Prozessmodellierung in der Praxis, Datenfluss-Netzwerke

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1 Prozessmodellierung in der Praxis, Datenfluss-Netzwerke Budapest University of Technology and Economics Fault Tolerant Systems Research Group Budapest University of Technology and Economics Department of Measurement and Information Systems

2 Inhalt Wiederholung, Ausblick Prozessmodelle, Kontrollflüsse, Datenflüsse Geschäftsprozesse Ausführung der Prozesse Datenfluss-netzwerke

4 Strukturelle und Verhaltensmodellierung Die Struktur (structural) o statisch o Teil und Ganzheit, Bestandteile o Verhältnisse, Verbindungen Verhalten (behavioral) o dynamisch o zeitlicher Verlauf o Zustände, Prozesse o Reaktionen auf die Außenwelt Das Auto ist mit einem Kamera und einem automatischen Lenksystem ausgerüstet. Die Kamera schickt Spurverlassenswarnungsignale. (Wann? Wieviele?) Nach Empfang der Kamerasignale schreitet das Lenksteuergerät des Lenksystems ein. (Wann? Wie?) Deckt nicht alles ab, nicht immer klar trennbar

5 Hauptfragen der Verhaltensmodelle Was macht das System? Wie ist das System aktuell und wie verändert es sich? Ereignisbasierte Modelle Prozessbasierte Modelle Zustandsbasierte Modelle

6 Prozess Definition Prozess: eine Folge von Schritten, die in der gegebenen Reihenfolge ausgeführt zu irgendeinem Ziel führen.

7 Grundbegriffe der Prozessmodellierung Prozessmodellierungssprache o BPMN, jpdl, XPDL, BPEL, UML AD, o Kontrollfluss, Datenfluss relevante Datenstrukturen können mitmodelliert werden o Definition der auszuführenden Schritte o Zeitplanung, Ressourcen Prozessvorlage (template) o z.b. Fahrkartenbestellung -Prozess o Registratur, Versionierung Prozessinstanz (instance) o Prof. Gönczy bestellt Fahrkarte nach Lissabon

8 Beispiel GANTT Zustand, Zeitplanung und Abhängigkeiten der Aktivitäten wikipedia.org

10 Prozesselemente Elementare Aktivitäten Sequenzen, Verzweigungen, Schleifen Fork/Join, Begin/End Aktivitätenhierarchie: Unterprozesse, Aufrufe Modellierung nach verschiedenen Aspekten o PERT charts

11 Kontrollflüsse Flussdiagramme/Entscheidungsdiagramme o Sequentielle/verzweigende Kontrollflüsse, Schleifen Wohlstrukturierte Prozesse o Erlaubte Bauelemente o Erlaubte Struktur, Ineinanderschachtelung

12 Entscheidungsprozesse Spezielle Kontrollflüsse o Ein Anfang, mehrere Enden/Ausgängen o Inzwischen viele Verzweigungen (+Zusammenführungen) o Aktivitäten nur an den Ausgängen

13 Beispiel Entscheidungsdiagramm Inkonsistente Entscheidungspunkte Nicht ausschliessende Alternativen Inkomplette Alternativensätze (Die Ritter der Kokosnuss, Bild: graphjam.com)

14 Entscheidungen vs. Aktivitäten Verständlich, aber nicht präzise Entscheidung oder Aktivität? Zustand, Aktion, oder Ereignis? Unvollständiges Modell

15 Entscheidungen innerhalb der Prozesse Im Inneren einer elementaren Aktivität z.b. Decision Model Notation (omg.org)

16 Datenfluss Unterscheidung von Kontrollfluss und Datenfluss A Sample

18 UML Activity Diagram Standardnotation mit Ergänzungen (siehe LVA SoftTechn.)

19 Business Process Modeling Notation (BPMN) Business Process Management Initiative (BPMI) Mai 2004: BPMN 1.0 Specifikation 2011: endgültiger BPMN 2.0 Standard Ziele Verständlichkeit Benutzer Geschäftsprozess-Analyst Anfangsprozessplan Technische Entwickler Verwirklichung Automatische Generierung der internen Modelle BPEL4WS Endbenutzer (Überwachung, Verwaltung)

20 Beispiel BPMN

21 Datenfluss Ereignisse Zustandsübergänge Ursachen/Auswirkungen Ereignistypen: Start, Intermediate, End Aktivitäten Elementar/Zusammengesetzt Tasks/Subprozesse Anschlussstellen/ Kopplungen Sequenzen Konvergenz/Divergenz AND, OR, XOR,

22 Verbindungen Sequenzen Nachrichten Assotiationen Reihenfolge der Aktivitäten in einem Prozess Informationsaustausch zw. zwei unabhängigen Prozessteilnehmern Zuordnung von Daten, Texten, usw.

23 Tagolás Pool Darstellung der verschiedenen Teilnehmer Bahn/ Swimlane Gruppierung der Aktivitäten

24 Produkte Datenobjekte Symbolisches Token (Artefacts) Gruppen Gruppierung der Aktivitäten Annotationen Ergänzende textuelle Information (Kommentar)

26 Semantik der Prozesse Modellierung Erwartete Ausführung

27 Ausführung der Prozesse Tokenfluss Zustände der Prozesse

28 Zustände der elementaren Aktivitäten Aktivität T T T vor Ausführung T in Ausführung T beendet Anfang der Ausführung Ende der Ausführung T vor Ausführung T in Ausführung T beendet t

29 Zustände der zusammengesetzten Prozessen Prozess T = T 1 ;T 2 T 1 T 2 T 1 vor der Ausführung T 1 während Ausführung T 1 Ende der Ausführung T 2 vor der Ausführung T 2 während Ausführung T 2 Ende der Ausführung t

30 Ausblick Allen-Intervallumlogik (1983) o Pl. gut brauchbar beim Testen James F. Allen: Maintaining knowledge about temporal intervals. In: Communications of the ACM. 26 November ACM Press. pp , ISSN

31 Verfeinerte Zustandsmaschine einer Aktivität In Verantwortung der Ausführungsumgebung Der Standard gibt die Zustände/Übergänge vor Nicht gleich mit den Zuständen der ausführenden Ressourcen/Anwendungen!

32 Ausführung: workflow engine Allgemein benutzt für ausführbare Prozesse Verwaltung des Lebenszyklus der Prozesse o Verwaltung der Prozessvorlagen o Instanzierung, Verwaltung der Instanzdaten Versionierung, online Aktualisierung API für Elemente, die eingebettet/referenziert werden o REST, WS, EJB Verwaltung der Geschäftsregeln (-entscheidungen) Menschlicher Mitarbeit (human tasks) o Präsentation in Webbrowser o Verwaltung der Zugriffsrechte

33 Prozessmanagement-Infrastruktur Anforderungen Prozessmodell Dienstleistung existierende Komponente Integration Prozessmanagement-Infrastruktur Optimierung Monitoring Analyse

35 Datenfluss-netzwerke Knotenpunkte und Kommunikation Knotenpunkte mit Verhaltensmodellierung o Zustandsmaschine o Prozessmodell o DFN Hierarchie Verfeinerung, Abstraktion

36 Kommunikation der Komponente Lose Koppelung o Verringerte Abhängigkeit o Kein sofortiges Wechseln Kanäle o FIFO oder random access o Kapazität o Datenmodell (z.b. Tokensätze)

37 Modellierung der Datenflüsse Nichtdeterministischer DFN-Formalismus o [Jonsson, Cannata] Struktur o Datenfluss-Graph (DFG) Knoten Gerichtete Kanten (FIFO-Kanäle) Verhalten o Transitionsregel: <s 0 ; in=c 0 ; s 1 ; out=c 1 ; > Daten o Token

38 Modellierung der Datenflüsse Nichtdeterministischer DFN-Formalismus o [Jonsson, Cannata] Struktur o Datenfluss-Graph (DFG) Verhalten o Transitionsregel: <s 0 ; in=c 0 ; s 1 ; out=c 1 ; > Daten o Token Zielzustand Knoten Ausgangszustand Kanten (FIFO-Kanäle) Das einzulesende Gerichtete Zeichen/Token Eingabekanal Ausgabekanal Priorität Das auszugebende Zeichen/Token

39 Nichtdeterministischer Datenfluss System kann deterministisch sein: o Die ausgeführte Aktion in einem gegebenen Zustand hängt von den Konditionen/Ereignissen ab Oder nichtdeterministisch: o Anstatt Konditionen sind die Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen Aktionen gegeben (randomisiertes Modell) o Das randomisierte Modell ist nicht unbedingt äquivalent mit dem deterministischem Modell Kondition 1 Kondition 2

40 Vorteile der Datenflussnetzwerk-Methode Eigenschaft Graphisch, modular, kompakt, hierarchisch Schwarze/Weisse Kasten Modelle Verfeinerungsmodelle Unmittelbare Modellierung des Informationsflusses Verteiltes Modell sowohl mit feiner als auch mit grober Genauigkeit Datengesteuertes Verhalten Aufruftransparenz, Atomizität, Informationkapselung Mathematischer Formalismus Transformation: TTPN, PA Geeignet für Einfach durchschaubare Modelle In frühen Phasen der Modellierung Modellierung auf mehreren Ebenen Modellierung der Fehlerausbreitung Asynchrone, nebenläufige Ereignisse Ereignisgesteuerte Echtzeitsysteme Fehlertolerante Anwendungen Formale Methoden Validation, zeitliche Analyse

41 Formale Beschreibung von Datenfluss-netzwerken Datenfluss-netzwerk: ein Triplett (N, C, S ) o N : Menge der Knoten o C : Menge der Kanäle I: Eingabekanäle Verbindung mit der Aussenwelt O: Ausgabekanäle IN: interne Kanäle (zwischen den Knoten) o S : Menge der Zustände Datenfluss-kanal: o FIFO-Kanal mit unbeschränkter Kapazität, o Verbindet zwei Knoten (Eingang und Ausgang des Kanals) o Sein Zustand: S c = M c Tokensequenz

42 Formale Beschreibung von Datenfluss-knoten Datenfluss-knoten: n = (I n,o n,s n,s n0,r n,m n ), mit I n Menge der eingehenden Kanäle O n Menge der ausgehenden Kanäle S n Menge der Knotenzustände s 0 n Anfangszustand des Knoten, s 0 n S n M n Menge der Token R n Menge der Transitionen, r n R n 5-Tupel (s n, X in, s n, X out, ) s n Zustände vor und nach der Transition, s n S X in X out Eingabeabbildung, X in : I n M n Ausgabeabbildung, X out : O n M n Priorität der Transition, N

43 Beispiel Datenfluss-netzwerk in n out Kanalkapazitäten: 1 Zeichen Netzwerk: o DFN = ({n}, {in, out}, {(s,0,0), (s,ok,0), (s,0,ok), (s,ok,ok)}) Knoten: o n = ({in}, {out}, {s}, s, {ok,0}, {r1}) Transitionen: o r1=<s; in=ok; s; out=ok; 0>

44 Beispiel Datenfluss-netzwerk in n out Kanalkapazitäten: 1 Zeichen Netzwerk: o DFN = ({n}, {in, out}, {(s,0,0), (s,ok,0), (s,0,ok), (s,ok,ok)}) Knoten: Zustandsmenge o n = ({in}, {out}, {s}, s, {ok,0}, {r1}) Transitionen: Knotenmenge o r1=<s; in=ok; s; out=ok; 0> Kanälemenge

45 Beispiel Datenfluss-netzwerk in n out Kanalkapazitäten: 1 Zeichen Menge der Menge der eingehenden ausgehenden o DFN Kanälen Kanälen = ({n}, {in, out}, {(s,0,0), (s,ok,0), (s,0,ok), (s,ok,ok)}) Netzwerk: Knoten: o n = ({in}, {out}, {s}, s, {ok,0}, {r1}) Transitionen: o r1=<s; in=ok; s; out=ok; 0>??? Tokenmenge Knotenzustandsmenge Transitionsmenge