

2.着色Petri网的特点

CPN与普通网有两个最基本和重要的区别

（1）CPN的着色类型的标定表示系统中不同类型的资源,同时每个库所都与特定的颜色集绑定,表示该库所中只能存放相应颜色的token，在弧上和变迁上存在着条件表式和函数,说明弧的权值和颜色属性以及变迁触发的约束条件。标记的颜色可以是任意复杂的数据,从而大大简化了系统的复杂度。

（2）CPN具有层次结构,这可以从整体到局部,由粗到精把系统分页,逐步细化,突出重点。通过层次的使用,使得CPN成为处理大型应用的功能强大的建模工具。同时，它又是少有的能同时用于验证系统功能逻辑的正确性和评估系统性能的建模语言。但由于token的引入使得模型的可读性降低。

3.基于CPN的工作流模型

工作流模型（Workflow Model）,也称为过程定义（Process Definition）是用工作流描述语言来描述和定义业务流程,它可以是形式化的过程定义语言，过程执行脚本及过程中各个活动对象结构关系,也可以是简单地规定用户间信息传输的一组路由命令。工作流模型是工作流执行服务的管理和执行对象。

工作流模型逻辑结构表现为一系列任务及其相互关系,对于每个任务可能引用组织模型中的角色或资源来完成任务的执行,也可能调用外部应用来实现对于任务数据的访问。我们从四个相互独立的角度来描述工作流的逻辑结构。每个角度均能独立地反映工作流。这四个角度如图一所示。

如果我们将工作流模型比作一个四面体如图一,那么它具有四个侧面,无论从它哪一个面的垂直方向上看,都能够看到一个完整的三角形,都能反映出工作流模型的一个个角度。下面我们将从每个角度对工作流模型加以定义。

过程角度（The Process Perspective）：工作流模型从过程角度考察表现为任务和状态的集合及其相互关系。工作流模型每次执行都表现为一个任务实例的序列,也表现为一个工作流状态的序列。这个序列是任务的执行路由,也是任务间的顺序关系。在工作流模型中,存在四种可能的任务执行路由结构：并行路由,顺序路由,循环路由,选择路由。任务的四种执行路由能够表达复杂的业务流程，因此，从过程角度考察,我们可以发现工作流模型就是企业的业务流程的抽象定义。

数据角度（The Data Perspective）：工作流模型从数据角度看是在工作流模型中生成和消耗的所有相关数据的集合。这些数据W fMS能够访问的数据又称为“案例数据”,包括工作流实例中每个任务的就绪条件数据，执行条件数据，执行处理数据，其中执行处理数据一般分为可被WfMS理解和不可理解两种类型,前者一般可以通过表单的形式察看,但是对于那些数据结构复杂而无法被WfMS理解的数据结构,W fMS不予显示。应用数据是工作流引擎不加访问的数据,它可由外部应用访问。

工作流模型是以业务流程为中心来进行设计的,因此,所有的工作流数据均在工作流执行中生成和消耗。如果将所有这些消耗和生成的数据提取出来,我们将发现这些数据将构成一个以数据为中心的信息管理系统。可见WfMS业务流程管理的数据基础。

资源引用角度（The Used Resources Perspective）：从资源引用定义角度看工作流模型是指仅考察在每个任务的参与者的引用定义,而屏蔽掉其他的考察对象。参与者指的是能够执行任务的组织单元，人力资源，角色，机器资源等。对于每个需要参与者执行才能够完成的任务,工作流模型中都要给出引用定义，仅从资源引用角度考察,工作流模型就是一个不同的资源在业务流程中的分布和部署,包括人力资源和企业的物质资源在业务流程中的分布和部署。这是企业的人力资源系统的职责之一,但是人力资源仅能够静态地反映这种分布和部署,而不能动态地为资源分配适当的任务,而这又是W fMS的优势。

应用调用角度（The Invoked Applications Perspective）：如果屏蔽掉其它考察对象,仅从工作流实例执行中对外部应用调用角度来考察,工作流模型是一个对于外部应用的调用序列,可以发现企业的所有的相互独立的应用在工作流模型的调用之下粘合成为一个功能更为强大的系统,WfMS为企业的业务应用系统的整合和集成提供了基础平台。

4.结束语

基于CPN的工作流模型（Workflow model based on CPN）,也称为基于CPN的过程定义（Workflow definition based on CPN）,是利用CPN的网结构来为业务建模,是一个以CPN为中心的工作流网,它的结构符合的逻辑和语义特征。它是基于CPN的工作流执行服务管理和执行的对象,基于CPN的工作流模型能够简练地描述业务流程,并具有可验证性。