CC BY
43
-►
Системный анализ и управление
УДК 004.896
К.А. Аксенов, В.Д. Камельский
анализ динамических моделей бизнес-процесса
для разработки сервиса имитационного моделирования
Создание систем имитационного моделирования (СИМ) - одно из перспективных направлений развития систем принятия решений. Наблюдается существенный интерес к области мультиагентных систем (МАС), спецификой которых является наличие сообществ взаимодействующих агентов, отождествляющихся с лицами, принимающими решения (ЛПР) [3]. Важная область применения мультиагентных технологий - моделирование. Подходы к проектированию МАС разделяют на две группы: базирующиеся на объектно-ориентированных методах и технологиях и использующие традиционные методы инженерии знаний [1].
Статья посвящена вопросам имитационного моделирования бизнес-процессов (БП). Характерная особенность программного обеспечения имитационного моделирования (ИМ) - ориентированность на пользователей-программистов, что создает значительные трудности для участия в создании и эксплуатации моделей пользователей,
не обладающих навыками программирования, но являющихся специалистами в своей области.
В настоящее время коммерческие продукты, представленные на рынке (AnyLogic, АИК, G2), являются Desktop-приложениями. Система АЮБ позволяет формировать Ыт1-страницы с результатами экспериментов и выгружать их в Интернет. Система AnyLogic способна компилировать java-аплеты с разработанными моделями и размещать их в Сети. Для начала работы с моделью необходимо выполнить ее полную загрузку на электронное устройство пользователя, проигрывание имитационного эксперимента аплета модели происходит на устройстве пользователя и требует существенных вычислительных ресурсов.
Сравнительный анализ систем (табл. 1) показал, что наибольшей функциональностью СИМ бизнес-процессов обладают продукты AnyLogic, BPsim. В направлении сервисно-ориентированной архитектуры развивается только G2. Таким образом, актуальной является задача выбора динами-
Таблица 1
Сравнительный анализ СИМ БП
Параметр ARIS G2 AnyLogic BPsim
1. Проектирование концептуальной модели предметной области НЕТ НЕТ НЕТ +
2. Язык описания процессов преобразования ресурсов (БП)
2.1. Описание ресурсов, средств, преобразователей + + + +
2.2. Иерархическая модель БП + + + +
3. Мультиагентная модель НЕТ НЕТ + +
4. Имитационное моделирование + + + +
5. Экспертное моделирование НЕТ + НЕТ +
6. Web-интерфейс НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ
7. Облачные вычисления НЕТ + НЕТ НЕТ
8. Ориентированность на непрограммирующего пользователя + НЕТ НЕТ +
9. Стоимость, тыс. долл. США 50 70 13 7
ческой модели бизнес-процесса и построение на ее основе SaaS-сервиса ИМ.
Особенности бизнес-процессов
С точки зрения динамической составляющей БП можно выделить следующие основные требования к моделям [2-4]: 1) учет различных типов ресурсов; 2) учет состояния операций и ресурсов в конкретные моменты времени; 3) учет возникновения конфликтов на общих ресурсах и средствах; 4) моделирование дискретных процессов; 5) учет сложных ресурсов (экземпляров ресурсов со свойствами, в терминологии систем массового обслуживания - заявка (транзакт)); 6) применение ситуационного подхода (наличие языка описания ситуаций (языка представления знаний) и механизмов диагностирования ситуаций и поиска решений (механизма логического вывода согласно терминологии экспертных систем (ЭС)); 7) реализация интеллектуальных агентов (моделей ЛПР); 8) описание иерархических процессов.
Анализ существующих моделей бизнес-процессов
С точки зрения динамического моделирования бизнес-процессов рассмотрим следующие модели: модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов [3-5]; SIE-модель А.Ю. Филипповича [6]; модели активных и пассивных преобразователей Б.И. Клебанова, И.М. Москалева [7].
Модель мультиагентных процессов преобразования ресурсов. Динамическая модель муль-тиагентных процессов преобразования ресурсов (МППР) [3] разработана на основе модели процесса преобразования ресурсов (ППР) [4] и предназначена для моделирования организационно-технических, БП и поддержки принятия управленческих решений.
Модель ППР разработана на основе следующих математических схем: сетей Петри, систем массового обслуживания и моделей системной динамики. Ключевым понятием модели ППР является преобразователь ресурсов, имеющий следующую структуру: вход, запуск, преобразование, управление, выход. «Запуск» определяет момент запуска преобразователя на основании состояния процесса преобразования, входных и выходных ресурсов, команд управления, средств. В момент запуска определяется время выполнения преобразования на основании параметров
команды управления и имеющихся ресурсных ограничений.
Модель МППР обладает иерархической структурой, которая описывается с использованием системных графов высокого уровня интеграции. Агенты управляют объектами процесса преобразования на основе содержания базы знаний (БЗ). Агент модели МППР имеет гибридную архитектуру InteRRap [5].
Модель МППР полностью соответствует всем предъявляемым требованиям, на ее основе разработана мультиагентная СППР BPsim.DSS [5].
Анализ SIE-модели А.Ю. Филипповича. Интегрированная ситуационная, имитационная, экспертная модель А.Ю. Филипповича (SIE-модель) представлена в работе [6]. В силу того, что данная модель ориентирована на проблемную область допечатных процессов (полиграфии), отдельные ее фрагменты изложим в терминах модели ППР.
SIE-модель представлена в виде нескольких различных уровней, соответствующих имитационному, экспертному и ситуационному представлению информации [6].
Первый уровень модели предназначен для описания структуры системы. Для этого каждому объекту (субъекту) сопоставляется блок. Все блоки соединяются между собой каналами взаимодействия. По этим каналам могут перемещаться динамические объекты (транзакты). Каждый блок определенное время обрабатывает транзакт и задерживает его на время, которое определяется интенсивностью работы устройства. Блоки не изменяют характеристики транзактов.
В мультиагентной ситуационной модели ППР [3] транзактам и блокам SIE-модели соответствуют ресурсы (Res, Order, Message) и преобразователи (Op, PR, Junction, Sender, Resiver) с учетом того, что они могут изменять характеристики транзактов.
Для описания событий, которые могут возникать в результате обработки транзактов, изменения состояний объектов и поступления внешней информации, используется второй уровень SIE-модели, называемый событийным. Третьим уровнем SIE-модели является ситуационный. Он предназначен для укрупненного моделирования системы. Каждому объекту на структурном уровне сопоставляется микроситуация. Ситуационное моделирование заключается в задании некоторых характеристик, отдельных ситуаций и в опреде-
Системный анализ и управление
лении с помощью ЭС оказываемых влияний. Для описания объектов в БЗ, отношений между объектами и в качестве языка машины логического вывода на экспертном уровне SIE-модели используется специальный ситуационный язык, базирующийся на логике предикатов первого порядка и фреймах [6].
Анализ SIE-модели позволяет сформулировать следующие выводы:
1) SIE-модель, предложенная А.Ю. Филипповичем, может служить базой для создания муль-тиагентной модели БП;
2) модель имеет следующие достоинства: аппарат/механизм диагностирования ситуаций; сочетание имитационного, экспертного и ситуационного подходов;
3) SIE-модель не удовлетворяет следующим требованиям мультиагентной модели БП: наличию модели ЛПР (агента) и сообществ агентов; проблемной ориентации на бизнес-процессы.
Модель И.М. Москалева, Б.И. Клебанова. В работе И.М. Москалева, Б.И. Клебанова [7] представлена математическая модель ППР, спецификой которой является выделение пассивных и активных преобразователей. Основой данной модели послужила модель дискретного процесса преобразования ресурсов [4] и ее расширение мультиагентным подходом [3]. В общем случае смешанная модель ППР, включающая активные и пассивные преобразователи, представима в виде графа. В такой модели вершины графа X образуют пассивные преобразователи, активные преобразователи, парки средств и хранилища ресурсов, а множество дуг представлено ресурсными и информационными потоками, потоками на средства.
Модель активных и пассивных преобразователей ориентирована на решение задач планирования производства и опирается на теорию составления расписаний. У данной модели не проработана возможность реализации интеллектуальных агентов (моделей ЛПР) с продукционной БЗ, а также реализация языка описания ситуаций и механизмов диагностики ситуаций и поиска решений.
Результаты анализа рассмотренных подходов и моделей динамического моделирования ситуаций приведены в табл. 2.
Как следует из таблицы, всем требованиям модели мультиагентного бизнес-процесса отвечает модель МППР. Также в качестве теоретической основы реализованного метода можно использовать SIE-модель, достоинством которой является проработка вопросов интеграции имитационного, экспертного и ситуационного моделирования.
Прототип SaaS-сервиса имитационного моделирования
За основу сервиса имитационного моделирования взята трехуровневая архитектура, состоящая из следующих элементов: клиентской части, агента мониторинга, сервера имитационного моделирования, базы данных сервера имитационного моделирования.
Дизайн приложения спроектирован и адаптирован под наиболее распространенные браузеры пользователей (см. рис.).
Полученные данные позволили провести анализ текущего развития систем имитационного моделирования бизнес-процессов (таких, как AnyLogic, ARIS, BPsim, G2) и выделить требова-
Таблица 2
Анализ подходов и динамических моделей ситуаций
Параметр МППР SIE-модель Модель активных и пассивных преобразователей
1. Различные типы ресурсов + + +
2. Учет временных характеристик + + +
3. Конфликты на общих ресурсах и средствах + + +
4. Операция дискретная + + +
5. Сложный ресурс (заявка), очередь заявок + + +
6. Язык описания ситуаций, диагностика ситуаций и поиск решений + + НЕТ
7. Модель ЛПР (ИА) + НЕТ НЕТ
Поставщик Закупка ресурсов
Интерфейс при работе с моделью БП
ния к новой системе, ориентированной на работу в Интернете. Проведен сравнительный анализ существующих моделей динамических БП и взята за основу модель мультиагентного процесса
преобразования ресурсов. Проведена разработка прототипа 8аа8-сервиса имитационного моделирования бизнес-процессов.
Работа выполнена в рамках госконтракта 02.740.11.0512.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андрейчиков, А.В. Интеллектуальные информационные системы: Учебник [Текст] / А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова. -М.: Финансы и статистика, 2004. -424 с.
2. Швецов, А.Н. Модели и методы построения корпоративных интеллектуальных систем поддержки принятия решений: Дис. ... д-ра техн. наук [Текст] / А.Н. Швецов. -СПб., 2004. -461 с.
3. Аксенов, К.А. Динамическое моделирование мультиагентных процессов преобразования ресурсов [Текст] / К.А. Аксенов, Н.В. Гончарова. -Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2006. -311 с.
4. Аксенов, К.А. Исследование и разработка средств имитационного моделирования дискретных процессов преобразования ресурсов: Дис. . канд.
техн. наук [Текст] / К.А. Аксенов. -Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. -188 с.
5. Аксенов, К.А. Разработка и применение объектно-ориентированной системы моделирования и принятия решений для мультиагентных процессов преобразования ресурсов [Текст] / К.А. Аксенов, И.И. Шолина, Е.М. Сафрыгина // Научно-технические ведомости СПбГПУ -2009. -№ 80. -С. 87-97.
6. Филиппович, А.Ю. Интеграция систем ситуационного, имитационного и экспертного моделирования [Текст] / А.Ю. Филиппович. -М.: ООО Эликс+, 2003. -310 с.
7. Москалев, И.М. Система анализа и оптимизации процессов преобразования ресурсов: Дис. ... канд. техн. наук [Текст] /И.М. Москалев. -Екатеринбург, 2006. -170 с.
