基于Petri网的地铁合同审批流程分析*

高继传 高建 赫玲 李洁

(1.南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 211200；2.南京林业大学，江苏 南京 210037；3.山东济南历城区园林和林业绿化局，山东 济南 250103)

0 引言

合同管理信息系统是一个合同信息有效集成、合同数据高度共享、能够实时动态进行合同信息化管控的信息仓库，能够规范项目合同管理流程，提高项目管理效率。在实践中，合同管理信息系统基本实现了合同文本信息管理、合同计量支付等汇总和计算功能，但大多数系统平台还处于“线上处理，线下审批”的状态，造成合同流转周期滞后，影响合同业务处理的时效性。如何解决线上审批问题，实现合同业务线上高效流转，是当前地铁项目合同管理系统建设所面临的难题。

现有的线上流程无法解决审批过程中的材料错误、材料补充校核等问题，审批灵活性差，因此，只能线上处理，线下审批。上述问题已引起了相关学者的关注，例如：吴海芩等[1]指出，无锡地铁合同管理系统中合同业务审批流转，线上线下不同步，造成了审批速度慢、效率低等问题，提出借鉴同类城市地铁项目合同管理信息系统流程管理的经验，对信息系统进行逐步优化，但未在实际中实施，解决好合同业务审批流程问题需要从技术层面出发。工作流技术是工程实践领域中流程建模和流程管理的一种技术手段[2]，该技术已被应用在其他领域解决流程管理等问题，具有一定的借鉴意义。例如：陈云翔等[3]针对飞机基层级维修保障过程中资源配置问题，提出了一种基于分层赋时着色Petri网的维修保障资源配置方法，根据飞机基层级维修保障工作内容及流程，构建基于飞机维修保障全过程仿真Petri网模型，提出维修保障资源配置规则并构建资源配置模型，该方法能够迅速、准确地完成维修过程的资配置；周晓慧等[4]在印染生产过程，应用分层赋时着色Petri网构建印染生产过程模型，通过仿真优化分析解决印染生产过程中生产设备之间切换成本、生产设备负荷平衡的问题；张长江等[5]在电信业务管理领域引入了Petri网工作流建模技术，对电信业务流程进行梳理，建立面向对象的Petri网模型，并以基于订单的电信业务和移动数据增值业务为例，说明了如何运用Petri网模型灵活、快速的建立业务流程，实现了电信业务流程的快速定制和灵活部署。

本文在现有研究基础上，结合南京地铁建设有限责任公司(以下简称“南京地铁”)信息化项目，通过分析地铁项目合同管理组织与流程的特点，利用Petri网工作流建模技术对合同业务审批流程中不同的审批情形进行建模，利用事件-条件-动作(Event-Condition-Action，ECA)规则构建工作流执行控制机制，增强工作流运行的主动功能，使得合同管理业务审批流程灵活高效流转，解决当前合同管理信息系统中审批流程所面临的问题。

1 关键技术

1.1 Petri网工作流建模

Petri网[6]作为一种图形化描述过程的工具，广泛应用于企业经营过程、业务审批过程工作流建模与分析。Aalst在Petri网基础上提出基于Petri网的工作流建模技术，并定义了工作流网(Workflow net)(以下简称“WF-net”)，当且仅当一个Petri网PN=(P，T，F)，当满足下面两个条件时，被称为工作流网[7]。

(1)PN有两个特殊的库所i和o，其中i是一个起始库所，即·i=∅；o是一个终止库所，即o·=∅。

(2)如果在PN中加入一个新的变迁t*，使t*连接库所o与i，即·t*={o}，t*·={i}，这时所得到的PN是强连通。

其中，P是一个有限库所集合，T是一个有限变迁集合，F是一组有限连接弧集合。在WF-net中，变迁表示工作流中的活动或操作；库所表示工作流中活动的条件或资源；库所与变迁之间用弧连接表示输入与输出的逻辑关系；库所中的托肯代表过程实例的动态行为。可将工作流管理联盟(WfMC)定义的业务活动及关系的工作流原语映射成WF-net网模型，模型映射如图1所示，构成了对流程进行建模的基本要素。

图1 模型映射

1.2 ECA规则

事件-条件-动作(ECA)规则是一种将事件触发规则和面向对象、事件驱动结合起来的方法[8]。ECA规则最早用于主动数据库系统中，其目的是当某个事件被触发后，如果满足相应条件，就激活某个操作。基于这种控制思想，可以将其应用于工作流执行控制过程，实现工作流的执行控制。

主动规则是一个三元组〈E，C，A〉，E为事件，C为规则条件，A为规则动作，主动规则不仅具有结构特征而且具有行为特征，当触发事件产生时，根据条件的真假执行动作[9]。ECA 规则基本表示形式为

RULE〈规则名〉[(〈参数〉 …)]

WHEN〈事件〉

IF〈条件1〉THEN〈动作1〉；

……

IF〈条件n〉THEN〈动作N〉；(n≥1)

END-RULE[〈规则名〉]

2 地铁项目合同管理组织与流程

2.1 地铁项目合同管理组织

地铁项目主要采用传统平行发包模式，地铁公司作为业主，将项目的勘察、设计、施工、采购等内容拆分成若干标段，分别发包给勘察、设计、施工等单位，这些单位通过合同建立联系并形成工作关系。与此同时，地铁公司与咨询、监理、招标代理等其他咨询单位签订服务合同。因此，平行发包模式下的合同管理组织以业主为主导，项目各方积极参与而形成的组织模式，地铁项目合同管理组织如图2所示。

图2 地铁项目合同管理组织

2.2 地铁项目合同审批流程

合同审批流程是指合同业务执行过程中从发起到审批完成归档的全过程。在流程中，外部参与单位包括承包商、监理等，通常由承包商发起合同审批，经监理单位审核后进入业主内部审批。进入业主内部后，首先，由业务主办部门审批，主办部门可能是工程处、计材处等部门；其次，由合同归口部门审批，通常合同归口部门为合约处；最后，由合同参与部门审批，合同参与部门通常是财务处。第三方单位通常是咨询服务单位，如造价咨询单位，其他部门是与当前审批合同业务相关的其他部门。最终由领导层审批完成后执行归档。从合同业务整体审批流程来划分，分为主线流程和分支流程，合同业务整体流程如图3所示。

图3 合同业务整体流程

2.3 地铁项目合同审批流程分析

实际的合同业务审批流程中不是每个审批环节都是顺利通过的，可能会出现审批材料不完整、合同计量数据信息有误、情况不明需多方会审等情况，导致审批流程出现不同的流转形式，具体可以分为以下5种情形：

(1)材料完整无误型。审批材料完备、数据准确，各部门经办审批按主线流程逐层审批通过，完结归档，如图3中实箭线所示。

(2)材料残缺有误型。审批材料残缺不完整、数据信息有误，审批不通过，由当前经办人或审批人退回紧前环节重新补充材料或修改数据信息，重新审核再提交，如图3中虚箭线所示。

(3)材料信息数据争议型。业主部门审核时，出现审批材料关键信息如合同计量数据有争议，需要由相关责任单位提供核查意见才能审批，由当前经办人发起会签，获取核查意见，如图3中双向箭线所示。

(4)第三方协助调查型。业主部门审批时，需要法律、造价、设计院等第三方咨询单位协助进行相关法规、结算报告及资料、图纸等分析后才能审批，由当前经办人发起会签，获取审批报告，如图3中双向箭线所示。

(5)合同清单数据查看型。随着项目进展各种计量数据动态变化，业主部门审批时，需要时时查看最新的合同清单计量数据，由当前经办人发起会签，获取数据反馈，如图3中双向箭线所示。

3 基于Petri网工作流建模技术的合同审批流程管理

3.1 合同审批工作流与Petri网要素关联分析

针对上述地铁项目合同审批流程中的各种情形，提取出合同审批流程中基本的Petri网要素，保证Petri网模型能够完整地表达出合同业务审批流程，提高流程实例化后运行效率。

3.1.1 活动

Petri网模型中每一个变迁对应一项合同审批活动，变迁的名称为审批活动的名称。合同审批流程中审批活动划分为经办活动、审批活动和会签活动三种。

(1)经办活动。各审批部门经办人执行的流程性审核活动。

(2)审批活动。各部门完成决策性审批工作，根据各部门内部层级设置审批活动。外部参与单位内部有1级审核，由单位负责人审批；地铁公司合同审批主办、归口以及参与部门内部有2级审批，由部门副职和正职审批；地铁公司领导层有3级审批，分管领导、常务副总和总经理审批。

(3)会签活动。分支流程中会签单位执行的会签审批活动。

3.1.2 转移条件

转移条件是活动与活动之间流转的控制条件。Petri网中合同审批转移条件用库所描述，在合同审批流转中首先对实施条件进行判断，当库所中条件满足，托肯就绪时，审批活动即可实施。通过前述对合同审批情形的分析，合同审批流程的转移条件即为5种审批情形的发生条件，具体如下：

(1)审批材料完备、数据准确真实。

(2)审批材料残缺不完整、数据信息有误。

(3)审批材料关键数据信息有争议。

(4)审批需法律咨询、造价咨询、设计院等第三方咨询单位协助进行资料分析。

(5)审批需要查看最新的合同清单计量数据。

3.1.3 角色

角色是将工作流与参与者联系起来的机制，对活动的执行具有支持作用。在Petri网中，角色以资源的形式链接到审批活动中。依据上述的审批情形以及活动，结合用户的岗位职责和层级，划分为三类角色，负责完成不同的审批活动。

(1)经办人。由部门工作人员担任。

(2)审批人。根据各部门岗位具体设置，外部参与单位的审批人由外部单位部门负责人担任；合同审批主管、归口以及参与部门的审批人由部门副职和正职担任；领导层的审批人由分管领导、常务副总和总经理担任。

(3)会签人。会签由各部门经办人发起，会签活动执行角色为会签人，由会签部门单位负责人担任。

3.2 基于Petri网的合同审批情形建模

情形1：合同审批流中审批活动按照主线流程依次审批通过，任务按照顺序依次执行，活动与活动之间表现出串行的顺序执行模式。顺序流转是最基本的工作流模式，该情形审批活动间存在逻辑关系，紧前活动执行结果是紧后活动执行的输入条件。顺序执行模式建模是在两个活动间添加一个库所的方式进行连接，情形1顺序Petri网模型如图4(a)所示。当变迁T1审批完成后，审批材料完备、数据准确无误，库所P2条件满足，托肯就绪，变迁T2活动才能被审批执行。

图4 基于Petri网的几种合同审批情形建模a)情形1顺序Petri网模型 b)情形2循环Petri网模型 c)情形4分支Petri网模型

情形2：由于审批材料或数据信息有误导致合同业务活动审批不通过，退回到紧前活动补充材料或修改数据后重新审核流转，在流程上表现为循环执行模式。理想情形下，一个活动仅执行一次，但因材料不全、信息有误，导致审批不通过需退回重新执行。对于循环执行模式建模是在情形1顺序模型的基础上添加“OR-split”来判断是否需要循环执行，情形2循环Petri网模型如图4(b)所示。变迁T1到变迁T2顺序执行，当变迁T2执行完成后，通过“OR-split”判断是否回退到变迁T1重新执行。

情形3、情形4及情形5，在实际审批过程中对应特定的会签情形，虽然发起的条件不同，但流程类型是相同的，归纳为会签分支执行模式。会签审批是在主线流程的基础上发起分支流程来实现的，在建模时要体现流程的层次结构。利用高级Petri网中的层次Petri网(HNP)来实现会签情形下分支流程的建模，通过引入双边框正方形新构造块，称该构造块为过程，由库所、弧和子过程构成的子网。把合同审批主线流程看作父网，会签分支流程作为子网，自上而下建模，首先描述较高层次整个主线流程父网系统，其次描述较低层次分支流程子网系统，有层次的构造流程模型。以情形4为例建模，主线合约处经办人审批需要发起会签获取造价咨询单位审批意见，将完整的会签过程看作由发起、会签、审核，层次化用3个变迁和2个库所建模构成的子过程，情形4分支Petri网模型如图4(c)所示。

3.3 合同审批工作流执行控制

合同审批过程中有5种审批情形，在流程实例化运行中，需要根据实际的审批条件动态地判断合同审批处于何种审批情形，选择执行符合实际的流程活动。在合同审批流程中，活动的审批流转总是伴随着情形事件的发生，特定的事件触发相应的活动或流程，当活动或流程执行后，会引发新的情形事件，因此可根据情形事件判断选择执行合适的活动或流程，利用ECA规则控制合同审批工作流执行。

3.3.1 合同审批情形ECA规则生成

基于ECA规则实现对合同审批工作流执行控制，首先需要定义与合同审批情形相对应的ECA规则。根据ECA规则定义，结合5种合同审批情形处理流程，对事件、条件和动作做详细的划分，生成合同审批情形ECA规则，见表1。

表1 合同审批情形ECA规则

3.3.2 合同审批情形ECA规则执行分析

基于ECA规则构建合同审批工作流执行机制，合同审批情形ECA规则执行机制分析如图5所示。

图5 合同审批情形ECA规则执行机制分析

ECA规则的执行过程需要经过触发和激活阶段。合同审批活动执行产生情形事件，当规则中定义的事件发生后，则该规则被触发，即当情形事件的发生，使得r(规则)的事件部分为真时，r被触发。r触发后不能立即执行规则动作，需要进行规则条件判断，当条件满足时，规则被激活，即对于已经被触发的规则r，如果r的一个或多个条件部分为真，则r被激活。规则激活后执行相应的流程动作，系统执行后，继续产生新的情形事件。

4 案例分析

以南京地铁某土建施工合同结算报审审批为例，该业务由土建承包商经办人发起，首先，由承包商提交并审查审批材料；其次，由监理单位对审批材料进行全面审查，接着进入业主内部，由工程处给出审核意见，由合约处对量价审核，合约处审核时需发起会签获取造价咨询单位分析报告；最后，由各级领导审批完成报审。审批过程中可能会出现3种情形，即情形1、情形2和情形4。针对流程可能出现的所有情形建立完整的Petri网建模，土建施工合同结算业务审批流Petri网模型如图6所示。Petri网模型中库所/变迁含义见表2。

表2 Petri网模型中库所/变迁含义

图6 土建施工合同结算业务审批流程Petri网模型

合同审批过程中，在工作流管理系统中运用ECA规则进行工作流执行机制，根据活动审批产生的事件动态的判断执行流程。自变迁T1经办人提交结算报审材料后，变迁T2到变迁T19审批过程中根据审批情形动态选择路径，例如：如果T2审批通过发生情形1事件，由库所P4决定，变迁从T2→T3，执行串行顺序流程；反之，如果T2审批不通过发生情形2事件，由库所P3决定，变迁从T2→T1，执行回退循环流程。此外，对于T8合约处审批发生情形4事件时，由经办人发起会签，变迁从T9→T11，执行会签分支流程。

5 结语

当前，合同管理信息系统中合同业务线上审批灵活性差、与现实脱节，不能真正提高合同业务审批管理的效率。针对该问题，本文从技术层面出发，结合Petri网工作流建模技术和ECA规则，实现对地铁合同审批流程建模与工作流执行控制。首先，通过分析地铁项目合同管理组织及审批流程，识别出5种审批情形，利用Petri网工作流建模技术对不同审批情形进行流程建模；其次，考虑不同审批情形下业务流程的动态执行特点，基于ECA规则构建合同审批工作流执行控制机制，实现对合同审批工作流的动态执行控制；最后，以南京地铁土建施工合同结算报审业务为例，进行流程建模和流程控制分析。通过以上研究，以期解决当前合同管理信息系统中合同业务审批问题。