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.
1. A probléma felvetése, a kutatás szükségessége, célkitűzések 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 folyamatok optimalizálása nagyban múlik a jó modellező eszközön és azon, hogy rendelkezésre álljon az optimális megoldás szisztematikus és gyors megtalálásához szükséges eszközrendszer. 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 struktúra optimalizálás ezen a területen ma nem tudományosan megalapozott módon, hanem empirikus, tapasztalati úton valósul meg. Ez a tény egyértelműen szükségessé tette az ezen irányba történő kutatást. A folyamathálózat szintézis PNS területén kidolgozott és bevált módszerek alkalmazása a workflow modellezésben lehetővé teheti az erőforráskritikus struktúraoptimalizálást. Célom az volt, hogy a kutatás eredményeként olyan módszert adjak a workflow modellezéshez, melynek matematikai háttere megalapozott, az optimális workflow struktúra a hagyományosnál több jellemző figyelembe vételével algoritmikus módon bizonyítottan optimális megoldáshoz vezet. Célul tűztem ki továbbá, hogy az új modell legyen képes a folyamatstruktúrán 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, valamint, hogy a kidolgozott módszer az eddigieknél jobban legyen képes modellezni a valós folyamatokat, kezelje az életszerű, bizonytalan, nem egzaktul definiálható helyzeteket is, vagyis legyen képes a fuzzy megoldások befogadására, kezelésére. 2
2. Új tudományos eredmények Az értekezés új tudományos eredményeinek tézisszerű összefoglalása: 1. Módszert dolgoztam ki a workflow modellek hagyományos leírásával szemben egy olyan új, hálózat-struktúra szemléletű, P-gráf alapú megfogalmazásra, mely lehetővé teszi a munkafolyamatok szintézisére alkalmas modellezést. 1.1. Áttekintettem és kritikáját adtam a workflow modellezés hagyományos megoldási módjainak. Rámutattam az eddigi megoldások hiányosságára, a workflow szintézis (WFS) bevezetésének szükségességére. 1.2. Bevezettem a P-gráf alapú workflow modellben a dokumentumok és tevékenységek diverzifikált fogalmát és azok kezelését. 2. Kidolgoztam a WFS modellt P-gráf alapú workflow modell kiterjesztésével és az idő és kapacitáskorlátok bevezetésével. A valóságos problémák és feladatok leírására az eddig létező modelleknél alkalmasabb rendszert dolgoztam ki a hálózatstruktúra PNS alapokon történő workflow-struktúra optimalizálásának algoritmikus módszerére. 2.1. Kidolgoztam azt a P-gráf alapú workflow modellt, amely lehetőséget biztosít az új megközelítésben a munkafolyamatok optimális struktúrájának meghatározására. 2.2. Módszert adtam arra, hogy hogyan lehet elemezni a munkafolyamatok hatékonyságát csökkentő tényezők - erőforrás és idő korlátok, szűk keresztmetszetek hatását a modellben. 2.3. A munkafolyamatok P-gráf alapú strukturális modelljének megadtam azt az adekvát matematikai modelljét, melynek megoldása az adott munkafolyamat-hálózat optimális struktúráját szolgáltatja. 3. A valóság pontosabb modellezése érdekében kidolgoztam egy olyan eszközt, amely kiterjeszti a hagyományos folyamatszintézis modellt úgy, hogy az képes legyen kezelni a bizonytalan elemeket a rendszerben. 3.1. Bevezettem a P-gráf alapú workflow modellben a bizonytalanságot tartalmazó tevékenységek leírására a fuzzy tulajdonságokkal rendelkező műveleti egységet. 3.2. Algoritmust dolgoztam ki az ily módon kiterjesztett modell optimális struktúrájának meghatározására. 3
3.3. Kidolgoztam a fuzzy műveleti egység megvalósítására egy új paraméterezett t-normát, mely segítségével a hangolási folyamat során a modellel jobban közelíthetjük a valós feladatot 3. Gyakorlati alkalmazás A kutatás eredményeként bemutatott elméleti megoldás a workflow P-gráf alapú kiterjesztett modellezésére a célkitűzésekben megfogalmazott elvárásokat teljesíti. A módszert a gyakorlatban való alkalmazhatóság oldaláról is vizsgáltam. Egy esettanulmány keretében egy valós feladatot oldottam meg, a Budapest XI. kerületi Rendőrkapitányságon felvett gyorshajtás szabálysértésének államigazgatási eljárása munkafolyamatát modelleztem és végeztem el egy részproblémára az erőforrás-kritikus struktúraoptimalizálást. 4
4. Az elmúlt öt év publikációi A PhD témakörében megjelent publikációk: Lektorált nemzetközi folyóiratcikkek 1. J. Tick, Z. Kovács, F. Friedler: Synthesis of Optimal Workflow Structure Journal of Universal Computer Science, ISSN 0948-6968, Vol. 12, 2006, No. 9, pp. 1385-1392. 2. J. Tick, J. Fodor: Some Classes of Binary Operations in Approximate Reasoning Studies in Informatics and Control, ISSN 1220-1766, Vol. 15, 2006, No. 3, pp. 259-270. 3. J. Tick, J. Fodor: Fuzzy Implications and Inference Processes Computing and Informatics, ISSN 1335-9150, Vol. 24, 2005, No. 6, pp. 591-602. 4. J. Tick: P-Graph-based Workflow Modelling Acta Politechnica Hungarica, ISSN 1785-8860, Vol. 4, 2007., No 1, pp. 75-88. Lektorált nemzetközi konferencia kiadványokban megjelent cikkek: 5. J. Tick: Fuzzy Control Systems based on Parametric T-Norm Function Proceedings of the 4 th International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics, SACI 2007, Timisoara, Romania, May 17-18, 2007, pp. 215-218. ISBN 1-4244-1234-X, IEEE Catalog Number: 07EX1788 6. J. Tick: Workflow Modelling Based on Process Graph Proceedings of the 5 th Slovakien Hungarian Joint Symposium on Applied Machine Intelligence, SAMI 2007, Poprad, Slovakia, January 25-26, 2007, pp. 419-426. ISBN 978 963 7154 56 0 7. J. Tick, J. Fodor: Some Classes of Binary Operations in Approximate Reasoning Proceedings of the IEEE 9 th International Conference on Intelligent Engineering Systems, INES 2005, Cruising on Mediterranean Sea, September 16-19, 2005, pp. 123-128. ISBN 0-7803-9474-7 5
8. J. Tick, J. Fodor: Fuzzy Implications and Inference Processes Proceedings of the IEEE 3 rd International Conference on Computational Cybernetics, ICCC 2005, Hotel Le Victoria, Mauritius, April 13-16, 2005, pp. 105-109. ISBN 963 7154 37 X 9. J. Tick: Workflow Model Representation Concepts Proceedings of the 7 th International Symposium of Hungarian Researchers on Computational Intelligence, HUCI 2006, Budapest, Hungary, November 24-25, 2006, pp. 329-337. ISBN 963 7154 54X A felsorolt publikációkra eddig 7 független hivatkozás jelent meg referált nemzetközi konferenciakiadványokban. Egyéb témakörben lektorált nemzetközi konferencia kiadványokban megjelent publikációk 10. J. Tick: Convergence of Programming Development Tools for Autonomous Mobile Research Robots Proceedings of the 4 th Serbian Hungarian Joint Symposium on Intelligent Systems, SISY 2006, Subotica, Serbia, September 29-30, 2006, pp. 375-382. ISBN 963 7154 50 7 11. J. Tick: Modelling Control Systems by Autonomous Mini Robot Proceedings of the 3 rd Romanian Hungarian Joint Symposium on Applied Computational Intelligence, SACI 2006, Timisoara, Romania, May 25-26, 2006, pp. 594-601. ISBN 963 7154 46 9 12. J. Tick: Object Oriented Software Development in Embedded System Environment Proceedings of the 4 rd Slovakien Hungarian Joint Symposium in Applied Machine Intelligence, SAMI 2006, Herlany, Slovakia, January 20-21, 2006, pp. 405-413. ISBN 963 7154 44 2 13. J. Tick: Software User Interface Modelling with UML Support Proceedings of the IEEE 3 rd International Conference on Computational Cybernetics, ICCC 2005, Hotel Le Victoria, Mauritius, April 13-16, 2005, pp. 325-328. ISBN 963 7154 37 X 14. J. Tick: The Non-Technical Factors of Software User Interface Development Proceedings of the 3 rd Slovakien Hungarian Joint Symposium in Applied Machine Intelligence, SAMI 2005, Herlany, Slovakia, January 21-22, 2005, pp. 459-465.ISBN 963 7154 35 3 6
15. J. Tick: Special Aspects of Component Based Software Development Proceedings of the 2 nd Serbian Hungarian Joint Symposium on Intelligent Systems, SISY 2004, Subotica, Serbia and Montenegro, October 1-2, 2004, pp. 269-276. ISBN 963 7154 32 9 16. J. Tick: The Road in Software Engineering Education from Structured Programming to Object-Oriented Modelling Proceedings of the 1 st Romanian Hungarian Joint Symposium on Applied Computational Intelligence, SACI 2004, Timisoara, Romania, May 25-26, 2004, pp. 283-290. ISBN 963 7154 26 4 17. J. Tick: Importance and Contribution of Software Engineering to the Education of Informatics Professionals Proceedings of the 2 nd Slovakien Hungarian Joint Symposium in Applied Machine Intelligence, SAMI 2004, Herlany, Slovakia, January 16-17, 2004, pp. 317-324. ISBN 963 7154 23 X 18. J. Tick: How to achieve good skills in Software Engineering a practical way to train software developers Proceedings of the 1 st Slovakien Hungarian Joint Symposium in Applied Machine Intelligence, SAMI 2003, Herlany, Slovakia, February 12-14, 2003, pp. 217-224. ISBN 7154 14 0 19. J. Tick: Aspects of User Behaviour Modelling Proceedings of the International Conference in Memoriam John von Neumann, Budapest, Hungary, December 12, 2003, pp. 269-274. ISBN 963 7154 21 3 20. J. Tick: User Interface Redesign based on User Behavior Analyses Proceedings of the IEEE International Conference on Computational Cybernetics, ICCC 2003, Siófok, Hungary, August 29-31, 2003, pp., 141-144. ISBN 963 15418 3 21. J. Tick: Evaluation of Software Development Methodologies in the Aspect of Software Engineering Education Proceedings of the 3 rd International Conference on Information Technology Based Higher Education and Training, ITHET 2002, Budapest, Hungary July 4-6, 2002, pp. 381-383. A felsorolt publikációkra eddig 16 független hivatkozás jelent meg referált nemzetközi konferenciakiadványokban. 7