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在任務(wù)結(jié)構(gòu)的描述中，任務(wù)和決定關(guān)系可以有XOR-合并和AND-分支，因此同步器也有XOR-合并和AND-分支。根據(jù)上述任務(wù)結(jié)構(gòu)的描述，對任務(wù)結(jié)構(gòu)做如下定義和描述。定義1一個任務(wù)結(jié)構(gòu)可以定義為W=(X，U，T，S，D，Dt，Trig，Name，I)(1)式中，各個單元的意義如下:任務(wù)組集合X是一組同步器S、一組任務(wù)T和一組決定D的聯(lián)合體。在D中，包含終止的決定子集Dt，U是非同步器的集合;Trig:表示關(guān)聯(lián)觸發(fā)器;X:獲取能夠啟動的任務(wù)目標(biāo);Name是函數(shù)名稱:對應(yīng)了TN，對應(yīng)到任務(wù)名稱，這里N是一組名稱;I是非同步器U的子集，它包含初始項。

基于Petri網(wǎng)的工作流網(wǎng)過程模型

Petri網(wǎng)是一個狀態(tài)變遷模型，可用來描述系統(tǒng)中異步成分之間的關(guān)系，同時允許發(fā)生多個狀態(tài)變遷，也是一個并發(fā)模型，用Petri網(wǎng)描述的系統(tǒng)有一個共同的特性就是系統(tǒng)的動態(tài)行為表現(xiàn)為資源(物質(zhì)資源和信息資源)的流動，Petri網(wǎng)被認(rèn)為是系統(tǒng)建模最重要的方法之一。Petri網(wǎng)的特點歸納起來具有以下特點:

①模擬性從組織機構(gòu)的角度和模擬系統(tǒng)的控制和管理，不涉及實現(xiàn)所依賴的物理和化學(xué)原理。②客觀性精確描述時間(變遷)間的依賴關(guān)系和非依賴關(guān)系。

③流特征適合描述以有規(guī)則的流動衛(wèi)星為特征的系統(tǒng)，包括能量流、物質(zhì)流和信息流。

④描述性用同一的語言或者圖形描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)行為。

⑤異步并發(fā)性對于局部環(huán)境不相交的變遷可以實現(xiàn)完全獨立(并發(fā)地)地發(fā)生。隨著研究的深入，Petri網(wǎng)理論也在不斷完善和發(fā)展，從基本條件網(wǎng)、庫所變遷網(wǎng)(P/T)到著色網(wǎng)在各個領(lǐng)域都有了深入的應(yīng)用。本文提出的工作流網(wǎng)就是Petri網(wǎng)的一種擴展。

工作流管理系統(tǒng)作為過程控制的重要工具廣泛地應(yīng)用于PDM、PLM等系統(tǒng)中，而Petri網(wǎng)作為一種適應(yīng)于多系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具，為描述研究并行、異步、分布式和隨機性等特征的復(fù)雜性系統(tǒng)提供了強有力的手段。在Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上工作流網(wǎng)的概念被提出，用來準(zhǔn)確、清晰地定義復(fù)雜過程的邏輯。Petri網(wǎng)建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，擁有成熟的分析方法和工具。基本的Petri網(wǎng)是一個帶雙節(jié)點類型，我們稱之為庫所的雙向曲線圖和變遷，為了引進(jìn)工作流網(wǎng)的概念和定義，擴展基本Petri網(wǎng)增加帶有弧權(quán)重函數(shù)，它代表了一定的庫所和變遷之間連接的數(shù)量關(guān)系。定義2帶有弧權(quán)重的Petri網(wǎng)是一個4元組:(P，T，F(xiàn)，W)。其中，P是庫所的有限集合;T是變遷的有限集合，且P∩T=Φ;F∈(P×T)∪(T×P)是一組弧;W:F→N+，是設(shè)定權(quán)重到弧的函數(shù)。

當(dāng)且僅當(dāng)存在一個直接由P到T的弧連接時，P稱作一個變遷的輸入庫所，當(dāng)且僅當(dāng)存在一個由T到P的直接弧連接時，P稱作一個變遷的輸出庫所，我們用•t定義一個變遷的輸入庫所。T•定義一個變遷的輸出庫所，P•和•P有相類似的意義，即P•是作為輸入共享庫所P的一組變遷。在任何時候，一個庫所包含有0個或者多個令牌，狀態(tài)M用來表示令牌在各個庫所的分配情況，可以用以下方式表示一個狀態(tài):1p1+2p2+1p3+0p4。代表了在一個令牌在庫所1，2個令牌在庫所2，一個令牌在庫所3，在庫所4沒有令牌，也可以表示為:1p1+2p2+p3。要比較2個狀態(tài)，可以定義并行指令，例如可以對于任何2個狀態(tài)M1和M2，M1≤M2成立的條件是所有的p∈P:M1(p)≤M2(p)。

在過程執(zhí)行期間令牌的數(shù)量可能改變，變遷在Petri網(wǎng)中是活動的單元，根據(jù)以下的規(guī)則變遷改變網(wǎng)的狀態(tài)。①當(dāng)且僅當(dāng)每一個變遷的輸入庫所包含至W(p，t)函數(shù)所要求的令牌時，這個變遷被稱為是使能的。②一個使能的變遷能夠激活，如果一個變遷激活，那么t從每一個t的輸入庫所p中消耗W(p，t)的令牌，并且對于每一個T的輸出庫所p產(chǎn)生W(t，p)的令牌。定義3Petri網(wǎng)成為工作流網(wǎng)(WF-net)的條件是當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件:①Petri網(wǎng)有2個特殊的庫所:i和o。庫所i是一個源庫所:•i=o;庫所o是一個接收庫所:o•=o。②如果我們增加一個變遷t*到Petri網(wǎng)中，這個Petri網(wǎng)用i連接o，即:•t*={o}及其t*•={i})，則這個Petri網(wǎng)是強連接的。工作流網(wǎng)中有一個輸入庫所(i)和一個輸出庫所(o)。如果一個實例進(jìn)入到工作流系統(tǒng)完全處理時，則系統(tǒng)就會產(chǎn)生過程處理的工作流網(wǎng)實例，工作流網(wǎng)定義了一個實例的全部生命周期，帶有上述擴展特性的Petri網(wǎng)允許任意弧權(quán)重存在，這些為任務(wù)結(jié)構(gòu)到工作流網(wǎng)的映射奠定了基礎(chǔ)。

任務(wù)結(jié)構(gòu)到工作流網(wǎng)的映射

在設(shè)計開發(fā)過程中，結(jié)合產(chǎn)品功能對開發(fā)過程進(jìn)行任務(wù)分解成為一種廣泛應(yīng)用的方法，但是基于任務(wù)模型的過程模型在分析時具有局限性。而Petri網(wǎng)作為成熟的分析理論，提供了有利的工具和方法，因此提出將任務(wù)結(jié)構(gòu)模型映射成工作流網(wǎng)過程模型的方法，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行更加準(zhǔn)確地分析和仿真。在轉(zhuǎn)換過程中增加了一個隱含庫所S，它用于時刻反映在任何點的一段時間內(nèi)的并行處理信息流的數(shù)量，另外帶有n個輸出弧的任何一個變遷Ct有一個權(quán)重為n－1的來自于S的輸入弧。同步器對應(yīng)為Hs的變遷，它有m個輸入弧和p個輸出弧到S。弧的權(quán)重如果m＞p則為m-p;如果m＜p，將會有一個由S到Hs的弧。而對于沒有輸出弧的變遷以Fd表示。轉(zhuǎn)換時會有一個到S的弧，這樣的變遷表示信息流的終止。弧權(quán)重函數(shù)WWN設(shè)定為1到以下表達(dá)式的每一個弧:這里C是一個并行信息流的最大數(shù)量，在初始化狀態(tài)下的庫所i有一個令牌而其他的庫所沒有令牌。在任務(wù)結(jié)構(gòu)映射到工作流網(wǎng)的過程中，為了保證并行操作的路徑而增加的隱含庫所S對于決定一個任務(wù)結(jié)構(gòu)是否中止是至關(guān)重要的，但是它并不是語法中的一部分，因此它并不改變行為的特征。

實例分析

金融機具產(chǎn)品具有機構(gòu)復(fù)雜、多專業(yè)、設(shè)計精度高的特點。以高檔金融機具紙幣清分機為例，是對各個國家紙幣進(jìn)行高速處理自動清分的高端智能化產(chǎn)品，面對不同國家的紙幣特點，產(chǎn)品的性能指標(biāo)不同，產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)多、性能指標(biāo)要求高，尤其是機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對傳感器測控、控制技術(shù)等有很高的要求，產(chǎn)品開發(fā)的需求復(fù)雜，以某公司的紙幣清分機產(chǎn)品開發(fā)過程描述如下:

①市場需求提出(Request)由客戶需求部門提出新產(chǎn)品需求，具體內(nèi)容包括產(chǎn)品功能(清分、計數(shù)、鑒偽)、參數(shù)(處理速度、處理紙幣種類、進(jìn)鈔口和出鈔口數(shù)量)、產(chǎn)品需求時間和價格等信息。

②需求分析(Analyse)新產(chǎn)品設(shè)計部門針對現(xiàn)有產(chǎn)品系列和技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行分析，內(nèi)容包括:待處理紙幣尺寸、機讀防偽特征、紙幣清分機標(biāo)準(zhǔn)、其他標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)有技術(shù)和進(jìn)一步實施的可能性。

③提出不同的解決方案(Propose)方案包括(a)現(xiàn)有產(chǎn)品完全滿足要求;(b)需求進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)和鑒偽識別技術(shù)的變形開發(fā)才能滿足要求;(c)完全沒有滿足要求的產(chǎn)品，需要全新設(shè)計新的產(chǎn)品3個部分。

④任務(wù)分配(Distribute)如果屬于新產(chǎn)品的變形開發(fā)如一個新的國家紙幣清分機開發(fā)確定為派生產(chǎn)品，全新結(jié)構(gòu)如出鈔口不同的開發(fā)為正式產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)，兩類產(chǎn)品的開發(fā)過程、要求和任務(wù)分工均不同。

⑤并行設(shè)計(Design)機械機構(gòu)設(shè)計、電氣部分的設(shè)計，在這兩個部分進(jìn)行設(shè)計時都要進(jìn)行測試。

⑥文檔(Release)當(dāng)機械和電氣部分樣機設(shè)計完成后，進(jìn)行樣機文檔的下發(fā)。⑦測試(Test)在進(jìn)行各個部分進(jìn)行設(shè)計的同時，同時又有測試。確定是否滿足需求，如果滿足，則進(jìn)行測試。以上過程應(yīng)用任務(wù)結(jié)構(gòu)圖表示，如圖3所示。根據(jù)任務(wù)結(jié)構(gòu)到WF-NET的映射規(guī)則，可以得到紙幣清分機基于工作流網(wǎng)的設(shè)計開發(fā)流程，如圖4所示。在圖4中的最大并行任務(wù)數(shù)是3，所以我們將C設(shè)定為3。

對照兩種設(shè)計開發(fā)過程的描述可以看出，對于紙幣清分機產(chǎn)品的樣機開發(fā)過程只能實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的簡單描述，不能對設(shè)計開發(fā)過程進(jìn)行定量研究。經(jīng)過對并行設(shè)計開發(fā)過程的任務(wù)模型應(yīng)設(shè)成WF-NET，根據(jù)工作流網(wǎng)的特點，可以對工作流網(wǎng)分析工具進(jìn)行各種分析，其中可以對庫所數(shù)量、變遷的數(shù)量、弧連接和狀態(tài)變化的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，也能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計開發(fā)過程的活性、有界性和合理性進(jìn)行確認(rèn)，經(jīng)過對轉(zhuǎn)換后的工作流網(wǎng)的分析。

針對金融機具紙幣清分機的開發(fā)過程基于WF-NET的設(shè)計過程驗證，我們可以應(yīng)用Petri網(wǎng)的分析工具對紙幣清分機產(chǎn)品并行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程的任務(wù)分配、性能評估、產(chǎn)品開發(fā)周期進(jìn)行更量化、更精確的分析，其結(jié)果經(jīng)過驗證是安全、正確和有界的。

結(jié)語

本文對于產(chǎn)品開發(fā)過程控制提出的應(yīng)用圖形語言的任務(wù)結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用工作流系統(tǒng)與任務(wù)結(jié)構(gòu)的相似性，結(jié)合產(chǎn)品實現(xiàn)功能要求對開發(fā)過程的任務(wù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行詳細(xì)描述，實現(xiàn)了由產(chǎn)品開發(fā)過程的任務(wù)結(jié)構(gòu)到工作流網(wǎng)的映射，通過并行產(chǎn)品開發(fā)過程的分析，建立基于工作流網(wǎng)的產(chǎn)品開發(fā)過程模型，實現(xiàn)了對系統(tǒng)模型的精確分析。

作者：崔文華劉曉冰王偉單位：大連理工大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院遼寧科技大學(xué)電子與信息工程學(xué)院