基于Petri網(wǎng)的審核業(yè)務(wù)工作流層次結(jié)構(gòu)化建模

王衛(wèi)東， 周國(guó)祥

（合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，安徽 合肥 230009）

工作流概念來(lái)自于生產(chǎn)組織和辦公自動(dòng)化領(lǐng)域［1］，是針對(duì)日常工作中具有固定程序活動(dòng)而提出的一個(gè)概念。工作流管理聯(lián)盟（Workflow Management Coalition，簡(jiǎn)稱 WFMC）將工作流定義為業(yè)務(wù)流程中的部分或者整體能夠自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，按照一系列流程的規(guī)則，使文件、信息或者任務(wù)可以在各個(gè)參與者間進(jìn)行傳遞和運(yùn)行。簡(jiǎn)單地說(shuō)，工作流就是一系列相互銜接、自動(dòng)進(jìn)行的業(yè)務(wù)活動(dòng)或任務(wù)。隨著電子政務(wù)和企業(yè)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，現(xiàn)今的企業(yè)管理層已經(jīng)不滿足于簡(jiǎn)單任務(wù)的工作流程，還要求工作流程可以進(jìn)行各種各樣的審核業(yè)務(wù)，故而出現(xiàn)了涉及審核業(yè)務(wù)的工作流管理系統(tǒng)，當(dāng)處理小批量審核業(yè)務(wù)時(shí)，這種方法可以很好地解決審核業(yè)務(wù)。但是隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，業(yè)務(wù)過(guò)程日趨復(fù)雜化，傳統(tǒng)的審核業(yè)務(wù)過(guò)程建模方法產(chǎn)生的工作流過(guò)程模型過(guò)于復(fù)雜。為了克服上述缺點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際的審核業(yè)務(wù)流程研究，本文給出了一種基于Petri網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)化審核業(yè)務(wù)工作流建模方法，并對(duì)珠寶行業(yè)審核業(yè)務(wù)進(jìn)行建模。

1 審核業(yè)務(wù)工作流分析

審核業(yè)務(wù)工作流［2］是根據(jù)一系列定義的規(guī)則，把文檔、圖像等在審核者之間進(jìn)行傳遞，對(duì)人和其他資源進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，在人機(jī)交互下，由審核人來(lái)完成某項(xiàng)工作，以達(dá)到文檔、圖像等得到不同人的審閱、審核處理的目的。傳統(tǒng)審核業(yè)務(wù)工作流過(guò)程建模是以過(guò)程為核心，未詳細(xì)地分析審核業(yè)務(wù)之間所存在的邏輯關(guān)系。例如一項(xiàng)文件的審核要求多人給出審核結(jié)果，然后再進(jìn)行匯總或者需要按照權(quán)限的劃分，按照一定的順序進(jìn)行審核等?；趯?duì)各種審核結(jié)構(gòu)的分析，提出4種審核結(jié)構(gòu)，即選擇審核、并行審核、順序?qū)徍思把h(huán)審核。圖1所示為一個(gè)審核業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化示意圖。

圖1 審核業(yè)務(wù)示意圖

（1）選擇審核。根據(jù)一定的條件或狀態(tài)等選擇審核人進(jìn)行審核，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后進(jìn)行單價(jià)判斷，大于500元時(shí)進(jìn)行A審核，否則進(jìn)行B審核。

（2）并行審核。在業(yè)務(wù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)同級(jí)別審核情況，需要多人進(jìn)行審核，全部通過(guò)之后進(jìn)行審核結(jié)果匯總。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后產(chǎn)生數(shù)據(jù)需要進(jìn)行C與D并行審核，必須兩者都審核通過(guò)時(shí)才可得到結(jié)果。

（3）順序?qū)徍恕Ｔ跇I(yè)務(wù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些需要遞推審核的情況，按照任務(wù)的要求分步審核。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，按照權(quán)限的劃分，當(dāng)E審核之后再進(jìn)行F審核。

（4）循環(huán)審核。在審核不通過(guò)時(shí)需返回重新數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，再進(jìn)行審核。每一步審核不通過(guò)時(shí)，需要返回?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)備階段重新審核，循環(huán)審核包含于其他3種審核方式之中。

2 工作流過(guò)程建模

結(jié)合上述分析對(duì)審核業(yè)務(wù)工作流進(jìn)行建模，采用的是Petri網(wǎng)技術(shù)［3］。

2.1 Petri網(wǎng)相關(guān)概念

定義1 Petri網(wǎng)PN ＝（P，T，F(xiàn)）是工作流網(wǎng)（WF－net），當(dāng)且僅當(dāng)：

（1）存在一個(gè)輸入庫(kù)所i∈P，使得·t＝?。

（2）存在一個(gè)輸出庫(kù)所o∈P，使得o·＝?。

（3）若在PN中加入一個(gè)新的變遷t＊，使t＊連接庫(kù)所o和i，即·t＊＝｛o｝，t＊·＝｛i｝，則此時(shí)所得到的PN是強(qiáng)連通的。

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)x∈P∪T都位于從i到o的一條路徑上。一個(gè) WF－net有一個(gè)輸入庫(kù)所（i）和一個(gè)輸出庫(kù)所（o）。

定義2 在工作流網(wǎng)PN＝（P，T，F(xiàn)）中，加入一個(gè)新變遷t＊，使t＊連接庫(kù)所o和i，即·t＊＝｛o｝ ，t＊·＝ ｛i｝，從而得到一個(gè)工作流網(wǎng)，其中｛〈o，t＊〉，〈t＊，i〉｝，則稱為擴(kuò)展工作流網(wǎng)。

在工作流網(wǎng)中，用變遷t∈T來(lái)表示工作項(xiàng)，如圖1中的各個(gè)審核項(xiàng)。庫(kù)所p∈P表示工作流中的相關(guān)條件或資源，如圖1中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。p中至少有一個(gè)令牌，則對(duì)應(yīng)的變遷t是授權(quán)的，即t有可能觸發(fā)，相當(dāng)于工作項(xiàng)有可能執(zhí)行。根據(jù)需要添加變遷t以及相應(yīng)的庫(kù)所來(lái)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展工作流網(wǎng)，以滿足建模的需要。

2.2 過(guò)程模型Petri網(wǎng)映射

出于減輕審核業(yè)務(wù)工作流過(guò)程模型復(fù)雜性的目的，提出層次結(jié)構(gòu)化建模方法。為了體現(xiàn)模型的層次性，根據(jù)粒度的劃分，頂層模型引入了抽象變遷概念，進(jìn)行粗粒度建模，從而實(shí)現(xiàn)在不同層次上的過(guò)程建模，由上到下逐步細(xì)化過(guò)程模型。

定義3 活動(dòng)是一系列操作所組成的過(guò)程，是過(guò)程分解最基本的工作單元，活動(dòng)受工作流引擎驅(qū)動(dòng)完成某一任務(wù)。

定義4 抽象變遷是對(duì)頂層模型粗粒度的分解，是一組活動(dòng)的集合。抽象變遷可以繼續(xù)分解成下一級(jí)的多個(gè)活動(dòng)，以滿足建模所需要的粒度要求。

定義5 審核模型是針對(duì)上述提出的4種審核方式建立的結(jié)構(gòu)化模型，對(duì)應(yīng)為選擇審核結(jié)構(gòu)、并行審核結(jié)構(gòu)、順序?qū)徍私Y(jié)構(gòu)及循環(huán)審核結(jié)構(gòu)。

頂層模型Petri網(wǎng)映射如圖2所示。

圖2 頂層模型Petri網(wǎng)映射

WFMC定義了4種工作流路由結(jié)構(gòu)［4］，即選擇、并行、循環(huán)和順序結(jié)構(gòu)，這4種結(jié)構(gòu)為工作流執(zhí)行的基本結(jié)構(gòu)。為了方便4種審核模型的Petri網(wǎng)表示，引入4種構(gòu)造模塊進(jìn)行約束，它們分別是與分支、與連接、或分支、或連接。與分支模塊和與連接模塊的共同使用表示一個(gè)并行執(zhí)行過(guò)程，或分支模塊和或連接模塊的共同使用表示一個(gè)選擇執(zhí)行過(guò)程。4種審核模型的Petri網(wǎng)映射如圖3所示。

圖3 4種審核模型Petri網(wǎng)映射

2.3 層次結(jié)構(gòu)化過(guò)程模型的優(yōu)點(diǎn)

本文的層次結(jié)構(gòu)化過(guò)程模型通過(guò)對(duì)審核業(yè)務(wù)活動(dòng)分解進(jìn)行建模，與傳統(tǒng)的建模方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）建立在Petri網(wǎng)之上，具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

（2）可以隱藏過(guò)程模型中審核活動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)。

（3）審核模型能更加直觀、清晰地描述審核業(yè)務(wù)。

（4）克服了傳統(tǒng)審核業(yè)務(wù)建模方法中活動(dòng)之間的緊耦合、缺乏柔性的問(wèn)題。

（5）可以使復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程在任務(wù)分解過(guò)程中得到簡(jiǎn)化，進(jìn)而簡(jiǎn)化工作流的建模。

3 審核業(yè)務(wù)層次結(jié)構(gòu)化建模方法

基于審核業(yè)務(wù)的特色，結(jié)合上述提出的4種審核模型［5］和本文提出的審核業(yè)務(wù)層次結(jié)構(gòu)化模型，提出以下建模方法。

（1）將業(yè)務(wù)過(guò)程中的每一步根據(jù)任務(wù)劃分粒度的不同，用一個(gè)活動(dòng)變遷或一個(gè)抽象變遷表示，建立頂層模型，而每個(gè)活動(dòng)之間的因果關(guān)系用庫(kù)所（p）和變遷（t）來(lái)表示。

（2）業(yè)務(wù)過(guò)程開(kāi)始表示為只有一個(gè)起始庫(kù)所的開(kāi)始結(jié)構(gòu)，而業(yè)務(wù)過(guò)程結(jié)束則表示為只有一個(gè)終止庫(kù)所的結(jié)束結(jié)構(gòu)。

（3）可以用任何一種審核模型來(lái)替代抽象變遷，每個(gè)被替代的抽象變遷只有一個(gè)輸入庫(kù)所和一個(gè)輸出庫(kù)所，則輸入庫(kù)所和替代控制結(jié)構(gòu)中的輸入庫(kù)所合并，而它的輸出庫(kù)所和替代控制結(jié)構(gòu)中的輸出庫(kù)所合并。

（4）根據(jù)需要采用相應(yīng)的工作流審核模型，并且任何一個(gè)審核模型，包括順序、選擇、并行和循環(huán)，可以把審核模型庫(kù)所與相應(yīng)的活動(dòng)鏈接在一起，并且任意2個(gè)審核模型也可以通過(guò)一個(gè)審核模型的輸入庫(kù)所和另一個(gè)審核模型的輸出庫(kù)所合并而鏈接在一起。

（5）重復(fù)步驟（3）和（4），直到所有的審核流程都處理完畢。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 問(wèn)題描述

以珠寶行業(yè)管理系統(tǒng)項(xiàng)目［6－9］為例，說(shuō)明層次結(jié)構(gòu)化審核業(yè)務(wù)Petri網(wǎng)建模。審核項(xiàng)目任務(wù)從開(kāi)始庫(kù)所出發(fā)，首先倉(cāng)庫(kù)管理員提交待審核清單，由商場(chǎng)管理部門(mén)和財(cái)務(wù)部門(mén)并行進(jìn)行調(diào)研并審核。如果審核不通過(guò)，2個(gè)部門(mén)分別給出修改意見(jiàn)并返回到初始。如果通過(guò)則將2個(gè)并行審核的文件匯總，然后送至秘書(shū)審核。若審核通過(guò)則送至總經(jīng)理審核，總經(jīng)理審核通過(guò)則問(wèn)題結(jié)束，否則返回初始。

4.2 問(wèn)題建模

通過(guò)對(duì)實(shí)例分析不難發(fā)現(xiàn)，倘若對(duì)問(wèn)題按照傳統(tǒng)建模方法建模，當(dāng)問(wèn)題繁瑣時(shí)，不易進(jìn)行全局統(tǒng)籌考慮，容易誤漏信息；當(dāng)進(jìn)行相關(guān)活動(dòng)添加時(shí)，由于問(wèn)題活動(dòng)之間的耦合性太強(qiáng)，可能會(huì)造成模型關(guān)系的混亂，故利用本文提出的建模方法進(jìn)行建模。

（1）進(jìn)行頂層模型建模，包括2個(gè)活動(dòng)及2個(gè)審核部分。由此建立了頂層模型，如圖4所示。

圖4 審核業(yè)務(wù)頂層模型

其中P1表示開(kāi)始庫(kù)所，包含令牌數(shù)代表著審核項(xiàng)目數(shù)量。抽象變遷Ⅰ對(duì)應(yīng)著一個(gè)并行審核模型，抽象變遷Ⅱ?qū)?yīng)著一個(gè)順序?qū)徍四Ｐ?。變遷生成審核清單和信息匯總對(duì)應(yīng)于活動(dòng)提交審核清單和信息匯總。

（2）分析2個(gè)審核部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立3種審核模型，如圖5所示。并行審核模型表示商場(chǎng)管理人員審核通過(guò)的同時(shí)要求財(cái)務(wù)審核通過(guò)，兩者假如有一項(xiàng)審核未通過(guò)則需返回重新準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，兩者皆通過(guò)之后才可以進(jìn)行信息的匯總，如圖5a所示。順序?qū)徍四Ｐ捅硎驹诿貢?shū)審核通過(guò)之后才可以繼續(xù)進(jìn)行總經(jīng)理審核，屬于遞推關(guān)系，如圖5b所示。循環(huán)審核模型包含于2種審核模型中，當(dāng)每一步不同意時(shí)，則返回相應(yīng)活動(dòng)進(jìn)行循環(huán)審核。

圖5 審核模型

（3）按照本文提出方法進(jìn)行合并操作的工作流過(guò)程模型，如圖6所示。

圖6 工作流過(guò)程模型

審核項(xiàng)目任務(wù)從開(kāi)始庫(kù)所（P1）（包含令牌）出發(fā)，首先生成清單變遷主要作用是生成審核數(shù)據(jù)清單。P2獲得令牌表示待審核清單，之后由商場(chǎng)管理部門(mén)和財(cái)務(wù)部門(mén)并行進(jìn)行調(diào)研并審核（對(duì)應(yīng)于商場(chǎng)管理審核和財(cái)務(wù)審核變遷）。P5獲得令牌代表商場(chǎng)管理部門(mén)審核后的結(jié)果，P6獲得令牌代表財(cái)務(wù)部門(mén)審核后的結(jié)果。如果審核不通過(guò)，2個(gè)部門(mén)分別給出修改意見(jiàn)對(duì)應(yīng)P3、P4，并返回到生成清單變遷。如果通過(guò)則將2個(gè)并行審核的文件匯總（對(duì)應(yīng)信息匯總變遷），庫(kù)所P7獲得令牌代表2個(gè)部門(mén)審核通過(guò)的結(jié)果，P9獲得令牌代表匯總過(guò)的審核結(jié)果，之后由秘書(shū)對(duì)匯總之后的審核案例進(jìn)行審核（對(duì)應(yīng)秘書(shū)審核變遷）。P10獲得令牌代表秘書(shū)審核的結(jié)果，如果審核不通過(guò)，則給出審核意見(jiàn)對(duì)應(yīng)P8，返回生成清單變遷。秘書(shū)審核通過(guò)則給出審核結(jié)果，交由總經(jīng)理審核對(duì)應(yīng)庫(kù)所P11（獲取令牌），總經(jīng)理審核（對(duì)應(yīng)總經(jīng)理審核變遷）通過(guò)則給出意見(jiàn)對(duì)應(yīng)P12（獲得令牌），任務(wù)結(jié)束，令牌歸于庫(kù)所end，其他庫(kù)所無(wú)令牌。如果審核不通過(guò)，則給出審核意見(jiàn)對(duì)應(yīng)P13，返回生成清單變遷。

以審核結(jié)構(gòu)為核心的建模方式，可以更清晰地表示審核行為，同時(shí)可降低審核模型內(nèi)部與外部的耦合性。

5 結(jié)束語(yǔ)

工作流過(guò)程建模與分析是工作流技術(shù)的重要研究課題之一?；赑etri理論，本文詳細(xì)闡述了一種工作流建模方法，提出了審核模型的概念以及引入了“抽象變遷”概念。此方法可以隱藏子網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和詳細(xì)描述，使子網(wǎng)的描述并行進(jìn)行，整個(gè)模型具有良好的層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)修改審核模型來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)審核業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配置和管理，使其更好地解決企業(yè)業(yè)務(wù)繁瑣性、靈活性所帶來(lái)的多變操作。同時(shí)該模型實(shí)現(xiàn)了分層結(jié)構(gòu)化建模，可將系統(tǒng)的復(fù)雜問(wèn)題逐層分解，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。

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