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基于Petri网的业务过程建模
作者：黄苾 代飞 莫启
来源：《电子技术与软件工程》2018年第06期
摘要 建模业务过程是企业实施大规模编程的核心。分析了业务过程的组成元素，讨论了使用Petri网如何表示业务过程中的开始、结束、任务和路由，并通过一个例子，说明了使用Petri网建模业务过程的直观性和易沟通、理解性。
【关键词】业务过程 任务 路由 Petri网
1 引言
从20世纪70年代末到20世纪90年代初，信息系统的关注焦点是数据的存取，因此，数据库管理系统被认为是最核心的基础平台。自20世纪90年代初开始，信息系统的关注焦点从数据逐步转移到过程上来。作为这种转变的结果，今天以业务过程驱动为代表的大规模编程（Programming-in-the-large）在工作流管理、企业应用集成、B2B电子商务、Web服务组合等领域得到了广泛应用。因此，建模业务过程成为了企业实施大规模编程的核心。
为了解决上述问题，本文提出使用Petri网来建模业务过程。其好处在于：
（1） Petri网具有图形化的表示，可直观描述业务过程，便于沟通和理解;
（2） Petri网有坚实的数学基础，建模人员可以对建模产生的业务过程模型进行分析，以确保模型的正确性。
2 业务过程
业务过程是指相关的、结构化的活动或任务的集合，它们为客户提供特定的服务或产品。在日常的工作、学习和生活中，业务过程随处可见。例如：办事流程、坐飞机的安检流程、订单支付流程、物流流程等。
通常，业务过程都有自己的开始和结束;由许多要被执行的任务（ task）和一系列决定任务执行次序的条件构成。进一步，这些决定哪些任务需要被执行以及以何种次序执行，称为路由。在业务过程中，路由具有四种下述四种形式：
Petri网的原理及应用
1. 什么是Petri网
Petri网是一种用于描述并发系统和并发性行为的图形化工具和形式化方法。它由德国数学家Carl Adam Petri于1962年提出，被广泛应用于系统建模、并发系统分析、协议验证等领域。Petri网可以模拟并发系统的并发行为、状态转换以及资源分配等关键方面，通过图形化的方式直观地展示系统的结构和行为，并支持形式化的数学分析。
2. Petri网的基本元素
Petri网由以下基本元素组成：
2.1. 位置（Place）
位置表示系统中的状态或者条件，通常通过一个圆圈表示。位置可以存储某种资源或者表示某种变量的取值。
2.2. 过渡（Transition）
过渡表示系统中的某种事件或者操作，通常通过一个矩形表示。过渡可以触发或消耗位置中的资源，改变系统的状态。
2.3. 弧（Arc）
弧表示位置和过渡之间的联系，通常通过一条带箭头的线表示。弧可以表示资源的流动或者触发条件的关系，连接位置和过渡。
2.4. 标识（Marking）
标识是位置中的资源的数量，可以通过在位置内部的小圆圈中填写数字来表示。标识表示系统的状态，在Petri网中可以不断变化。
3. Petri网的建模方法
Petri网可以通过以下步骤完成建模：
3.1. 确定系统的功能和行为
首先，需要明确系统的功能和行为，清楚系统中的位置、过渡以及它们之间的关系。例如，一个简单的交通信号灯系统中可以有位置表示红绿灯状态、过渡表示信号灯变换的事件或操作。 3.2. 绘制Petri网图
根据系统的功能和行为，使用标识符绘制位置和过渡，并用弧表示它们之间的联系。根据需要，可以使用不同的符号和颜色来表示不同类型的位置和过渡。
3.3. 设定初始标识
确定初始状态下位置中的资源数量，填写在位置的小圆圈中。这可以表示系统的初始状态，即Petri网的初始标识。
3.4. 定义触发条件和行为规则
根据系统的功能和行为，定义位置和过渡之间的触发条件和行为规则。触发条件可以用于控制过渡的触发时机，行为规则可以用于描述触发过渡后的系统行为。
文章编号：１６７２—０１２１（２０１０）０４—００９９—０６ 墓
基于层次时间Ｐｅｔｒｉ网
的飞机部件装配过程建模方法
周小波。李原，张杰 （西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安７１００７２）
摘要：为提高飞机部件装配作业的效率，需要建立装配过程模型辅助生产管理，模型是装配过程设计、分
析和优化的基础。本文提出一种基于层次时间Ｐｅｔｒｉ网的飞机部件装配过程建模方法，首先在分析飞机部件 装配特点的基础上建立了装配过程的三级作业单元模型；然后通过对装配作业单元的模型表达，给出了基于
层次时间Ｐｅｔｒｉ网的装配过程模型构建步骤和模型运行要遵守的规则；采用线性代数的不变量分析方法，实 现了模型特性的分析。最后，以某型飞机外翼架内装配为例，建立了仿真模型，说明了该方法的有效性。
关键词：计算机应用；装配模型；建模；Ｐｅｔｒｉ网；飞机 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ
１引言 飞机作为一种结构复杂、要求严格的产品，其装 配作业不同于普通机械产品，装配过程中存在大量 连接件和不规则零部件。受装配型架、夹具等操作工
具的限制，以及装配顺序不同、操作人员配备不当等 原因，在实际生产１１程中往往出现资源需求冲突，装
配时间冗长等情况，导致产品成本居高不下。因ｌｉｔ， 如何提高飞机装配作业的效率，缩短装配时间已成
为飞机制造业的瓶颈问题。要解决上述问题，就必须 在遵循有效装配模式的基础上，建立良好的装配过
程模型作为指导来辅助生产管理。飞机部件装配过 程建模就是在先进装配模式的基础上，根据实际装
配工艺顺序和各种资源的使用情况，建立部件装配
１程的模型。该模型可以模拟和分析装配过程，找出 装配过程中的冲突和瓶颈工序，优化资源配置，最终 目的是支持企业实现缩短装配时间，提高装配作业
效率，降低产品成本的目标。 装配过程涉及到工艺约束、资源使用、时间消耗
等信息，是一个复杂的过程。有学者对此类问题进行
６０ 基于Ｐｅｔｒｉ网的动态Ｗｅｂ服务组合建模 基于Ｐｅｔｒｉ网的动态Ｗｅｂ服务组合建模 Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｒ＇ｌ Ｐｅｔｒｉ Ｎｅｔｓ 张晓文 包晓安 胡朱华 郭炜杰 （浙江理工大学信息电子学院，浙江杭州３１００１８） 摘 要 基于广义随机Ｐｅｔｒｉ网，提出了一种动态Ｗｅｂ服务组合建模的方法。利用广义随机Ｐｅｔｒｌ网（ＧＳＰＮ）以及ＯＷＬ—Ｓ组合 过程对Ｗｅｂ服务组合过程构建动态组合模型，实现Ｗｅｂ服务的动态组合。并通过一个实例证明该方法的可行性 与现有 的方法相比，该方法可以更有效地描述动态Ｗｅｂ服务组合。 关键词：广义随机Ｐｅｔｒｉ网，ＯＷＬ—Ｓ，Ｗｅｂ服务，动态Ｗｅｂ服务组合 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃｏｍｐｏｓｅ Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ Ａｔ ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ（ＧＳＰＮ）ａｎｄ ＯＷＬ－Ｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｅｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｄｅｓｃｒｉｂｅ Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ，ＯＷＬ－Ｓ，Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ，ｄｙｎａｍｉｃ Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｐｅｔｒｉ网作为描述分布式系统的一种模型，既能描述系统的 结构，又能模拟系统的运行，特别适用于描述基于组件的多线 程、分布式软件系统结构，以及构成软件系统各组件间的运行关 系，因而，Ｐｅｔｒｉ网已成为研究离散事件动态系统的一种有力的 系统建模和分析工具。与大多数Ｗｅｂ服务组合模型相比，使用 随机Ｐｅｔｒｉ网作为Ｗｅｂ服务组合模型能够更好的描述并发执行 的软件系统，如Ｗｅｂ服务组合。 本文在保证０ＷＬ—Ｓ过程模型正确性的基础上，利用广义 随机Ｐｅｔｒｉ网（ＧＳＰＮ）将Ｗｅｂ服务组合结构转换为Ｐｅｔｒｉ网模 型，并对Ｗｅｂ服务进行动态组合建模，形成比较复杂的服务组 合，并给出了实现方法，分析了实现中的关键技术。 １ 基本概念 Ｗｅｂ服务组合就是通过查找服务以及集成服务之间的接 Ｅｌ，根据应用需要组合多个自治的Ｗｅｂ服务，从而提供新的、功 能更强的Ｗｅｂ服务。Ｗｅｂ服务采用ＵＤＤＩ、ＷＳＤＬ、ＳＯＡＰ等基 于ＸＭＬ的标准和协议定义了服务发现、描述和消息传送协议。 但是基于ＵＤＤＩ和ＷＳＤＬ的Ｗｅｂ服务技术不能充分利用语义 信息，因而不能够解决服务匹配的问题和基于功能的服务定位 问题。需要一种描述Ｗｅｂ服务语义的机制来实现Ｗｅｂ服务的 动态组合。为了解决ＸＭＬ缺乏语义的问题，Ｗ３Ｃ提出了基于 ＸＭＬ的语言（如，ＲＤＦ和ＯＷＬ）。同时，为了生成支持机器理解 的描述文件，提出了基于ＯＷＬ语言的服务本体语言ＯＷＬ—Ｓ， 服务之间的不同表达可根据本体知识库中对统一概念的认识进 行关联，从而支持代理程序基于逻辑语义实现对Ｗｅｂ服务的动 态发现、调用及组合。 Ｗｅｂ服务动态组合需要一个好的工作流模型，否则跨域工 作无法进行下去。一个好的工作流模型是实现一个Ｗｅｂ服务组 合系统的关键和基础。Ｐｅｔｒｉ网技术是一种既可以进行结构建模， 又可以进行广泛定性和定量分析的建模方法。采用Ｐｅｔｒｉ网建立 模型有许多优点：首先其图形化的描述比较容易让用户理解系统 模型；其次可以利用Ｐｅｔｒｉ网对模型进行形式化分析和验证。 １．１ ＯＷＬ—Ｓ的概念 ＯＷＬ—Ｓ（Ｏｎｔｏｌｏｇｙ Ｗｅｂ Ｌａｎｇｕａｇｅ ｆｏｒ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）是Ｗｅｂ 服务的本体语言，我们所说的Ｗｅｂ语义包括ＲＤＦ、ＯＷＬ等，现 在所说的ＯＷＬ—Ｓ就是Ｗｅｂ服务和语义Ｗｅｂ的结合，主要是 为了解决Ｗｅｂ服务描述和发现以及业务组合的语义表示。 ＯＷＬ—Ｓ包括三个组件： Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ：描述服务的功能，即这个服务是做什么的， 服务搜寻代理通过Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ实现服务匹配，寻找到满足 服务请求者需求的Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ。 Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ：描述Ｗｅｂ服务的使用方法。 Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｍｏｄｅｌ：描述服务是怎么做的，即服务的具体实现 细节，其子类Ｐｒｏｃｅｓｓ描述服务中各个子过程的执行顺序。 Ｐｒｏｃｅｓｓ分为原子过程、组合过程和简单过程。其中：原子过程 描述服务一次不可分割的执行过程，没有子过程；组合过程通过 控制结构将原子过程或组合过程组合为一个复杂过程；简单过 程是原子过程和组合过程的抽象，它不能直接调用。 １ｌ２广义随机Ｐｅｔｒｉ网的概念 研究不断深入，Ｐｅｔｒｉ网也在不断地完善，其抽象和描述能 力也不断地朝着横向和纵向发展。它的纵向扩展表现为：从基本 的条件／事件（Ｃ／Ｅ）网和位置变迁（Ｐ／Ｔ）网，发展到谓词／变迁网 和颜色Ｐｅｔｒｉ网等高级网。它的横向扩展表现为：从无参数的网， 发展到时间Ｐｅｔｒｉ网和随机Ｐｅｔｒｉ网。在这里扩展广义随机Ｐｅｔｒｉ 网，让它可以对Ｗｅｂ服务建模。 一个ＧＳＰＮ可用一个Ｐ／Ｔ系统（Ｓ，Ｔ；Ｆ，Ｗ，Ｍ。， ）来描述， 其中的Ｔ被划分为时间变迁集 和瞬时变迁集１Ｉ２个子集。时间 变迁的实施需要一定的时间，瞬时变迁的实施时间可以忽略不 计，即Ｔ＝Ｔ｝ｕ ，ＴＪＴ｜＿ ，而在Ｆ中允许存在禁止弧。在ＧＳＰＮ中， 浙江省自然科学基金项目（Ｙ１ １００２８９、Ｙ１
