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利用 Petri Net 分析以 BPMN 為基之企業流程模型的有效性 NSC 94-2213-E-011-015 報告人 : 歐陽超 臺灣科技大學工業管理系 中華民國九十五年十一月十一日

利用 Petri Net 分析以 BPMN 為基之企業流程模型的有效性 NSC 94-2213-E-011-015 報告人 : 歐陽超 臺灣科技大學工業管理系 中華民國九十五年十一月十一日. 緒論. 研究背景 商業流程執行語言的出現 -BPEL4WS BPEL4WS 在 2002 年時由 IBM 、 Microsoft 和 BEA 所提出，它是一種以 XML 為基礎的網路服務組合語言。 圖形化的商業流程執行語言 -BPMN BPMI (Business Process Management Initiative) 在 2004 年 5 月提出了 BPMN 規範。

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利用 Petri Net 分析以 BPMN 為基之企業流程模型的有效性 NSC 94-2213-E-011-015 報告人 : 歐陽超 臺灣科技大學工業管理系 中華民國九十五年十一月十一日

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  1. 利用Petri Net分析以BPMN為基之企業流程模型的有效性 NSC 94-2213-E-011-015 報告人:歐陽超 臺灣科技大學工業管理系 中華民國九十五年十一月十一日

  2. 緒論 • 研究背景 • 商業流程執行語言的出現-BPEL4WS • BPEL4WS在2002年時由IBM、Microsoft和BEA所提出，它是一種以XML為基礎的網路服務組合語言。 • 圖形化的商業流程執行語言-BPMN • BPMI (Business Process Management Initiative)在2004年5月提出了BPMN規範。 • 其提供圖形化的方式讓使用者易於了解及創造商業流程。 • 另外，也提供了BPMN轉換至BPEL4WS之轉換語法。

  3. 緒論 • 研究動機 • 繪製BPMN模型時可能會因為塑模者邏輯錯誤造成模型無效。 • 繪製BPMN模型時可能會因為不當地結合control element使得模型無效 - 即fork、join、split及merge四種行為。 • 問題點： • 如何判斷BPMN模型是否有效？ → 利用Petri Net • 研究目的 • BPMN無效模型的歸類 • 訂定一套將BPMN模型轉換為Petri Net模型的方法 • 利用Petri Net分析BPMN模型的有效性及其他相關特性

  4. 所引用方法之簡述 • BPEL4WS常用標籤 • 共通標籤： • 基本活動標籤：

  5. 所引用方法之簡述 • 結構性活動標籤： • 作用域標籤(Scope)：

  6. 所引用方法之簡述 • BPMN常用圖形：

  7. 所引用方法之簡述

  8. 所引用方法之簡述

  9. 研究方法架構 • 研究方法分為四大部分 • 問題分析階段 • 概念分析階段 • 模型分析階段 • 設計階段 • 模擬階段 • 實作階段

  10. 概念分析階段 • 設計企業模型時可能遭遇的問題： • 定義階段時塑模者邏輯錯誤 • 定義階段時流程設計錯誤 • 這些無效的情形在規劃階段不易被察覺。 • 若在定義階段及實作階段之間加入驗証階段驗証模型是否有效，可防止企業浪費資源在錯誤的企業模型中。 Invalid Valid Planning Definition Verification Implementation

  11. 模型分析階段 • 繪製BPMN模型時，會因為不當地結合control element使得模型無效： • Fork (And - Split) • Join (And - Join) • Split (Or - Split) • Merge (Or - Join) • 本研究根據這四種control element，將BPMN模型可能發生無效的情況分為二類： • 死結 • 無限迴圈 • 另外，本研究針對BPMN模型再提出一項特性做分析： • 商業流程執行完成時間

  12. 死結 模型分析階段 • 死結 • 若在BPMN模型中的某個結點發生死結，則無法繼續結點之後的流程。

  13. 無限迴圈 模型分析階段 • 無限迴圈 • 在迴圈中使用Parallel Gateway會造成無限迴圈的情況。

  14. 模型分析階段 • 商業流程執行完畢時間 • 在BPMN模型中，會因為選擇的路徑不同而使得完成時間有所不同。 • 本研究利用Time Petri Net來計算這些不同的時間，提供給塑模者做為流程設計的參考。

  15. 設計階段 • 建立BPMN模型轉換為Petri Net模型的轉換樣版。 • 根據第一步驟的轉換樣版將BPMN模型轉換為Modified BPEL4WS語法。 • 根據第一步驟的轉換樣版將Petri Net模型轉換為CPNXML語法。 • 根據第二步驟及第三步驟定義XSLT描述語法，以將Modified BPEL4WS轉換為CPNXML(描述Petri Net的XML語法)。 1 3 2 4

  16. BPMN模型轉換為Petri Net模型的轉換樣版 • Event • Activity

  17. BPMN模型轉換為Petri Net模型的轉換樣版 • Control Element • Fork (And-Split) • Join (And-Join)

  18. BPMN模型轉換為Petri Net模型的轉換樣版 • Split (Or-Split) • Merge (Or-Join)

  19. 將BPMN模型轉換為Modified BPEL4WS語法 • 轉換方式 • 根據前一步驟之轉換樣板及BPMN規格書中的轉換方式 • 另外再加入三個屬性： • Sequence：BPMN Block位於的區塊 • Aim：BPMN Block目標的區塊 • Type：BPMN Block的類型

  20. 將BPMN模型轉換為Modified BPEL4WS語法 • Event • Activity • Fork

  21. 將BPMN模型轉換為Modified BPEL4WS語法 • Join • Split • Merge

  22. 將Petri Net模型轉換為CPNXML語法 • CPNXML之主要標籤

  23. 描述Place「P2」之座標、內含文字、token狀態、資料型態描述Place「P2」之座標、內含文字、token狀態、資料型態 CPNXML基本定義 描述Transition「ncname」之座標、內含文字、資料型態 描述P1連結至ncname的Arc，其中包含座標，連結點及資料型態 描述ncname連結至P2的Arc，其中包含座標，連結點及資料型態 描述Place「P1」之座標、內含文字、token狀態、資料型態

  24. Event之BPMN模型： 利用XSLT描述語言將Modified BPEL4WS轉換為CPNXML Event之Modified BPEL4WS語法： CPNXML XSLT程式碼(描述Transition的部分)

  25. 模擬階段 • 利用Petri Net軟體「CPN Tools」來模擬分析轉換出的CPNXML語法。 • 死結 • 無限迴圈 • 執行完成時間

  26. 死結 死結 模擬階段 • 死結：若一個Petri Net中某個Transition無法被任何狀態M激發，且 ，則稱這個Petri Net發生死結(Deadlock)。

  27. 模擬階段 • 無限迴圈： • 可到達性： • 起始狀態 ：(1,0,0, … ,0) • 結束狀態 ：(0,0,0, … N)

  28. 模擬階段 • 流程執行完成時間：利用Time Petri Net 3 7 2 3 5 4 6 3 7 2 3 5 6 4

  29. 研究方法實作

  30. 研究方法實作 • 本研究將BPMN模型轉換為完整的CPNXML語法分為四個步驟： • 「BPMN To BPMN Block」的拆解方法：根據拆解法則將BPMN模型拆解成數個BPMN Blocks。 • 「BPMN Blocks To BPEL Blocks」的轉換方法：根據BPMN規格書及本研究自定的語法將BPMN Blocks轉換為Modified BPEL Blocks。 • 「BPEL Block To CPNXML」的轉換方法： • 「BPEL Blocks To CPNXML Blocks」轉換模組 • 「Add Arc and End Block」模組 • 「Merge」模組 • 利用CPN Tools來模擬Petri Net模型。

  31. 「BPMN To BPMN Block」的拆解方法 編號的前二碼為BPMN Block的橫向編號，編號的後一碼為BPMN Block的縱向編號。

  32. 「BPMN Blocks To BPEL Blocks」的轉換方法 • 根據研究方法中所提及的轉換方式，將BPMN Blocks轉換為BPEL Blocks。

  33. 「BPEL Block To CPNXML」的轉換方法 • Block間的連結

  34. 「BPEL Block To CPNXML」的轉換方法 • XSLT Template對應表

  35. 「BPEL Block To CPNXML」的轉換方法

  36. 「BPEL Blocks To CPNXML Blocks」轉換模組 • 編號 • BN代表Block的編號、BN後二碼代表Petri Net圖形中元素的類別。 • 如此便可為每個元素定義獨一無二的編號。

  37. Block「011」 利用addArc.java 呼叫addArc.xslt Block「012」 利用addArc.java將二個Block合併

  38. 「Merge」模組 • 將所有的Block組合，加入CPNXML的基本定義中。 在此插入所有的Blocks

  39. 利用CPN Tools來模擬Petri Net模型 • CPN Tools開啟畫面

  40. Simulation工具 利用CPN Tools來模擬Petri Net模型 • Simulation功能：了解token流動的情形

  41. State space工具 利用CPN Tools來模擬Petri Net模型 • State space功能：產生分析報表

  42. 案例分析-訂單處理流程

  43. 發生死結

  44. 案例分析-訂單處理流程 不可使用Exclusive Gateway Join091 改進後的訂單處理流程 ：

  45. 案例分析-訂單處理流程 • 流程執行時間 time=4 time=3 time=1 time=1 time=2 time=3 time=2 加入時間

  46. 流程執行完畢時間為12個時間單位 案例分析-訂單處理流程 • 訂單被接受之流程執行完畢時間

  47. 流程執行完畢時間為4個時間單位 案例分析-訂單處理流程 • 訂單被拒絕之流程執行完畢時間

  48. 案例分析-生產線流程

  49. 不可使用Parallel Gateway 案例分析-生產線流程 有異常值，流程中可能有無限迴圈

  50. 結論 • 提出建構BPMN模型時可能造成模型無效的情況，藉以得知建構BPMN模型時，可能會遭遇的問題點。 • 提供一套BPMN模型轉換為Petri Net模型的方法，讓塑模者可迅速地將BPMN模型轉換為Petri Net模型，以進行模擬分析。 • 利用Petri Net之特性分析BPMN模型之有效性，並利用Time Petri Net來計算BPMN模型執行完成的時間，以提供給塑模者做為流程設計的參考。

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