基于随机着色Petri网的虚拟企业BPM建模方法与流程

本发明属于企业生产经营管理技术领域，涉及虚拟企业项目建模方法，特别是涉及一种基于随机着色petri网的虚拟企业bpm建模方法。

背景技术：

随着全球经济的一体化以及信息技术的迅猛发展，虚拟企业已成为21世纪企业进行生产经营和市场竞争的主要运作模式，它是一个有着动态临时性的合作组织，通过成员企业之间共担风险和共享资源来达到优势互补，快速把握市场机遇的目的。如何从服务质量(如生产成本、生产时间和产品质量等)各异的候选企业中选择最适当的合作企业进行产品生产，是虚拟企业成功的关键。

信息系统是虚拟企业实现高效运营的基础，但是传统的信息系统存在着信息孤岛、流程固化等问题。随着信息技术的发展，以soa(serviceorientedarchitecture)和工作流为基础的bpm(businessprocessmanagement)技术逐渐兴起。《businessprocessmanagement(bpm)standards：asurvey》指出bpm为企业提供管理流程的能力，其生命周期包括流程建模、执行、管理、优化4个部分，实现对流程持续的改进。作为下一代信息系统发展的新方向，bpm系统将对虚拟企业的实现产生重要影响，文献《advancesinbusinessprocessmanagement》提出了bpm在未来的几个主要发展方向，其中之一就是其在虚拟企业中的应用。但是目前，对于bpm在虚拟企业中的研究较少，且缺乏相应的模型描述，因此，本发明提出一种以bpm为技术基础的虚拟企业信息系统运行架构，并建立此架构的过程模型。

《thegaiamethodologyforagent-orientedanalysisanddesign》提出由于虚拟企业信息系统有着成员异构、结构变化复杂等特点，传统的统一建模语言、实体-关系模型等建模方法难以满足虚拟企业信息系统建模的需要。企业建模是为了得到企业某方面的描述而对企业进行抽象的活动，其中，过程建模准确的描述了企业的经营过程，是企业进行过程分析、优化和控制的重要基础。petri网是一种图形化、数学化的建模语言，采用可视化图形描述，被形式化的数学方法所支持，能表达离散事件动态系统的静态结构和动态变化，适用于分析企业业务过程的静态与动态问题。《基于petri-net的虚拟企业工作流过程设计》借助petri网，成功的完成了虚拟企业工作流系统的设计。但对于具有复杂的异步、并行和同步关系的企业信息系统来说，普通的petri网模型存在着规模过大，并且缺乏分析系统性能的数学方法等问题。为了克服普通petri网的不足，人们研究了很多种高级petri网，其中，着色petri网通过引入颜色托肯，减小了系统规模。随机petri网通过给变迁引入时间特性，为模型性能的评估提供了有效的工具。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，解决传统的信息系统存在着信息孤岛、流程固化等问题，将着色petri网和随机petri网进行结合，利用二者的优势，提出一种随机着色petri网的模型分析方法，并运用此方法对虚拟企业bpm系统进行建模与分析。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：基于随机着色petri网的虚拟企业bpm建

模方法，包括以下步骤：

步骤1：对普通petri网进行扩展，定义随机着色petri网为八元组scpn＝{p，dt，st，mt，a，c，e，m0}，其中：p为库所有限集合；dt为确定时间变迁集合；st为赋时变迁集合；mt为瞬时变迁集合；a为弧集合；c为颜色集合；e为弧表达式；m0为初始标识；

步骤2：scpn的变迁触发规则，变迁输入位置内的标记数必须大于或等于输入弧上的弧表达式，且符合颜色要求，scpn由于变迁触发而改变其标识；

步骤3：根据用户需求，利用随机着色petri网，建立以bpm系统为基础的虚拟企业过程模型。

进一步的，所述步骤1中其标识中各个库所里的托肯都带有颜色。

进一步的，所述步骤1中具体包括对普通petri网进行扩展，构造随机着色petri网模型。

进一步的，所述步骤3中具体包括：

步骤3.1，构建虚拟企业的组建过程scpn模型如下：

scpn1＝{p，st，a，c，e，m0}，

其中，p＝{p0，p1，p2，p3，p4，p5}，t＝{t0，t1，t2，t3，t4}，p0：抓住市场机遇，p1：等待签订合作协议，p2：准备选取合作企业，p3：可选取的合作企业信息库，p4：对待选合作企业进行评估，p5：虚拟企业建立完成，t0：进行需求分析，t1：选取合作企业，t2：评估不通过，重新选取，t3：评估通过，订立合作协定，t4：重新等待下一个市场机遇，c＝{ph，cs}，ph，cs分别为消息颜色集和可选取的合作企业信息颜色集，所有变迁都为赋时变迁，其时延系数设为(2，5，7，3，10)；

步骤3.2，构建虚拟企业的流程运作scpn模型如下：

scpn2＝{p，st，a，c，e，m0}，

其中，p＝{p0，p1，p2，p3，p4，p5，p6，p7，p8，p9，p10，p11}，t＝{t0，t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7}，p0：盟主企业流程信息，p1：成员企业流程信息，p2：流程设计完成，p3：盟主企业流程资源库，p4：盟主企业流程实例化，p5：成员企业流程实例化，p6：成员企业流程资源库，p7：盟主企业流程执行完成，p8：成员企业流程执行完成，p9：流程汇总完成，p10：盟主企业流程优化，p11：成员企业流程优化，t0：进行流程设计，t1：流程执行准备，通知成员企业开始执行流程，t2：盟主企业流程执行，t3：成员企业流程执行，t4：流程汇总，t5：盟主企业流程更新，t6：成员企业流程更新，t7：流程执行数据分析，c＝{ph，cs}，ph，cs分别为盟主企业信息资源颜色集和成员企业信息资源颜色集，所有变迁都为赋时变迁，其时延系数设为(3，6，1，1，2，7，7，4)。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)将bpm系统引入到虚拟企业中，利用bpm的技术理念优势，使得企业克服传统信息系统的缺点，能够在激烈的市场竞争中把握市场机遇；

(2)采用随机着色petri网对虚拟企业bpm系统建立过程模型，扩展了其在系统建模上的作用领域，反映出系统运行的特性，体现出了虚拟企业这种跨组织流程的运行特点，使人理解系统的整个运行过程以及虚拟企业的运行机制，为虚拟企业和bpm相关理论的研究和发展提供了一些新的途径和新的思路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明定义的以bpm系统为核心的虚拟企业运行架构图。

图2是本发明建立的运用cpntool软件对虚拟企业的组建过程建立petri网模型。

图3是本发明给出的虚拟企业petri网模型的流程运作模型示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面结合附图及实施例，对依据本发明提出的基于随机着色petri网的虚拟企业bpm建模方法的具体实施方式，做详细说明。用图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种基于随机着色petri网的虚拟企业bpm建模方法，首先给出以bpm系统为核心的虚拟企业运行架构图。

在此架构中，各个企业都以bpm系统为自己的信息管理系统，成员企业将自己的优势流程信息以服务的形式发布到网络上，盟主企业通过网络找到自己需要的服务流程后与服务提供企业签订合约，通过调用成员企业提供的流程信息进行总体的流程建模。

流程开始运行后，盟主企业通知成员企业运行所提供的服务流程，最终汇总完成整个流程，流程执行完毕后盟主企业和成员企业分析流程执行数据对流程进行优化或者重新设计，准备下一次虚拟企业的流程运行。

在整个过程中，bpm系统负责流程设计，将业务功能包装为服务，并在流程执行时管理流程运行，收集流程执行数据和流程优化等功能。

本发明的一种基于随机着色petri网的虚拟企业bpm建模方法，包括以下步骤：

步骤1：对普通petri网进行扩展，定义随机着色petri网为八元组

scpn＝{p，dt，st，mt，a，c，e，m0}

p为库所有限集合；

dt为确定时间变迁集合；

st为赋时变迁集合；

mt为瞬时变迁集合；

a为弧集合；

c为颜色集合；

e为弧表达式；

m0为初始标识；

步骤2：scpn的变迁触发规则，变迁输入位置内的标记数必须大于或等于输入弧上的弧表达式，且符合颜色要求，scpn由于变迁触发而改变其标识；

步骤3：根据用户需求，利用随机着色petri网，建立以bpm系统为基础的虚拟企业过程模型。

步骤3中具体包括：

步骤3.1，构建虚拟企业的组建过程模型，主要描述需要组建虚拟企业的盟主企业通过网络寻找成员企业的运作过程；

运用cpntool软件对虚拟企业的组建过程建立scpn模型：

scpn1＝{p，st，a，c，e，m0}

其中，p＝{p0，p1，p2，p3，p4，p5}，t＝{t0，t1，t2，t3，t4}，如图2所示。

虚拟企业组建过程petri网模型中库所和变迁的含义如表1所示，

表1

图2中，ph，cs分别为消息颜色集和可选取的合作企业信息颜色集，ph(1)表示运行过程中传递的消息，p0表示盟主企业在等待市场机遇，当出现市场机遇时，盟主企业抓住机遇进行业务分析，颜色托肯cs(1)和cs(2)表示2个不同企业提供的服务流程，盟主企业通过p4对企业的服务流程进行评估，如果评估通过的话，盟主企业与提供此服务流程的企业订立合作协定。

设定变迁时延系数λ＝(2，5，7，3，10)。

此模型的可达图标识，如表2所示。

表2

通过cpntool进行仿真后可知此模型所有的变迁都是活的，所有库所都是有界的。

可得每一个标识mi的稳定概率为：p(m0)＝0.3947，p(m1)＝0.2631，p(m2)＝0.1316，p(m3)＝0.1316，p(m4)＝0.0395，p(m5)＝0.0395。

在求解稳定概率的基础上，用pr表示库所p0，p1，p2，p3，p4，p5中含有托肯的概率为：

pr(p0＝1’ph(1))＝0.3947，pr(p1＝1’ph(1))＝0.5263

pr(p2＝1’ph(1))＝0.3947，pr(p3＝1’cs(1)+1’cs(2))＝0.6578

pr(p3＝1’cs(1))＝pr(p3＝1’cs(2))＝0.1711，

pr(p4＝1’cs(1))＝pr(p4＝1’cs(2))＝0.1316

pr(p5＝1’cs(1))＝pr(p5＝1’cs(2))＝0.0395

pi中有托肯表示模型中库所pi处于使用状态。

令k1为可选取的企业服务流程信息利用率。

由图2得，k1＝{p3＝1’cs(1)+1’cs(2)，p3＝1’cs(1)，p3＝1’cs(2)}，可得p(k1)＝pr(p3＝1’cs(1)+1’cs(2))+pr(p3＝1’cs(1))+pr(p3＝1’cs(2))＝1。

令pn为所有库所含有托肯的概率之和，得pn＝2.6579，最终可得p(k1)/pn＝0.3762，

由计算结果可以看出，在整个虚拟企业组建过程中的服务流程信息资源使用率为37.62％，说明服务流程信息资源的访问效率并不高，由于企业服务流程信息的查询是通过网络进行，提高服务流程信息资源的使用效率将有助于加快虚拟企业的组建效率，从而间接提高虚拟企业的收益。

步骤3.2，构建虚拟企业的流程运作模型，主要描述已经订立了合作协议的虚拟企业通过bpm系统运行业务流程完成合作项目的过程。

在虚拟企业组建完成之后，虚拟企业开始进入流程运行阶段，盟主企业和成员企业开始通过bpm系统管理流程运行，完成合作项目，其scpn模型如下：

scpn2＝{p，st，a，c，e，m0}，

其中，p＝{p0，p1，p2，p3，p4，p5，p6，p7，p8，p9，p10，p11}，t＝{t0，t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7}，如图3所示。

此时虚拟企业组建过程petri网模型中库所和变迁的含义如表3所示，

表3

图3中，ph，cs分别为盟主企业信息资源颜色集和成员企业信息资源颜色集，ph(1)和cs(1)表示盟主企业和成员企业的流程消息，ph(2)和cs(2)表示盟主企业和成员企业的流程资源。

盟主企业得到成员企业的服务流程信息后，与自己的流程信息结合，进行总体流程设计，流程设计完成后在流程执行准备阶段通知成员企业进行流程的运行，之后盟主企业和成员企业各自调用自己的流程资源进行流程的实例化并运行流程，当盟主企业和成员企业的流程都运行完毕后由盟主企业进行汇总。

当整个流程运行完毕后，盟主企业和成员企业通过对流程执行数据进行分析，优化自己的流程，更新流程的资源配置和描述信息，准备进行下一次的流程运行。

这里设定变迁时延系数λ＝(3，6，1，1，2，7，7，4)。

此模型的可达图标识，如表4所示，

表4

每一个标记mi的稳定概率为：p(m0)＝0.1124，p(m1)＝0.0562，p(m2)＝0.1687，p(m3)＝0.1687，p(m4)＝0.1687，p(m5)＝0.1687，p(m6)＝0.0843，p(m7)＝0.0241，p(m8)＝0.0241，p(m9)＝0.0241。

在求解稳定概率的基础上，库所p0，p1，p2，p3，p4，p5，p6，p7，p8，p9，p10，p11中含有托肯的概率为：

pr(p0＝1’ph(1))＝0.1365，pr(p1＝1，cs(1))＝0.1365

pr(p2＝1’ph(1))＝0.0562，pr(p3＝1’ph(2))＝0.5301

pr(p4＝1’ph(1))＝0.3374，pr(p5＝1’cs(1))＝0.3374

pr(p6＝1’cs(2))＝0.5301，pr(p7＝1’ph(1))＝0.3374

pr(p8＝1’cs(1))＝0.3374，pr(p9＝1’ph(1))＝0.0843

pr(p10＝1’ph(1))＝0.0482，pr(p11＝1’cs(1))＝0.0482

令k2为可选取的企业流程资源利用率。由图3得，k2＝{p3＝1’ph(2)，p6＝1’cs(2)}，可得p(k2)＝pr(p3＝1’ph(2))+pr(p6＝1’cs(2))＝1.0602。

令pm为所有库所含有托肯的概率之和，得pm＝2.6467，最终可得p(k1)/pm＝0.4005，

由计算结果可以看出，在整个虚拟企业流程运行过程中的企业流程资源利用率为0.05％，其资源利用效率并不高，这是由于在bpm中，流程设计和优化在整个流程管理过程中占用很长的时间，此时流程资源很可能处于空闲状态。

因此，对于以bpm为信息管理系统的企业来说，如果能在流程设计和优化阶段有效利用空闲的流程资源，将有可能使企业的运行效益得到进一步的提高。