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面对变化迅速、竞争激烈的市场环境，现代企业需要有灵活、高效的业务过程来处理日趋复杂的业务。工作流技术利用计算机系统为现代企业提供了一种协同工作环境，可支持业务过程的自动执行、实时监控及优化改进，从而提高业务过程管理的效率，缩减业务成本。业务过程的建模与分析是工作流技术应用的基础，而随着复合的、多视角的、跨组织的以及高时效性的复杂业务过程的出现，现有的过程建模与分析技术日显不足。传统的基于状态空间的分析方法难以处理复合过程模型的状态空间爆炸问题，基于对象网的多视角过程模型的直接分析较为困难，基于工作流网(Workflow Net)的过程模型难以直接估算其进度。此外，如何从已有的工作流系统的日志中挖掘出较为精确的过程模型，以此辅助过程建模并为过程改进提供依据，亦是一个有意义的问题。针对这些问题，本文基于Petri网理论，在工作流网及其扩展模型的基础上对工作流的业务过程建模与分析进行的研究，主要工作如下：
(1)提出了基于不变量的工作流网的合理性的分析方法。对于工作流网的合理性，当多个业务过程通过组合得到一个复合过程(composite process)，传统的分析方法如状态空间方法，由于组合后的过程模型的规模变大，会使得其状态空间变得越来越大，不可避免的遇到状态空间爆炸问题。工作流网的合理性在本质上是活性(liveness)与有界性(boundedness)的组合条件，针对工作流网及其不变量的特点以及与活性和有界性之间的关系，不变量可以用于分析工作流网的合理性。基于工作流网的特点，本文提出了两种不变量：LMST-不变量(Legal Minimal Semi-positive T-invariants)与LMSP—不变量(LegalMinimal Semi-positive P-invariants)。LMST—不变量的可覆盖性与LMSP-不变量的可覆盖性是工作流网的1-soundness属性的必要条件。与状态空间方法相比，不变量方法可以避免状态空间爆炸问题。本文将不变量分析作为一种基本的分析技术，一个工作流网中的每两个变迁的出现次序关系可以依据不变量计算出来。针对在工作流网的任务精化中的1-soundness/k-soundness属性，本文基于LMsT-不变量给出了弱化的充分条件。此外该不变量分析方法在跨组织业务过程模型的合理性分析，过程挖掘以及过程模型的进度规划方面得到应用。
(2)提出了多视角过程模型与跨组织过程模型及其相关的合理性分析方法。现代企业的业务过程管理呈现两个方面的特点：一方面企业内部的过程细节变得越来越复杂，一个完整的业务过程包含多个视角，为了清晰地描述业务过程的多个视角及其交互关系，本文提出了一种基于对象网的多视角过程模型(MOPN-WF-net)；另一方面，企业的规模变得越来越大，有很多分散的相对独立的组织机构，为了协同来自不同组织的业务过程，本文提出了一种面向交互的Petri网模型(IOPN)。本文分别考察了MOPN-WF-net与IOPN的1-soundness属性。在使用MOPN-WF-net建模时得到的多视角过程模型是一种多维网，直接分析这种多维网比较困难，为此本文提出了一种从对象网到平面网的等价转换规则，并证明转换前后的模型在1-soundness准则上保持等价。关于IOPN的1-soundness属性，本文基于序关系约束提出了一些必要条件。另外，在实际应用中，1-soundness对于IOPN略显严格，本文借用Relaxed 1-soundness的概念。一个IOPN模型如果满足Relaxed 1-soundness属性，那么它可以被分解成一组顺序图，本文提出了一种基于不变量的分解算法，并考察了IOPN的可分解性与Relaxed 1-soundness之间的等价关系。
(3)提出了一种增强的过程挖掘算法。业务过程建模通常是一个需要很多经验、且复杂而耗时的技术工作，过程挖掘技术能够从已有的工作流系统的日志中挖掘出过程模型，即可
以辅助设计者进行过程建模。然而现有的过程挖掘算法(如α，α+与β算法)，缺少对结果工作流模型的反馈检查，从而丢失了一些库所向量，因此限制了挖掘算法的能力。为此本文在α算法的结果的基础上提出了一种增强的过程挖掘算法。本文中的新算法通过基于不变量分析的反馈检查，重新挖掘出丢失的库所向量并修改α算法的结果，这样可以增强现有算法的挖掘能力。这种增强算法的思想同样适用于α+与β算法。(4)提出了一种基于不变量的从工作流网到PERT(Programming Evaluation and ReviewTechnique)图的转换方法。为了有效管理业务过程的进度，需要提供一种针对工作流过程模型的进度估算方法。基于Petri网的工作流网模型难以直接估算出工作流过程模型的进度与总工期，而传统的项目进度规划中，PERT图是一种成熟的技术。为此，基于LMST—不变量的分解技术，提出了一种将LMST—不变量分解得到的子网转换为PERT图的算法，由此达到估算工作流过程模型的进度与总工期的目的，并结合PERT图的分析方法可以计算工作流过程模型的关键路径，为业务过程的进度管理提供依据。
(5)将工作流技术应用于软件过程管理，我们设计并部分实现了一个工作流管理系统CPMS。基于上述研究成果，本文在CPMS系统中实现了一些过程建模与分析的工具。多视角过程建模与分析，跨组织过程建模与分析，过程挖掘以及进度规划等工具在CPMS系统中得到应用。CPMS系统为软件企业提供一个以过程为中心的软件工程环境(PSEE)，即一种协同工作环境，可以提高软件开发过程的工作效率，并通过监控软件过程的执行达到保障和提高软件质量的效果。