本發(fā)明屬于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及虛擬企業(yè)項(xiàng)目建模方法，特別是涉及一種基于隨機(jī)著色petri網(wǎng)的虛擬企業(yè)bpm建模方法。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化以及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬企業(yè)已成為21世紀(jì)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要運(yùn)作模式，它是一個(gè)有著動(dòng)態(tài)臨時(shí)性的合作組織，通過(guò)成員企業(yè)之間共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和共享資源來(lái)達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，快速把握市場(chǎng)機(jī)遇的目的。如何從服務(wù)質(zhì)量(如生產(chǎn)成本、生產(chǎn)時(shí)間和產(chǎn)品質(zhì)量等)各異的候選企業(yè)中選擇最適當(dāng)?shù)暮献髌髽I(yè)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，是虛擬企業(yè)成功的關(guān)鍵。

信息系統(tǒng)是虛擬企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，但是傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)存在著信息孤島、流程固化等問(wèn)題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以soa(serviceorientedarchitecture)和工作流為基礎(chǔ)的bpm(businessprocessmanagement)技術(shù)逐漸興起。《businessprocessmanagement(bpm)standards：asurvey》指出bpm為企業(yè)提供管理流程的能力，其生命周期包括流程建模、執(zhí)行、管理、優(yōu)化4個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)流程持續(xù)的改進(jìn)。作為下一代信息系統(tǒng)發(fā)展的新方向，bpm系統(tǒng)將對(duì)虛擬企業(yè)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生重要影響，文獻(xiàn)《advancesinbusinessprocessmanagement》提出了bpm在未來(lái)的幾個(gè)主要發(fā)展方向，其中之一就是其在虛擬企業(yè)中的應(yīng)用。但是目前，對(duì)于bpm在虛擬企業(yè)中的研究較少，且缺乏相應(yīng)的模型描述，因此，本發(fā)明提出一種以bpm為技術(shù)基礎(chǔ)的虛擬企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)，并建立此架構(gòu)的過(guò)程模型。

《thegaiamethodologyforagent-orientedanalysisanddesign》提出由于虛擬企業(yè)信息系統(tǒng)有著成員異構(gòu)、結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的統(tǒng)一建模語(yǔ)言、實(shí)體-關(guān)系模型等建模方法難以滿(mǎn)足虛擬企業(yè)信息系統(tǒng)建模的需要。企業(yè)建模是為了得到企業(yè)某方面的描述而對(duì)企業(yè)進(jìn)行抽象的活動(dòng)，其中，過(guò)程建模準(zhǔn)確的描述了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)過(guò)程，是企業(yè)進(jìn)行過(guò)程分析、優(yōu)化和控制的重要基礎(chǔ)。petri網(wǎng)是一種圖形化、數(shù)學(xué)化的建模語(yǔ)言，采用可視化圖形描述，被形式化的數(shù)學(xué)方法所支持，能表達(dá)離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化，適用于分析企業(yè)業(yè)務(wù)過(guò)程的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)問(wèn)題。《基于petri-net的虛擬企業(yè)工作流過(guò)程設(shè)計(jì)》借助petri網(wǎng)，成功的完成了虛擬企業(yè)工作流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但對(duì)于具有復(fù)雜的異步、并行和同步關(guān)系的企業(yè)信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，普通的petri網(wǎng)模型存在著規(guī)模過(guò)大，并且缺乏分析系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)方法等問(wèn)題。為了克服普通petri網(wǎng)的不足，人們研究了很多種高級(jí)petri網(wǎng)，其中，著色petri網(wǎng)通過(guò)引入顏色托肯，減小了系統(tǒng)規(guī)模。隨機(jī)petri網(wǎng)通過(guò)給變遷引入時(shí)間特性，為模型性能的評(píng)估提供了有效的工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)存在著信息孤島、流程固化等問(wèn)題，將著色petri網(wǎng)和隨機(jī)petri網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，利用二者的優(yōu)勢(shì)，提出一種隨機(jī)著色petri網(wǎng)的模型分析方法，并運(yùn)用此方法對(duì)虛擬企業(yè)bpm系統(tǒng)進(jìn)行建模與分析。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所要采用的技術(shù)方案是：基于隨機(jī)著色petri網(wǎng)的虛擬企業(yè)bpm建

模方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)普通petri網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，定義隨機(jī)著色petri網(wǎng)為八元組scpn＝{p，dt，st，mt，a，c，e，m0}，其中：p為庫(kù)所有限集合；dt為確定時(shí)間變遷集合；st為賦時(shí)變遷集合；mt為瞬時(shí)變遷集合；a為弧集合；c為顏色集合；e為弧表達(dá)式；m0為初始標(biāo)識(shí)；

步驟2：scpn的變遷觸發(fā)規(guī)則，變遷輸入位置內(nèi)的標(biāo)記數(shù)必須大于或等于輸入弧上的弧表達(dá)式，且符合顏色要求，scpn由于變遷觸發(fā)而改變其標(biāo)識(shí)；

步驟3：根據(jù)用戶(hù)需求，利用隨機(jī)著色petri網(wǎng)，建立以bpm系統(tǒng)為基礎(chǔ)的虛擬企業(yè)過(guò)程模型。

進(jìn)一步的，所述步驟1中其標(biāo)識(shí)中各個(gè)庫(kù)所里的托肯都帶有顏色。

進(jìn)一步的，所述步驟1中具體包括對(duì)普通petri網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，構(gòu)造隨機(jī)著色petri網(wǎng)模型。

進(jìn)一步的，所述步驟3中具體包括：

步驟3.1，構(gòu)建虛擬企業(yè)的組建過(guò)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：抓住市場(chǎng)機(jī)遇，p1：等待簽訂合作協(xié)議，p2：準(zhǔn)備選取合作企業(yè)，p3：可選取的合作企業(yè)信息庫(kù)，p4：對(duì)待選合作企業(yè)進(jìn)行評(píng)估，p5：虛擬企業(yè)建立完成，t0：進(jìn)行需求分析，t1：選取合作企業(yè)，t2：評(píng)估不通過(guò)，重新選取，t3：評(píng)估通過(guò)，訂立合作協(xié)定，t4：重新等待下一個(gè)市場(chǎng)機(jī)遇，c＝{ph，cs}，ph，cs分別為消息顏色集和可選取的合作企業(yè)信息顏色集，所有變遷都為賦時(shí)變遷，其時(shí)延系數(shù)設(shè)為(2，5，7，3，10)；

步驟3.2，構(gòu)建虛擬企業(yè)的流程運(yùn)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：盟主企業(yè)流程信息，p1：成員企業(yè)流程信息，p2：流程設(shè)計(jì)完成，p3：盟主企業(yè)流程資源庫(kù)，p4：盟主企業(yè)流程實(shí)例化，p5：成員企業(yè)流程實(shí)例化，p6：成員企業(yè)流程資源庫(kù)，p7：盟主企業(yè)流程執(zhí)行完成，p8：成員企業(yè)流程執(zhí)行完成，p9：流程匯總完成，p10：盟主企業(yè)流程優(yōu)化，p11：成員企業(yè)流程優(yōu)化，t0：進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，t1：流程執(zhí)行準(zhǔn)備，通知成員企業(yè)開(kāi)始執(zhí)行流程，t2：盟主企業(yè)流程執(zhí)行，t3：成員企業(yè)流程執(zhí)行，t4：流程匯總，t5：盟主企業(yè)流程更新，t6：成員企業(yè)流程更新，t7：流程執(zhí)行數(shù)據(jù)分析，c＝{ph，cs}，ph，cs分別為盟主企業(yè)信息資源顏色集和成員企業(yè)信息資源顏色集，所有變遷都為賦時(shí)變遷，其時(shí)延系數(shù)設(shè)為(3，6，1，1，2，7，7，4)。

采用上述技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果：

(1)將bpm系統(tǒng)引入到虛擬企業(yè)中，利用bpm的技術(shù)理念優(yōu)勢(shì)，使得企業(yè)克服傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的缺點(diǎn)，能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中把握市場(chǎng)機(jī)遇；

(2)采用隨機(jī)著色petri網(wǎng)對(duì)虛擬企業(yè)bpm系統(tǒng)建立過(guò)程模型，擴(kuò)展了其在系統(tǒng)建模上的作用領(lǐng)域，反映出系統(tǒng)運(yùn)行的特性，體現(xiàn)出了虛擬企業(yè)這種跨組織流程的運(yùn)行特點(diǎn)，使人理解系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程以及虛擬企業(yè)的運(yùn)行機(jī)制，為虛擬企業(yè)和bpm相關(guān)理論的研究和發(fā)展提供了一些新的途徑和新的思路。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明定義的以bpm系統(tǒng)為核心的虛擬企業(yè)運(yùn)行架構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明建立的運(yùn)用cpntool軟件對(duì)虛擬企業(yè)的組建過(guò)程建立petri網(wǎng)模型。

圖3是本發(fā)明給出的虛擬企業(yè)petri網(wǎng)模型的流程運(yùn)作模型示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的基于隨機(jī)著色petri網(wǎng)的虛擬企業(yè)bpm建模方法的具體實(shí)施方式，做詳細(xì)說(shuō)明。用圖為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于隨機(jī)著色petri網(wǎng)的虛擬企業(yè)bpm建模方法，首先給出以bpm系統(tǒng)為核心的虛擬企業(yè)運(yùn)行架構(gòu)圖。

在此架構(gòu)中，各個(gè)企業(yè)都以bpm系統(tǒng)為自己的信息管理系統(tǒng)，成員企業(yè)將自己的優(yōu)勢(shì)流程信息以服務(wù)的形式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，盟主企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)找到自己需要的服務(wù)流程后與服務(wù)提供企業(yè)簽訂合約，通過(guò)調(diào)用成員企業(yè)提供的流程信息進(jìn)行總體的流程建模。

流程開(kāi)始運(yùn)行后，盟主企業(yè)通知成員企業(yè)運(yùn)行所提供的服務(wù)流程，最終匯總完成整個(gè)流程，流程執(zhí)行完畢后盟主企業(yè)和成員企業(yè)分析流程執(zhí)行數(shù)據(jù)對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化或者重新設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備下一次虛擬企業(yè)的流程運(yùn)行。

在整個(gè)過(guò)程中，bpm系統(tǒng)負(fù)責(zé)流程設(shè)計(jì)，將業(yè)務(wù)功能包裝為服務(wù)，并在流程執(zhí)行時(shí)管理流程運(yùn)行，收集流程執(zhí)行數(shù)據(jù)和流程優(yōu)化等功能。

本發(fā)明的一種基于隨機(jī)著色petri網(wǎng)的虛擬企業(yè)bpm建模方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)普通petri網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，定義隨機(jī)著色petri網(wǎng)為八元組

scpn＝{p，dt，st，mt，a，c，e，m0}

p為庫(kù)所有限集合；

dt為確定時(shí)間變遷集合；

st為賦時(shí)變遷集合；

mt為瞬時(shí)變遷集合；

a為弧集合；

c為顏色集合；

e為弧表達(dá)式；

m0為初始標(biāo)識(shí)；

步驟2：scpn的變遷觸發(fā)規(guī)則，變遷輸入位置內(nèi)的標(biāo)記數(shù)必須大于或等于輸入弧上的弧表達(dá)式，且符合顏色要求，scpn由于變遷觸發(fā)而改變其標(biāo)識(shí)；

步驟3：根據(jù)用戶(hù)需求，利用隨機(jī)著色petri網(wǎng)，建立以bpm系統(tǒng)為基礎(chǔ)的虛擬企業(yè)過(guò)程模型。

步驟3中具體包括：

步驟3.1，構(gòu)建虛擬企業(yè)的組建過(guò)程模型，主要描述需要組建虛擬企業(yè)的盟主企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)尋找成員企業(yè)的運(yùn)作過(guò)程；

運(yùn)用cpntool軟件對(duì)虛擬企業(yè)的組建過(guò)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}，如圖2所示。

虛擬企業(yè)組建過(guò)程petri網(wǎng)模型中庫(kù)所和變遷的含義如表1所示，

表1

圖2中，ph，cs分別為消息顏色集和可選取的合作企業(yè)信息顏色集，ph(1)表示運(yùn)行過(guò)程中傳遞的消息，p0表示盟主企業(yè)在等待市場(chǎng)機(jī)遇，當(dāng)出現(xiàn)市場(chǎng)機(jī)遇時(shí)，盟主企業(yè)抓住機(jī)遇進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，顏色托肯cs(1)和cs(2)表示2個(gè)不同企業(yè)提供的服務(wù)流程，盟主企業(yè)通過(guò)p4對(duì)企業(yè)的服務(wù)流程進(jìn)行評(píng)估，如果評(píng)估通過(guò)的話(huà)，盟主企業(yè)與提供此服務(wù)流程的企業(yè)訂立合作協(xié)定。

設(shè)定變遷時(shí)延系數(shù)λ＝(2，5，7，3，10)。

此模型的可達(dá)圖標(biāo)識(shí)，如表2所示。

表2

通過(guò)cpntool進(jìn)行仿真后可知此模型所有的變遷都是活的，所有庫(kù)所都是有界的。

可得每一個(gè)標(biāo)識(shí)mi的穩(wěn)定概率為：p(m0)＝0.3947，p(m1)＝0.2631，p(m2)＝0.1316，p(m3)＝0.1316，p(m4)＝0.0395，p(m5)＝0.0395。

在求解穩(wěn)定概率的基礎(chǔ)上，用pr表示庫(kù)所p0，p1，p2，p3，p4，p5中含有托肯的概率為：

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庫(kù)所pi處于使用狀態(tài)。

令k1為可選取的企業(yè)服務(wù)流程信息利用率。

由圖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為所有庫(kù)所含有托肯的概率之和，得pn＝2.6579，最終可得p(k1)/pn＝0.3762，

由計(jì)算結(jié)果可以看出，在整個(gè)虛擬企業(yè)組建過(guò)程中的服務(wù)流程信息資源使用率為37.62％，說(shuō)明服務(wù)流程信息資源的訪(fǎng)問(wèn)效率并不高，由于企業(yè)服務(wù)流程信息的查詢(xún)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，提高服務(wù)流程信息資源的使用效率將有助于加快虛擬企業(yè)的組建效率，從而間接提高虛擬企業(yè)的收益。

步驟3.2，構(gòu)建虛擬企業(yè)的流程運(yùn)作模型，主要描述已經(jīng)訂立了合作協(xié)議的虛擬企業(yè)通過(guò)bpm系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)務(wù)流程完成合作項(xiàng)目的過(guò)程。

在虛擬企業(yè)組建完成之后，虛擬企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入流程運(yùn)行階段，盟主企業(yè)和成員企業(yè)開(kāi)始通過(guò)bpm系統(tǒng)管理流程運(yùn)行，完成合作項(xiàng)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}，如圖3所示。

此時(shí)虛擬企業(yè)組建過(guò)程petri網(wǎng)模型中庫(kù)所和變遷的含義如表3所示，

表3

圖3中，ph，cs分別為盟主企業(yè)信息資源顏色集和成員企業(yè)信息資源顏色集，ph(1)和cs(1)表示盟主企業(yè)和成員企業(yè)的流程消息，ph(2)和cs(2)表示盟主企業(yè)和成員企業(yè)的流程資源。

盟主企業(yè)得到成員企業(yè)的服務(wù)流程信息后，與自己的流程信息結(jié)合，進(jìn)行總體流程設(shè)計(jì)，流程設(shè)計(jì)完成后在流程執(zhí)行準(zhǔn)備階段通知成員企業(yè)進(jìn)行流程的運(yùn)行，之后盟主企業(yè)和成員企業(yè)各自調(diào)用自己的流程資源進(jìn)行流程的實(shí)例化并運(yùn)行流程，當(dāng)盟主企業(yè)和成員企業(yè)的流程都運(yùn)行完畢后由盟主企業(yè)進(jìn)行匯總。

當(dāng)整個(gè)流程運(yùn)行完畢后，盟主企業(yè)和成員企業(yè)通過(guò)對(duì)流程執(zhí)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)化自己的流程，更新流程的資源配置和描述信息，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的流程運(yùn)行。

這里設(shè)定變遷時(shí)延系數(shù)λ＝(3，6，1，1，2，7，7，4)。

此模型的可達(dá)圖標(biāo)識(shí)，如表4所示，

表4

每一個(gè)標(biāo)記mi的穩(wěn)定概率為：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。

在求解穩(wěn)定概率的基礎(chǔ)上，庫(kù)所p0，p1，p2，p3，p4，p5，p6，p7，p8，p9，p10，p11中含有托肯的概率為：

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為可選取的企業(yè)流程資源利用率。由圖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為所有庫(kù)所含有托肯的概率之和，得pm＝2.6467，最終可得p(k1)/pm＝0.4005，

由計(jì)算結(jié)果可以看出，在整個(gè)虛擬企業(yè)流程運(yùn)行過(guò)程中的企業(yè)流程資源利用率為0.05％，其資源利用效率并不高，這是由于在bpm中，流程設(shè)計(jì)和優(yōu)化在整個(gè)流程管理過(guò)程中占用很長(zhǎng)的時(shí)間，此時(shí)流程資源很可能處于空閑狀態(tài)。

因此，對(duì)于以bpm為信息管理系統(tǒng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，如果能在流程設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段有效利用空閑的流程資源，將有可能使企業(yè)的運(yùn)行效益得到進(jìn)一步的提高。