Semantisches Prozessmanagement und E-Business

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1 explicit shared domain conceptualization semantics formal menatal model Semantisches Prozessmanagement und E-Business Lehrveranstaltung im SS 2013 Michael Fellmann Institut für Informationsmanagement und Unternehmensführung SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann

2 Agenda Process Mining Einführung Vom Logfile zum Prozess Algorithmen (α-algorithmus und Weitere) Software für Process Mining Simulation von Geschäftsprozessmodellen Einführung Analysemöglichkeiten Simulationsmethoden Software für Geschäftsprozesssimulation SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 2

3 Einführung Begriff des Process Mining Erstellung von Prozessmodellen üblicherweise kreativer Akt eines Modellierers in der Phase des Workflow-Design Process Mining: Ableiten eines Prozessmodells aus Informationen über den operativen Betrieb Aufdeckung bereits existierender, nicht formalisierter Prozesse Workflow Design Workflow Configuration Process Mining Workflow Diagnosis Workflow Enactment Quelle: Aus Eichinger: Workflow-Management-Systeme WS11/12, Uni Karlsruhe SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 3

4 Teilgebiete des Process Mining Erläuterung der Zusammenhänge Warum Process Mining? Fragestellungen und Teilgebiete Prozessentdeckung: Welche nicht-formalisierten Prozesse existieren? Prozesskonformität: Wie ist der Grad der Passgenauigkeit (Fitting) zwischen Prozessmodell und Prozessinstanzen? Prozessverbesserung: Können die Prozesse erweitert/verbessert werden? Quelle: SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 4

5 Teilgebiete des Process Mining Input/Output-Betrachtung Quelle: Accorsi, R.; Ullrich, M.; van der Aalst, W.M.P: Process Mining. Informatik Spektrum 34(5), 2012 SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 5

6 Beispiel Ein Logfile im Kontext der Auftragsbearbeitung Customer Case Task Timestamp 1 1 Receive Order :56: Receive Order :58: Ship Order :15: Send Invoice :36: Receive Order :01: Close Order :59: Send Invoice :15: Receive Order :16: Ship Order :42: Send Invoice :17: Reject Order :21: Close Order :03: Close Order :29: Ship Order :11: Close Order :31:42 Logfiles sind Dokumentationen über Ausführungen von Prozessinstanzen Ereignisse müssen atomar vorliegen und nach Datum sortiert sein Wichtig sind CaseIDs, um alle Ereignisse der gleichen Prozesskette einander zuordnen zu können SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 6

7 Vom Logfile zum Prozess Abstraktion und Sequenzextraktion Case Task 1 A 2 A 1 B 1 C 3 A 1 D 2 C 4 A 2 B 3 C 4 E 2 D 4 D 3 B 3 D Abstraktion der Logfiles Entferne überflüssige Informationen ( Customer, Timestamp ) Vereinfache Einträge (A = Receive order, B = Ship order,...) Untersuche Logfile auf Sequenzen: ABCD (Case 1) ACBD (Case 2+3) AED (Case 4) Erstelle ein Prozessmodell, das nur genau diese Sequenzen zulässt Voraussetzung: das Logfile ist hinreichend groß, um alle möglichen Sequenzen des realen Prozesses aufzuzeigen SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 7

8 Vom Logfile zum Prozess Extraktion von Ordnungsrelationen Extraktion der Ordnungsrelationen Es gilt nun, alle möglichen Beziehungen zwischen den Prozessen zu finden Mögliche Relationen sind: Relation Symbol Bedeutung Direkte Nachfolge X > Y X folgt direkt auf Y Kausalität X Y X > Y und nicht Y > X Parallelität X Y X > Y und Y > X Unabhängigkeit X # Y Nicht X > Y und nicht Y > X und X Y Beispiel: In den Sequenzen {ABCD, ACBD, AED} existieren die Beziehungen: A > B, B > C, C > D, A > C, C > B, B > D, A > E, E > D A B, A C, A E, B D, C D, E D B C, C B A # D, B # E, C # E SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 8

9 Vom Logfile zum Prozess Schluss von den Ordnungsrelationen auf partielle Netze Erkennung von lokalen partiellen Netzen aus den vorhandenen Ordnungsrelationen (5 Möglichkeiten) X Y Nachfolge- Beziehung AND-Split OR-Split X Y, X Z, Y Z X Y, X Z, Y # Z AND-Join OR-Join X Z, Y Z, X Y X Z, Y Z, X # Y SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 9

10 Vom Logfile zum Prozess Schluss von den partiellen Netzen auf das Gesamtmodell Konstruktion des Gesamtmodells: Die partiellen Netze werden in einem letzten Schritt zu einem Gesamtnetz zusammengefügt. Beispiel: Extrahierte Sequenzen waren: {ABCD, ACBD, AED} Fertiges Modell ist: SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 10

11 Der Alpha-Algorithmus Charakterisierung und Probleme Eigenschaften des α-algorithmus Der α-algorithmus ist der einfachste Algorithmus zum Process-Mining Die Funktionsweise entspricht in etwa unserer Vorgehensweise von Hand auf den vorherigen Folien (Der Algorithmus ist allerdings in seiner deklarativen Formalisierung recht unanschaulich, weshalb er hier nicht weiter behandelt wird) Probleme des α-algorithmus Schleifen über eine oder zwei Stellen können nicht korrekt erkannt werden. Erst ab drei Stellen gibt es keine Probleme mehr. Unsichtbare Tasks (keine Einträge im Logfile) und doppelte Tasks führen zu Problemen Verrauschte Daten (Noise) können zu groben Fehlern führen. SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 11

12 Der Alpha-Algorithmus Erweiterungen und Alternativen Erweiterungen des α-algorithmus besitzen höhere Effizienz und erlauben höhere Komplexität der darstellbaren Strukturen (bspw. Schleifen über ein- oder zwei Stellen) Beispiele: α+ -Algorithmus α++ -Algorithmus Techniken für Process Mining bei verrauschten Daten Folgende Techniken die weniger anfällig für verrauschte Daten (Noise): Genetische Programmierung Neuronale Netze Markov-basierte Algorithmen SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 12

13 Software für Process Mining Ausgewählte Beispiele aus dem Open-Source- und kommerziellen Bereich ProM Plattformunabhängige Process-Mining-Software Open Source, unter GPL-Lizenz, frei erhältlich Hochgradig erweiterbar durch Plug-Ins (ca. 60+ Plug-Ins verfügbar) Unterstützt verschiedenste Prozessmodellierungssprachen, Mining-Verfahren, Logfile-Filter und Prozessanalysen DISCO Ebenfalls plattformunabhängige und sehr umfangreiche Software Sehr aufgeräumte und übersichtliche Nutzeroberfläche Allerdings nur kommerziell verfügbar SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 13

14 Software für Process Mining Nutzeroberfläche von ProM Quelle: SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 14

15 Software für Process Mining Nutzeroberfläche von DISCO Quelle: SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 15

16 Fortgeschrittene Themen > Simulation Agenda Process Mining Einführung Vom Logfile zum Prozess Algorithmen (α-algorithmus und Weitere) Software für Process Mining Simulation von Geschäftsprozessmodellen Einführung Analysemöglichkeiten Simulationsmethoden Software für Geschäftsprozesssimulation SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 16

17 Fortgeschrittene Themen > Simulation Einführung Begriff der Simulation, Ziele Definition: Simulation von Geschäftsprozessmodellen Nachbilden eines dynamischen Prozesses mit einem experimentierfähigen Modell Planen, Durchführen und Auswerten gezielter Experimente am Modell Warum Simulation? Quantitative Auswertung möglich (Zeiten, Kosten, Kapazitäten, etc.) Was-wäre-wenn -Szenarien umsetzbar In vielen Fällen Kostengünstiger als eine Erprobung in der Realität, vor allem bei komplexen Systemen Ziele: Betriebsabläufe verbessern Reduzieren von Durchlauf- und Liegezeiten Lokalisierung von Schwachstellen und Engpässen SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 17

18 Fortgeschrittene Themen > Simulation Analysemöglichkeiten Verbreitete Analysetypen Pfadanalysen: Kosten und Zeiten (durchschnittlich, maximal, minimal, ) Aktivitätshäufigkeiten Unbenutzte tote Pfade Belastungsanalysen: Ressourcenbedarf Personalbedarfsrechnung Auslastungsanalysen: Wartezeiten Engpässe Ist-Soll-Analysen für Szenarien SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 18

19 Fortgeschrittene Themen > Simulation Simulationsmethoden Systemische Ansätze System Dynamics Methode zur Simulation komplexer dynamischer Systeme im Zeitverlauf Identifikation und Untersuchung geschlossener Wirkungsketten (feedback loops) Modellierung von Bestands- und Flussgrößen Beispiel: In Anlehnung an: Ching-Wen Han, J. (1997): Using System Dynamics in Business Simulation Training Games. Thesis at MIT. SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 19

20 Fortgeschrittene Themen > Simulation Simulationsmethoden Petrinetz-basierte Ansätze Petri-Netze Simulation des Prozesses mit dem Durchlauf von Token (Marken) durch ein Petri-Netz Eine Transition ist schaltbar, wenn jede Eingabestelle ein Token enthält Wenn eine Transition feuert, wird in jede Ausgabestelle ein Token übertragen Beispiel: SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 20

21 Fortgeschrittene Themen > Simulation Aufgabe Simulation eines Prozesses 1. Welche Durchlaufzeit hat der Prozess durchschnittlich? 0,25h + 0,4*2h + 0,5*1h + 0,1*4h = 1,95h 2. Welches sind die maximalen Kosten? max(45, 15, 95 ) = 95 40% Repariere Wasserhahn Zeit: 2h Kosten: 40 Untersuche Waschbecken Zeit: 15min Kosten: 5 X 50% Repariere Abfluss Zeit: 1h Kosten: 10 X 10% Tausche Waschbecken Zeit: 4h Kosten: 90 SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 21

22 Fortgeschrittene Themen > Simulation Software für Geschäftsprozesssimulation Beispiele Adonis: Umfangreiches Tool für Geschäftsprozessanalysen Unterstützt diskrete, ereignisbasierte Simulation Weitere Tools: SemTalk ( Innovator ( SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 22

23 Fortgeschrittene Themen > Simulation Software für Geschäftsprozesssimulation Screenshot einer Auslastungsanalyse anhand eines Simulationsmodells in Adonis SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 23

24 Fortgeschrittene Themen Zusammenfassung und Fazit Process Mining Theoretische Durchdringung weit fortgeschritten. Es existieren etablierte Werkzeuge. Allerdings nur anwendbar, wenn (qualitativ hochwertige) Logdaten vorhanden und sind. Prozesssimulation Simulationen erlauben die Evaluation von Modellen, bevor diese in der Praxis implementiert werden. Besonders bei sehr ressourcenintensiven (Menge, Wert) Prozessen kann eine genaue Planung von Vorteil sein. Die Güte der Simulation ist abhängig von der Genauigkeit der getroffenen Annahmen. SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann 24

25 explicit shared domain conceptualization semantics formal menatal model Semantisches Prozessmanagement und E-Business Lehrveranstaltung im SS 2013 Michael Fellmann Institut für Informationsmanagement und Unternehmensführung SBPM& EB SS 2013 Michael Fellmann