• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Процессно-ориентированные информационные системы

Приоритетные направления развития: экономика
2013

Объект исследования: процессно-ориентированными информационными системами (ПОИС) называются информационные системы, обеспечивающие функционирование процессов, в которые вовлечены человеческие, программные и другие ресурсы.

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.

Публикации по проекту:


van der Aalst W. Decomposing Petri Nets for Process Mining: A Generic Approach // Distributed and Parallel Databases . 2013. Vol. 31. No. 4. P. 471-507. doi
van der Aalst W. Process Cubes: Slicing, Dicing, Rolling Up and Drilling Down Event Data for Process Mining, in: Asia Pacific Conference on Business Process Management. First Asia Pacific Conference, AP-BPM 2013, Beijing, China, August 29-30, 2013, Selected Papers Vol. 159: Lecture Notes in Business Information Processing . L., NY, Dordrecht, Heidelberg : Springer, 2013. P. 1-22.
Брейман А. Д., Богословский Е. М. Многомерное хранение журналов событий для извлечения и анализа процессов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2 (26). С. 127-137.
van der Aalst W. A General Divide and Conquer Approach for Process Mining, in: Proceedings of the 2013 Federated Conference on Computer Science and Information Systems Vol. 1: Annals of Computer Science and Information Systems. Warsz. : Polskie Towarzystwo Informatyczne, 2013. P. 1-10.
Kalenkova A. A., Lomazova I. A. Discovery of Cancellation Regions within Process Mining Techniques, in: Proceedings of the International Workshop CS&P'2013 Vol. 1032. Bialystok : Bialystok University of Technology, 2013. P. 232-244.
van der Aalst W. Challenges in Service Mining: Record, Check, Discover, in: Web Engineering. 13th International Conference, ICWE 2013, Aalborg, Denmark, July 8-12, 2013. Proceedings Vol. 7977: Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg : Springer, 2013. P. 1-4.
van der Aalst W., Weske M. Reflections on a Decade of Interorganizational Workflow Research, in: Seminal Contributions to Information Systems Engineering. 25 Years of CAiSE. L., NY, Dordrecht, Heidelberg : Springer, 2013. P. 307-313.
Lomazova I. A., Romanov I. V. Analyzing Compatibility of Services via Resource Conformance // Fundamenta Informaticae. 2013. Vol. 128. No. 1-2. P. 129-141. doi
Müller R., Stahl C., van der Aalst W., Westergaard M. Service Discovery from Observed Behavior while Guaranteeing Deadlock Freedom in Collaborations, in: Service-Oriented Computing Vol. 8274: Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg : Springer, 2013. P. 358-373.
Westergaard M., Stahl C., Reijers H. A. UnconstrainedMiner: Efficient Discovery of Generalized Declarative Process Models / Eindhoven University of Technology . Series BPM-13-28 "BPM Center Report". 2013. No. 13-28.
Westergaard M., Fahland D., Stahl C. Grade/CPN: A Tool and Temporal Logic for Testing Colored Petri Net Models in Teaching // Transactions on Petri Nets and Other Models of Concurrency. 2013. Vol. 8. P. 180-202.
Westergaard M., Slaats T. Mixing Paradigms for More Comprehensible Models, in: Business Process Management. 11th International Conference, BPM 2013 Beijing, China, August 26-30, 2013 Proceedings Vol. 8094: Lecture Notes in Computer Science. Berlin Heidelberg: Springer, 2013. P. 283-290.
Westergaard M. CPN Tools 4: Multi-formalism and Extensibility, in: Application and Theory of Petri Nets and Concurrency. 34th International Conference, PETRI NETS 2013, Milan, Italy, June 24-28, 2013. Proceedings Vol. 7927: Lecture Notes in Computer Science. L., NY, Dordrecht, Heidelberg : Springer, 2013. P. 400-409.
Westergaard M., Slaats T. Leveraging Super-Scalarity and Parallelism to Provide Fast Declare Mining without Restrictions, in: BPMD 2013. BPM Demo Sessions 2013. Proceedings of the BPM Demo sessions 2013 Co-located with 11th International Conference on Business Process Management (BPM2013) Beijing, China, August 26-30, 2013. Vol. 1021: CEUR Workshop Proceedings. CEUR-WS.org, 2013. P. 31-35.
Westergaard M., Slaats T. CPN Tools 4: A Process Modeling Tool Combining Declarative and Imperative Paradigms, in: BPMD 2013. BPM Demo Sessions 2013. Proceedings of the BPM Demo sessions 2013 Co-located with 11th International Conference on Business Process Management (BPM2013) Beijing, China, August 26-30, 2013. Vol. 1021: CEUR Workshop Proceedings. CEUR-WS.org, 2013. P. 6-10.
van der Aalst W., Reijers H., Westergaard M. Beautiful Workflows: A Matter of Taste?, in: The Beauty of Functional Code. Essays Dedicated to Rinus Plasmeijer on the Occasion of His 61st Birthday Vol. 8106: Lecture Notes in Computer Science . L., NY, Dordrecht, Heidelberg : Springer, 2013. P. 211-233.
Shershakov S. DPMine: modeling and process mining tool, in: Proceedings of the 7th Spring/Summer Young Researchers’ Colloquium on Software Engineering, SYRCoSE 2013 / Отв. ред.: A. Kamkin.; Ed. by A. Petrenko, A. Terekhov. Kazan : -, 2013. P. 19-24.
Dworzanski L. W., Lomazova I. A. CPN Tools-Assisted Simulation and Verification of Nested Petri Nets / Пер. с рус. // Automatic Control and Computer Sciences. 2013. Vol. 47. No. 7. P. 393-402. doi
Шершаков С. А. DPMine/P: язык построения моделей извлечения и анализа процессов и плагины для ProM // В кн.: Proceedings of the 9th Central & Eastern European Software Engineering Conference in Russia / Ed. by A. Terekhov, M. Tsepkov. NY : ACM, 2013.
Vladimir A. Bashkin, Lomazova I. A., Novikova Y. A. Timed Resource Driven Automata Nets for Distributed Real-Time Systems Modelling, in: Parallel Computing Technologies. 12th International Conference, PaCT 2013, St. Petersburg, Russia, September 30-October 4, 2013, Proceedings / Ed. by V. Malyshkin. Vol. 7979: Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg : Springer, 2013. P. 13-25.