P-GRÁF ALAPÚ WORKFLOW MODELLEZÉS FUZZY KITERJESZTÉSSEL DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS Tick József Témavezető: Dr. Kovács Zoltán Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Informatikai Tudományok Doktori Iskola 2007
P-GRÁF ALAPÚ WORKFLOW MODELLEZÉS FUZZY KITERJESZTÉSSEL Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében a Veszprémi Egyetem Informatikai Tudományok Doktori Iskolájához tartozóan. Írta: Tick József Témavezető: Dr. Kovács Zoltán Elfogadásra javaslom (igen / nem)... (aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton... % -ot ért el. Veszprém,. a Szigorlati Bizottság elnöke Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve:...... igen /nem.. (aláírás) Bíráló neve:...... igen /nem.. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján...% - ot ért el. Veszprém, a Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése... Az EDT elnöke ii
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék Ábrák jegyzéke Kivonat Abstract Abstrakt Köszönetnyilvánítás iii v vii viii ix x 1. Bevezetés 1 1.1. A probléma felvetése, a kutatás szükségessége 1 1.2. A kutatás célkitűzése 3 2. A workflow fogalmai, eddigi modellezési lehetőségek 5 2.1. A workflow definíciója, modellezésének aspektusai 5 2.2. A workflow elemei, a modell felépítése 7 2.3. A workflow modellezés eddigi megoldásai 11 2.4. Konklúzió 16 3. P-gráf alapú modellezés és hálózat szintézis kombinatorikus módszerrel 17 3.1. A P-gráfok bevezetése 17 3.2. A P-gráfok matematikai leírása 19 3.3. A folyamat-hálózat szintézis (PNS) kombinatorikus megoldása 21 3.4. A maximális struktúra generálása, az MSG algoritmus 24 3.5. A megoldás struktúrák generálása, az SSG algoritmus 29 3.6. A gyorsított Branch-and-Bound (ABB) módszer 31 4. P-gráf alapú workflow modellezés 35 4.1. A P-gráf alapú workflow modell bevezetése 35 4.2. A workflow PNS struktúrájából matematikai modell generálása 41 4.3. Optimális workflow struktúrák 43 iii
5. A P-gráf alapú workflow modell fuzzy kiterjesztése 45 5.1. A fuzzy kiterjesztés bevezetésének szükségessége 45 5.2. A workflow modell fuzzy kiterjesztése 46 5.3. A paraméterezett t-norma bevezetése 59 6. A modell alkalmazásának bemutatása egy esettanulmány alapján 70 6.1. Az ügymenet specifikációja 70 6.2. Az ügymenet workflowjának generálása WFS módszerrel 75 7. Összefoglalás 86 8. Új tudományos eredmények 88 8.1. Tézisek 88 8.2. A PhD dolgozat témájában megjelent publikációim 89 Irodalomjegyzék 91 iv
Ábrák jegyzéke 2.1. ábra Workflow a WfMC jelölésrendszerével 8 2.2. ábra Szekvenciális vezérlési minta 8 2.3. ábra Párhuzamos vezérlési minta 9 2.4. ábra Szelektív vezérlési minta 9 2.5. ábra Iteratív vezérlési minta 10 2.6. ábra Workflow a WfMC ajánlása szerint 11 2.7. ábra Szekvenciális vezérlési minta Petri-hálóval 12 2.8. ábra Párhuzamos vezérlési minta Petri-hálóval 13 2.9. ábra Szelektív vezérlési minta Petri-hálóval 14 2.10. ábra Iteratív vezérlési minta Petri-hálóval 14 3.1. ábra A P-gráfoknál alkalmazott jelölések 18 3.2. ábra A P-gráf modell jelölésrendszerének szemléltetése 19 3.3. ábra A keresési tér csökkentése az axiómák segítségével 23 3.4. ábra a lehetséges műveleti egység jelöltek P-gráfjai 26 3.5. ábra A generált kezdeti, vagy input struktúra 27 3.6. ábra A generált maximális struktúra P-gráfja 28 4.1. ábra A P-gráf alapú workflow modellnél alkalmazott jelölések 36 4.2. ábra Példa a P-gráf alapú workflow modellre 37 4.3. ábra A workflow modell a bevezetett kiterjesztésekkel kiegészítve 40 5.1. ábra A dokumentum rendelkezésre állásának megadása 47 5.2. ábra Az erőforrás rendelkezésre állásának megadása 47 5.3. ábra A példa workflow struktúrája 49 5.4. ábra Az a 1 aktivitás működése 52 5.5. ábra Az a 2 aktivitás működése 53 5.6. ábra Az a 3 aktivitás működése 54 5.7. ábra Az a 4 aktivitás működése 55 5.8. ábra Az a 5 aktivitás működése 56 5.9. ábra Az a 6 aktivitás működése 57 5.10. ábra Az a 7 aktivitás működése 58 5.11. ábra A Zadeh-féle t-norma grafikusan ábrázolva 62 5.12. ábra A Zadeh-féle t-norma felületként ábrázolva 62 v
5.13. ábra A Fodor-féle t-norma grafikusan ábrázolva 63 5.14. ábra A Fodor-féle t-norma felületként ábrázolva 64 5.15. ábra A paraméterezett t-norma grafikusan ábrázolva 65 5.16. ábra A paraméterezett t-norma felületábrázolásban p=0.2 esetén 66 5.17. ábra A paraméterezett t-norma felületábrázolásban p=0.8 esetén 67 5.18. ábra Az a 1 aktivitás működése Zadeh-féle t-normával 68 5.19. ábra Az a 1 aktivitás működése paraméterezett t-normával (p=0.2) 68 5.20. ábra Az a 1 aktivitás működése paraméterezett t-normával (p=0.8) 69 6.1. ábra UML aktivitás diagram 73 6.2. ábra Adatfolyam ábra 74 6.3. ábra Az ügymenet maximális workflow struktúrája 76 6.4. ábra Az 1. megoldás struktúra 77 6.5. ábra A 2. megoldás struktúra 78 6.6. ábra A 3. megoldás struktúra 79 6.7. ábra A 4. megoldás struktúra 80 6.8. ábra Az 5. megoldás struktúra 81 6.9. ábra A 6. megoldás struktúra 82 6.10. ábra A 7. megoldás struktúra 83 6.11. ábra A 8. megoldás struktúra 84 6.12. ábra A 9. megoldás struktúra 85 vi
Kivonat P-gráf alapú workflow modellezés fuzzy kiterjesztéssel A komplex ügyviteli folyamatok költség hatékony és hibamentes kezelésének megoldása, illetve a megoldás hatásfoka úgy a profitorientált, mint a nonprofit szféra számára igen fontos kérdés, hiszen a bonyolult üzleti, irodaautomatizálási folyamatok optimális hatékonysága elsőrendű gazdasági érdek. A workflow a legelterjedtebben alkalmazott modellezési technika a vállalati és irodai információs rendszerek területén. A munkafolyamatok felderítésére, modellezésére, optimalizálására alkalmazott workflow alapú modellezés módszerei között ma nincs olyan folyamat-alapú módszer, amely szisztematikusan garantáltan optimális workflow-hálózatstruktúrához vezetne. A dolgozatban a probléma megoldására új eszközt vezetünk be, a P-gráf alapú workflow modellezést. Kiterjesztjük a modellt, bevezetjük az erőforrások kezelését, majd bemutatjuk az optimális workflow modell generálás hálózatszintézisen alapuló szisztematikus, gyors, módszerét, melynek matematikai háttere megalapozott. Az új modell képes a folyamat-struktúrán túlmenően a kiinduló-, köztes-, és előállított dokumentumok kezelésére, a szükséges és rendelkezésre álló erőforrások mennyiségi és minőségi figyelembe vételére, az erőforrás-, és egyéb korlátozó tényezők, szűk keresztmetszetek kezelésére. A valós folyamatok jobb modellezhetősége, az életszerű, bizonytalan, nem egzaktul definiálható helyzetek jobb kezelhetősége érdekében a P-gráf alapú workflow modell további, fuzzy kiterjesztését vezetjük be. vii
Abstract P-graph based workflow modelling with fuzzy extension The cost effective and error free management solution of the complex business processes as well as the solution s efficiency rate are corner points in the life of profit- and non-profit- oriented organisations and institutions, since the optimal efficiency of the complicated business, office-automation processes is of primary economic interest. Workflow is the most widespread modelling technique application in the field of business and office information systems. At present, there is no such process-based methodology amongst the process based modelling techniques applied for workflow analyses, modelling and optimisation that would provide a systematically guaranteed optimal workflow-network structure. This dissertation introduces a new tool for the solution of the problem, namely the P-graph-based workflow modelling. This model is extended by the introduction of resource management, moreover, a systematic, fast method of optimal workflow model generation based on network synthesis with justified mathematical background is also presented. The new model, apart from the management of the process-structure, enables the management of the input, temporary, and output documents, is capable of the quantitative and qualitative consideration of the necessary and available resources, as well as the management of the resource- and other type of constraints and other bottlenecks. Furthermore, a fuzzy extension of the P-graph based workflow model is introduced in order to achieve a better modelling of real processes, and a better management of the real life, ambiguous, non-exactly definable situations. viii
Abstrakt P-graph basiertes Workflow Modellieren mit Fuzzy Erweiterung Die Lösung der fehlerfreie und kosten-effektive Handlung von komplexen Verwaltungs- und Geschäfts-Prozessen, beziehungsweise die Effektivität der Lösung ist sowie im Profit-orientierten als auch im Non-Profit Sektor eine sehr wichtige Frage, weil die optimale Effektivität von Geschäfts- und Verwaltungs- Automatisierungsprozessen ist eine Wirtschaftszweck mit hohen Priorität. Der Workflow ist am weitest verbreitet angewandte Modellierungs-Technik auf dem Gebiet von Geschäfts- und Verwaltungs-Informationssystemen. Es existiert keine Prozess-basierte Methode unter die für Aufklärung, Modellierung und Optimierung von Arbeitsprozessen angewandte Workflow basierte Modellierungs-Methoden die systematisch zum optimale Workflow- Netzwerkstrukturen führt. In dieser Dissertation wird ein neues Mittel zum P-graph basierte Modellierung eingeführt. Das Modell wird mit Ressourcen-Handling erweitert und eine systematische, schnelle Methode mit mathematischen Hintergrund wird zum optimalen Workflow Modell Generierung vorgestellt. Das neue Modell ist geeignet weit über der Prozess-Struktur hinaus auch die Input- Zwischen- und Output-Dokumente zu behandeln, berücksichtigt sowie die benötigende und die zur Verfügung stehende Ressourcen (qualitative und quantitative) als auch die Beschränkungsparametern und die Engpassen. Um die realen Prozesse besser modellieren zu können, um unbestimmte, nicht exakt definierbare Situationen besser handeln zu können wurde eine weitere Fuzzy-Erweiterung des P-graph basiertes Workflow Modells eingeführt. ix
Köszönetnyilvánítás Ezúton mondok köszönetet témavezetőmnek, Dr. Kovács Zoltánnak eredményeim elérésében, dolgozatom elkészítésében nyújtott magas színvonalú, folyamatos és áldozatos segítségéért. Köszönöm az informatikai tudományok doktori iskola tagjainak, különösen vezetőjének, Prof. Dr. Friedler Ferencnek a hasznos szakmai tanácsokat és a kollegális segítséget. A Budapesti Műszaki Főiskolán dolgozó közvetlen kollégáimnak köszönöm a támogatást, a kitartó ösztönzést dolgozatom elkészítése során. Köszönöm családomnak a megértést, a bíztatást és az áldozatvállalást, amivel a dolgozat elkészítését lehetővé tették. x
1. Bevezetés 1.1. A probléma felvetése, a kutatás szükségessége A különböző szervezetek, gazdasági-, adminisztratív egységek feladatuk ellátásához, céljaik eléréséhez összefüggő tevékenységek sorát hajtják végre. Ezen tevékenység sor, vagy folyam szervezése, különböző szempontok szerinti vizsgálata, optimalizálására való törekvés a szervezet alapvető érdeke, mert jelentős mértékben meghatározza a működés hatékonyságát, ami költségmegtakarítást, illetve a gazdasági szférában a profit növekedését jelenti. Ezen okok miatt a munkafolyamatok elemzése, tervezése szinte egyidős magával a tevékenység végzésével. Ezen a területen az elmúlt évtizedek egyik legjelentősebb hatású változása az volt, hogy az informatika szinte minden területen beépült az üzleti folyamatokba, és annak meghatározó elemévé vált. Ez nem csak a profit orientált gazdasági szféra szereplőire, a különböző méretű termelő vállalatokra igaz, hanem a non-profit szférára is. A folyamatok informatikai kezelése a szolgáltató iparon túl az államigazgatásban, az oktatásban, az egészségügyben, stb. nélkülözhetetlen szükségszerűség. Magyarország aktualizált konvergencia programja 2006-2010 explicit meghatározza, hogy A közszolgáltatások teljes körű informatikai támogatásának érdekében ügymenetmodelleket kell kidolgozni és a jogszabályalkotás során figyelembe venni A Magyar Információs társadalom stratégiában megfogalmazásra kerülnek az ekormányzattal, az eügyvitellel kapcsolatos kritériumok. Ezen szolgáltatások kialakítása nem csak az informatikai fejlesztéseket igénylik, hanem a teljes ügymenet, az összes irodai folyamat analízisét, modellezését, átalakítását. Az irodai folyamatok automatizálásának kezdetén a meglevő folyamatok számítógépesítése volt a cél, ami lényegében a meglévő folyamatok átültetését jelentette számítógépes rendszerekre. Később azonban a Bussiness Process Management (BPM) megjelenésével az üzleti folyamatok teljes átalakítását, információ áramlás-alapú szemlélettel elvégzett 1
újraszervezését jelentette. A BPM sok fajta szempont szerint vizsgálja és modellezi a folyamatokat. A Bussiness Process Reengineering (BPR) szakemberei különösen az irodaautomatizálás terén megteremtették azt a modellt, amely a leginkább alkalmas a munkafolyamat modellezésére. A workflow (amelynek magyar elnevezése máig nem szabványosodott) meghatározására számtalan különböző definíció született. Autentikusnak a Workflow Management Coalition (WfMC), a BPS-sel, BPR-ral foglalkozó szakemberek legjelentősebb szakmai közösségének meghatározása tekinthető: The automation of a business process, in whole or part, during which documents, information or tasks are passed from one participant to another for action, according to a set of procedural rules [1]. Az elmúlt évtized rohamos fejlődésének eredményeképpen mára a workflow menedzsment igen elterjedt és széles körben alkalmazott technika a vállalati és irodai információs rendszerek területén. Ezen terület jelentős bevételi részt képvisel az informatikai megbízások között, ezért az informatikus szakma számára különösen fontos területnek számít. Számtalan kis-, közép-, és nagyvállalat alkalmaz Workflow Management System-eket (WfMS), illetve azok több, kevesebb funkcióit megvalósító rendszereket. A WfMS rendszerek integránsan kezelik az üzleti folyamatokhoz kötődő alapvető tevékenységeket, mint a specifikálás, elemzés, tervezés, modellezés, szimulálás, irányítás és ellenőrzés. Ezen nagy rendszerek stabil működéséhez nélkülözhetetlen egy korrekt matematikai alapon megfogalmazott, igazolhatóan helyes működési modell. A komplex ügyviteli folyamatok kezelésének költség hatékony és hibamentes megoldása, illetve a megoldás hatásfoka úgy a profitorientált, mint a nonprofit szféra számára igen fontos kérdés, hiszen az optimálistól gyengébb hatásfok lényegesen több erőforrás igénnyel rendelkezik és így sokkal drágább. A bonyolult üzleti, iroda automatizálási folyamatok megoldásának hibamentessége és hatékonysága nagyban múlik a jó modellező eszközön és azon, hogy rendelkezésre álljon az optimális megoldás szisztematikus és gyors megtalálásához szükséges eszközrendszer. Mindezen jellemzők azt mutatják, hogy az elkövetkezendő időszak nagy kihívása az irodai munkafolyamatok új, folyamat-szemléletű alapokra helyezett, teljes mértékű automatizálása lesz. Ez a munka nem végezhető el a 2
hatékonyság, az optimális folyamatstruktúra kialakítására való törekvés nélkül. Ez pedig korrekt, modell alapú optimalizálási módszerek kifejlesztését követeli meg az adott területen. A 2. fejezetben áttekintjük a jelenleg alkalmazott workflow modellezési módszereket. Ezen vizsgálat konklúziója, vagyis, hogy nincs jelenleg a hálózat szintézisen alapuló olyan folyamat-alapú módszer, mely szisztematikusan optimális hálózatstruktúrához vezetne, egyértelműen szükségessé teszi az ezen irányba történő kutatást. 1.2. A kutatás célkitűzése A fentebb megfogalmazott problémákból, kihívásokból egyenesen következik a megoldások keresésének szükségessége. Az igényekből levezethető egy új kutatás iránya, célrendszere. Az elvégzett kutatás eredeti célkitűzései a következőkben foglalhatók össze: a kutatás eredményeként egy új eszköz bevezetése a workflow modellezés területén, elismerve az eddigi megoldások előnyeit, új oldalról közelítve, más szemléletet meghonosítva, az új követelményeknek jobban megfelelő eszközrendszert adjon a további fejlesztésekhez, a kutatás eredményeként olyan módszert biztosítson a workflow modellezéshez, melynek matematikai háttere rendelkezésre áll, az optimális workflow struktúra a hagyományosnál több jellemző figyelembe vételével algoritmikus módon bizonyítottan optimális megoldáshoz vezet, az új modell legyen képes a folyamat-struktúrán túlmenően a kiinduló-, köztes-, és előállított dokumentumok kezelésére, a szükséges és rendelkezésre álló erőforrások mennyiségi és minőségi figyelembe vételére, az erőforrás-, és egyéb korlátozó tényezők, szűk keresztmetszetek kezelésére, a kidolgozott rendszer az eddigieknél jobban legyen képes modellezni a valós folyamatokat, kezelje az életszerű, bizonytalan, 3
nem egzaktul definiálható helyzeteket is, legyen képes a fuzzy megoldások befogadására, kezelésére. 4
2. A workflow fogalmai, eddigi modellezési lehetőségek Az alábbiakban a szakirodalom alapján foglaljuk össze a workflow-nál alkalmazandó definíciókat, a modellezés különböző aspektusait, a workflow modell elemeit és a modellezés eddigi koncepcióit, lehetőségeit, azok jellemzőit. 2.1. A workflow definíciója, modellezésének aspektusai A workflow definícióját az első fejezetben megadtuk. Ezek szerint a workflow egy üzleti folyamat automatizálása, melyben dokumentumok, információk áramlásának, feldolgozása szabály-alapú folyamatának, egészét vagy részét jelenti. A dolgozat során ezt a megfogalmazást követjük, ragaszkodva a dokumentumokhoz, információkhoz. Meg kell azonban említeni, hogy a szakirodalom igen vegyes képet mutat. Az alkalmazás oldaláról tekintve a szigorúan vett definíció eredeti értelmezése nagyon fellazult, az alkalmazások nem korlátozódnak csak és kizárólag dokumentumok, információk kezelésére. Nagyon sok alkalmazás esetében egyszerűen úgy értelmezik a workflow-t, mint egy termelési folyamat áttekinthető ábrázolását valamilyen formában. Ez a terület kívül esik vizsgálatainkon, hiszen szabványokat nem, vagy csak ritkán követ, korrekt matematikai alapokon nyugvó modellezési háttere az esetek igen nagy részében egyáltalán nincs. A kutatás szempontjából érdekes irány a modellezésen alapuló workflow tervezés. A kezdetben elszórt workflow alkalmazás rohamos fejlődésnek indult. Az egyre komplexebb feladatok megoldása igényelte az intenzív informatikai támogatást a tervezés fázisában. Ilyen szoftverrendszerek fejlesztéséhez azonban okvetlenül szükséges a formalizálás, a modellezés matematikai alapokon nyugvó rendszerének megteremtése. Ezen igényt kielégítő kutatások, publikációk emelték a workflow alkalmazásokat egyszerű rajzolgatásból korrekt, bizonyítható, paramétereiben ellenőrizhető, modellezésen-alapuló tervezéssé. A workflow modellezésének a szakirodalom [3], [4], [11] és [15] alapján, a kutatás szempontjából 5 releváns aspektusa különböztethető meg: 5
A vezérlési-, vagy folyamat aspektus határozza meg a workflow, mint hálózat statikus struktúráját, azaz az elemeit, és az azok közötti kapcsolatokat. Az ide tartozó vezérlés-folyam (control flow) tartalmazza az egyes elemek közötti időfüggőségeket, a különböző vezérlési feltételeket és ezzel együtt a workflow modellre érvényes teljes végrehajtási szabály-rendszer, az ún. routing leírását. Az erőforrás-, vagy szervezeti aspektus határozza meg, a feladatok végrehajtásához szükséges erőforrások típusát és mennyiségét, illetve ezek rendelkezésre állását. Leírja az erőforrások felhasználására, korlátaira vonatkozó szabályokat, megszorításokat, definiálja a funkcionalitás szempontjából a szervezetben betöltött szerepeket és az egyes csoportokat, valamint az ezekhez rendelt felelősségeket és hierarchiákat a szervezeten belül. Az adat-, vagy információs aspektus tartalmazza a workflow működéséhez szükséges adatok leírását. Ezek állnak egyrészt a vezérléshez szükséges adatokból (vezérlési állapot adatok), amelyek a modell pillanatnyi vezérlési állapotát írják le. Másrészt állnak a termelés fontos jellemzőit tartalmazó adatokból, táblázatokból, dokumentumokból. A feladat-, vagy funkció aspektus definiálja, hogy a workflow-ban foglalt feladat végrehajtása során melyek azok az elemi műveletek, amelyeket a különböző egységeknek a rendelkezésre álló erőforrások igénybevételével végre kell hajtani. A művelet-, vagy alkalmazás aspektus határozza meg azon elemi műveleteket, melyeket a workflow-ban használt alkalmazásoknak (szoftverek) végre kell hajtaniuk. Ezen alkalmazások lehetnek általános célúak, mint például szövegszerkesztő, táblázat kezelő szoftverek, de lehetnek speciálisak, az adott workflow számára, az adott művelet, vagy művelet-csoport végrehajtásához speciálisan kifejlesztett szoftverek. A szakirodalomban leginkább az első, illetve kis részben a második aspektusban említett, a workflow modellezés vezérlési problematikájának kutatásával foglalkozó publikációkkal találkozunk első sorban. Ezen terület részletes irodalmi feltárását a 2.3. fejezet tartalmazza. A többi aspektus inkább 6
dokumentum-kezelési feladat (leírások, adatbázis-kezelés, Hyperlink kezelés) melyet speciális szoftverek különösebb modellezési háttér nélkül, általános információ-feldolgozási alapokon korrektül megoldanak. 2.2. A workflow elemei, a modell felépítése A workflow modell elemeit és a modell felépítését a korábban már említett Workflow Management Coalition (WfMC) immáron szabványosodott definíciói és jelölésrendszere segítségével tárgyaljuk. A mértékadó dokumentum a The Workflow Management Coalition Specification, Workflow Management Coalition Terminology & Glossary [1] alapvetően az előző fejezetben meghatározott első aspektust, a vezérlési, vagy folyamat szemléletet tükrözi. Nagy hangsúlyt fektet a struktúra elemekre, a különböző vezérlési mintákra. Az aktivitás a workflow alapeleme, amely az adott folyamat egy logikus munka-lépését jelenti. Az aktivitás lehet egy ember által végrehajtott művelet, mely nem igényel informatikai támogatást (pl.: hagyományos iktatás, ügyirat lefűzése, stb.) és így lehet független az automatizált folyamatoktól és lehet automatizált aktivitás, amely részben emberi de első sorban gépi erőforrásigénnyel rendelkezik a folyamat adott elemének végrehajtásához. A vizsgálat szempontjából a modellezés során az aktivitás komplexitása absztrakciós szint függő, mely a lépésenkénti finomítással az absztrakciós szint csökkentésével egyszerűsödik egészen az alapvető műveletekig. A WfMC ajánlásában az aktivitás jelölésére egyszerű téglalap használatos. A folyamat az aktivitások hálózatát jelenti, mely egyben definiálja az aktivitások egymáshoz képesti viszonyát is. A folyamat egészében reprezentálja a feldolgozandó üzleti folyamatot, vagy annak valamely részfolyamatát. A reprezentáció rendelkezik a folyamat kezdetéről, végéről, információt ad az egyes aktivitásokról, valamint a folyamathoz tartozó egyéb jellemzőkről mint például informatikai alkalmazások, adatok, adatforrások, stb. A WfMC jelölését alkalmazva a workflow igen egyszerűen ábrázolható (lásd 2.1. ábra). Külön jelölés hiányában az egyes aktivitások balról jobbra hajtódnak végre. Az ábra jól szemlélteti az eset fogalmának és a vezérlés 7
egyértelműsítésének szükségességét. A workflow-ban lévő szigorú szekvenciák mint például A->B egyértelműek, de a szelektív vagy parallel ágak például a C,D vagy az F,G,H esetében rendelkezni kell a vezérlésről. Az eset egy adott folyamat végrehajtásának adott menetét határozza meg. Ez egy adminisztratív folyamatot leképező workflow-ra vetítve azt jelenti, hogy minden ügy feldolgozása lehet egyedi, vagyis szükségszerűen nem kell, de különbözhet egymástól. A szelektív ágak esetében például a fizetés történhet kézpénzzel, átutalással vagy csekken, míg a parallel ágak esetében például egy ügy folytatásának feltétele többféle igazolás beszerzése. 2.1. ábra Workflow a WfMC jelölésrendszerével Minden egyes eset folyamán a vezérlés tehát más és más lehet, melyet a vezérlési minta ír le. A vezérlési minta a vezérlés-folyam alkotóeleme. A WfMC definiál szekvenciális, parallel, szelektív és iteratív mintákat, melyet az ANDsplit, OR-split, AND-join, OR-join, alapelemekkel valósít meg. Az alapelemekből természetesen a négynél több vezérlési minta generálható, melyekkel jelen fejezet végén, a Petri-háló alapú modellezésnél foglalkozunk. Az előbb említett 4 alapeset a WfMC ajánlásában a következőképpen néz ki: A szekvenciális mintában az aktivitások egymás után hajtódnak végre, az aktivitás indításának feltétele az előző aktivitás kimenetén definiált anyag/dokumentum elkészülte. 2.2. ábra Szekvenciális vezérlési minta 8
A párhuzamos minta esetében egyszerre egynél több aktivitás hajtódik végre egyidőben. Ekkor a parallel ágak kezdetén egy AND-Split alapelem áll, mely a megosztást megelőző aktivitás befejeződésekor egyszerre indítja mindegyik aktivitást. A parallel ágak végén pedig AND-Joint áll, amely biztosítja mindegyik parallel ág aktivitásainak befejezését ahhoz, hogy a parallel működést követő aktivitás indulhasson. 2.3. ábra Párhuzamos vezérlési minta A szelektív vezérlési minta esetében a parallel ágakon elhelyezkedő aktivitások közül csak egy hajtódhat végre. Ezt biztosítja a minta elején elhelyezkedő OR-Split, amely a parallel ágakat megelőző aktivitás befejezése után a feltételtől függően választja ki az indítandó aktivitást. A vezérlési minta végén található OR-Joint feladata, hogy bármely ágon található aktivitás befejeződése esetén indítsa a parallel szakaszt követő aktivitást. 2.4. ábra Szelektív vezérlési minta Az iteratív vezérlési minta lényegében az előzőekből már felépíthető. Célja, hogy adott aktivitás, vagy aktivitások ciklikusan ismételhetők legyenek valamely feltétel teljesüléséig. A meglévő vezérlési alapelemek 9
felhasználásával az A1 és A2 közé elhelyezett OR-Joint és az A2 és A3 közé elhelyezett OR-Split egy korrekt megoldást ad a problémára. Egyszerűségből a WfMC ajánlás az 2.5. ábrán látható notációt preferálja az iteráció jelölésére. Az ajánlás alapján a szerkezet a strukturált programozásból jól ismert repeat-until típusú, vagyis az A 2 aktivitás addig ismétlődik, amíg a feltétel igazzá nem válik. A vizsgálat az A2 tevékenység után van. 2.5. ábra Iteratív vezérlési minta A fenti vezérlési minták működésének kritériuma a különböző alapelemekhez rendelhető feltételek megadásának lehetősége. Az ajánlás 4 ilyen feltétel megadását teszi lehetővé: A feltétel nélküli átmenet (Unconditional Transition) esetében a megelőző aktivitás befejeződése esetén a követő aktivitás minden körülmény között indulhat. Semmilyen feltételvizsgálat nem történik az adott ponton. A feltételes átmenet (Conditional Transition) alkalmazásakor az átmenet pontján (a két aktivitás között) egy logikai kifejezés kerül kiértékelésre. A követő aktivitás indításának szükséges, de nem elégséges feltétele a megelőző aktivitás befejezése. A követő aktivitás indítása mindaddig fel van függesztve, amíg a logikai kifejezés (feltétel) értéke igaz nem lesz. Az elő-feltétel (Pre-Condition) lehetőséget biztosít arra, hogy egy logikai kifejezés segítségével egy vagy több aktivitáshoz belépési feltételt rendeljünk. Az utó-feltétel (Post-Condition) alkalmazásával logikai feltételt rendelhetünk egy vagy több aktivitás befejezéséhez. A jelölésrendszer lehetőségeinek kihasználásával egy komplexebb feladat workflow-ját mutatja a 2.6. ábra. 10
2.6. ábra Workflow a WfMC ajánlása szerint A fentiekben összefoglalt vezérlési minták lényegében alap mintáknak is tekinthetők. Ebből kiindulva számos kiterjesztett workflow minta (workflowpattern) hozható létre. Aalst, Hofstede, Kiepuszewski és Barros [16], [17] egy 26 workflow-mintát tartalmazó rendszert dolgoztak ki a legegyszerűbb konstrukcióktól a különböző kiterjesztésekig (Advanced branching and synchronization patterns, structural patterns, temporal relations, inter-workflow synchronization, stb.). A 26 minta egy része nehezen valósítható meg, még a bonyolultabb Workflow Management rendszerek sem kezelik őket. 2.3. A workflow modellezés eddigi megoldásai A workflow modellezés szakirodalmának áttekintésekor meg kell állapítani, hogy igen szélesen értelmezett ezen a területen a modellezés. Kutatási szempontból nem értékelhetők azok a modellezésnek feltüntetett inkább ábrázolások, melyek semmilyen korrekt matematikai háttérrel nem rendelkeznek. A modellezés vizsgálatakor mi kizárólag a formális megközelítéseket, tehát a megfelelő matematikai háttérrel rendelkező, korrektül bizonyítható modelleket vesszük számba. Az előbbi megfontolások figyelembevételével szinte kizárólag a Petri-hálón alapuló workflow modellezés lelhető fel a publikációk között. A Petri-háló bevezetése nem véletlen, hiszen a rendszermodellezés széles területen használatos leíró eszköz. A Petri-háló egyik legfontosabb előnye a többi leírási formalizmussal szemben, hogy egyidejűleg egy grafikus és egy matematikai 11
reprezentációt is definiálnak és így ötvözik a vizuális megjelenítésből fakadó áttekinthetőséget, könnyű kezelhetőséget a formális modellek matematikai korrektségével [10]. Ezért a Petri-hálók jól használhatók a konkurens, az aszinkron, az elosztott, a párhuzamos, a nemdeterminisztikus és/vagy sztochasztikus rendszerek korrekt és egzakt modellezésére. Így számos területen pl. operációs rendszerek modellezése [12], logisztikai modellek felállítása [13], sikeresen és előszeretettel használják ki a Petri-hálók alkalmazásával lehetővé váló matematikai modellezési módszert a problémák megoldására. A Petri-hálók workflow modellezésbe való bevezetésekor Aalst és Hee [ 4] specifikálták az alapkonstrukciókat a Petri-háló elemeinek felhasználásával, ahol p-vel (place) jelölik a háló egyik elemtípusát, a helyeket, míg t-vel (transition) jelölik a háló másik elemtípusát, az átmeneteket. A háló futtatásának nyomonkövetésére zsetonokat, ún. tokeneket használnak, melyek a vezérlés pillanatnyi állapotát fejezik ki. Így felépítették a szekvenciális-, a párhuzamos-, a szelektív-és az iteratív vezérlési mintákat. A Petri-háló esetében bigráfokról lévén szó átmenet az átmenettel, illetve hely a hellyel nem kapcsolódhat. A modell működését a zsetonok segítségével biztosítja a háló. A 4 alap vezérlési minta megvalósítása a következő módon történik [11]. A szekvenciális vezérlési minta esetében a Petri-hálóban ha a két aktivitást reprezentáló Task1-et és Task2-t összekapcsoljuk, közé kell iktatunk egy helyet. Az első aktivitást reprezentáló Task1 befejeződésével a zseton a C1 helyből a C2-be kerül, aminek hatására indulhat a második aktivitást reprezentáló Task2. Így a szekvenciális végrehajtás Task1 és Task2 vonatkozásában teljes mértékben biztosítva van. 2.7. ábra Szekvenciális vezérlési minta Petri-hálóval 12