Workflow-Management. Dr. Irina Stobbe STeam für die FHTW Berlin, WS 2005/08, Studiengang Wirtschaftsmathematik

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1 Workflow-Management Dr. Irina Stobbe STeam für die FHTW Berlin, WS 2005/08, Studiengang Wirtschaftsmathematik

2 Workflows Was sind Workflows Wie leitet man Workflows her Steuerung von Workflows Entwicklung von Maschinenworkflows Produktionssteuerung mit KANBAN WfMS und Tools, Ansätze 2

3 Workflows Zum was kommt das wie Drückt man einem Mitarbeiter ein Geschäftsprozessdiagramm in die Hand, in dem auch seine Aufgaben dargestellt sind, ist er ein wenig schlauer: Er weiß nun, was er zu tun hat, von wem er seine Inputs (Informationen, Arbeitsergebnisse) erhält und an wen er seine Outputs weiterzugeben hat. Unter Umständen hat er aber keine Ahnung davon, wie er die ihm zugewiesene Aufgabe erledigen soll. Ein Geschäftsprozess ist keine Arbeitsanweisung. Ein modellierter Workflow (engl. Arbeitsablauf) hingegen beschreibt möglichst genau und operativ die auszuführenden Arbeitsschritte. Das Ziel ist hierbei weniger eine Dokumentation für die Mitarbeiter als eine mögliche (Teil-)automatisierbarkeit der Ausführung. (Jakob Freund, BPM-Guide.de, 12/2005 ) 3

4 Workflow der Arbeitsablauf Ein Workflow ist ein arbeitsteiliger Prozess zur Abwicklung von Geschäftsanwendungsfällen. Die Koordination erfolgt durch Personen oder Systeme Ein W. kann sehr komplex, vielschichtig und organisationsübergreifend sowie zeitlich ausgedehnt sein. Arbeitsschritte werden in synchrone, asynchrone und/oder parallele Schrittfolgen zusammengefasst und koordiniert gestartet. Im Fokus der Betrachtung stehen die dynamischen Abläufe, die Automatisierung von Abläufen, meist mit technischer Unterstützung. 4

5 Workflow-Management Summe von Methoden, Maßnahme und Systemen, die eingesetzt werden, um Workflows zu entwickeln, zu simulieren, zu steuern und zu optimieren Arbeitsgrundlagen: eepks, VKD oder Geschäftsaktivitätsmodelle mit spezifizierten Material- und Informationsflüssen (inund Outputs); GAF-Modelle mit Rollenangaben (Rechte); Funktionszuordnungsdiagramm 5

6 Workflow-Management-System (WFMS) 6 Anwendungssystem (Software) zur Unterstützung des Managements Vorgangssteuerung wenn nur der Steuerungsaspekt enthalten ist Arbeitet nach Regelwerken, ist flexibel gestaltbar, bindet technische Komponenten (Textverarbeitung, Datenbanken, Anlagen und Geräte) ein, steuert aktiv Koordiniert Rollen (wer), Aufgaben (was), Prozesse (wann), Umgebung (wie)

7 Integration der Funktionalitäten von Workflow-Management-Systemen Workflow-Management-Systeme, CSCW-Systeme (computer supported cooperative work), Dokumentenmanagement-Systeme, Enterprise-Content-Management-Systeme (ECM), Enterprise Resource Planning (ERP) werden mit Hilfe von Enterprise Application Integration (EAI) zusammengefasst Workflow-Systeme werden häufig der Groupware und dem Bereich CSCW zugeordnet, da sie die Arbeit unterschiedlicher Personen innerhalb einer Organisation regeln. Im Gegensatz zu CSCW- Systemen wie Multi-User-Editoren, besitzen WfMS nur geringe Unterstützung für kooperative Interaktion. 7

8 Bekannte WfMS: Lotus Workflow von IBM (www.lotus.com) Powerwork von PC Konzepte AG ( - OpenText) Keyflow von Keyfile Inc. (www.keyfile.com ), Global300.com Process Modeller und Espresso von Pavone AG (www.pavone.de ) Staffware TIBCO (www.staffware.com ) 8

9 Optimierungsziele für WFMS Verkürzung der Durchlaufzeiten, der Transport- und Liegezeiten Erhöhung der Prozesstransparenz, Vereinheitlichung der Prozesse, Informationsverfügbarkeit Verbesserung der Prozessqualität Verringerung von Medienbrüchen, Prozessstabilität Verbesserung der Kundenzufriedenheit Verringerung der Prozesskosten Erhöhung der Flexibilität der Prozesse (schnellere Anpassung an Kundenwünsche)

10 Beispiel: komplexe Anlagenentwicklung Automatische Entlötung von Bauelementen (BE) verschiedener Leiterplatten (LP) zur Wiedergewinnung von Komponenten oder (teilbestückten) LP 10

11 Automatische Demontage Entwicklung und Umsetzung eines Steuerungskonzeptes für die AutDem -Anlage Technologisch an die vorgegebenen Rahmenbedingungen angepasst Berücksichtigung der eingesetzten Technologien Berücksichtigung der vorgegebenen Prozesskette Ökonomisch optimiert Ziel: Maximaler Durchsatz, effektive Nutzung der eingesetzten Energie 11

12 Vision des Anlagenaufbaus Picture 12 Leiterplattenanalyse Vorerkennung Detailerkennung, Auswahl Positionierung und Transport Entlöten Korrekturanalyse Entlöten Positionierung und Transport Mirror System Qualitätskontrolle Vermessung der geometrischen Parameter Qualitätsbewertung Visualization

13 Ablaufkonzept Modul 0 Modul 1.1 Modul 1.2 Modul 2.1 Modul 4. Modul 3. Modul 2.3 Modul 2.2 Modul 5 Modul 2.1 St angenma gazine BE-Rutschen Modul 4. Q Modul 2.3 Modul 3. 13

14 Prozesskette, Einzelprozesse und Arbeitsstationen Transport 5 BE Ablegen Qualitätskontrolle Vorerkennung Transportieren 2 Detailerkennung Vorwärmen Transport 3 / 4 Entlöten Transportieren 2 14 Zielsetzung: Paralleles Arbeiten an allen Arbeitsstationen

15 Gliederung der Anlage in Einzelautomaten und deren Funktionen Transportautomaten: Transport 1/2: Transportieren der Werkstückträger mit den LP durch das erste bzw. zweite Anlagenmodul Transport 3: Ablegen der entlöteten BE im zweiten Anlagenmodul Transport 4: Übergabe der entlöteten BE zur Qualitätskontrolle Transport 5: Ablage der BE nach erfolgter Qualitätskontrolle 15 Prozessautomaten: Vorerkennung: Analyse der LP, Koordinatenberechnungen, Datenbankoperationen, Steuerung (Kommunikation) des Bildverarbeitungssystem u.s.w. Detailerkennung: Analyse ausgewählter BE, Datenbankkommunikation, Steuerung der Robotik und Bildverarbeitung u.s.w. Entlötung: Steuerung der Robotik, Bildverarbeitung und des Lötwerkzeugs Datenbank-operationen Qualitätskontrolle: Steuerung der Bildverarbeitung, Datenbankoperationen

16 Technische Systeme im Workflow BE- Liste Master Thread Steuerrechner PC 0 Datenbank Bildverarbeitung Sub- Thread 1 Corba Komunikation Bildverarbeitung Bildverarbeitung PC 1 CAN-Bus Kom. Sub- Thread 2 X Y CAN-Bus X Y Z W CAN-Bus W PC 2 Corba Komunikation Lötprozesssteuerung PC 3 Sub- Thread 3 Corba Komunikation Werkzeug 3

17 Programmstruktur Hauptprogramm: Steuerung der untergeordneten Zustandsautomaten als parallele Prozesse 17 Transport- Thread 1 Transport- Thread 2 Transport- Thread 3 Transport- Thread 4 Hauptprogramm (Master) Transport- Thread 5 Entlöt- Thread Qualitätskontroll- Thread Vorerkennungs- Thread Detailerkennungs- Thread

18 Räumen von T1 Geschäftsprozessmodellierung zum Inhalt zur LP-Analyse zum Struktogramm Aktivitätsdiagramme als Organisationsbasis Ablauf enthält alle möglichen Entscheidungen und die nachfolgenden Funktionen Beispiel: Transportprozess T1 (Band, welches die Module M0 und M1 mit Leiterplattenträgern versorgt) Transportband 1 für 2 sec anschalten um alle WT's in eine definierte Ausgangslage an die Lagesensoren zu bringen Überprüfung ob T1 Starten überhaupt möglich ist (ist bereits ARBEITEND, ist GESTOERT, ist GESTOPPT) Es wird verhindert, dass das T1-System als "FREI" erkannt wird wenn sich ein WT während des Transportes zwischen zwei Sensoren befindet WT-Transport von PM0 zu PM1 WT-Transport von PM1 zu PPEndeT1 Überprüfung von PPEndeT1 Ja T1->Start Räumen von T1 in Form einer While Schleife bis alle PhysPos frei sind sind alle PhysPos auf T1 frei und Transportthread 1 INIT oder FERTIG Nein Ist T1 GESTOERT? Nein Ist der Transportthread 1 irgendwie anders beschäftigt (ARBEITEND oder GESTOPPT) Nein sind alle PhysPos auf T1 frei Nein ist PM0 BELEGT Ja ist PM1 frei Ja Stopper Y1.4 v Nein ist PM1 BELEGT Nein Abbruchbedingung für While Schleife Nein ist PPEndeT1 BELEGT Ja Meldung an Bediener Ja While Schleife bis Abbruchbedingung erreicht Ja ist PPEndeT1 frei Nein Ja Ja Ja T1->PAUSE Meldung T1->Start Stopper Y1.3 v T1->Start 18 Nein

19 Zustandsautomaten Zur eindeutigen Beschreibung der Automaten sind neben den Eingaben und Ausgaben auch die internen Zustände erforderlich. Belegungszustände der Transportbänder: BELEGT FREI GESTOERT Prozesszustände der Module: UNINIT INIT ARBEITEND SENSIBEL_ARB. FERTIG Zustandsdiagramm: Festlegung der Regeln für die Zustandübergänge GESTOERT 1 GESTOPPT

20 Zustandsdiagramm am Beispiel des Prozesses M1 Detailerkennung Festlegung der Ereignisse die zu einem Zustandswechsel führen 20 M1->START UNINIT FERTIG (Originalzeichnung) M1->START Störung INIT ARB. GE- STOERT SNAP_ready M1->CONT Stopper runter SNAP M1->PAUSE GE- S_ARB. STOPPT

21 Zustandsdiagramm am Beispiel des Prozesses M1 Detailerkennung in UML-Notation /M1 START() [Initialisierungsfehler_JA] M1 UNINIT /M1 START() [Initialisierung_OK] M1 INIT Programm- Start /M1 WORK() /M1 WORK() Programmende /STOPPER_AB() M1 FERTIG M1 ARBEITEND Störung() M1 GESTÖRT /M1 CONT() /M1 PAUSE() ^SNAP_READY /CAM_SNAP() 21 Normal-, Kernprozess M1 S_ARBEITEND M1 GESTOPPT Behandlung des Fehlerzustands ist teilweise möglich)

22 Verarbeitung der internen Maschinenzustände: Klasse mit allen Zustandsgrößen Steuerung der Prozessthreads Transportthread 1 Transportthread 2 Transportthread 3 Transportthread 4 Transportthread 5 Vorerkennung Detailerkennung Entlöten Maschinen zustandsklasse Pos1: BELEGT Pos2: FREI Pos3: BELEGT TRANSPORT 1: ARBEITEND TRANSPORT 2: FERTIG Vorerkennung: S_ARB Detailerkennung: INIT Entlöten: ARBEITEND Qualitätskontrolle: GESTOERT usw. Lesen der Zustände Masterthread Schreiben der Zustände 22 Qualitätskontrolle

23 Arbeitsweise des Masterthreads Schubsystem (Szenario) Master-Thread überprüft an jeder Arbeitsstation ständig, ob eine LP zur nächsten Arbeitsstation transportiert werden kann Arbeitsstation A Arbeitsstation B Arbeitsstation C Kann ich eine LP weitergeben - Habe ich eine LP - Ist sie abgearbeitet - Hat B eine LP Kann ich eine LP weitergeben - Habe ich eine LP - Ist sie abgearbeitet - Hat C eine LP Kann ich eine LP weitergeben - Habe ich eine LP - Ist sie abgearbeitet - Kann die LP ausgeschoben werden 23

24 Programmablaufpläne Struktogramme Quellcode Endlosschleife des Masterthreads PM2 BELEGT Ja Ja Abbruchbedingung Nein M2 == (F I ) && LP == M2Solv? Ja Nein Nein PPEnde frei? Ja M2 ==PGESTOERT? Ja Transport von Pos.1 zum Pos.2 möglich Nein Transport von Pos.2 zu Pos.3 möglich Nein Ja Ja T2->MOVE T2->MOVE Nein Ja Nein M2 == BE_Uebergeben Nein M2 == (INIT FERTIG) Ja LP[2].ModSolv=M2Solv Nein Ja M2->CONT M2->PAUSE Nein Meldung "Abräumen!" T2->MOVE Ist der Start der LP-Entlötung möglich Ja M2- >START M2->Start 24 Nein

25 Programmablaufpläne Struktogramme Quellcode WHILE Solange nicht Shutdown gedrückt wurde Falsch ProzT2 == GESTOERT Wahr Falsch Proz. T2 == GESTOPPT Wahr Falsch Proz.T2 == ARBEITEND Wahr Funktion WT_Ausschieben 25 WT_EinziehenSMit te BewegenM_2 WT_Ausschieben WT_Entnehmen BE_UebergebenM2_M3 Prüfen BE_AblegenM2 "T2 ->PAUSE" Wahr (M2 == (F I)) && (lstlp[2]->modsolv==m2solv) Wahr Wahr (PPEnde == BELEGT) Falsch Modul2 == PGESTOERT Wahr Falsch "M2- Meldung (ProzModul2 == "T2- >PAUSE" "Bitte (INIT FERTIG) >MOVE" Meldung an abräumen" &&... "M2 Bediener Wahr Falsch "M2 ->START" PhysModul2 == BELEGT Falsch Falsch (ProzM2 == BE_UEBERG.) Wahr - >CONT " Falsch

26 Erfahrung Branchenspezifische Ansätze und Werkzeuge zur Darstellung der Einzelaktivitäten bis hin zu logischen Entscheidungstabellen Selbst nahezu übersichtliche Prozesse können zu sehr umfangreichen Prozess- Dokumentationen führen 26

27 Software-Konzepte für die Workflow- Steuerung 27 Threads: Ausführungsstränge innerhalb eines einzelnen Prozesses oder eines Tasks Multithreading : das (pseudo-)gleichzeitige Abarbeiten mehrerer Threads (software- oder hardwareseitig) Standardisierte Datenaustausch-Protokolle (Dateninterfaces) Common Object Request Broker Architecture (CORBA), meist über TCP/IP, das Internet Inter-ORB Protocol (IIOP). Zum Erstellen verteilter Anwendungen in heterogenen Umgebungen. Microsoft-Nachfolge-Objekte: OLE, COM; im Netzwerk DCOM, MTS, COM+ Neueste Entwicklung: Web Services Petri-Netze (am stärksten formalisiert)

28 WebServices Software-Anwendungen, die mit einem Uniform Resource Identifier (URI) eindeutig identifizierbar sind und deren Schnittstellen als XML-Artefakte definiert, beschrieben und gefunden werden können. Ein Web Service unterstützt die direkte Interaktion mit anderen Software-Agenten unter Verwendung XML-basierter Nachrichten durch den Austausch über internetbasierte Protokolle. 28

29 2 Webservices: Webservices sind Webseiten für Maschinen/ Softwaresysteme, die automatisiert Daten austauschen und/oder Funktionen auf entfernten Rechnern aufrufen. Bauen auf der Service Oriented Architecture (SOA) auf vereinen daher verteilte und objektorientierte richten sich meist auf betriebswirtschaftliche Lösungen im Internet (u.a GoogleService) Verbindet jeweils konkrete Konsument, Anbieter und Verzeichnisse Basiert wesentlich auf XML- Standards

30 Weitere Datenschnittstellen CORBA Feldbussysteme Laborbussysteme EDIFAKT XML-Basierte Systeme (RosettaNet) 30

31 31

32 32

33 Produktionssteuerung mit KANBAN 33 Probleme bei der Produktionssteuerung nach dem Push-Prinzip Vorteil: alle Ressourcen werden vorher bereitgestellt, Auslastung der Maschinen kann optimal gesteuert werden Nachteil: Absatz ungewiss / Überproduktion möglich Typische Steuerungssysteme: PPS produktions-planungs-systeme

34 KANBAN (jp., auf deutsch Karte) 34 In Japan entwickeltes Produktions-Organisationssystem zur Reduzierung der Materiallager und damit der Herstellungskosten. Steuerung nach dem Pull-Prinzip: Regelkreis für Materialbestellungen. Wird ein benötigter Materialbestand unterschritten, wird eine Bestellung innerhalb eines KANBAN-Rahmenvertrages ausgelöst. Keine fixen Liefertermine, sondern Lieferung nach Bedarf Gesteuerte Prozesse: Fertigung: Auftragsabwicklung, Fertigungsorganisation, Produktions- und Montageabläufe Lagerverwaltung, Lieferanten

35 Ziel und Weg 35 Optimierung über die gesamte Wertschöpfungskette von Lieferanten bis Kunden hinsichtlich Material- und Informationsfluss Vermeidung einer Vielzahl von Geschäftsprozessen, die hinsichtlich des Umsatzes eine Blindleistung darstellen In Büro Fertigung Montage

36 KANBAN in der Lagerwirtschaft Prinzip: Die Materialien werden in Kisten oder anderen Standardbehältern geführt. Inhalt der Kiste (Spezifikation und Menge) wird auf der Kanban- Karte festgehalten, sie ist die Message zwischen den Prozessschritten in der Materialbeschaffungskette Neu zu organisierende Bereiche Disposition Beschaffung Lagerwirtschaft Materialbereitstellung 36

37 KANBAN in der Produktionsplanung und Materialflusssteuerung 37 Verfahren basierend auf einer Verkettung von Vorgängen in der Fertigung und Beschaffung Der Nachschub bzw. die Fertigung eines Materials wird mit KANBAN erst dann in die Wege geleitet, wenn eine Fertigungsstufe das Material tatsächlich benötigt. Der Nachschub-Impuls wird durch eine Karte (japanisch Kanban) ausgelöst, die die materialverbrauchende Stelle an die Stelle schickt, die das Material zu liefern hat. Regelkreis der KANBAN-Steuerung legt die Beziehung zwischen dem Verbraucher und der Beschaffungsquelle eines Werksmaterials und die zu liefernde Menge des Materials fest. Je nach Nachschubstrategie des Kanban-Regelkreises kann die Wiederbeschaffung des Materials z.b. durch einen Planauftrag, einen Fertigungsauftrag, einen Einkaufslieferplan oder durch eine Bestellung erfolgen.

38 Auswirkungen von KANBAN auf physische Abläufe Transport Handling Lagerbestand Behälterkonzept Lagerorganisation Bereitstellungsstrategien Abrufsysteme 38

39 Auswirkung von KANBAN auf die Kosten Disposition / Beschaffung Handling Bestand Organisation 3

40 Unterstützung durch ERP-Systeme 40 ERPS nicht apriori für Kanban geeignet, da eigene Regelung der Prozesse über Dispositionsplanung und Kostenstellenzuordnungen; ekanban Beispiel: Einsatz von Infor IT bei der Sensopart Industriesensorik GmbH Wieden : Offline-Installation für Simulation der Regelkreise Bereitstellung schwierig nachzubeschaffender Baugruppen (mit Rohmaterialien aus Japan), übrige Materialbereitstellung nach KANBAN, dadurch gesicherte schnelle Zusage bei Bestellungen Echtzeit-Produktionssteuerung: Termintreue 100%, Halbierung der Durchlaufzeiten

41 41 Beispiel: KANBAN- Lieferung durch Pohland AG 1. Eine Kanbanmenge ist verbraucht. Beim Kunden ist ein leerer Behälter. Ein voller Behälter ist noch beim Kunden vorhanden. 2. Transport des leeren Behälters durch Pohland AG oder den Kunden, zur Pohland AG. 3. Die beschriftete Kiste gilt als Bestellung. Als Variante können auch spezielle Kanban-Karten benutzt werden. 4. Aus dem Lager der Pohland AG wird eine Kanbanmenge in den Behälter abgefüllt. 5. Die vollen Behälter werden durch die Pohland AG zum Kunden transportiert. 6. Der Kunde kann die Teile sofort montieren.

42 Zusammenfassung - Workflows Ein Workflow ist ein arbeitsteiliger Prozess zur Abwicklung von Geschäftsanwendungsfällen. Die Koordination erfolgt durch Personen oder Systeme Im Fokus der Betrachtung stehen die dynamischen Abläufe, die Automatisierung von Abläufen, meist mit technischer Unterstützung. Maschinenautomaten, Softwareautomaten, Menschliches Handeln Entwickeln, Simulieren, Steuern, Optimieren 42

43 Geschäftsprozessoptimierung und Business Prozess Reengineering Kompetenzänderung Änderung von Verantwortungsbereichen Vs. Optimierung in kleinen Schritten Neugestaltung Neukonzeption Knowledge PR. Neugestaltung Neukonzeption Reengineering Change Process GPM Optimierung Verbesserungsprozesse Implementierung Planung Lösung Vision 43

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