Workflow-Management-Systeme. Kapitel 2: Aspekte und Komponenten von Workflow- Management-Systemen

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1 Vrlesung Wintersemester 2010/11 Wrkflw-Management-Systeme Kapitel 2: Aspekte und Kmpnenten vn Wrkflw- Management-Systemen Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-1

2 Überblick Kapitel 2 Lebenszyklus vn Wrkflws Überblick Mdellierung und Ausführung Wrkflw-Aspekte /kit_ lg _ V2.png pg Begriffe Architekturansätze Integratin vn WfMS in Anwendungssysteme Referenzmdell der WfMC Überblick Kmpnenten und Schnittstellen Anmerkungen Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-2

3 Lebenszyklus vn Wrkflws (1) Lebenszyklus Überblick Aspekte Integratin Referenzmdell Ausführung: Durchführung ( Enactment ) Mnitring Wartung Ausführung Evaluierung: Wrkflw Mining Mnitring vn Aktivitäten Evaluierung Administratin und Beteiligte Knfiguratin /kit_ lg _ V2.png pg Design: Design & Analyse Identifikatin & Mdellierung vn Wrkflws Analyse: Validierung Simulatin Verifizierung Quelle: M. Weske, 2007 Knfiguratin: Systemauswahl Implementierung Test & Umsetzung ( Deplyment ) Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-3

4 Lebenszyklus vn Wrkflws (2) Design und Analyse Design: Identifikatin, Abgrenzung, Spezifikatin vn Zielen Mdellierung der Wrkflw /kit Schemata _ lg _ typischerweise V2.png pg in graph. Ntatin (Kmmunikatinsbasis mit Anwendern) Analyse: Validierung (Feedback der Anwender) Simulatin (Przessverhalten, z.b. Dauer, Lastverteilung) Verifizierung (z.b. Erkennung vn Deadlcks) Knfiguratin Systemauswahl (z.b. WfMS), Spezifikatin vn technischen Infrmatinen, Integratin existierender Systeme, Spezifikatin vn Benutzerinteraktinen t Implementierung Test und Umsetzung ( Deplyment ) Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-4

5 Lebenszyklus vn Wrkflws (3) Ausführung Durchführung ( Enactment Enactment ): krrekte Ausführung ( Orchestratin ) vn Wrkflwinstanzen gemäß der spezifizierten Bedingungen (zeitl. Ablauf, Rechte für Endbenutzer, etc. ) /kit_ lg _ V2.png pg Mnitring (z.b. Statusinfrmatinen vn aktiven Instanzen, Events in Lg-Files) Betrieb und Wartung Evaluierung Wrkflw Mining (Auswertung vn Lg-Files zum Erkennen vn Verhaltensmustern) Mnitring vn Aktivitäten (z.b. Identifikatin vn Engpässen) Zyklische Struktur mit lgischen Abhängigkeiten Kein striktes Vrgehensmdell Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-5

6 Vergleich Luftfahrt und Wrkflw-Management Luftfahrt-Management Gesamtes Flugnetz einer Luftfahrt- gesellschaft (alle Flugverbindungen) Einzelstrecke (z.b. Karlsruh and) Gesamtheit aller Ressurcen (Flugzeuge, Pilten, Flugbegleiter, Bdenpersnal) Zugerdnetes Flugzeug (z.b. HH1007 Karlsruh and, ) Flugüberwachung der fliegenden Jets in der Flugleitzentrale Analyse vn ausgeführten Wrkflw- Instanzen hinsichtlich Durchlaufzeit, Liegezeit, Ksten u.a. Analyse vn Kennzahlen über Flugverspätungen, Störungen, Passagierzahlen u.a. Wrkflw-Management Gesamtheit aller Wrkflw-Mdelle (Schemata) eines Unternehmens Wrkflw-Mdell (Schema) eines Przesses (z.b. Reisekstenabrechnung) Ressurcen-Mdell (Persnen, externe Applikatinen) Wrkflw-Instanz (z.b. Reisekstenabrechnung Nr. 08/007 vm ) Mnitring der aktiven Wrkflw- Instanzen in Echtzeit Quelle: nach Gadatsch 2007 Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-6

7 Überblick Mdellierung Ausführung (1) Lebenszyklus Überblick Aspekte Integratin Referenzmdell Design/Analyse Mdellierung Repsitry für Wrkflw Schemata Ausführung Beziehungen: Gleichzeitige Ausführung mehrerer Instanzen eines Schemas in Engine Engine führt unterschiedliche Instanzen aus /kit_ lg _ V2.png pg Wrkflw Engine Lauffähige Wrkflws Ausführung vn (Schemata) Wrkflw-Instanzen Build Time Run Time Quelle: M. Weske, 2007 Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-7

8 Überblick Mdellierung Ausführung (2) Wrkflw-Designer Mdellierung Endbenutzer (Akteur) eines Wrkflws /kit_ lg _ V2.png pg GUI Repsitry für Wrkflw Schemata Lauffähige Wrkflws (Schemata) Quelle: M. Weske Wrkflw Engine Aktivierte Anwendungen Ausführung vn Wrkflw-Instanzen Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-8

9 Erstellung eines lauffähigen Wrkflws Grbes Vrgehen: 1. Definitin des Wrkflwmdells (Schema) und anderer Daten mit einem Mdellierungstl 2. Spezifikatin vn Ressurcen (z.b. Persnen) 3. Implementierung der Integratin der vn den einzelnen Arbeitsschritten ausgeführten Prgramme Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-9

10 Ausführung einer Wrkflw-Instanz 1. Initialisieren und Starten einer neuen Wrkflw-Instanz (gesteuert durch ein Ereignis, z.b. Eintreffen einer Dienstreisegenehmigung der eines Auftrages) 2. Slange Arbeitsschritte auszuführen sind und kein Terminate -Arbeitsschritt erreicht wird: Ausführung eines Arbeitsschrittes (autmatisiert, semi-autmatisiert) Das weitere Vrgehen nach Beendigung g des Arbeitsschrittes erflgt nach den Vrgaben des Wrkflw-Schemas (Bedingungen, Verzweigungen, ) 3. Terminierung der Wrkflw-Instanz Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-10

11 Wrkflw-Aspekte (1) Funktinaler Aspekt: beschreibt die funktinalen Einheiten, d.h. die Struktur des Wrkflws mit Lebenszyklus Überblick elementaren und zusammengesetzten (d.h. Sub- Aspekte Integratin Referenzmdell Wrkflws) Arbeitsschritten Verhaltensbezgener Aspekt: knstituiert den Kntrllfluss zwischen den elementaren und zusammengesetzten Arbeitsschritten eines Wrkflws unter Berücksichtigung vn kausalen und tempralen Zusammenhängen Datenbezgener Aspekt: betrifft den Datenfluss eines Wrkflws Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-11

12 Wrkflw-Aspekte (2) Organisatins-Aspekt: beschreibt die rganisatins- bezgenen Inhalte mit der Definitin vn Organisatinsstrukturen und deren Ppulatin, swie die Festlegung, wer die verschiedenen Operatinen eines Wrkflws ausführen kann/darf Operatinaler Aspekt: regelt die Einbindung vn Applikatinen in einen elementaren Arbeitsschritt. Applikatinen sind Prgramme der Prgrammsysteme, die für die Ausführung eines Wrkflws benötigt t werden Die genannten Aspekte bilden das Fundament eines WfMSs. Erweiterungen sind möglich und in vielen Anwendungsfällen ntwendig, z.b. ist in vielen Umgebungen ein Sicherheitsaspekt erfrderlich, um Zugriffskntrlle zu regeln. Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-12

13 Implementierungsmdell eines WfMS (1) Ziel: Beschreibung des implementierungs- unabhängigen Teils der Architektur eines WfMSs Spezifikatin der wesentlichen Mdule der Kmpnenten eines WfMSs Die wesentlichen funktinalen Kmpnenten der Architektur eines WfMSs umfassen Mdule, welche die Aspekte eines WfMSs realisieren Ergänzend ist ein Steuermdul (nicht unbedingt zentral!) erfrderlich swie Hilfsmdule, welche allgemeine Dienste zur Verfügung stellen Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-13

14 Implementierungsmdell eines WfMS (2) Steuermdul /kit_ lg _ V2.png pg funktinaler Aspekt rganisatrischer Aspekt verhaltensbezgener Aspekt peratinaler Aspekt datenbezgener Aspekt weitere Aspekte Datenbankzugriff weitere Hilfsmdule Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-14

15 Wie kmmt man zur Architektur eines Wrkflw Management Systems? Beim Übergang vm Implementierungsmdell ll zur Implementierungsarchitektur sind flgende Entscheidungen zu treffen: /kit_ lg _ V2.png pg Werden Mdule durch Basissysteme (z.b. Betriebssystem, Middleware) unterstützt? Wie werden die (persistenten) Daten einer Kmpnente verwaltet? Wie wird die Kmmunikatin zwischen den Mdulen realisiert? Architekturansätze unterscheiden sich stark hinsichtlich dieser drei Fragen, daher keine allgemeine Implementierungsarchitektur Die Knkretisierung i der Implementierungsknzepte erflgt in der eigentlichen Implementierungsphase Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-15

16 Anfrderungen an WfMS Funktinale Anfrderungen Werden vr allem durch die Wrkflw-Sprache und ihre /kit_ lg _ V2.png pg Ausdrucksfähigkeit und durch Vrgaben bezüglich der Benutzerschnittstellen bestimmt Nicht-Funktinale Anfrderungen Werden vr allem durch das beabsichtigte Einsatzgebiet eines Wrkflw-Management-Systems beeinflusst Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-16

17 Funktinale Anfrderungen Implementierung des Wrkflw-Meta-Schemas Funktinsaspekt Verhaltensaspekt Infrmatinsaspekt Organisatinsaspekt /kit_ lg _ V2.png pg Applikatinsintegratin teg (Operatinsaspekt): t) Nutzung u der Eigenschaften externer Prgramme, z.b. hinsichtlich transaktinaler Ausführung Bereitstellung t vn Benutzerschnittstellen t Endbenutzer (Anwender), Entwickler, Administratr, etc. Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-17

18 Funktinale Kmpnenten eines WfMSs Werkzeug-System /kit_ lg _ V2.png pg Arbeits- Über- Brwser... liste setzer Wrkflw-Management-Kernsystem Funktins- Verhaltens- Infrmatins- Organisa- Applikatins- aspekt aspekt aspekt tinsaspekt integratin Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-18

19 Nicht-funktinale Anfrderungen Offenheit der Systemimplementierung auf verschiedenen Ebenen Funktinale Erweiterbarkeit und Knfigurierbarkeit /kit_ lg _ V2.png pg Zuverlässigkeit des Systems Unterstützung vn verteilten hetergenen Einsatzumgebungen Verfügbarkeitsgarantien für Wrkflw-Instanzen Transparenz vn Systemfehlern Analysierbarkeit vn Wrkflw-Management- Systemen Skalierbarkeit Berücksichtigung rganisatrischer Gegebenheiten Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-19

20 Kmpnentenarchitektur eines WfMSs Client-Anwendung... /kit_ lg _ V2.png pg Funktins- aspekt Verhaltens- aspekt Krdinatinskmpnente Infrmatinsaspekt Organisatinsaspekt Applikatins- i integratin... Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-20

21 Schichtenarchitektur eines WfMSs Skalierbarkeitsschicht funktinale Mdule eines Wrkflw- Management-Systems /kit_ lg _ V2.png pg Verfügbarkeitsschicht ht Client/Server- Kmmunikatinsschicht Allgemeine Basisdienste (e.g. OS, DBS,...) Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-21

22 Einbindung vn WfMS in Anwendungssysteme (1) Evlutin vn Anwendungssystemen Lebenszyklus GUI GUI Überblick /kit_ lg _ V2.png pg Aspekte Integratin Referenzmdell An- wendung Anwendung Anwendung Anwendung WfMS DBMS DBMS DBMS OS OS OS OS Zeit Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-22

23 Einbindung vn WfMS in Anwendungssysteme (2) GUI Anwendung WfMS DBMS OS Explizite Trennung vn Wrkflw-Management Anwendung Wrkflw /kit_ lg Management _ V2.png pg Zuständig für Lgistik des Wrkflws Zeitliche Steuerung Aufruf vn Anwendungen Berücksichtigung vn Cnstraints Zurdnung vn Endbenutzern (Anwender, Akteure) Anwendung Ausführen vn Arbeitsvrgängen autmatisiert semi-autmatisiert Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-23

24 Einbindung vn WfMS in Anwendungssysteme (3) GUI Vrteile Trennung Wrkflw- Management und Anwendungslgik Kmplexitätsreduktin /kit_ lg _ V2.png pg Wiederverwendung generischer Przessfunktinalitäten Einfache Przessanalyse Einfache, mdulare Anwendungsentwicklung Anwendung WfMS DBMS OS Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-24

25 Referenzmdell der WfMC - Überblick (1) WfMC (Wrkflw Management Calitin) Lebenszyklus Nn-Prfit-Organisatin zur Standardisierung Überblick /kit_ lg _ V2.png pg Aspekte Integratin Referenzmdell davn ca. 50 Przent WfMS-Anbieter (Frschung ca. 25 Przent) Referenzmdell vn 1995 Ziele: Festlegung vn standardisierten Kmpnenten und Schnittstellen zur Abdeckung der Basisfunktinalität eines WfMS Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-25

26 Referenzmdell der WfMC - Überblick (2) /kit_ lg _ V2.png pg Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-26

27 Referenzmdell der WfMC Kmpnenten (1) Wrkflw Enactment Service (Ausführung) Wrkflw Engine(s) als Herz des Systems Aus Perfrmanzgründen ggf. mehrere Engines, nicht relevant für Endbenutzer (Anwender) Ziel der Steuerung des Przessablaufes: /kit _ lg _ right V2.png pg activities at right rder t right peple Aufgaben: Initialisieren ( Prcess Definitin Tls ) und Beenden vn Wrkflwinstanzen Planung des Ablaufs ( Ruting ) vn Instanzen Zurdnung vn Tasks zu Ressurcen (gemäß Ressurcenklassifikatin Prcess Definitin Tls ) Starten vn Anwendungen zur Ausführung vn Aktivitäten ( Invked Applicatins ) i Verwaltung vn Przess-Variablen und Triggern Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-27

28 Referenzmdell der WfMC Kmpnenten (2) Prcess Definitin Tls Przessdefinitinen i.e.s. Erstellung und Spezifikatin vn Przessen: zeitliche (z.b. Sequenz, Parallelität) und knditinale (z.b. Verzweigungen) Abflge vn Kmpnenten (z.b. Aktivitäten), Cnstraints, etc. /kit_ lg _ V2.png pg Sprachen: z.b. Petri-Netze, t BPMN (Business Prcess Mdeling Ntatin) Spezifikatin vn Aktivitäten (z.b. Rllen zur Ausführung, aufzurufende Anwendungen swie Übergabeparameter) Überprüfung auf syntaktische Krrektheit und Knsistenz Ressurcenklassifikatin z.b. Rllen, rganisatrische Einheiten Wrkflw-Analyse Semantische Krrektheit, Simulatin zur Analyse des Przessverhaltens Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-28

29 Referenzmdell der WfMC Kmpnenten (3) Wrkflw Client Applicatin Präsentatin der Aufgaben ( wrk items ) an Endbenutzer (Anwender) in Frm vn sg. Arbeitsliste ( wrklists ) Infrmatinen zu wrk items /kit_ lg _ V2.png pg Infrmatinen zu wrk items Initiieren und Beenden vn Aufgaben Übergabe vn Zustandsparametern ( Wrkflw Engine) Invked Applicatins Anwendungen i.e.s. (Start durch Wrkflw Engine) swie Anwendungs-Parameter (Austausch mit Wrkflw Engine); Knfiguratinsdateien Datenzugriff Autmatisierte swie interaktive Anwendungen Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-29

30 Referenzmdell der WfMC Kmpnenten (4) Other Wrkflw Enactment Service(s) Wrkflw Interperabilität: Verknüpfung vn autnmen Wrkflw Systemen Sequentielle und hierarchische /kit Ausführung _ lg _ V2.png pg vn Teilprzessen (Sub-Wrkflws) Beispiele: bereichs- bzw. unternehmensübergreifende Kpplung Administratin i ti & Mnitring i Tls Operatinales Management Verwaltung vn Endbenutzern (Stammdaten, Verfügbarkeiten) Zustandsinfrmatinen einer Przessinstanz Bebachtungs- und Reprt-Tls Verarbeitung der vergangenheitsbezgenen Rhdaten ( Wrkflw Engine) zur Berechnung vn Perfrmanz-Indikatren; Reprts Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-30

31 Externe und Interne Przess-Sichten (WfMC) /kit_ lg _ V2.png pg Interne Sicht Spezifikatin vn Aktivitäten, Ressurcen, Schnittstellen Externe Sicht Nur Schnittstellen, t ansnsten Black Bx Chregraphie Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-31

32 Einbindung vn Rllen am Beispiel des Referenzmdells der WfMC Administratr Verwaltung vn Ressurcen und Authrisierungen Wrkflw Designer Spezifikatin der Wrkflwstruktur & Ressurcen Bebachtung (Mnitring) /kit_ lg _ V2.png pg Instandhaltung lauffähiges System Przess Analyst Perfrmanzanalysen Endbenutzer Ausführung vn Aufgaben Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-32

33 Referenzmdell der WfMC Schnittstellen (1) Generisches Ziel Interperabilität Standards zum Datenaustausch Verknüpfung vn Ausführungsmaschinen unterschiedlicher Hersteller Unabhängigkeit der Anwendungen vn knkreten WfMS gg /kit g_ lg _ V2.png pg Schnittstelle 1: Wrkflw Prcess Definitin Read/Write-Interface Verbindung vn Wrkflw-Mdellierungswerkzeugen mit der zentralen Kmpnente - Austausch vn Wrkflw-Schemata Schnittstelle 2: Ntifikatinsdienst auf Clientseite (Wrkflw Client Applicatin Prgramming Interface) Prblem: ein Eingangskrb für mehrere Systeme Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-33

34 Referenzmdell der WfMC Schnittstellen (2) Schnittstelle 3: Prgrammierschnittstelle für den Applikatinsaufruf Schnittstelle 4: Austausch vn wrkflw-relevanten Daten zwischen verschiedenen, autnmen Wrkflw- Engines. Ziel ist die Übergabe /kit_ lg eines _ V2.png Subwrkflws pg zur Ausführung an ein anderes WfMS Schnittstelle 5: Administratins- und Mnitring- Werkzeuge anderer Hersteller zur Infrmatin über den aktuellen Ausführungszustand vn Wrkflws und zur Administratin laufender Wrkflws Schnittstellen e sind nicht völlig unabhängig gg vneinander spezifizierbar Vrgehensweise: minimale Menge an Funktinen bzw. Funktinalität standardisieren di i Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-34

35 Design-Primitive des Referenzmdells Abstraktin Beschreibung der wesentlichen Kmpnenten und Schnittstellen, unabhängig vn technischer Umsetzung Spezifikatin der Interfaces /kit (abstrakte _ lg _ Terme V2.png pgund knkrete Bindings ) Knkrete Bindings knnten im Lauf der Zeit den Entwicklungen angepasst werden (API in C Middleware Web Services) Lebenszyklus eines Przesses Phasen des Lebenszykluses tragen zum Gesamtbild bei Integrierte Sicht vn Daten, Przess und Organisatin Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-35

36 Einige Schwachstellen des Referenzmdells Datensicht etwas vernachlässigt Spezifikatin der Schnittstellen nach außen /kit_ lg _ V2.png pg Schnittstelle 3 : Synchrnisatin vn Anwendungen mit Arbeitslisten und Engine (ACID-Eigenschaften vn Transaktinen) Schnittstelle 4: lse Kpplung (z.b. unternehmensübergreifend) nicht adäquat unterstützt, keine Datenstruktur- Spezifikatin Zu geringe Flexibilität Adaptive Wrkflws Anpassungen zur Laufzeit Ad-hc-Entscheidungen (Prblem lkale Autnmie) Berücksichtigung neuer Wrkflw-Paradigmen Z.B. Daten-zentrierte Wrkflws Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-36

37 Generisches WF-Management System (WfMC) /kit_ lg _ V2.png pg Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-37

38 Klassifikatin vn Daten in einem WfMS (v.d. Aalst) Przess-Definitinen (Schemata), inkl. Definitinen der Aktivitäten Ressurcen (Rllen, Organisatinen) Analysedaten /kit_ lg _ V2.png pg Operatinales Management (technische Parameter) Histrische Daten: Nachverflgung einer Przessinstanz Anwendungsdaten Zugriff nur über Applikatin, nicht über Engine Masterdaten t (generisch, z.b. Stammdaten) t und Przess- Instanzdaten (spezifisch) Interne Daten: technische Daten (z.b. Netzwerkadressen) Lgistisches Management (z.b. Przesszustände inkl. Attribute, te Ressurcenzustände) stände) Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-38

39 Daten am Beispiel des WfMC Referenzmdells Operatinal. Management Analyse- Daten Ressurcen /kit_ lg _ V2.png pg Histrische Daten Interne Daten Lgistisches Management Jutta Mülle / Silvia vn Przessdefinitinen Anwendungsdaten Kap. 2-39

40 Weiterentwicklung vn WfMS /kit_ lg _ V2.png pg Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-40

41 Exemplarische Fragen Kapitel 2 Was ist der Unterschied zwischen einem Wrkflw- Schema und einer Wrkflw-Instanz? Welche Vrteile ergeben sich /kit_ durch lg _ V2.png die pg Trennung Anwendung und WfMS in Anwendungssystemen? Beschreiben Sie die Kmpnenten des Referenzmdells der WfMC Welche Aspekte unterscheidet man bei WfMS? Welche nicht-funktinalen Anfrderungen an die Architektur vn WfMS sind zu beachten? Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-41

42 Ergänzende Literatur zu Kapitel 2 Jablnski/Böhm/Schulze: Wrkflw-Management: Entwicklung vn Anwendungen und Systemen, 1997 /kit_ lg _ V2.png pg Referenzmdell der WfMC: Vrlesungsskript Business Prcess Management und Wrkflw Technlgie Jutta Mülle / Silvia vn Kap. 2-42