Προσομοίωση Μοντέλων Επιχειρησιακών Διαδικασιών

Transcript

1 Προσομοίωση Μοντέλων Επιχειρησιακών Διαδικασιών Α. Τσαλγατίδου - Γ.-Δ. Κάπος Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Τεχνολογία Διοίκησης Επιχειρησιακών Διαδικασιών

2 Σκοπός Διαλέξεων Κίνητρα για προσομοίωση μοντέλων BP Σημασία προσομοίωσης BP Μέθοδοι προσομοίωσης Διαφοροποίηση μοντέλων BP - μοντέλων προσομοίωσης BP Διαδικασία παραγωγής μοντέλων προσομοίωσης (model-driven approach) Αξιοποίηση αποτελεσμάτων προσομοίωσης Ερευνητικές Προσεγγίσεις Πρακτικές διαστάσεις 2

3 Έννοιες & Όροι WFM Διαχείριση & εκτέλεση ροών εργασίας BPM (Management) Γενική προσέγγιση BP: modeling, redesign, execution, logging BPM (Modeling) Μοντελοποίηση BP BPS Προσομίωση BP BPMN - BPEL 3

4 Κίνητρα για Προσομοίωση Μοντέλων BP Κατανόηση διαδικασιών Παρακολούθηση της εκτέλεσης του BP Πόσες φορές γίνονται κάποια βήματα; Εντοπισμός προβλημάτων στα μοντέλα BP Πού υπάρχει μεγάλη καθυστέρηση; Υπάρχουν βήματα τα οποία δεν εκτελούνται ποτέ; Εκτίμηση απόδοσης Πόσο χρόνο απαιτεί η ολοκλήρωση της διαδικασίας; Πόσο χρόνο αναμονής έχουν ενεργά αιτήματα; Ποιο το utilization των resources 4

5 Κίνητρα για Προσομοίωση Μοντέλων BP Εκτίμηση κόστους Πόσο θα κοστίσει όλη η διαδικασία; Πληρώνω resources που δεν αξιοποιούνται; Να αξιοποιήσω περισσότερους οικονομικούς πόρους ή λιγότερους ακριβούς; Μελέτη παραλλαγών διαδικασιών Αν εισάγω/αφαιρέσω/αλλάξω αυτό το βήμα της διαδικασίας, ποιο θα είναι το αποτέλεσμα; Βελτιστοποίηση διαδικασιών Ως προς το χρόνο ολοκλήρωσης και το κόστος επεξεργασίας Εξέταση εναλλακτικών επιλογών 5

6 Κίνητρα για Προσομοίωση Μοντέλων BP Περιορισμός κινδύνων BPR Εντοπισμός επικύνδυνων αλλαγών στα BPs Ρεαλιστική εξέταση κόστους - ωφελειών Υψηλός βαθμός αξιοπιστίας εκτίμησης Αποτελέσματα που προσεγγίζουν την πραγματική λειτουργία, δηλαδή αξιοποιήσιμα Προσεκτική επιλογή παραμέτρων & μεθόδου Χαμηλό κόστος διερεύνησης Συγκριτικά με τις υποδομές για την επιχειρησιακή λειτουργία Χωρίς λειτουργικό κόστος ή επιπτώσεις στη φήμη 6

7 Σημασία Προσομοίωσης BP Διαμόρφωση μοντέλων προσομοίωσης BP Επιλογή περιβάλλοντος εκτέλεσης προσομοίωσης Πειραματική, ρεαλιστική εκτέλεση των μοντέλων προσομοίωσης BP Χωρίς παραγωγή επιχειρησιακού αποτελέσματος Αντιπροσωπευτική συμπεριφορά ως προς την απόδοση και τις επιλογές ροής 7

8 Σημασία Προσομοίωσης BP Αξιοποίηση εμπειρικών στοιχείων από υφιστάμενες BP, αλλά και προβλέψεων από μελέτες σχετικά με: Απόδοση βημάτων της διαδικασίας Κόστος πόρων - εκτέλεσης επιμέρους ενεργειών Συχνότητα εμφάνισης αιτήσεων/περιπτώσεων Επομένως, αποτελεί πρόσθετο κίνητρο για τυπική αντιμετώπιση των BP: Μοντελοποίηση BP Καταγραφή στοιχείων εκτέλεσης Διεξαγωγή σχετικών μελετών 8

9 Μέθοδοι Προσομοίωσης Διαφορετικοί τρόποι προσομοίωσης Είδος υποστηριζόμενων μοντέλων προσομοίωσης: στοχαστικά ή ντετερμινιστικά σταθερά ή δυναμικά συμπεριφορά συνεχής ή με διακριτά συμβάντα Τρόπος εκτέλεσης προσομοίωσης σειριακός ή παράλληλος/κατανεμημένος Θεωρητική θεμελείωση Τρόπος αναπαράστασης μοντέλων προσομοίωσης Υποστήριξη από εργαλεία Αντιμετώπιση διαφορετικών προβλημάτων 9

10 Μέθοδοι Προσομοίωσης Στις επιχειρησιακές διαδικασίες υπάρχουν Διακριτές μεταβάσεις από task σε task Εκτιμώμενος μέσος χρόνος επεξεργασίας task Συγκέντρωση αιτημάτων προς επεξεργασία σε ουρές Παραπέμπουν σε προσομοίωση με συμβάντα διακριτού χρόνου Δημιουργία αντίστοιχου μοντέλου προσομοίωσης 10

11 Θέματα που αφορούν την Προσωμοίωση, αλλά όχι τη BPMN Κατανομή πιθανοτήτων έναρξης BP Διαθεσιμότητα πόρων (άνθρωποι, μηχανές) Διάρκεια επεξεργασίας ενός βήματος BP: Κατανομή πιθανοτήτων Οι πόροι δεν αφιερώνονται 100% σε μία BP Στα σημεία επιλογής (gateways): Πιθανότητα να ακολουθηθεί κάθε κλάδος 11

12 Διαφορές μοντέλων BP Μοντέλων Προσομοίωσης BP Τα μοντέλα ορισμού BP είναι: Εκφραστικά για να διευκολύνουν την ανάλυση Παραστατικά για το διαμοιρασμό της γνώσης Αντιπροσωπευτικά της διαδικασίας, σύμφωνα με τις προϋποθέσεις εκτέλεσης Εξαντλητικά στην περιγραφή δυνατών περιπτώσεων Τα μοντέλα προσομοίωσης BP είναι: Εκτελέσιμα ως προς συγκεκριμένες όψεις Αντιπροσωπευτικά της διαδικασίας, σύμφωνα με τις συνθήκες εκτέλεσης Εξαντλητικά στην εξέταση περιπτώσεων εκτέλεσης 12

13 Διαφορές BPMN - DES Στη BPMN δεν υπάρχει η έννοια της ουράς (queue) Στη BPMN δεν προβλέπεται η ανάθεση προτεραιοτήτων Στη BPMN δεν λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος μεταξύ των βημάτων Στη BPMN δεν δίνεται η πιθανότητα κάθε κλάδου μετά από σημείο επιλογής 13

14 Διαδικασία Προσομοίωσης: Ερωτήματα Πώς περιγράφω τις BP μου; Ποιο περιβάλλον προσομοίωσης να επιλέξω; Πώς θα παράγονται τα εκτελέσιμα προγράμματα/μοντέλα προσομοίωσης BP; Πώς θα συμπληρώνονται τα εκτελέσιμα μοντέλα BP με απαραίτητες πληροφορίες; Πώς θα εξασφαλίζεται η αντιστοιχία; Τι αποτελέσματα θα προκύψουν; Πώς θα αξιοποηθούν; 14

15 Αποτύπωση BP Τυποποίηση-Ακρίβεια Οι υφιστάμενες ή υπό ανάπτυξη BP μπορεί Low να ορίζονται με διαφορετικούς τρόπους: High Χωρίς ρητή διατύπωση - Γενική αίσθηση/γνώση Χαλαρή περιγραφική αποτύπωση Νομική διατύπωση (δημόσιες υπηρεσίες/διαδικασίες) Υλοποιημένη στα πλαίσια γενικού σκοπού εφαρμογής Ορισμός BP σύμφωνα με γλώσσα συγκεκριμένου WFMS Ορισμός BP σύμφωνα με πρότυπα (BPMN) 15

16 Επιλογή Μεθοδολογίας & Περιβάλλοντος Προσομοίωσης Επιλογή μεθοδολογίας & περιβάλλοντος εκτέλεσης προσομίωσης Εύρος διαθέσιμων επιλογών για στοιχεία με τυχαία συμπεριφορά Θεωρητικό υπόβαθρο μεθοδολογίας προσομοίωσης Αναμενόμενη ποιότητα αποτελεσμάτων Γλώσσα ορισμού μοντέλων προσομοίωσης Υψηλού/χαμηλού επιπέδου Δηλωτική/διαδικαστική Διαθέσιμοι προσομοιωτές Απαιτήσεις (web, operating system, libs) Διαλειτουργικότητα 16

17 Αφηρημένες Περιγραφές BP Simulation Program Αφηρημένη Περιγραφή BP Simulationrelated Info 17

18 Δομημένες Περιγραφές BP Δομημένη Περιγραφή BP Simulationrelated Info Simulation Program 18

19 Προγράμματα που υλοποιούν BP Program Supporting BPs General-purpose Language Libs Simulationrelated Info Simulation Code Fragments Composition Simulator 19

20 Υψηλού Επιπέδου Προδιαγραφές BP Proprietary BP Model Simulationrelated Info Simulation Components Composition Proprietary TX Proprietary BP Notation & Execution Environment Simulation Libraries 20

21 Υψηλού Επιπέδου Πρότυπες Προδιαγραφές BP Standard BP Model Simulationrelated Info Simulation Components Composition Generic TX Standard BP Notation (BPMN) Simulation Environment 21

22 Model-Driven Approach Standard BP Model Simulationrelated Info Simulation Model Standard TX Standard TX Infrastructure Standard BP Notation (BPMN) Simulation Meta-model 22

23 Model-Driven Approach Ελευθερία επιλογής περιβάλλοντος: Σχεδιασμού BP Εκτέλεσης προσομοίωσης Αξιοποίηση υψηλού επιπέδου γλωσσών μετασχηματισμού Πιο απλοί μετασχηματισμοί Διαθεσιμότητα λύσεων για έλεγχο/επικύρωση μετασχηματισμού Μεγιστοποίηση αυτοματοποίησης σε συνδυασμό με διαλειτουργικότητα 23

24 Holistic Model-Driven Approach Candidate BP Evaluation BP RqM & Modeling BPM to BPX TX BP Execution Mining BP to Simulation TX BP Simulation 24

25 Holistic Model-Driven Approach Candidate BP Evaluation BP Modeling Environment BP Execution Environment BP Rq X T X P B BPMN PM to B Model Mining BP Executable Model (BPEL) BP Execution Logs (MXML) BP to Simulation TX Simulation Execution Environment Simulation Model Simulation Execution Logs (MXML) 25

26 Holistic Model-Driven Approach Έμφαση στις απαιτήσεις & το σχεδιασμό των BPs Αυτοματοποίηση: Εκτέλεσης BPs Λήψης στοιχείων εκτέλεσης Παραγωγής ολοκληρωμένων μοντέλων προσομοίωσης Αξιοποίησης αποτελεσμάτων Επαλήθευση απαιτήσεων προτεινόμενης BP 26

27 Περιγραφή Τυχαίας Συμπεριφοράς Επιλογή κατάλληλης κατανομής Fixed Normal (or Gaussian) Exponential Uniform Triangular Log-Normal Gamma Συνάρτηση πυκνότητας πιθανοτήτων (PDF) Καθορισμός παραμέτρων 27

28 Normal (or Gaussian) Distribution or Bell Curve μ: mean/expectation of the distribution (also median/ mode). σ: standard deviation σ2: variance Σημαντική στην στατιστική Χρησιμοποιείται συχνά για τυχαίες τιμές των οποίων η κατανομή δεν είναι γνωστή (φυσικές & κοινωνικές επιστήμες) 28

29 Exponential Distribution (or negative exponential distribution) λ: rate, or inverse scale Mean: λ 1 (=β): number of events per unit time Median: λ 1 ln(2) Ο χρόνος ανάμεσα σε δείγματα μίας διαδικασίας Poisson 29

30 Uniform (Rectangular) Distribution a: minimum b: maximum Mean: 1/2(a+b) Median: 1/2(a+b) U(a,b) Maximum entropy probability distribution for a random variate X 30

31 Triangular Distribution a: minimum b: maximum c: mode Mean: (a+b+c)/3 Υποκειμενική περιγραφή πληθυσμού με λίγα δείγματα (υψηλό κόστος συλλογής) Συχνά σε BP & προσομοίωση 31

32 Log-normal Distribution μ: mean: eμ+σ²/2 median: eμ mode: eμ-σ² σ: standard deviation Μέγιστη εντροπία κατανομής πιθανοτήτων τυχαίας μεταβλητής X, δεδομένων mean & variance του ln(χ) 32

33 Gamma Distribution Χρήσεις: δείγματα ασφαλιστικών απαιτήσεων δείγματα ποσότητας βροχόπτωσης διάφορες άλλες 33

34 Επιλογή Κατάλληλης Κατανομής Εξέταση μεταβλητής (χρόνου άφιξης/εκτέλεσης) της BP Περιορισμοί Ιστορικά στοιχεία Εξέταση διαθέσιμων κατανομών Περιορισμοί - Χαρακτηριστικά Εύρεση κατανομής με πλησιέστερα χαρακτηριστικά Υπάρχουν όρια; 34

35 Επιλογή Κατάλληλης Κατανομής Σταθερός χρόνος Fixed Τιμές γύρω από ένα μέσο Normal Γνωστός μέσος, αλλά χωρίς συγκέντρωση Exponential Σε όρια και με ομοιόμορφες πιθανότητες Uniform Με όρια και προτειμόμενη τιμή Triangular 35

36 Αξιοποίηση Αποτελεσμάτων Προσομοίωσης Καταγραφή στοιχείων εκτέλεσης MXML (Mining extensible Markup Language) Επεξεργασία στοιχείων εκτέλεσης Συνδυασμός στοιχείων Διαμόρφωση ολοκληρωμένου προφίλ απόδοσης Εντοπισμός προβληματικών σημείων Πρόταση βελτιωτικών τροποποιήσεων 36

37 Mining extensible Markup Language (MXML) 37

38 Mining extensible Markup Language (MXML) 38

39 Mining extensible Markup Language (MXML) <Source program="com.bimpsimulator"/> <Process id="in_ bpmn"> <ProcessInstance id="503"> <Data> <Attribute name="logtype">mxml.enactmentlog</attribute> </Data> <AuditTrailEntry> <WorkflowModelElement>Παραλαβή Αίτησης & Δικαιολογητικών </WorkflowModelElement> <EventType>assign</EventType> <Timestamp> T11:05: :00</Timestamp> </AuditTrailEntry> <AuditTrailEntry> <WorkflowModelElement>Παραλαβή Αίτησης & Δικαιολογητικών </WorkflowModelElement> <EventType>complete</EventType> <Timestamp> T11:05: :00</Timestamp> </AuditTrailEntry> 39

40 Ερευνητικές Προσεγγίσεις 90 s Διασύνδεση CASE Tools με προσωμοιωτές Αναγνώριση καταλληλότητας Discrete Event Simulation Περιορισμός κινδύνων κατά το BPR Καθορισμός της διαδικασίας για την επίτευξη προσομοίωσης BP 40

41 BP Simulation Process 41

42 Ερευνητικές Προσεγγίσεις Early 00 s Βελτιστοποίηση BP μέσω βελτιστοποίησης μοντέλων προσομοίωσης BP BPM systems with simulation capabilities 42

43 Βελτιστοποίηση BP 43

44 Ερευνητικές Προσεγγίσεις Late 00 s Προσομοίωση μοντέλων BPMN Κριτήρα αξιολόγησης εργαλείων προσομοίωσης ΒP Επεκτάσεις στη BPMN 44

45 Προσομοίωση Μοντέλων BPMN (ARIS) 45

46 Αξιολόγηση Εργαλείων Προσομοίωσης ΒP 46

47 Επεκτάσεις στη BPMN 47

48 Ερευνητικές Προσεγγίσεις Early 10 s Βελτιστοποίηση ανάθεσης tasks: επεκτάσεις ΒPMN με χαρακτηριστικά απόδοσης & προσομοίωση BPS visualization Διαφορές ανάμεσα σε BPMN και DES Αξιοποίηση process mining για BPS 48

49 BPS Visualization 49

50 Διαφορές Ανάμεσα σε BPMN και DES 50

51 Αξιοποίηση Process Mining για BPS 51

52 BP Performability Evaluation 52

53 Ερευνητικές Προσεγγίσεις Τρέχουσες Συκριτικές μελέτες εργαλείων που υποστηρίζουν BP modeling & προσομοίωση Αξιοποίηση process mining για τον καθορισμό του ρυθμού ενδοαφίξεων ενεργειών BP in Systems Engineering Functional Mock-Up Interface (FMI) Co-Simulation and BPMN Process Orchestration Systems and Simulation Life Cycle Processes Side by Side Workflow in MBSE 53

54 Συκριτική Μελέτη Εργαλείων για BP Μ & S 54

55 Απαιτούμενη Συμπλήρωση Μοντέλων BP για Προσομοίωση 55

56 Απαιτούμενη Συμπλήρωση Μοντέλων BP για Προσομοίωση 56

57 Αξιοποίηση Process Mining για Καθορισμό Ρυθμού Αφίξεων 57

58 FMI Co-Simulation and BPMN Process Orchestration 58

59 Systems and Simulation Life Cycle Processes Side by Side 59

60 Workflow in MBSE 60

61 Rq Engineering & Management Process in Concept Phase 61

62 Πρακτικές Διαστάσεις Ανάπτυξη μοντέλων BPMN Ανεξάρτητα περιβάλλοντα προσομοίωσης Συμπλήρωση στοιχείων προσομοίωσης Αναμενόμενη διάρκεια tasks με επιλογή κατανομής (normal, exponential,...) & παραμέτρων (mean, deviation) για λήψη αντιπροσωπευτικών, τυχαίων δειγμάτων Κόστος & ωράριο των resources Πιθανότητες επιλογών στα gateways Λήψη αποτελεσμάτων: αναλυτικά & συνολική διάρκεια, συνολικό κόστος, resource utilization 62