VPML-OOPN集成建模方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、VPML-OOPN集成建模方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)         08-09-26 08:43:00     作者：萬(wàn)里威    編輯：Studa_hasgo122摘要： 為了支持對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模和分析，輔助過(guò)程改進(jìn)，提出了VPMLOOPN集成建模方法。該建模方法是利用可視化過(guò)程建模語(yǔ)言VPML建立企業(yè)過(guò)程模型，然后將該過(guò)程模型映射為面向?qū)ο驪etri網(wǎng)模型。通過(guò)Petri網(wǎng)模型的分析和仿真，其結(jié)果可用于修正和改進(jìn)模型設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：可

2、視化過(guò)程建模語(yǔ)言；面向?qū)ο驪etri網(wǎng)；可視化過(guò)程建模語(yǔ)言面向?qū)ο驪etri網(wǎng)集成建模方法；企業(yè)過(guò)程建模 在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，所有企業(yè)都希望及時(shí)而高效地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品。這一切在很大程度上取決于開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程和對(duì)過(guò)程的管理。過(guò)程建模是過(guò)程管理和并行工程的基礎(chǔ)和核心技術(shù)。通過(guò)過(guò)程建模，進(jìn)行并行性分析，提高并行度；通過(guò)仿真分析，過(guò)程改進(jìn)，縮短研制周期，提高資源利用率。本文針對(duì)企業(yè)過(guò)程分布、并行的特點(diǎn)，提出了集成可視化過(guò)程建模語(yǔ)言(Visual Process Modeling Language，VPML)和面向?qū)ο驪etri網(wǎng)（ObjectOriented Petri Nets, OOP

3、N）的企業(yè)過(guò)程建模方法。 1VPMLOOPN集成建模方法的技術(shù)基礎(chǔ) 11可視化過(guò)程建模語(yǔ)言 可視化過(guò)程建模語(yǔ)言是北京航空航天大學(xué)軟件工程研究所和美國(guó)Funsoft公司合作開(kāi)發(fā)的，是針對(duì)企業(yè)過(guò)程的建模語(yǔ)言，用圖形與文本相結(jié)合的方式描述企業(yè)過(guò)程的不同方面的內(nèi)容，具有高度的可視性和形式化程度。VPML能從活動(dòng)、后勤、數(shù)據(jù)、協(xié)同以及活動(dòng)中的行為等五個(gè)模型來(lái)刻畫一個(gè)企業(yè)的過(guò)程1, 如圖1所示。 VPML定義了四組對(duì)象原語(yǔ)：一組連接原語(yǔ)和三組連接符原語(yǔ)。每個(gè)對(duì)象原語(yǔ)對(duì)應(yīng)于企業(yè)模型中的一個(gè)概念，每個(gè)連接和連接符原語(yǔ)定義對(duì)象原語(yǔ)間的一種關(guān)系。對(duì)象原語(yǔ)包含活動(dòng)、產(chǎn)品、資源和其他概念，它定義了在VPML中合法的對(duì)

4、象集合。 12Petri網(wǎng) Petri網(wǎng)是Carl Adam Petri博士在1962年提出的，它是一種形式化的建模方法。Petri網(wǎng)作為一種圖形工具，可以使用標(biāo)記（Token）來(lái)模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和并發(fā)活動(dòng)；作為一種數(shù)學(xué)工具，它可以建立狀態(tài)方程、數(shù)學(xué)方程以及系統(tǒng)行為的其他數(shù)學(xué)模型2。 其中，P和T分別稱為N的place（庫(kù)所）集和transition（變遷）集，F(xiàn)為流關(guān)系。若用圓圈表示庫(kù)所，用矩形框表示變遷，用有向弧來(lái)表示庫(kù)所與變遷的有序偶，則構(gòu)成了Petri網(wǎng)的圖形表示。 對(duì)Petri網(wǎng)表示的系統(tǒng)，可以進(jìn)行活性、可達(dá)性、沖突、死鎖等分析。分析方法有可達(dá)樹(shù)方法、關(guān)聯(lián)矩陣方法、不變量分析方法等

5、。 13面向?qū)ο驪etri網(wǎng) 本文采用的面向?qū)ο驪etri網(wǎng)OOPN是對(duì)韓國(guó)KAIST的Yang Kyu Lee等人提出的OPNets模型的擴(kuò)展。在OPNets中，如圖2、3所示，用高級(jí)網(wǎng)子網(wǎng)描述每個(gè)對(duì)象的行為以及對(duì)象之間的關(guān)系，通過(guò)用方形框把子網(wǎng)括起來(lái)表示封裝與抽象。為了信息隱藏，每個(gè)對(duì)象清晰地表示為外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分。外部結(jié)構(gòu)描述對(duì)象之間的信息通信，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)描述每個(gè)對(duì)象的內(nèi)部控制流。對(duì)象的外部接口由消息隊(duì)列（message queue，mesQueue，用橢圓表示，類似于用圓表示的庫(kù)所）、門（gate，用粗線表示，類似于用方形框表示的變遷）以及它們之間的流關(guān)系（arc，用弧線表示）

6、給出。每個(gè)對(duì)象表示為一個(gè)子網(wǎng)，庫(kù)所中令牌的變化代表了對(duì)象的不同狀態(tài)（用黑點(diǎn)表示令牌token），故這些庫(kù)所特別地稱為state。 對(duì)象的內(nèi)部行為用謂詞網(wǎng)描述。在弧上不加謂詞，在變遷中定義發(fā)生條件和發(fā)生時(shí)要執(zhí)行的動(dòng)作。當(dāng)變遷的所有前驅(qū)中都有令牌，并且存在某一令牌的組合使變遷的發(fā)生條件為真時(shí)，變遷就可以發(fā)生。不同對(duì)象之間可以用 gate把輸入mesQueue與輸出mesQueue 連接起來(lái)，以此表示相互的消息傳遞關(guān)系。 對(duì)象有復(fù)合對(duì)象（圖2中的A）和簡(jiǎn)單對(duì)象（圖3中的AA和AB）之分。在簡(jiǎn)單對(duì)象中，不包含并發(fā)部分，只表示順序行為；而在復(fù)合對(duì)象中則允許并發(fā)，因?yàn)閺?fù)合對(duì)象定義了簡(jiǎn)單對(duì)象之間的連接關(guān)系，

7、其控制分布在這些聚合的簡(jiǎn)單對(duì)象之間。為了依照系統(tǒng)要求來(lái)同步基本對(duì)象的順序行為，在復(fù)合對(duì)象中定義了對(duì)象間的消息通信。這種構(gòu)造可使同步約束從每個(gè)對(duì)象內(nèi)部分離出來(lái)，更便于對(duì)象的重用，也為系統(tǒng)死鎖分析方法奠定了基礎(chǔ)。 14VPML與OOPN的共同之處和差異 VPML與OOPN的共同之處是兩者均為面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言，都能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)的過(guò)程進(jìn)行建模，兩者都有相應(yīng)的形式化定義。 兩者的差異是Petri網(wǎng)的形式化程度更高，能夠?qū)ο到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)分析和直觀的計(jì)算機(jī)仿真，但是相對(duì)比較抽象，不易于掌握。而VPML語(yǔ)言的特點(diǎn)是功能豐富、直觀易學(xué)、靈活適用，但形式化程度不夠。 綜上所述，VPML對(duì)用戶友好

8、，Petri網(wǎng)具有形式化的嚴(yán)密性；VPML能夠有效地描述系統(tǒng)，Petri 網(wǎng)能夠嚴(yán)密分析系統(tǒng)；VPML模型與程序?qū)崿F(xiàn)緊密相連，Petri 網(wǎng)模型則易于進(jìn)行仿真。根據(jù)VPML和Petri網(wǎng)各自的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了VPMLOOPN集成建模方法，實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 2VPMLOOPN集成建模方法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 21VPMLOOPN集成建模方法的總體設(shè)計(jì)思想 VPMLOOPN集成建模方法的總體設(shè)計(jì)思想如圖4所示。具體分為以下幾個(gè)步驟： (1) 首先對(duì)要?jiǎng)?chuàng)建的過(guò)程模型進(jìn)行需求分析，然后利用VPML的對(duì)象源語(yǔ)、連接和連接符源語(yǔ)對(duì)過(guò)程模型進(jìn)行描述和設(shè)計(jì)。(2) 將建立好的過(guò)程模型自動(dòng)映射成面向?qū)ο驪etri網(wǎng)

9、模型。 (3) 利用面向?qū)ο驪etri網(wǎng)模型進(jìn)行模擬、仿真、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)死鎖檢測(cè)等。 (4) 模擬和仿真以及定性分析的結(jié)果用于修正和改進(jìn)模型設(shè)計(jì)，模型設(shè)計(jì)和模型分析不斷進(jìn)行，直到滿意為止。 (5) 根據(jù)改進(jìn)后的過(guò)程模型描述實(shí)現(xiàn)模型。 22系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)從功能上可分為如下主要部分：系統(tǒng)總控模塊、用戶界面模塊、創(chuàng)建VPML過(guò)程模型模塊、過(guò)程模型到面向?qū)ο驪etri網(wǎng)模型的映射模塊、面向?qū)ο驪etri網(wǎng)的模擬仿真和死鎖檢測(cè)模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。 下面分別對(duì)各個(gè)模塊的功能作簡(jiǎn)要介紹： （1） 用戶界面模塊 該模塊用于生成用戶的界面。用戶界面包括菜單條、工具條、控制面板和圖形編輯區(qū)。 (2)

10、 創(chuàng)建VPML過(guò)程模型模塊 該模塊的功能包括支持定義過(guò)程模型的結(jié)構(gòu)，編輯VPML的可視化圖符原語(yǔ)對(duì)象，為每類對(duì)象設(shè)置其相應(yīng)的屬性。通過(guò)設(shè)置活動(dòng)的屬性完成其時(shí)間的設(shè)置；通過(guò)設(shè)置資源對(duì)象的屬性完成資源的分配。 (3) 模型映射模塊 該模塊包括VPML過(guò)程模型映射模塊、生成Petri網(wǎng)腳本文件模塊和生成模型系統(tǒng)腳本文件模塊。 VPML過(guò)程模型映射模塊包括對(duì)象源語(yǔ)映射模塊、邏輯連接符映射模塊和連接關(guān)系映射模塊。對(duì)象源語(yǔ)映射模塊能夠完成活動(dòng)、產(chǎn)品、資源和時(shí)鐘的映射。其中產(chǎn)品的映射能夠區(qū)分源產(chǎn)品和非源產(chǎn)品。如果是源產(chǎn)品還具有區(qū)分單一源產(chǎn)品和多源產(chǎn)品的功能。資源映射首先區(qū)分人工資源和非人工資源，然后再進(jìn)行映

11、射。時(shí)鐘映射能夠設(shè)置時(shí)鐘的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、重做周期和間隔時(shí)間等，以此對(duì)活動(dòng)進(jìn)行控制。邏輯連接符映射模塊能夠完成輸入邏輯連接符Input_OR和Input_AND以及輸出邏輯連接符Output_OR和Output_AND的映射。連接關(guān)系映射模塊能夠完成數(shù)據(jù)流連接、關(guān)聯(lián)連接、引用連接和時(shí)鐘連接的映射。 本文原文 生成Petri網(wǎng)腳本文件模塊是將映射的結(jié)果按照事先定義好的復(fù)合類的腳本文件格式寫入擴(kuò)展名為.OPNC的腳本文件中，生成復(fù)合類；生成模型系統(tǒng)的腳本文件是按照模型系統(tǒng)的腳本文件的基本框架寫入腳本文件，作為系統(tǒng)模擬和定性分析的基礎(chǔ)。 (4) 模擬仿真和死鎖檢測(cè)模塊 該模塊能完成面向?qū)ο驪etr