一种基于时空Petri网的工程体系工作流程建模方法与流程

技术特征：
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；如果没有增加占用空间，则s
post
＝0；o
post
表示任务执行需要占用的不同对象(0-n)的数量(0-m)。任务执行完成后的释放行为re lease＝＜p
release
,r
release
,s
release
,o
release
＞，其中p
release
表示任务完成后释放的不同岗位(0-n)的人员数量(0-m)；r
release
表示任务完成后释放的不同资源(0-n)的资源数量(0-m)；s
release
表示任务完成后释放的介于工作流系统空间s之间的占用空间，必须满足s
release
∈s；o
release
表示任务完成后释放的不同对象(0-n)的数量(0-m)。6.如权利要求5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)，给出基本运行规则时空petri网tsp的形式化描述为：tsp＝＜start,tsp
init
,task，trans,inflow，outflow,over＞其中：start：是一个虚拟的开始节点，它表示工作流运行的开始，可以有多个后续任务连接，表示并行开始的多优先级任务；但是不允许有任何任务指向start节点；over:是一个虚拟的结束节点，它表示工作流运行的结束，可以有多个前续任务连接到
over节点，但是over节点不允许指向任何任务节点。只有表示所有的前续任务都结束后，over节点才会有效，即表示整个工作流运行结束；tsp
init
:时空petri网tsp的初始化，包括初始时间，空间环境、和各种对象、人员、任务信号(人工/自动)和各种物料资源的初始化；task是工作流模型中的基本任务节点，task的触发约束和运行约束见3。trans是工作流模型中的变迁节点，trans＝＜precondition,postaction＞。trans结合inflow和outflow，根据系统的当前人员、对象、资源和空间配置，判断是否符合后续任务task的触发条件precondition，更新trans状态；trans结合outflow，根据任务优先级、系统的当前人员、对象、资源、空间配置和任务信号判断任务task是否可以执行postaction,如可以则执行postaction，并更新任务状态、系统的当前人员，对象、资源和空间配置。7.如权利要求6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)具体包括：inflow从task指向trans,可以允许多个task指向同一个trans，表示多个前续任务条件情况下，当前tsp是否可满足precondition，以触发trans的后续任务。preconditon采用类c 描述语言，是与inflow和系统当前环境相关的逻辑表达式；preconditon为真时，trans被触发，同时trans后续的task节点允许被执行。outflow从trans指向task,可以允许同一个trans指向多个task，表示trans可触发多个后续任务；在满足precondition的情况下，根据优先级p
r
和系统当前环境来判断可执行的task，以执行trans后续任务，更新任务状态，更新系统环境。preaction采用类c 描述语言，是与outflow、优先级和系统当前环境相关的可执行表达式；postaction为真时，task才被真正执行，同时更新任务状态，更新系统环境，否则task状态为等待执行。tsp基本的运行规则是：(1)从start节点开始，按照系统的人员、对象、资源和空间配置，根据任务的优先级和触发的人员，物料资源和空间配置约束，触发初始的任务，开始工作流模型tsp的运行(2)按照工作流的时间单位t
i
,以t
i
为周期，扫描所有在执行的task，根据当前所有在执行任务task的执行时间来判断task是否执行完毕，更新任务状态。如果task的状态是01，则表示task正在执行，不能释放人员、物料资源和空间资源；如果task的状态是11，则表示task已执行完毕，更新系统的人员、对象、物料资源和空间配置，将执行完毕的task的任务状态置为10(3)在完成单位时间的系统状态更新后，扫描所有trans。trans结合inflow和outflow，根据系统的当前人员、对象、资源和空间配置，判断是否符合后续任务task的触发条件precondition，更新trans状态，直至所有trans；trans结合outflow，根据任务优先级、系统的当前人员、对象、资源和空间配置判断任务task是否可以执行postaction,如可以则执行postaction，并更新任务状态、系统的当前人员，对象、资源和空间配置，直至所有task。(4)按照t
i
为周期，按照(2)和(3)进行任务和系统更新，(5)直至over节点的precondition被满足，表示over节点可以触发，即表示工作流时空petri网的一次完整的运行。

技术总结
本发明属于建模方法，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。


技术研发人员：张宏军 黄百乔 张鹏 罗永亮 闫丹
受保护的技术使用者：中国船舶工业系统工程研究院
技术研发日：2020.11.20
技术公布日：2022/5/20