CN110852623A - 一种基于bpmn的指挥控制流程设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于BPMN的指挥控制流程设计方法,涉及指挥控制技术领域。本发明通过建立并扩展指挥控制流程节点的任务状态空间,并通过分析BPMN中元素状态属性与核心业务逻辑的耦合关系,设计出基于复杂网络的指挥控制流程优化算法及调整策略,通过持续监控任务节点状态实现动态控制。该方法,扩展了BPMN建模语言,增强了BPMN对于指挥控制领域的业务流程描述,实现了对于流程中任务节点的灵活调整和动态控制,解决了传统工作流系统中任务节点静态、固化所导致的柔性和实时性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及指挥控制技术领域,具体涉及一种基于BPMN的指挥控制流程设计方法。
背景技术
现今,随着信息化的深入,基于复杂网络所形成的流程系统无处不在。复杂网络的不断扩展,使得指挥控制的难度日益增加。作为工作流系统中最为流行的业务流程描述语言(Business Process Management System,BPMN)以其易于理解的标准化建模符号、可执行的特点成为目前应用最广泛的流程建模语言。在指挥控制系统中,越来越多地利用BPMN对流程进行描述和建模。
基于BPMN的传统工作流,由于其流程设计的局限性,使得其在指挥控制领域的实用性大打折扣。指挥控制场景中所面临的大量不确定性、信息不对称以及突发状况等,需要指挥控制流程能够及时地对于突发状况做出响应,而BPMN中相对静态、固化的任务节点,导致BPMN对指挥控制领域中的动态性描述不足,不足以支撑指挥控制对于流程实时响应和临机调整等需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何解决传统工作流系统中任务节点静态、固化所导致的柔性和实时性较差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于BPMN的指挥控制流程设计方法,包括以下步骤:
步骤一:对BPMN建模语言的任务状态空间进行扩展;
步骤二:基于步骤一分析BPMN元素状态属性与核心业务逻辑的耦合关系;
步骤三:基于步骤二设计基于复杂网络的指挥控制流程调度算法。
优选地,步骤一中,基于对BPMN建模语言的任务节点的状态的分析,对其任务节点状态进行扩展。
优选地,步骤一中,对其任务节点状态进行扩展,扩展后的任务状态空间包括以下状态:就绪态、执行态、回退态、失效态、部分提交态、完全提交态;
然后用符号化的方式表示各节点所处属性状态:
表1属性符号表
其中,部分提交态为扩展内容,满足下列条件:首次部分提交后,该节点的后继节点可被激活,进行任务签收与办理;任务节点可进行多次部分提交,以时间上最后一次部分提交内容为准,即每一次部分提交都会对之前的提交内容进行覆盖,第二次部分提交y(2)覆盖第一次部分提交y(1),以此类推;完全提交后该任务节点执行人不可再对其进行查看与修改。
优选地,步骤二中在扩展BPMN元素状态属性的基础上,对流程中核心业务逻辑与任务状态的耦合关系进行设计。
优选地,步骤二以指挥控制过程中的应急物资调配过程进行说明,设任务A为制定救灾物资分配计划,任务B为计划交付至管理人员,并行任务C1、C2、C3为并行的海、陆、空相对应的救灾物资派发部门,任务D为管理人员对各单位物资派发情况的信息整合,并行网关用来对顺序流进行拆分合并;然后做如下定义:
定义1将BPMN流程图抽象为一个四元组P={T,G,E,S}其中T表示有限任务的集合,G表示有限网关的集合,E表示有限事件的集合,S表示有限控制流的集合;
定义2在流程图中,用TA、TB分别表示任务A和任务B,以此类推,用→表示顺序关系,TA→TB表示顺序执行任务A和B;
定义3用|表示并行关系,TC1|TC2|TC3表示TC1、TC2、TC3并行执行,不存在先后顺序关系;
定义4用/表示选择关系,TC1/TC2/TC3表示任务C1、C2、C3选择执行,在M条分支中选择N条执行1≤N≤M;排他执行用*(TC1/TC2/TC3)表示,即分支中默认执行第一个条件为TRUE的分支;
优选地,步骤二中基于定义确定如下核心业务逻辑:
1)部分提交与顺序逻辑
增加部分提交态前,顺序执行的序列流为TA→TB,即任务A完成后提交至任务B,依次执行;增加部分提交态后,顺序执行的序列流为处于部分提交态的任务同时具有“半执行”和“半提交”两种属性,在救灾物资流程中,原任务启动与结束顺序为TA→TB→(TC1|TC2|TC3)→TD。扩展后的任务启动顺序为式2所示:
扩展后的任务结束顺序为式3所示:
完全提交后任务节点执行人无法对该任务进行查看与更改;
2)部分提交与回退逻辑
当部分提交内容需要回退时分以下情况:
当前节点处于部分提交状态Tuc时,对于已部分提交的内容不进行回退,通过再次部分提交进行任务重传与覆盖;
完全提交后该任务节点无法对任务进行查看和修改,如果下一节点仍然有任务处理权限,可以对该任务进行回退,当时,即TB回退至TA;否则只能通过人为传递信息进行后续修改,或者由任务拥有者根据需要判定是否进行撤回;
3)部分提交与选择逻辑
选择逻辑是通过设立选择条件,从分支中选择条件属性为true的分支进行执行;
由于任务部分提交态的增加,针对可能会出现的情况进行如下扩展:
由于部分提交可以重复多次进行提交,并且每一次部分提交都会对之前的提交内容进行覆盖,因而出现前后不一致的情况,使得其前后触发的分支不同时,以最近一次的部分提交为准,之前触发分支内容自动失效;
一分支对任务进行回退,上一节点处于完全提交后待命状态时,重新获得对该任务的处理权限,根据需要可进行重新委派;
4)部分提交与并行逻辑
并行逻辑中的N个分支处于“与”逻辑关系,当分支活动并行执行,不做另外的属性设置时,默认分支活动同步执行,也就是说要等并行任务TC1、TC2、TC3中执行时间最长的任务确认提交后,TD才可以被触发;
部分提交态增加后,TD只有在所有分支都完成部分提交的情况下,才可被触发,即任务TC1、TC2、TC3部分提交后,TD才可以进行签收办理。
优选地,步骤三中将扩展后的任务状态与和核心业务逻辑相结合,设计流程中各任务节点的调度算法。
优选地,所述调度算法中,将基于BPMN所构建的流程图映射为工作流网,节点信息包含节点名、提交的相关信息、控制流的方向以及是否为部分提交,自开始节点进行节点遍历,若该节点有新的提交信息,则将其加入队列;当该节点完成后,则将其从队列中删除。
(三)有益效果
本发明通过建立并扩展指挥控制流程节点的任务状态空间,并通过分析BPMN中元素状态属性与核心业务逻辑的耦合关系,设计出基于复杂网络的指挥控制流程优化算法及调整策略,通过持续监控任务节点状态实现动态控制。该方法,扩展了BPMN建模语言,增强了BPMN对于指挥控制领域的业务流程描述,实现了对于流程中任务节点的灵活调整和动态控制,解决了传统工作流系统中任务节点静态、固化所导致的柔性和实时性较差的问题。
附图说明
图1为BPMN描述的流程图;
图2为本发明中的扩展后的任务状态空间;
图3为本发明中以指挥控制过程中的应急物资调配过程为例画出的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种基于BPMN的指挥控制流程设计方法包括以下步骤:
步骤一:对BPMN建模语言的任务状态空间进行扩展
BPMN2.0定义了流程元模型和执行语义,利用易于理解的标准图元描述业务发生过程,现在普遍用于业务流程建模。
如图1所示,在流程图中,根据BPMN所描述的业务流程中任务执行过程将任务节点的状态分为:就绪态、执行态、回退态和失效态。
本发明中为满足指挥控制流程对于动态性的需求,对BPMN建模语言的任务节点的状态进行深入地分析后,对其任务节点状态进行扩展,扩展后的任务状态空间为:就绪态、执行态、回退态、失效态、部分提交态、完全提交态,如图2所示。
用符号化的方式表示各节点所处属性状态:
表1属性符号表
其中,表示流程跳转至该任务节点前所处状态;
1.首次部分提交后,该节点的后继节点可被激活,进行任务签收与办理;
2.任务节点可进行多次部分提交,以时间上最后一次部分提交内容为准,即每一次部分提交都会对之前的提交内容进行覆盖,第二次
(2)
部分提交y覆盖第一次部分提交y(1),以此类推;
3.完全提交后该任务节点执行人不可再对其进行查看与修改。
步骤二:分析BPMN元素状态属性与核心业务逻辑的耦合关系
本发明在扩展BPMN元素状态属性的基础上,对流程中核心业务逻辑与任务状态的耦合关系进行设计,从而构建出相适应的指挥控制流程设计方法。
为便于说明,以指挥控制过程中的应急物资调配过程为例进行说明,其中任务A为制定救灾物资分配计划,任务B为计划交付至管理人员,并行任务C1、C2、C3为并行的海、陆、空相对应的救灾物资派发部门,任务D为管理人员对各单位物资派发情况的信息整合。并行网关用来对顺序流进行拆分合并。根据其过程画出流程图如图3所示。
首先做如下定义:
定义1将BPMN流程图抽象为一个四元组P={T,G,E,S}其中T表示有限任务的集合,G表示有限网关的集合,E表示有限事件的集合,S表示有限控制流的集合;
定义2在流程图中,用TA、TB分别表示任务A和任务B,以此类推,用→表示顺序关系,TA→TB表示顺序执行任务A和B;
定义3用|表示并行关系,TC1|TC2|TC3表示TC1、TC2、TC3并行执行,不存在先后顺序关系;
定义4用/表示选择关系,TC1/TC2/TC3表示任务C1、C2、C3选择执行,在M条分支中选择N条执行(1≤N≤M);排他执行用*(TC1/TC2/TC3)表示,即分支中默认执行第一个条件为TRUE的分支;
基于以上定义确定如下逻辑:
1.部分提交与顺序逻辑
增加部分提交态前,顺序执行的序列流为TA→TB,即任务A完成后提交至任务B,依次执行;增加部分提交态后,顺序执行的序列流为处于部分提交态的任务同时具有“半执行”和“半提交”两种属性,以救灾物资流程为例,原任务启动与结束顺序为TA→TB→(TC1|TC2|TC3)→TD。扩展后的任务启动顺序为式2所示:
扩展后的任务结束顺序为式3所示:
完全提交后任务节点执行人无法对该任务进行查看与更改。
2.部分提交与回退逻辑
现有工作流引擎中所涉及到的回退执行为基于节点任务完全提交情况,当部分提交内容需要回退时分以下情况:
1)当前节点处于部分提交状态Tuc时,由于部分回退会极大增加流程处理的复杂性,因而对于已部分提交的内容不进行回退,通过再次部分提交进行任务重传与覆盖。
2)完全提交后该任务节点无法对任务进行查看和修改。如果下一节点仍然有任务处理权限,可以对该任务进行回退。当时,即TB回退至TA;否则只能通过人为传递信息进行后续修改,或者由任务拥有者根据需要判定是否进行撤回。
3.部分提交与选择逻辑
选择逻辑是通过设立选择条件,从分支中选择条件属性为true的分支进行执行。
由于任务部分提交态的增加,本发明针对可能会出现的情况进行如下扩展:
1)由于部分提交可以重复多次进行提交,并且每一次部分提交都会对之前的提交内容进行覆盖,因而出现前后不一致的情况,使得其前后触发的分支不同时,以最近一次的部分提交为准,之前触发分支内容自动失效。
2)某分支对任务进行回退,上一节点处于完全提交后待命状态时,重新获得对该任务的处理权限。根据需要可进行重新委派。以救灾物资调配流程为例,当任TC1回退至TB时,TB重新对任务进行签收办理。
4.部分提交与并行逻辑
并行逻辑中的N个分支(N≥2)处于“与”逻辑关系。当分支活动并行执行,不做另外的属性设置时,默认分支活动同步执行,也就是说要等并行任务TC1、TC2、TC3中执行时间最长的任务确认提交后,TD才可以被触发。
部分提交态增加后,要求TD只有在所有分支都完成部分提交的情况下,才可被触发。即任务TC1、TC2、TC3部分提交后,TD才可以进行签收办理。
步骤三:设计基于复杂网络的指挥控制流程调度算法
本发明将扩展后的任务状态与和核心业务逻辑相结合,设计流程中各任务节点的调度算法如下:
在算法中,将基于BPMN所构建的流程图映射为工作流网,节点信息包含节点名、提交的相关信息、控制流的方向以及是否为部分提交。自开始节点进行节点遍历,若该节点有新的提交信息,则将其加入队列;当该节点完成后,则将其从队列中删除。
其中direction和completed均为bool值,对direction,默认值为0,表示跳转至后继节点,1表示跳转至前驱节点;对于completed,0表示完全提交,1表示部分提交。
以救急物资调配图为例进行说明,即从开始节点起,根据其values中的direction值为0,决定其跳转至后继节点TA;TA读入开始节点的value值,即物资分配要求x,并根据其制定分配计划y(1)并进行部分提交,其序列流方向direction默认为0,即流向其后继节点TA;部分提交后completed值为1,将节点TA加入队列后,根据direction值对其后继节点TB进行遍历,并读入其节点信息,当TA进行多次部分提交时,value值从y(1)更新至y(2),后继节点TB更新其读入的value为y,以此类推。当进行节点任务回退时,direction值为1,将已经从队列中移除的节点TA重新加入队列进行队列更新。
该指挥控制流程模型中不存在死锁、活锁、死活动和同步丢失。利用BPMN2.0过程模型到Petri网的映射过程易于验证其过程模型的正确性和可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于BPMN的指挥控制流程设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:对BPMN建模语言的任务状态空间进行扩展;
步骤二:基于步骤一分析BPMN元素状态属性与核心业务逻辑的耦合关系;
步骤三:基于步骤二设计基于复杂网络的指挥控制流程调度算法。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一中,基于对BPMN建模语言的任务节点的状态的分析,对其任务节点状态进行扩展。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤一中,对其任务节点状态进行扩展,扩展后的任务状态空间包括以下状态:就绪态、执行态、回退态、失效态、部分提交态、完全提交态;
然后用符号化的方式表示各节点所处属性状态:
表1属性符号表
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤二中在扩展BPMN元素状态属性的基础上,对流程中核心业务逻辑与任务状态的耦合关系进行设计。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤二以指挥控制过程中的应急物资调配过程进行说明,设任务A为制定救灾物资分配计划,任务B为计划交付至管理人员,并行任务C1、C2、C3为并行的海、陆、空相对应的救灾物资派发部门,任务D为管理人员对各单位物资派发情况的信息整合,并行网关用来对顺序流进行拆分合并;然后做如下定义:
定义1将BPMN流程图抽象为一个四元组P={T,G,E,S}其中T表示有限任务的集合,G表示有限网关的集合,E表示有限事件的集合,S表示有限控制流的集合;
定义2在流程图中,用TA、TB分别表示任务A和任务B,以此类推,用→表示顺序关系,TA→TB表示顺序执行任务A和B;
定义3用|表示并行关系,TC1|TC2|TC3表示TC1、TC2、TC3并行执行,不存在先后顺序关系;
定义4用/表示选择关系,TC1/TC2/TC3表示任务C1、C2、C3选择执行,在M条分支中选择N条执行1≤N≤M;排他执行用*(TC1/TC2/TC3)表示,即分支中默认执行第一个条件为TRUE的分支;
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤二中基于定义确定如下核心业务逻辑:
1)部分提交与顺序逻辑
增加部分提交态前,顺序执行的序列流为TA→TB,即任务A完成后提交至任务B,依次执行;增加部分提交态后,顺序执行的序列流为处于部分提交态的任务同时具有“半执行”和“半提交”两种属性,在救灾物资流程中,原任务启动与结束顺序为TA→TB→(TC1|TC2|TC3)→TD。扩展后的任务启动顺序为式2所示:
扩展后的任务结束顺序为式3所示:
完全提交后任务节点执行人无法对该任务进行查看与更改;
2)部分提交与回退逻辑
当部分提交内容需要回退时分以下情况:
当前节点处于部分提交状态Tuc时,对于已部分提交的内容不进行回退,通过再次部分提交进行任务重传与覆盖;
完全提交后该任务节点无法对任务进行查看和修改,如果下一节点仍然有任务处理权限,可以对该任务进行回退,当时,即TB回退至TA;否则只能通过人为传递信息进行后续修改,或者由任务拥有者根据需要判定是否进行撤回;
3)部分提交与选择逻辑
选择逻辑是通过设立选择条件,从分支中选择条件属性为true的分支进行执行;
由于任务部分提交态的增加,针对可能会出现的情况进行如下扩展:
由于部分提交可以重复多次进行提交,并且每一次部分提交都会对之前的提交内容进行覆盖,因而出现前后不一致的情况,使得其前后触发的分支不同时,以最近一次的部分提交为准,之前触发分支内容自动失效;
一分支对任务进行回退,上一节点处于完全提交后待命状态时,重新获得对该任务的处理权限,根据需要可进行重新委派;
4)部分提交与并行逻辑
并行逻辑中的N个分支处于“与”逻辑关系,当分支活动并行执行,不做另外的属性设置时,默认分支活动同步执行,也就是说要等并行任务TC1、TC2、TC3中执行时间最长的任务确认提交后,TD才可以被触发;
部分提交态增加后,TD只有在所有分支都完成部分提交的情况下,才可被触发,即任务TC1、TC2、TC3部分提交后,TD才可以进行签收办理。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤三中将扩展后的任务状态与和核心业务逻辑相结合,设计流程中各任务节点的调度算法。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述调度算法中,将基于BPMN所构建的流程图映射为工作流网,节点信息包含节点名、提交的相关信息、控制流的方向以及是否为部分提交,自开始节点进行节点遍历,若该节点有新的提交信息,则将其加入队列;当该节点完成后,则将其从队列中删除。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,N大于或等于2。
10.一种如权利要求1至9中的方法在指挥控制系统中的应用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200228 |
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