一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法技术

本发明专利技术属于建模方法，具体涉及一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法。它包括如下步骤：(1)初始化体系工程工作流环境，包括初始时间，空间环境、和各种对象、人员、任务信号和各种物料资源；(2)对任务节点的基本描述和触发约束与行为进行描述；(3)建立时空Petri网，给出基本运行规则。本发明专利技术的显著效果是：解决了体系结构工作流模型元素的复杂性；符合体系工程工作流中各元素在时空环境下的交互和运行；符合体系工程工作流中任务运行的复杂性和时空动态性。复杂性和时空动态性。复杂性和时空动态性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法


[0001]本专利技术属于建模方法，具体涉及一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法。

技术介绍

[0002]体系工程中流程设计具有非常重要的地位，流程是体系各成员系统之间涌现出总体能力的关键因素，体系通过流程设计将各成员系统耦合起来，协同完成单个系统所不能完成的任务。传统的系统工程中缺少流程设计方法指导。Petri网是一种系统的既有数学分析又有图形描述的工具，适合对具有并发、互斥、冲突等特性的离散事件系统进行建模，天然符合流程设计的要求。
[0003]体系工程的工作流建模成员系统复杂、具有各种自动和人工的任务信号，在时间和空间、人员和资源配置上要求成员系统具有高度的统一性和协调性，存在着优先执行、顺序执行、并发执行、资源抢占、共享和释放、空间的实时占用、共享占用、移动占用、结束占用和空间释放等各种复杂情况。
[0004]目前的工作流建模多是面向生产过程的流程设计，以制造产品和流水线作业为主要研究内容，建模对象主要是在产品和资源，运行机制主要是资源敏感型的触发约束和行为，缺少对体系工程的复杂系统建模能力，缺少符合体系工程的复杂系统各种复杂情况的运行机制。
[0005]公开号为CN103593516B的专利《一种作战体系建模与仿真系统》采用体系结构建模模块建立符合DoDAF规范的体系结构模型和规范，自动生成仿真想定，但是只能提供仿真数据和模拟运行，缺少对体系建模中复杂的工作流模型的建模和运行能力。公开号为CN107301128A的专利《基于Petri网模型的系统仿真验证方法》将SysML模型转换为Petri网模型，再对转换后的模型进行仿真，对Petri网的安全性、活性和死锁等基本性质进行了验证算法说明。
[0006]文献《基于工作流的舰载机作战指挥引导》利用UML工具建立作战指挥引导的工作流模型，并使用Petri网对该工作流模型进行了可达性、合理性、选择性等验证。文献《基于UML和Petri网的防空反导系统建模》依据系统的作战流程从用例图、类图和活动图等方面对其进行了概念建模，并结合Petri网支持评估验证的特点，实现了从UML模型到Pet而网模型的映射、转换与基本验证。
[0007]到目前为止，还没有一种专门用于体系工程工作流的Petri网建模的方法。已有的文献和专利缺少对体系工程工作流中复杂对象特性、时空特性和约束、任务的时空特性、符合体系结构工作流的运行机制的研究成果。要实现体系工程工作流的Petri网建模，必须解决体系工程的工作流中几个方面问题：
[0008]1)各种对象、人员、任务信号(人工/自动)和各种物料资源的建模；
[0009]2)任务的优先级、任务触发约束包括任务触发信号、任务优先级、所需人员、所需对象及其状态、所需物料资源、任务执行后约束包括任务执行完毕后释放的对象及其状态、
人员、物料资源和空间；
[0010]3)工作流的初始时间，空间环境建模；
[0011]4)各种元素在时空环境下的建模和运行空间的变化；
[0012]5)给出符合上述建模要求的时空Petri网的运行机制。

技术实现思路

[0013]为了解决上述
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术旨在提供基于时空Petri网的体系工程工作流建模方法，解决体系工程工作流中时间、空间环境、任务和各种对象、人员、任务信号(人工/自动)和各种物料资源的建模，并给出在时空环境下各种模型元素的运行机制。
[0014]本专利技术是这样实现的：一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，包括如下步骤：
[0015](1)初始化体系工程工作流环境，包括初始时间，空间环境、和各种对象、人员、任务信号和各种物料资源；
[0016](2)对任务节点的基本描述和触发约束与行为进行描述；
[0017](3)建立时空Petri网，给出基本运行规则。
[0018]如上所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其中，所述的步骤(2)包括下述内容，
[0019]基于任务建立Petri网的基本节点，任务触发约束包括任务触发信号、任务优先级、所需人员、所需对象及其状态、所需物料资源、所需的触发初始空间、所需时间，任务执行时的占用空间随时间的变化函数和系统条件描述。
[0020]如上所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其中，所述的步骤(3)包括下述内容，
[0021]任务执行后约束包括任务执行完毕后释放的对象及其状态、人员、物料资源和空间；
[0022]以类C++语言来描述上述的任务执行前和执行后的Petri网变迁约束；
[0023]以任务的执行为基本活动，体现了体系工程工作流中任务所需的时空资源以及对象、人员及其空间移动和物料资源的流动、消耗，并据此给出了时空Petri网体系工程工作流模型的具体运行机制。
[0024]如上所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其中，所述的步骤(1)包括初始的时间要求、空间环境、初始的人员，对象，任务信号和各种物料资源，其表达式如下所示：
[0025]TSP
init
＝＜T,T
init
,S,P
init
,O
init
,R
init
，Signal
init
＞
[0026]其中，
[0027]T表示对工作流进行建模时，工作流的时间单位，也即工作流模型刷新一次任务状态和模型系统状态的周期时间；
[0028]T
init
表示工作流开始的时间；
[0029]S＝＜S
B
,H,S
E
＞表示对工作流进行建模时，工作流运行的三维空间界限，包括初始三维空间和结束三维空间，三维立体空间是由4个坐标点组成的平面＜TL,TR,BL,BR＞和高
H构成，平面坐标分别为顶部左侧三维坐标，顶部右侧三维坐标，底部左侧三维坐标，底部右侧三维坐标。
[0030]表示系统目前在不同岗位(0-i)上配备的人员数量(0-j)
[0031]表示系统目前在不同类型(0-i)上配备的资源数量(0-j)
[0032]表示系统目前在不同类型(0-i)上配备的对象数量(0-j)
[0033]Signal＝＜Sig,P＞，表示系统中存在的自动或者人工信号，来触发相关的任务，和任务触发的约束相关。Sig表示信号，如果Signal中P为空集，表示自动触发信号；否则Signal为人工信号，表示来自单个或多个岗位的单个人员或多个人员P的单独触发信号或者联合触发信号。
[0034]如上所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其中，所述的步骤(2)中对任务节点进行基本描述、触发约束、触发行为和释放进行描述
[0035]任务节点的基本描述为
[0036]Task＝＜Pr,T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化体系工程工作流环境，包括初始时间，空间环境、和各种对象、人员、任务信号和各种物料资源；(2)对任务节点的基本描述和触发约束与行为进行描述；(3)建立时空Petri网，给出基本运行规则。2.如权利要求1所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其特征在于：所述的步骤(2)包括下述内容，基于任务建立Petri网的基本节点，任务触发约束包括任务触发信号、任务优先级、所需人员、所需对象及其状态、所需物料资源、所需的触发初始空间、所需时间，任务执行时的占用空间随时间的变化函数和系统条件描述。3.如权利要求1所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其特征在于：所述的步骤(3)包括下述内容，任务执行后约束包括任务执行完毕后释放的对象及其状态、人员、物料资源和空间；以类C++语言来描述上述的任务执行前和执行后的Petri网变迁约束；以任务的执行为基本活动，体现了体系工程工作流中任务所需的时空资源以及对象、人员及其空间移动和物料资源的流动、消耗，并据此给出了时空Petri网体系工程工作流模型的具体运行机制。4.如权利要求1所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其特征在于所述的步骤(1)包括初始的时间要求、空间环境、初始的人员，对象，任务信号和各种物料资源，其表达式如下所示：TSP
init
＝＜T,T
init
,S,P
init
,O
init
,R
init
，Signal
init
＞其中，T表示对工作流进行建模时，工作流的时间单位，也即工作流模型刷新一次任务状态和模型系统状态的周期时间；T
init
表示工作流开始的时间；S＝＜S
B
,H,S
E
＞表示对工作流进行建模时，工作流运行的三维空间界限，包括初始三维空间和结束三维空间，三维立体空间是由4个坐标点组成的平面＜TL,TR,BL,BR＞和高H构成，平面坐标分别为顶部左侧三维坐标，顶部右侧三维坐标，底部左侧三维坐标，底部右侧三维坐标。表示系统目前在不同岗位(0-i)上配备的人员数量(0-j)表示系统目前在不同类型(0-i)上配备的资源数量(0-j)表示系统目前在不同类型(0-i)上配备的对象数量(0-j)Signal＝＜Sig,P＞，表示系统中存在的自动或者人工信号，来触发相关的任务，和任务触发的约束相关。Sig表示信号，如果Signal中P为空集，表示自动
触发信号；否则Signal为人工信号，表示来自单个或多个岗位的单个人员或多个人员P的单独触发信号或者联合触发信号。5.如权利要求4所述的一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法，其特征在于：所述的步骤(2)中对任务节点进行基本描述、触发约束、触发行为和释放进行描述任务节点的基本描述为Task＝＜Pr,T1,T2,State,Coordinate,S,Trigger,Post，Re lease＞，其中：Pr＝{1,n}，表示优先级别为1～n，其中1为最高优先级，n为最低优先级T1表示任务完成所需的时间；T2表示任务已经执行的时间，初始值为0；State表示任务状态，00表示未执行，01表示正在执行，10表示此次执行完成，11表示等待执行，已执行任务在执行过程中保持任务状态为01，在执行结束后更新任务状态为00并将T2重新设置为0，未执行的任务在系统更新后的任务状态保持00；Coordinate表示任务开始时的坐标起始点；S＝SFunc(T2,Coordinate)，SFunc函数表示任务节点根据初始坐标Coordinate，在T2时刻，任务实时占用的空间；任务节点的触发约束Trigger＝＜P
trigger
,R
trigger
,S
trigger
,O
trigger
＞，其中P
trigger
表示任务触发所需人员，包括人员类型和数量；R
trigger
表示任务触发所需物料资源，包括物料类型和数量；S
trigger
表示任务触发所需的触发空间环境，表示从Coordinate
init
坐标开始正方向的S
trigger
空间；O
trigger
表示任务触发所需的不同对象(0-n)的数量(0-m)；任务的执行约束Post＝＜P
post
,R
post
,S
post
,O
post
＞，其中P
post
表示任务执行需要占用的不同岗位(0-n)的人员数量(0-m)；R
post
表示任务执行需要消耗或占用的不同类型(0-n)的资源数量(0-m)；S
post
表示任务执行需要占用的介于工作流系统空间S之间的占用空间，必须满足S
post
∈S；如果没有增加占用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏军，黄百乔，张鹏，罗永亮，闫丹，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：