基于Petri网流程配置的材料采购系统优化分析

曹 蕊，刘祥伟，王丽丽(安徽理工大学数学与大数据学院，安徽淮南 232001)

基于Petri网流程配置的材料采购系统优化分析

曹 蕊，刘祥伟，王丽丽
(安徽理工大学数学与大数据学院，安徽淮南 232001)

流程配置是业务流程优化的核心内容之一。现有方法主要是对细粒度的流程模型添加配置信息来实现配置操作，细粒度流程模型中存在许多非重要信息导致配置优化复杂，本文提出了基于业务流程模型抽象的流程配置优化。首先依据行为轮廓对源模型进行抽象，经过抽象后使得细粒度的流程模型可以获得行为保持的粗粒度抽象模型。然后对抽象模型添加配置信息，实现业务流程的配置优化分析。最后通过具体的材料采购业务流程模型实例分析，验证了该方法的有效性。

Petri网；流程模型抽象；行为轮廓；流程配置；优化

随着信息技术的迅速发展，业务流程优化在业务流程管理中显得更为重要。在大部分组织或企业中，业务流程复杂，存在大量的重复行为，为了尽可能流程管理，减少含相同信息的模型数量变得尤其重要。因此，对模型进行抽象，进而实施配置操作具有一定的意义，如何进行配置优化也成为业务流程管理的核心问题之一。

目前关于配置优化已有了相当多的研究。Becker J等人提出了适应的相关模型化，对于信息化模型进行整合配置性和一般性的技术。Gottschalk F等人研究了可配置的工作流模型以及可配置的流程模型[1-3]。Van der Aalst等人提出了一种基于伙伴合成的方法用于保证流程配置的正确性；在业务流程配置中如何保存正确性,以及如何支持和分析多租户进程在云计算中的业务流程配置[4-6]。Mafazi S等人关于业务流程模型抽象配置提出了一种基于知识的方法[7]。Huang等人基于服务的业务流程模型提出了基于本体论的配置研究[8]。L.EI Faquih等人研究了在可配置的流程模型中趋向于语义丰富性[9]。而通过合并现有的流程模型，使他们的设计自动化到可配置的参考模型，以协助可配置的过程模型的设计与配置的过程片段是由Nour Assy等人提出的[10]。

基于上面的背景，本文首先对源模型进行业务流程抽象，根据行为轮廓方面的理论构造出算法。然后通过此算法将源模型中细粒度的变迁抽象成高水平的粗粒度的变迁，即聚集和消除，聚集保留重要的变迁，消去冗余、不太重要的部分，得到一个抽象级别高的模型。最后，对此模型进行有关配置的操作，进而满足不同行业的需求。

1 基本概念

定义1[11](Petri网) 一个Petri网或者一个网，N=(P,T,F)是库所集P与变迁集T的非空有限不相交集，F⊆(P×T)∪(T×P)是流关系。

在Petri网中，存在一种弱序关系，即T×T包含所有的变迁对(x,y),t,ρ是一个发生序列，当i∈{1,2,…,n-1}时，i

依据这种弱序关系，提出了行为轮廓。

定义2[12](行为轮廓)N=(P,T,F)是一个Petri网，∀(x,y)∈T×T满足下列关系中的一种：(1)严格序关系→：若x≻y∧y≻x；(2)排他序关系+：若x≻y∧y≻x；(3)交叉序关系||：若x≻y∧y≻x，则称为Petri网的行为轮廓。

严格序关系说明两个变迁的发生有先后关系；排他序关系说明两个变迁是不可能同时发生的；交叉序关系说明两个变迁能够以任意顺序发生(图1)。

图1 变迁关系图

定义3[13](函数聚集) 设PM是一个Petri网，PMa是PM所对应的抽象模型。函数聚集：TA→(P(T)∅)是指PMa中的一个变迁到PM中的变迁集的对应。其中P(T)是变迁集T的幂集，∅代表空集。

2 基于业务流程模型抽象的流程配置优化

2.1 业务流程模型抽象的算法

业务流程模型抽象是指将详细模型(源模型)中的细粒度的变迁(重要的部分)通过聚类转化成抽象模型中高水平的粗粒度的变迁，通过消除，去除不重要的变迁，也就是指去除对企业或组织需求意义不大的变迁，进而得到抽象模型。抽象模型相当于将源模型中的变迁模块化。

抽象模型中的变迁都是重要的，而且是源模型的变迁聚集的小模块。这样对抽象模型进行配置，相当于模块(重要的部分)间的操作，得到的配置模型更能满足企业或组织的要求。基于此，本文提出了基于业务流程模型抽象的算法，具体算法如下。

算法1：导出变迁对的行为关系

输入：变迁x和y以及阈值ωr=0.65

输出：变迁x和y的行为关系

步骤1：计算

步骤2：计算

步骤3：若步骤2中计算的结果小于阈值ωr=0.65，舍去，否则，继续步骤4；

步骤4：若ω(x+PMay)≥ωr，则输出x+PMay；算法结束，否则进入步骤5；

步骤6：输出x||PMay，算法结束。

2.2 业务流程模型的配置

一个可配置的流程模型是指流程模型可以进行配置操作进而满足各行业的需求。业务流程模型的配置可以通过阻塞或隐藏流程模型的一部分来实现。对于业务流程模型来说，一般建立的都是简单的不含配置信息的流程模型，而这些流程模型不能满足一些企业或组织的需求，所以在此基础上加入阻塞或隐藏的信息对业务流程进行优化，简单而且方便。而对于一般的Petri网模型，是通过阻塞或隐藏Petri网中的变迁实现配置操作的。

阻塞变迁意味着此变迁在流程模型运行中被禁止。倘若这些变迁，通过其他路径不是使能的,它后继的所有变迁将不能执行。隐藏变迁是指当此变迁发生时，跳过去，不影响流程模型的其他部分的执行，通常这些隐藏变迁被沉默变迁τ所代替。若一个变迁既不是阻塞的，也不是隐藏的，那么，它是可以通过的，称之为通过变迁，这就意味着在流程模型中没有发生任何变化。

在支付流程中，对于只有银行卡和现金支付两种方式的流程模型，若顾客由于某种原因忘记了带现金，那么顾客就可以用银行卡支付，这种情况可以通过添加配置信息来完成支付。如图2所示，配置操作可以优化业务流程。

图2 支付流程

2.3 采购原料的抽象配置优化分析

为了验证上述算法的可行性以及流程模型配置优化，在这一部分将对材料采购问题进行分析，源模型如图3所示。

图3 源模型PM

表1 源模型PM的行为轮廓BP

从表1可以直观地看出，源模型PM的行为轮廓BP。根据源模型PM的行为轮廓BP，按照业务流程模型抽象的算法来求出抽象模型PMa中变迁对的行为轮廓，进而得出相对于源模型来说粗粒度变迁的抽象模型PMa。

源模型PM中的虚线部分分别抽象成抽象模型PMa的变迁F1,F2,F3。下面计算A与F1的行为关系。

图4 不带配置信息的抽象模型PMa

上面得到的抽象模型PMa是不含配置信息的，不含配置的抽象模型与实际的企业需求的流程模型存在着一定的差异。第一，企业材料采购时，往往采用合同订单的方式，因为合同订单更具有法律性。第二，倘若采取合同订单的方式，则会通过平行方式采购订单交货，而在材料采购时企业与供应商的商定只需要一种约定方式即可。

对此，可以对抽象模型PMa实施配置操作来实现进一步的优化。第一，为了满足企业的需求，可以阻塞变迁F2计划协议交货，这样可以采取合同订单的方式。第二，若执行合同订单的路径时，必然也会通过采购订单交货这一平行方式，为了阻止采购订单交货方式的执行，可以隐藏采购订单交货方式的变迁，将此变迁跳过去不执行。这样一来，通过添加配置信息的配置操作，便符合了企业想采用合同订单的方式与材料供给人达成协议。其配置网如图5所示。

图5 带有配置信息的抽象模型PMa

3 结语

本文在已有研究的基础上，对源模型进行基于Petri网及其行为轮廓的业务流程抽象，使结构复杂、冗余、偏离要求的模型接近各行业的需求。对得到的无配置信息的抽象模型添加配置信息实现优化，从而满足企业或组织需求。

[1]Becker J,Delfmann P,Knackstedt R.Adaptive reference modeling: integrating configurative and generic adaptation techniques for information models[M].Reference Modeling,Physica-Verlag HD,2007:27-58.

[2]Gottschalk F,Van Der Aalst W M P,Jansen-Vullers M H,et al.Configurable workflow models[J].International Journal of Cooperative Information Systems,2008(2):177-221.

[3]Gottschalk F F.Configurable process models[D].Technische Universiteit Eindhoven,2009.

[4]Van Der Aalst W M P,Lohmann N,La Rosa M,et al.Correctness ensuring process configuration:an approach based on partner synthesis[C].International Conference on Business Process Management,Springer Berlin Heidelberg, 2010:95-111.

[5]Van Der Aalst W M P,Dumas M,Gottschalk F,et al.Preserving correctness during business process model configuration[J].Formal Aspects of Computing,2010(3-4):459-482.

[6]Van Der Aalst W M P.Business process configuration in the cloud: how to support and analyze multi-tenant Processes[C].Web Services(ECOWS),Ninth IEEE European Conference on Web Service,2011:3-10.

[7]Mafazi S,Mayer W,Grossmann G,et al.A knowledge-based approach to the configuration of business process model abstractions[J].Knowledge-intensive Business Processes,2012:60.

[8]Huang Y,Feng Z,He K,et al.Ontology-based configuration for service-based business process model[C].Services Computing(SCC),IEEE International Conference on Services Computing,2013:296-303.

[9]El Faquih L,Sbaï H,Fredj M.Towards a semantic enrichment of configurable process models[C].Third IEEE International Colloquium in Information Science and Technology.IEEE,2014:1-6.

[10]Assy N,Chan N N,Gaaloul W.An automated approach for assisting the design of configurable process models[J].IEEE Transactions on Services Computing,2015(6):874-888.

[11]Weidlich M,Mendling J,Weske M.Propagating changes between aligned process models[J].The Journal of Systems and Software,2012(8):1885-1898.

[12]Weidlich M,Mendling J,Weske M.Efficient consistency measurement based on behavioral profiles of process models[J].IEEE Transactions on Software Engineering,2011(3):410-429.

[13]Smirnov S,Weidlich M, Mendling J.Business process model abstraction based on synthesis from well-structured behavioral profiles[J].International Journal of Cooperative Information Systems,2012(1):55-83.

Optimization Analysis of Material Purchasing System Based on Petri Net Process Configuration

CAO Rui, LIU Xiang-wei, WANG Li-li

(College of Mathematics and Big Data, Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui 232001, China)

Process configuration is one of the core content of business process optimization. The existing method is mainly to add configuration information to the fine-grained process model to realize the configuration operation. Due to the existence of lots of unimportant information in the fine grained process model, the configuration optimization is complex. In this paper, the process configuration optimization based on the business process model abstraction is proposed. First, the source model is abstracted according to the behavior profile. After abstraction, the fine-grained process model can obtain the coarse granularity abstract model of behavior retention. Then, the configuration information is added to the abstract model. An analysis of the configuration optimization of business process is realized. Finally, the effectiveness of the method is verified by the example analysis of the specific material purchasing business process model.

Petri net; process model abstraction; behavioral profiles; process configuration; optimization

2016-11-28

国家自然科学基金项目“基于行为Petri网的业务系统变化域分析方法及应用研究”(61402011)；安徽省自然科学基金项目“面向可信管理的业务系统变化域分析方法研究”(1508085MF111)。

曹 蕊(1990- )，女，硕士研究生，从事Petri网研究。

刘祥伟(1977- )，女，副教授，从事Petri网和可信软件研究。

TP391.9

A

2095-7602(2017)04-0013-06