Petri网在工作流管理中的应用外文翻译资料

 2022-09-29 10:10:26

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Petri网在工作流管理中的应用

摘要

工作流程管理为一个古老的问题提供一个新的解决方案：控制，监控，优化和支持业务流程。新的工作流管理是明确表示的允许计算机化的支持的业务流程逻辑。本文讨论了Petri网在工作流管理的环境中应用。Petri网是一个建立和分析过程的建模工具。一方面，Petri网可以用来作为一个复杂的工作流程的规范的设计语言。另一方面，Petri网理论提供了强有力的分析技术，可用于验证工作流程的正确性。本文介绍了Petri网在工作流管理的应用，提出了相对于工作流验证的国家的最先进的结果，并重点介绍了一些基于Petri网的工作流工具。

1引言

在过去的时代，信息系统的设计是用以支持个人任务的执行。今天的信息系统需要在手头支持业务流程。它不再仅专注于任务。信息系统还需要控制、监控和支持业务流程的逻辑层面。换句话说，信息系统还必须通过组织来管理工作流程。许多复杂的业务流程的组织已经确定了需要的概念、技术和工具，以支持管理的工作流程。基于这一需要，该术语“工作流管理”产生了。

直到最近还没有通用的工具来支持工作流管理。其结果是，在部分应用程序中的业务流程是硬编码。例如，支持任务X的应用程序触发另一个应用程序来支持任务Y。这意味着一个应用指导另一个应用的存在。这是不可取的，因为每一次底层业务流程发生改变，应用程序都需要修改。此外，类似的结构需要在多个应用程序来实现并且它是不可能监测和控制整个工作流程。因此，一些软件供应商认识到工作流管理系统的需要。工作流管理系统（WFMS）是一个通用的软件工具，它允许定义、执行、登记和控制流程。目前许多厂商都提供了一个工作流管理系统。这说明，软件行业认识到工作流管理工具的潜力。

图1：工作流管理系统的历史观点。

为了了解工作流管理在不久的将来的影响，去考虑在过去的四十年信息系统的演变是有用的。图1显示了工作流管理的历史观点。图中描述其组成部分典型的信息系统体系结构在过去四十年的信息系统的演变。在六十年代的信息系统是一系列的独立的应用程序。对于每一个应用程序特定的用户界面和数据库系统的开发，即每个应用程序都有自己的程序，用户交互和数据存储和检索。在七十年代，数据被推出来应用。为了这个目的，数据库管理系统（DBMSs）被开发出来。通过使用数据库管理系统，应用程序从数据管理的负担里被释放。在八十年代，一个类似的事情发生在用户界面。用户界面管理系统（UIMSs）的出现使应用程序开发人员将用户交互的应用推出。在我们看来，工作流管理系统是将通用功能从应用程序中推出来的下一步。九十年代将标志着工作流软件的出现，允许应用程序开发人员将业务程序从应用程序中推出来。

图1清楚地表明，在本质上，工作流管理系统是一个通用的构件，以支持业务流程。许多信息系统可能受益于这样一个构件，因为许多机构都开始看到先进的工具，以支持业务流程的设计和执行的需要。对业务流程的兴趣增加有几个原因。首先，管理哲学，如业务流程再造（BPR）和持续的过程改进（CPI）刺激组织更加了解业务流程。其次，今天的机构需要提供范围广泛的产品和服务。其结果是机构内部的过程的数目增加了。例如抵押贷款。十年前，只有几个类型的抵押贷款，在目前有许多类型的抵押贷款是可提供的。不仅产品和服务的数量有所增加，在过去的三十年里，产品和服务的寿命也有所下降。因此，今天的业务流程也受到频繁更改。此外，这些过程的复杂性大大增加。所有这些在一个典型的机构的信息系统的环境中的变化，已经使业务过程成为信息系统的发展中的一个重要问题。因此，有一个明确的需要一个构件命名为“工作流管理系统”。

工作流管理系统的主要目的是支持流程的定义、执行、注册和控制。因为过程是工作流管理的一个主要因素，它是用一种既定的框架建模和分析工作流的重要过程。在本文中，我们使用一个基于Petri网的框架。Petri网是一个完善的过程建模技术。经典Petri网是由卡尔亚当在60年代发明。自那时以来，Petri网被应用于模型和从协议、硬件、嵌入式系统和柔性制造系统、用户交互和业务流程分析各种工艺。在过去的二十年中经典Petri网已经扩展了颜色、时间及层次。这些扩展促进了建模过程中的重要因素：数据和时间。这里有基于Petri网的工作流建模的几种原因：

（1）形式语义学

一个Petri网的工作流过程有一个明确的规定和明确的定义，因为经典Petri网的语义和几个扩展（颜色、时间、层次）已正式被定义。

（2）图形性质

Petri网是一种图形语言。因此，Petri网是直观和容易学习。图形化的性质也支持与最终用户的沟通。

（3）表现力

Petri网支持所有基元模型所需的工作流过程。在如今的工作流程管理系统中的所有路由结构可以建模。此外，事实上大家明确表示允许建模的重要阶段和无疑问的的选择。

（4）性能

在过去的三十年已经有很多人研究了Petri网的基本性质。坚实的数学基础允许这些属性的推理。因此，在形式的书籍和文章，关于这个建模技术有很多共识。

（5）分析

Petri网是可用于多种分析技术的。显然，这是Petri网的工作流建模的使用的一个巨大的优点。这些技术可以用来证明性能（安全性能，不变性特性，死锁等），并计算性能的计量（响应时间，等待时间，占用率等）。这样就可以使用标准的基于Petri网的分析工具评估流程。

（6）供应商独立

Petri网为建模和分析过程提供一个独立的工具架构。Petri网不是基于一个特定的供应商的软件包，如果有新版本发布时或者当一个供应商接管另一个供应商的存在的时候并不停止。

其他参考资料的主张是为Petri网的工作流建模使用。在本文的其余部分，我们将展示如何将Petri网应用于工作流管理领域。要做到这一点，我们首先介绍的工作流管理和工作流管理系统的基本概念。然后介绍了Petri网基本术语。在4节中我们展示了工作流管理的概念可以被映射到Petri网。5部分是有关在Petri网的规定的工作流的分析过程。在我们结束之前，我们要说明Petri网在这一领域的使用，描述了一个基于Petri网的工作流工具。

2工作流管理（系统）

工作流管理是指以业务流程为核心的领域。也有人使用“办公物流”。工作流程管理的最终目标是确保正确的活动在正确的时间被正确的人执行。虽然可以不使用工作流管理系统去做工作流管理的工作，但是大多数人将工作流管理与工作流管理系统联系在一起。工作流管理联盟（WfMC）定义工作流管理系统如下：一个通过由计算机表示的工作流逻辑的驱动的软件的执行顺序执行的用完整的定义、管理和执行工作流的系统。工作流管理系统的其他特点是：“业务操作系统”、“工作流管理器”、“案例管理器”和“逻辑控制系统”，一方面遗憾的是工作流管理经常与工作流管理系统相关，因为它以一个不需要的方式限制了工作流管理的应用范围。（在不使用工作流管理系统的情况下，也有可能采用工作流管理对工作流进行管理）另一方面，工作流管理系统给出了具体的形式的基本概念、技术和方法的工作流程管理。

工作流是基于案例的，即每一件作品都是为特定的案例执行的。案例的例子是抵押贷款，保险索赔，纳税申报，订单，或者是对信息的要求。案例往往由外部客户产生。然而，也有可能是一个案例是由另一个部门在同一组织内（内部客户）所产生的。工作流管理的目标是尽可能有效地处理案件。一个工作流的设计是为了处理类似案例。在特定的顺序执行任务的情况下处理。工作流过程定义的条件是指任务需要以什么顺序执行。对工作流过程定义的替代术语是：“流程”、“流程图”和“路由定义”。由于任务是以特定的顺序执行的，去确定与任务之间的因果依赖关系的条件是有用的。条件持有或不持有（真或假）。每个任务都有前置和后置条件：前提条件应在执行任务前，和后置条件应该在执行任务后。许多情况下，可以通过仿照相同的工作流过程定义来处理。因此，同样的任务必须在多种情况下执行。一个需要执行特定情况的任务称为工作项。一个工作项的例子是：执行任务“发送给客户的退款表格”因“客户贝克发送的投诉”。大多数工作项是由资源执行的。资源是机器（如打印机或传真）或人（参与者、工人、雇员）。在大多数办公室的资源主要是人。然而，因为工作流管理不局限于办公室，我们更喜欢这个术语：资源。允许资源来处理特定的工作项。为了方便工作项资源的分配，资源被分为类。资源类是一组具有相似特征的资源。在同一个类中可能有很多资源，一个资源可能是多个资源类的成员。如果一个资源类基于其成员的功能（即功能需求），它就叫做角色。如果分类是基于组织的结构，这样的资源类被称为一个组织单元（例如，团队，分支或部门）。被一种特定资源执行的工作项称为活动。如果我们采取一个工作流程的现象，我们看到的情况下，工作项和活动。工作项链接情况和任务。活动链接案例、任务和资源。

图2：一个工作流的3维视图。

图2显示了工作流有三个维度：（1）案例维度，（2）处理维度（3）资源维度。在案例维度下表示的事实，即所有案件都单独处理。从工作流的角度来看，案例不直接影响对方的情况。显然，他们通过资源和数据的共享间接影响彼此。在这个过程中，工作流过程，即任务和沿这些任务的路由是指定。在资源维度中，资源被分为角色和组织单元。在图2所示的3维视图中，我们可以将工作流可视化作为一个点的数目。每个点代表一个工作项目（案例 任务）或活动（案例 任务 资源）。图2显示了工作流管理是案例、任务和组织之间的粘合胶。

图3：4路由构造。

在本文中，我们专注于前两个维度，即我们专注于工作流过程（被定义为处理案件）。我们将不讨论人力资源（组织建模）的分类和资源的映射，工作项目（调度）。我们只介绍机制。对资源管理的详细讨论超出了本文的范围，因为我们专注于Petri网的应用。由于Petri网是一个流程建模技术，其应用受到第一和第二维度的限制。

对于前两维，路由的情况是一个主要问题。工作流过程的定义是如何将案件路由到需要执行的任务的。图3显示了路由构建是由工作流管理联盟（WfMC）定义的。联盟是一个国际组织，其使命是促进建立工作流和工作流管理系统的标准。联盟成立于1993，1995年1月 WfMC发布一个词汇用以为工作流供应商、最终用户、开发者和研究者提供一种通用的工作流供应商的术语。在这词汇里确定了四种类型的路由：

（1）顺序

任务是按顺序执行的，如果一个任务的执行是随着下一个任务。图3（a）任务B被执行是在任务A已完成，并在任务C开始前执行。

（2）并行

图3（b）任务B和任务C的并行执行。这意味着，B和C在同一时间或任何顺序执行。对模型的并行路由，两个构件确定：（1）拆分和（2）流向。图3（b）拆分使得B和C是在已经完成A后执行的。流向同步两个平行流动，即任务D可能在 B和C已完成后启动。

（3）条件

在图3（c）的任务B或任务C（独有或）执行。为模仿两个或更多的选择，我们使用了两个构件之间的选择模型：（1）拆分（2）流向。如果任务A执行后，则在B和C之间进行选择，任务D可以在B或C结束之后开始。

（4）迭代

有时它是有必要的执行任务多次，在图3（d）任务B执行一个或多次。

在4节中，这些路由结构映射到Petri网。这样的概念，如情况、任务、工作项目、活动和工作流程的定义更明确的方式。在第4节中还讨论了触发问题。触发的概念在工作流管理中是非常重要的。

图4：工作流过程与协同过程。

不是每个业务流程都是工作流过程。在我们看来，一个工作流过程的特点有三个。首先，工作流程是案例驱动的。其次，过程本身被认为是必不可少的。第三，这个过程可以用一个明确的方式来定义。许多人在广义上使用工作流管理术语。例如，有时组件的软件工具，如Lotus Notes和Microsoft Exchange称为工作流管理系统。这是不正确的，因为这些产品不支持工作流过程本身，他们只是让人们通过发送信息和共享信息进行协作。图4显示了基于案例的业务流程的范围。生产工作流程是几乎没有变化的高度结构化的过程。这种类型的工作流程需要应付每天的情况。保险理赔的处理是一个典型的生产流程的例子。行政工作流程对应于遵循一个定义明确的程序的案例驱动的流程。替代路由的情况下是可能的，但需要预先确定。联机控制用高级数据处理程序工作流涉及过程的程序是未提前定义的（完全）。每种情况下的程序需要被定义或现有的程序需要修改。协同过程是我们定义工作流程的范围之外的。在一个协同的过程中，重点是沟通和共享的信息，而不是过程的定义。对于协同过程，不可能或不需要使工作流过程显式。目前的工作流管理系统如COSA（COSA Solutions），FlowMark（IBM），OPEN/Workflow（Eastman Software），Staffware（Staffware）和Visual Workflow（FileNet）支持生产/行政工作流程。只是少数产品支持点对点工作流，例如Ensemble（FileNet）。协同过程可通过群件工具如Lotus Notes和Microsoft Exchange支持。虽然这些群件工具不支持工作流过程的逻辑控制，但可以作为一个专有的工作流系统的通信层。

在本文中，我们把范围缩小在真正的工作流管理系统，即系统中支持生产流程、管理流程和/或工作流程。WFMC也主要集中于这一类型的工具软件。许多供应商的这些实际的工作流管理系统的用户加入了WfMC识别区分这些工具的共同特点，规范术语，和定义标准架构和接口。一个由WfMC所取得的第一个结果是对工作流管理系统的体系结构参考模型的定义。然而，在我们描述的参考模型之前，我们不讨论在术语“工作流管理系统”和“工作流系统”之间的细微差别。工作流管理系统是一个通用的软件产品可以应用在许多组织中，如Staffware或COSA。但是，如果不安装工作流管理系统，配置和在处理定义和应用程序中填充数据，则不能使用。因此，我们准备安装的工作流管理系统的工作流系统中、过程定义数据、组

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