基于Petri网的业务流程管理系统模型研究

罗常

（广东电网公司茂名供电局，广东茂名 525000）

基于Petri网的业务流程管理系统模型研究

罗常

（广东电网公司茂名供电局，广东茂名 525000）

Petri网是一个描述条件和任务之间关系的通用模型。在介绍Web服务和Petri网的基础上，结合电力行业某业务流程管理系统的实例，建立了一个基于Petri网的业务流程模型，在此基础上对简化后的Petri网进行死锁分析，以此作为业务流程建模的指导思想，可以提高业务流程系统的安全性、稳定性、健壮性。

Petri网；业务流程管理系统；工作流；Web服务

0 引言

电力行业是国民经济的重要基础产业，其信息化建设一直是国家经济发展战略中重要内容。早在20世纪60年代初，电力企业相继建立了营销技术支持系统、生产管理技术支持系统、CRM系统、ERP系统以及EAM系统、SCM系统、送配电管理的DMS/EMS、SCADA等应用业务系统。对于传统相对稳定的制造业而言，这些方法能够大幅提升企业的管理。然而对于电力企业，这些业务系统实质是固化了电力企业的管理模式[1]。由于业务流程调整变化大且频率快，上述流程固化的信息化建设并不能满足电力企业的发展。通过对企业内部和外部业务流程进行建模、运行分析、管理监控和系统优化，业务流程管理（BPM，Business Process Management）可协同整合企业的各业务环节，从而提高企业利润。

工作流模型作为业务流程管理系统的关键要素，能够通过模型分析较容易的发现业务过程设计的错误，从而可以为业务过程的重构和管理提供宝贵和学科的指导依据。本文尝试将业务流程模型转化为Petri网，在此基础上对简化后的Petri网进行死锁分析，提升业务流程管理能力，实现业务流程动态发布提高业务流程透明度，以此作为业务流程建模的指导思想，提高业务流程系统的安全性、稳定性、健壮性。

1 经典Petri网模型

Petri网技术作为一种过程建模和分析的工具，最早在1962年提出，它可以图形化地描述一个工作流过程[2]。目前针对Petri网的分析技术也得到广泛的发展[3]。与其他图表技术不同的是，Petri网有完全形式化的数学基础和表述方式，能对被建模过程的性质进行准确的判断。Petri网应用于工作流过程管理的优势主要有：

1）语义严格但语言图形化，直观易懂，方便建模人员与客户进行交流；

2）Petri网建模方法是基于状态的，具有良好的延展性和适应性，有利于工作流系统的管理；

3）Petri网的分析技术发展迅速，利用Petri网仿真工具，如Exspect软件，能够对同一过程的不同Petri网模型进行系统的性能分析，从而可以选择出性能最优的。

Petri网是对经营管理过程的抽象表示，利用它可以形式化的定义经营过程中的各种工作流程，对工作流进行建模分析，即实现业务工作流的建模任务。

Petri网作为一种过程模型，主要由库所（Place）、变迁（Transition）、有向弧和令牌（To⁃ken）组成，其中库所和变迁是两种不同的节点。库所可以用圆圈表示，变迁可用矩形表示，令牌可用黑点表示。通常Petri网的两个相同的节点之间（如：库所与库所或变迁与变迁）禁止有弧，而不同的节点之间（如：库所和变迁）可以有弧。

图1是一个Petri网示例，包含申请、等待处理和记录三个库所，以及记录、撤回和发信说明拒绝理由三个变迁。上面这个Petri网示例是对保险索赔过程的一个简单建模。

图1 Petri网示例

Petri网中的有向弧只能出现在不同的节点之间，如库所和变迁，如图1中的“申请”和“记录”，分别代表库所和变迁，它们被一个箭头向右的弧所连接。

变迁通常表示操作、转换或传输等，经过变迁处理，过程的状态将会发生转变，因此变迁是Petri网中的主动因素；库所通常表示媒介、缓冲器、（子）状态、阶段或条件等，不能改变网的状态，因此库所是Petri网中的被动因素；令牌则一般表示目标或对象，具体的事物和抽象的信息都属于这些目标和对象的范畴。

一个变迁处于就绪或被允许状态的前提是变迁的所有输入库所都含有令牌。当变迁发生时，将消耗输入库所的令牌。相反，输出库所会有新令牌产生[4]。

2 基于Petri网的工作流模型

Web服务在行为上是操作的偏序集，因此适合用Petri网进行建模分析。Petri网与Web服务的有很多相似的地方，Web服务包括操作和状态两个变量，它们之间的关系可以直接映射为Petri网的库所和变迁之间的流关系，因此Web服务可以转化为Petri网模型。假设每个Web服务映射得到的Petri网都包含一个输入库所和一个输出库所，分别用i和o表示。“就绪”、“暂停”、“执行”、“完成”和“未实例化”作为Web服务常见的状态，当处于就“绪态”时库所i中将有令牌产生，此时只要有变迁与i相连，将具有发生权，标记此时的Petri网为Mi；当处于处于“完成”时库所o中将有令牌产生，且不再有任何变迁可发生，此时识记为Mo。对于一个Web服务，可以作如下定义：

令S=（SName，CS，SWsdl，SN）表示一个Web服务，其中：SName表示服务名；CS表示构成Web服务所有组件的集合；SWsdl描述了web服务调用地址和服务功能等信息；SN=（T，P，F，I，o，l，Mi，Mo）表示Web服务所对应的Petri网，其中：

1）T表示库所；

2）P表示变迁；

3）F⊆P×T∪T× P是库所和变迁的流关系，其中的每个有向弧代表操作和状态之间的因果关系；

4）i为输入库所，o为输出库所，且i的前集和o的后集都不能为空；

5） l:T-＞A ∪{t}，A为Web服务中的操作集，t表示空操作；

图2 两个独立Web服务的Petri网描述

6） Mi和 Mo作为Petri网的起始和终止标识，仅当出现Mi时Web服务开始执行，直到出现Mo时服务结束。两个独立Web服务的Petri网描述如图2所示。

典型的Web服务组合的Petri网模型有五种，如图3所示。

图3 几种常用的合成Web服务

3 Petri网建模实例

本节将用一个实例详细介绍某业务流程管理中利用Petri网建模。该系统需要实现设备检修信息记录，系统模块包括：信息录入、信息确认、用户身份认证、业务选择、权限认证、工单审核和回单处理等多个操作[5]。下面利用Petri网分别对该业务的正常业务流程和异常业务流程进行工作流建模分析。

图4所示的是正常业务流程，流程包括：用户身份认证-＞业务选择-＞权限认证-＞信息录入-＞信息确认-＞工单审核-＞回单处理-＞竣工。

图4 正常业务流程

图5 异常业务流程

异常业务流程如图5所示。（1）若回单处理时提示权限错，则执行如下的异常流程：回单处理-＞权限认证-＞返回正常流程；（2）若出现宽带速率无法满足这一出错提示，则执行：回单处理-＞重新信息录入-＞信息确认-＞返回正常流程。

本文设计的模型在实施中取得了预期的效果，实现了业务流程的柔性管理。由于Petri网的高效性和直观性，使得业务流程管理系统的稳定性和安全性得到了有效的提升，同时也提高了开发效率，为今后系统的进一步开发和优化研究提供了借鉴经验。

4 展望

Petri网技术及其在业务流程管理系统的应用是目前国内信息系统研究的热点。Petri网作为一种有效过程建模和分析的工具，不仅可用来分析模型的安全性和活性（不死锁）等各种特性，且可用来分析计算模型的占有率、响应时间等各项指标，这些指标可以为改善电力企业的业务流程重组和提高企业管理水平提供指导依据。

［1］王明俊，于尔铿，刘广一.配电系统自动化及其发展［M］.北京：中国电力出版社，1998.

［2］范玉顺.工作流管理技术基础［M］.北京：清华大学出版社，2001.

［3］袁崇义.Petri网原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［4］陈卓，王瑞民.基于Petri网的工作流访问控制模型研究［J］.计算机工程与设计，2004，25（12）：2176-2178.

［5］余明阳，张勇，查志勇，等.电力业务流程管理的研究与实践［J］.科技创业月刊，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

罗 常，男，1982年生，广东茂名人，大学本科。研究领域：信息工程、业务流程管理。

(编辑：向 飞)

2013－11－13