本文在Petri网的基础上，引入本体，提出了本体驱动的Petri网建模方法。通过定义工作流元模型本体，将工作流模型用本体语言表达，从而建立本体与Petri网的对应关系，将本体丰富的语义特征与Petri网强大的分析能力相结合，由于本体具有丰富的语义表示与语义推理能力，从而有效地解决了Petri网建模方法语义分析能力不足的问题。该方法增加了工作流系统的灵活性与可扩展性。

本体

本体最早是哲学上的一个概念，它作为一门学问起源于对万物本源的追问。在人工智能领域，本体论是一个逻辑理论，用来说明一个正规(formal)词汇表的预定含义，允许在本体构造过程中定义良好的语义并具有基于逻辑的推理能力。

定义1 概念是一个二元组Concept=<ConName,ConAttrSet>，其中，ConName表示概念名称，惟一指定所要描述的事物；ConAttrSet为概念的属性集，描述该概念所指事物的特征。

定义2 本体是一个三元组Ontology=<ID，ConSet，RelSet>，其中，ID 为本体的标识，ConSet为本体内部的概念集，RelSet为本体内部概念之间的关系集。

上述定义指出，概念是对所要描述的事物的一个抽象，概念可以有自己的属性。本体就是客观存在的概念以及概念之间的相互关系。

工作流元模型本体

基于WFMC提出的工作流过程定义元模型，工作流元模型本体的基本概念及其关系。

定义3 工作流元模型本体是一个本体，记作WFMO = <WfID，WfConSet，WfRelSet>。其中，WfID是工作流元模型本体的标识，惟一指定元本体。

定义4概念集WfConSet =

<Activity,Role,WorkFlowRelativeData,CalledProcedure,Transition,ControlStructure,Condition>。

其中，活动Activity =<ActiName,ActiAttr>，ActiName惟一指定活动,活动属性为ActiAttr =<PreActiCond,PostActiCond,ScheduleConstrain>，PreActiCond/PostActiCond为前/后活动条件，ScheduleConstrain为调度约束条件。

角色Role =<RoleName,RoleAttr>，Role惟一指定角色,角色属性为RoleAttr =<Responsibility, Permission, Restrains>，Responsibility, Permission ,Restrains分别为责任、权限和约束。

工作流相关数据WorkFlowRelative

Data=<DataName,DataAttr>，DataName惟一指定工作流相关数据，数据属性为DataAttr=<DataMode,DataPath,DataType>。其中，DataMode为数据模式，包括IN、OUT和INOUT三种，DataPath为数据的存储路径，DataType为数据类型。

被调过程CalledProcedure=<ProcName,ProcAttr>，ProcName惟一指定被调过程，被调过程属性为ProcAttr=<Returned_type,ExectionArgu,AccessPosition>，Returned_type为过程返回类型，ExecutionArgu为被调过程执行参数，AccessPosition为被调过程存取路径。   

变迁Transition=<TranName,TranAttr>, TranName惟一指定转移，转移属性TranAttr=<PreActi,PostActi>，PreActi为前驱活动，PostActi为后继活动，表明该转移的来源与去向。

Condition=<CondName,CondAttr>，CondName惟一指定转移条件CondAttr=<CondType>，CondType为转移条件类型，包括过程条件、执行条件、通知条件等。

控制结构ControlStructure=<ConStrName,ConStrAttr>,ConStrName惟一指定了控制结构ConStrAttr=<ConStrType>,ConStrType为控制结构类型，包括顺序、与汇聚/分支、或汇聚/分支、迭代等几种结构。控制结构是用来连接工作流元模型本体的，

定义5关系集WfRelSet = <A_part_of, Refer_to, Have, Use>，其中，组成关系（A_part_of）描述整体和它的构成组件之间的关系。关联关系（Refer_to）描述概念间的一般依赖关系。拥有关系（Have）描述概念之间的包含。使用关系（Use）描述概念间的调用关系。

Petri网

Petri网最初由德国学者Carl Adam Petri在1962年提出，是一种可用图形表示的组合模型，具有直观、易懂和易用的优点，对描述和分析并发现象有它独到的优越之处。同时，Petri网又是严格定义的数学对象，借助数学开发的Petri网分析方法和技术既可以用于静态的结构分析，又可以用于动态的行为分析。

在网论中，首先定义的是有向网Net。

定义6 三元组Net=<S，T；F>为有向网的充分必要条件为：

1．S∩T=  ，

2．S∪T≠ ，

3．F  S×T∪T ×S，

4．dom(F)∪cod(F)= S∪T，其中，dom 和cod分别表示F的定义域和值域。

S和T分别成为Net的库所集和变迁集,F为流关系。库所和变迁又分别成为S_元素和T_元素。X= S∪T成为Net的元素集。

定义7 Petri网PNet定义为一个六元组PNet=<S，T；F，K，W，M0>，当且仅当满足条件：

1． Net=<S，T；F>构成有向网，称为PNet的基网。

2． K，W，M0依次为容量函数，权函数和标识，M0称为初始标识，其中，

K：S→N，称为Net的权函数。N为自然数集合。

M：S→N ∪{0}，称为Net的标识当且仅当：       ，M(s) ≤ K(s).

W：F→N，称为Net的权函数。

定义8  设x  X，为PNet任一元素，

●x={y | (y, x)  F}称为x的前置集(pre-set)或输入集，

●x={y | (x, y)  F}称为x的后置集(pre-set)或输出集。

工作流网

在Petri网的基础上，Aalst提出了工作流网(WFnet)的概念，其定义如下：

定义9 一个Petri网PNet=<S，T；F，K，W，M0>被成为一个工作流网WFnet，当且仅当它满足下面的两个条件：

1． 该PNet有两个特殊的库所：i与o。库所i是一个起始库所，即 ●i=  ；库所o是一个中止库所，即O●=  。条件1指出工作流网必须具有一个起始点和一个终结点，进入起始库所的托肯代表者一个过程实例的开始，而进入中止库所的托肯则意味着一个过程实例的结束

2． 如果在PNet中加入一个新的变迁t*,使t*连接库所o与i，即●t*={o}， t*●={i}，这时所得的PNet是强连接的。条件2指出工作流网中不能存在处于孤立状态的活动和条件，(所谓孤立状态，是指经过该变迁或库所不存在由i到o的通路)，所有的活动和条件都位于由起始点到中止点的通路上。

本体驱动的Petri网模型OPNet

上文给出了工作流元模型本体与工作流网的详细定义，工作流网实际上仍然是一种Petri网模型，其对工作流模型的行为分析局限于语法方面，不能够很好地完成工作流模型行为的语义分析。通过建立工作流元模型本体，将工作流模型用本体的语言表达，由于本体具有丰富的语义特征，因此可以较好的实现工作流的语义分析。

定义10 OPNet是一个二元组OPNet=<WFMOS，WFnet>。

其中，WFMOS为工作流元模型本体集合，通过工作流元模型本体可以详细定义一个完整的工作流过程；WFnet为工作流网。这样，将本体定义的工作流模型与Petri网定义的工作流模型结合，通过本体分析工作流行为的语义，通过Petri网分析工作流行为的语法。同时，由于WFMOS与WFnet描述的是一个共同的工作流模型，因此，他们之间存在着对应关系。

图2为一个OPNet实例，由WFnet创建的工作流网模型中有四个变迁x1,x2,x3,x4。以x1和x4为例，x1和x4的控制结构分别为与分解和与合并，与之相对应，在OPNet中构建两个工作流元模型本体WFMO1和WFMO2与之配对。每一个工作流元模型本体详细定义了OPNet中相应的变迁所代表工作流模型中的活动、角色、工作流相关数据、被调应用等语义概念，同时，每一个WFMO分别有一个变迁概念，变迁概念又包含条件与控制结构等概念。条件概念指出了该活动的发生条件以及完成条件，控制结构概念指出了该活动的控制规则，包括顺序、与汇聚/分支、或汇聚/分支、迭代等几种结构。因此，变迁概念完全包含了WFnet中的库所与变迁之间的流关系信息。

通过OPNet,基于工作流元模型本体与WFnet之间的对应关系，可以将工作流模型的语义信息通过工作流元模型本体形式嵌入WFnet之中，同时，如图2所示，仍然可以通过WFnet的图形界面进行建模，工作流模型的语义可以基于工作流元模型本体语言借助于WFnet的图形界面进行处理。这样，OPNet建模过程最大程度的与WFnet保持一致，语义处理可以通过本体的自动推理在后台完成，简化用户的操作负担。这样，在进行模型行为分析时，首先根据工作流元模型本体对工作流模型进行语义分析，在语义分析正确的情况下再以Petri对模型进行语法分析，从而能够实现本体驱动Petri网的行为分析。