運用YAWL和ProM進行工作流仿真研究

殷 龍 （河北工業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，天津 300400）

運用YAWL和ProM進行工作流仿真研究

殷 龍 （河北工業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，天津 300400）

仿真被廣泛應用于抽象的穩(wěn)態(tài)業(yè)務流程分析，這種分析有助于初始的業(yè)務流程設(shè)計，但并不太適用于運營決策和持續(xù)改進。文章通過信用卡申請示例介紹了在工作流管理環(huán)境下的操作決策支持的仿真系統(tǒng)，該方法集合并擴展了工作流管理系統(tǒng)YAWL和流程挖掘框架ProM，不僅利用工作流程的設(shè)計，而且還記錄了描述系統(tǒng)觀察到的歷史行為的數(shù)據(jù)，以及關(guān)于工作流當前狀態(tài)的信息。

YAWL；工作流；仿真

1 背景

近年來，越來越多的企業(yè)意識到，把引入和實現(xiàn)先進的業(yè)務流程管理（Business Process Management，BPM）作為企業(yè)提升信息管理、提高生產(chǎn)和服務水平，參與市場競爭的重要戰(zhàn)略已迫在眉睫。工作流仿真是業(yè)務流程分析和改進的有力工具，其中重要的挑戰(zhàn)是建立可以反映現(xiàn)實流程的仿真模型。本文介紹通過使用ProM[1]和YAWL[2]來形成一種集成設(shè)計、歷史和狀態(tài)信息的工作流管理系統(tǒng)支持的業(yè)務流程創(chuàng)建仿真模型的新方法。

YAWL（Yet Another Workflow Language）是一種完全開源的新工作流程語言技術(shù)。它基于非常豐富的工作流定義語言，能夠捕獲各種任務之間的流依賴關(guān)系。從起初作為學術(shù)原型，YAWL已經(jīng)發(fā)展成為企業(yè)級工作流程引擎。過程挖掘框架ProM已經(jīng)擴展將三種類型的信息合并成一個單一的模擬模型。此外，ProM還用于以各種方式分析和比較日志。

2 實現(xiàn)過程

2.1 概述和示例

（1）概述。設(shè)計信息是靜態(tài)的，即是在設(shè)計時提供的支持流程和組織的規(guī)范。該信息用于創(chuàng)建仿真模型的結(jié)構(gòu)。歷史和狀態(tài)信息是動態(tài)的，即每個事件增加的歷史過程對當前狀態(tài)的改變。聚合這些歷史信息，用于在模擬模型中設(shè)置參數(shù)。例如，通過聚合歷史數(shù)據(jù)可以得出到達率和處理時間。通常，這些模擬參數(shù)對于個體變化不是很敏感。例如，平均處理時間通常僅在很長一段時間內(nèi)逐漸變化。

（2）示例。圖1所示為以YAWL工作流程模型表示的信用卡申請過程。申請人提交申請時，該過程開始。收到申請后，信用認證員將檢查申請信息是否完整。如果沒有，店員要求提供額外的信息，并等待，直到收到此信息后再繼續(xù)。對于完整的申請，店員進行進一步檢查以驗證申請人的收入和信用記錄。根據(jù)請求的貸款是否大（例如大于500美元）還是較小，執(zhí)行不同的支票。驗證的應用程序然后傳遞給管理員以決定是接受還是拒絕應用程序。在接受的情況下，申請人被通知該決定，并將信用卡交付給申請人。對于被拒絕的申請，申請人被通知該決定，過程結(jié)束。

這里我們假設(shè)這個示例工作流已經(jīng)運行了一段時間，設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)如下。

事件到達率：每周100次；申請工作時間：平均4個工作日；人員設(shè)置：8名員工，其中有3名擔任“經(jīng)理人”，7名擔任“職員”（一個人可以有多個角色）。

進一步假設(shè)，由于11月份宣傳圣誕促銷活動成功，每周信用卡申請數(shù)量暫時翻一番，達到200個。促銷期已經(jīng)結(jié)束，預計每周將減少到100個申請。但是，由于申請量的增加，該系統(tǒng)現(xiàn)在在不同的處理階段積壓了150個申請，其中一些已經(jīng)在系統(tǒng)中超過一周。從現(xiàn)在開始的兩個星期（“利益時間范圍”），管理層希望從當前狀態(tài)（“快進”）執(zhí)行模擬實驗，以確定是否可以及時清除積壓。

圖1 在YAWL中建立的信用申請流程

2.2 通過YAWL和ProM實現(xiàn)

（1）提取仿真的相關(guān)信息。工作流規(guī)范中的信息補充了從事件日志中獲取的歷史數(shù)據(jù)和組織模型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。在YAWL工作流程系統(tǒng)中，每當活動啟用、完成或取消，以及此事件發(fā)生的時間和參與的人員時，就會創(chuàng)建事件日志，另外還保留了在整個系統(tǒng)中輸入和使用的數(shù)據(jù)值的日志。因此，我們可以檢索有關(guān)執(zhí)行完成的流程實例的歷史數(shù)據(jù)。

（2）生成模擬模型。需要在ProM中執(zhí)行YAWL導入工作流程和組織模型以及事件日志并進行分析；將來自組織模型和日志分析的仿真相關(guān)信息整合到Y(jié)AWL模型中；YAWL模型必須轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)模型（因為YAWL是基于彩色Petri網(wǎng)發(fā)展而來）；最后，綜合轉(zhuǎn)換模型可以用彩色Petri網(wǎng)（CPN）模型表達。

（3）加載當前狀態(tài)。獲取有關(guān)當前狀態(tài)的以下信息，并作為模擬運行的初始狀態(tài)引入。

按照上述的仿真實驗，即由于積壓了150個申請，將包含這150個申請案例的狀態(tài)文件加載到模型中，并對未來兩周進行仿真實驗。同時還應向模型添加更多的資源，并觀察在這個時間范圍內(nèi)如何影響積壓和處理信用卡應用程序的吞吐量時間。

（4）分析模擬日志。從生成的CPN模型中模擬四種不同情況的過程：a.空的初始狀態(tài)（圖2中的empty）；b.在當前狀態(tài)文件中加載目前在系統(tǒng)中的150個應用程序，并且不對模型進行修改，（圖2中的as-is）；c.加載當前的狀態(tài)文件并添加4個額外的資源（2個角色為“經(jīng)理”，另外3個為“職員”），以幫助更快地清除積壓（圖2中的to be A）；e.加載當前狀態(tài)文件并添加8個額外的資源（4個角色為“經(jīng)理”，6名角色為“職員”） （圖2中的to be B）。

圖2表達了這4種情況之間的差異，它描繪了在未來兩周內(nèi)針對每個場景進行示例仿真運行的工作流系統(tǒng)中的案例數(shù)量（即申請信用卡）數(shù)量的發(fā)展。在場景1的情況下，模擬開始于系統(tǒng)中有0個信用卡應用程序。這既不反映正常情況，也不能捕捉目前積壓的案件。其他3種情況加載定義的初始狀態(tài)，其中包含假定當前在系統(tǒng)中的150個信用申請程序。此外，可以觀察到，在向流程添加額外資源的場景中，情況負載比沒有進一步干預更快地降低到正常水平。但是，情形B比A盡管添加了兩倍的資源，但是情形B的情況比A要好的多。這樣，我們可以以此來評估可能采取的措施對現(xiàn)有問題的影響，即可以根據(jù)比較不同的“假設(shè)”情景來估計實際效果。

圖2 針對不同場景的模擬過程中的應用數(shù)量

3 結(jié)束語

本文通過信用卡申請示例結(jié)合工作流管理系統(tǒng)YAWL和流程挖掘框架ProM介紹了在工作流環(huán)境下的操作決策仿真系統(tǒng)；對促進YAWL在仿真應用領(lǐng)域有重要參考價值，下一步需要繼續(xù)對YAWL仿真分析進行完善。

[1]W.M.P.van der Aalst,B.F.van Dongen,C.W.Günther,et al.ProM 4.0:Comprehensive Support for Real Process Analysis[C]//Petri Nets and Other Models of Concurrency（ICATPN）,2007.

[2]W.M.P.van der Aalst,A.H.M.ter Hofstede.YAWL:Yet Another Workflow Language[J].Information Systems,2005,30(4):245-275.

Research on Workflow Simulation Using YAWL and ProM

YIN Long (School of Economics and Management,Hebei University of Technology,Tianjin 300400,China)

Simulation is widely used in abstract steady-state business process analysis,which helps to initial business process design,but is not suitable for operational decisions and continuous improvement.This paper introduces the simulation system of operational decision support in the workflow management environment through the credit card application example.This method combines and extends the workflow management system YAWL and theprocessminingframework ProM,not only using the design of the workflow,but also recorded the description.The system observes the historical behavior of the data,as well as the current state of the workflow information.

YAWL;workflow;simulation

F273

A

1002-3100(2017)12-0036-02

2017-10-02

殷 龍（1993-），女，河北唐山人，河北工業(yè)大學經(jīng)濟管理學院碩士研究生，研究方向：運營管理、工程管理。