Такие информационные системы включают не только классические системы управления потоками работ (WFMS), исполняющие и полностью управляющие процессом, но и системы управления ресурсами предприятия (ERP), системы управления взаимоотношениями с клиентами (CRM), связующее программное обеспечение (WebSphere и другие). Функционирование систем, предназначенных для поддержки процессов, предполагает наличие формализованного определения процесса. При эксплуатации сложных ПОИС нередко возникает необходимость использования методов и инструментов анализа процессов, исполняющихся в реальной системе: процессы должны в полной мере соответствовать имеющимся моделям.
Цель исследования: Разработка новых и улучшение существующих методов моделирования, анализа, усовершенствования и мониторинга процессов, исполняющихся в ПОИС, в том числе методов глубинного извлечения и анализа процессов на основе исследования журналов событий (Process mining), а также методов конструирования и анализа формальных моделей процессов.
Экспериментальная база исследования: Журналы событий, содержащие записи поведения процессов муниципалитетов, медицинских учреждений использовались для проверки и тестирования разработанных и усовершенствованных методов. Новые методы и подходы были реализованы в виде расширений программной среды ProM.
Результаты исследования: Получены теоретические результаты в области моделирования и анализа сложных информационных систем.
Доказана возможность конвертации вложенных сетей Петри в цветные сети Петри, что было использовано для верификации и симуляции моделей распределенных систем в виде вложенных сетей Петри. Создана расширенная схема данных для описания вложенных сетей, разработан графический редактор вложенных сетей Петри и кодогенератор, позволяющий генерировать программный код по описанию вложенных сетей Петри.
Представлен новый формализм временных ресурсно-управляемых автоматных сетей (TRDA-nets), а также инструмент моделирования и анализа сложных распределенных систем мобильных агентов реального времени с использованием представленного формализма. Формализм ресурсно-управляемых сетей позволяет наглядно отражать параллелизм в терминах автономного (асинхронного) поведения, пространственного распределения объектов (агентов/ресурсов) и разделенного доступа к общим ресурсам.
Задача совместимости сервисов формулируется как задача проверки соответствия веб-сервисов, то есть задача проверки корректности системы, составленной из обоих сервисов. Разработан алгоритм проверки необходимых условий для совместимости сервисов. Обоснована корректность и эффективность этого алгоритма.
Были рассмотрены и оценены существующие подходы к извлечению и анализу процессов в рамках сервисных (service mining) и межорганизационных архитектур (interorganizational workflows). Определены наиболее перспективные направления в данной области, сформулированы идеи развития, заложены основы разработки алгоритмов извлечения и анализа процессов такого характера.
В области извлечения и анализа процессов получены следующие теоретические результаты. Предложен новый подход, опирающийся на работу с так называемыми кубами процессов. Куб процессов предназначен для организации событий и моделей процессов в специальные многомерные структуры. Каждая ячейка куба процесса содержит множество событий, которые могут быть использованы для извлечения модели процесса, проведения процедуры проверки соответствия с некоторой заданной моделью, выявления узких мест.
Предложен метод декомпозиции моделей и журналов событий. Задачу проверки соответствия модели журналу событий можно декомпозировать, разбивая модель процесса на небольшие частично пересекающиеся части модели с использованием проекций. Журнал событий также может быть разбит на части. Каждая трасса, удовлетворяющая исходной модели, удовлетворяет также всем частям модели. Разработаны основания для дальнейших исследований и усовершенствования методов декомпозиции задач извлечения и анализа процессов.
Рассмотрены проблемы улучшения качества, исправления и починки моделей бизнес-процессов, исполняющихся в процессно-ориентированных информационных системах. Предложен новый подход к починке моделей, основанный на их декомпозиции.
Предложен метод извлечения модели процесса из журнала событий с отменами. Показано, что наличие событий отмены в журнале нередко приводит к получению усложненного потока управления. Разработан новый алгоритм обнаружения событий отмены и конструирования сети потоков работ с дугами сброса, обладающей четкой структурой. Доказана корректность разработанного алгоритма.
Получены прикладные результаты в области извлечения и анализа процессов. Программный инструмент DPMine разработан для визуализации и пошагового исполнения процедуры анализа журнала событий. Отдельные анализирующие блоки и модули соединяются между собой в виде специального графа обработки. Создан язык, формализующий графы обработки.
Были расширены возможности импорта и экспорта моделей среды ProM, теперь пользователь может работать также и с моделями в формате BPMN (сети моделирования бизнес-процессов, очень популярный формализм описания моделей процессов), что облегчает интеграцию среды ProM с различными инструментами моделирования (Signavio, Bisagi и другими). Были разработаны расширения, обеспечивающие конвертацию различных типов моделей (сети Петри, казуальные сети, деревья процессов) в BPMN-модели.
Разработан компонент загрузки журнала в базу данных; проведено сравнительное исследование использования оперативной памяти и нагрузки на сеть при хранении журнала в реляционной базе данных и в файле. Исследованы и разработаны методы хранения многомерных данных для извлечения и анализа процессов; разработана система загрузки журнала в многомерное хранилище данных; создана система для пользовательского доступа к хранилищу данных.
Получены теоретические и практические результаты для раскрашенных сетей Петри: выпущена четверная версия инструмента CPNTools, обладающая новыми возможностями. Разработана утилита Grade/CPN, предназначенная для оценивания раскрашенных сетей Петри. Были представлены новая временная логика (BTL), а также новый подход моделирования потоков работ, комбинирующий процедурный формализм раскрашенных сетей Петри с двумя декларативными формализмами (Declare и DCR graphs). Разработан новый инструмент (Unconstrained Miner), предназначенный для быстрого и точного извлечения декларативных ограничений из модели без накладывания каких-либо дополнительных условий. Также была произведена оценка всех четырех существующих парадигм описания потоков работ, что необходимо для определения направлений развития языков моделирования.
Проводились прикладные исследования, направленные на изучение особенностей и возможностей применения методов извлечения и анализа процессов в различных экспериментальных условиях. Рассматривались процессы из различных прикладных областей. Анализ конкретных данных производился с использованием разнообразных методик извлечения и анализа процессов, реализованных в среде ProM. Было показано, что методы извлечения и анализа процессов могут применяться для поиска паттернов в реальных процессах.
Уровень реализации, рекомендации по реализации или выгоды от реализации полученных результатов: Представленные теоретические результаты были реализованы и проверены на различных платформах, в том числе ProM, DPMine, TRDA Tool, CPNTools, Declare, Unconstrained Miner. Большинство теоретических результатов могут являться отправными точками для дальнейших исследований. В свою очередь, в результате проведения прикладных исследований были сформулированы новые задачи и выявлены потребности в новых методах и подходах.
Области приложения: Разработанные подходы обеспечивают моделирование, анализ, усовершенствование и мониторинг реальных процессов, исполняющихся в ПОИС из разных прикладных областей (здравоохранение, системы электронного правительства и многие другие). Достигается существенное уменьшение издержек, а также повышается качество работы и устойчивость систем.
