V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение

В современном мире существует множество различных метаязыков для описания тех или иных бизнес-процессов, в связи с чем могут возникнуть проблемы при выборе конкретного языка для рассматриваемой предметной области. Целью данной работы является разработка уникальной методики сравнения метаязыков, основанной на онтологиях. Процесс разработки состоит из двух этапов:

1. разработка онтологической метамодели языка моделирования;

2. формирование онтологии критериев сравнения.

Выполнение первого пункта позволит получить некий «идеал» метаязыка моделирования, учитывающий особенности конкретной предметной области, после чего предстоит оценить, насколько существующие метаязыки соответствуют заданному эталону. На втором этапе предлагается сравнить существующие метаязыки согласно множеству критериев, построенному на основе онтологии. Таким образом, появится возможность наглядно проанализировать плюсы и минусы существующих метаязыков, а также выдвинуть требования для идеального в своей предметной области метаязыка описания бизнес-процессов.

1. Обзор существующих метаязыков моделирования бизнес-процессов

При моделировании бизнес-процессов необходимо учитывать, чтобы выбранная технология позволяла понять процесс и желающим иметь лишь общее представление о нем, и тем, кому необходимо анализировать детали бизнес-процесса.

В ходе данной работы было проанализировано несколько технологий описания бизнес-процессов: DFD, WFD, IDEF, UML, eEPC, BPMN. Рассмотрим эти технологии более подробно.

Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram) используются для документирования механизмов передачи и обработки информации в моделируемой системе [1].

Эти диаграммы описывают работы, из которых состоит моделируемый бизнес-процесс, а также входы и выходы каждой из работ. При построении DFD-схемы бизнес-процесса следует понимать, что схема показывает материальные и информационные потоки, но ничего не говорит о временной последовательности работ. В большинстве случаев временная последовательность работ совпадает с направлением движения потоков в бизнес-процессе.

В диаграмме потоков работ появляются дополнительные объекты, с помощью которых описывается процесс: логические операторы, события начала и окончания процесса, а также элементы, показывающие временные задержки.

Логические операторы, которые еще называют блоками принятия решений, изображают альтернативы, которые происходят в процессе, показывая в каких случаях процесс протекает по одной траектории, а в каких – по другой. С помощью событий начала и окончания процесса можно указать, когда процесса начинается и когда завершается.

IDEF – методология для решения задач моделирования сложных систем, которая позволяет отображать и анализировать модели сложных систем в различных разрезах. При этом широта и глубина анализа процессов определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными.

IDEF0– Function Modeling – методология функционального моделирования и графическая нотация, предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов. Заметим, что в IDEF0 рассматриваются логические отношения между работами, а не их временная последовательность.

Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая нотация во многом похожа на нотацию диаграммы состояний, поскольку на этих диаграммах также присутствуют обозначения состояний и переходов. Каждое состояние на диаграмме деятельности соответствует выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее состояние выполняется только при завершении этой операции.

В контексте языка UML деятельность (activity) представляет собой совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом, приводящих к некоторому результату или действию (action). На диаграмме деятельности отображается логика и последовательность переходов от одной деятельности к другой, а внимание аналитика фокусируется на результатах. Результат деятельности может привести к изменению состояния системы или возвращению некоторого значения.

Нотация eEPC построена на определенных семантических правилах описания:

• каждая функция должна быть инициирована событием и должна завершаться событием;

• в каждую функцию не может входить более одной стрелки, «запускающей» выполнение функции, и из функции должно выходить не более одной стрелки, описывающей завершение выполнения функции. Бизнес-процесс в нотации eEPC представляет собой последовательность процедур, расположенных в порядке их выполнения.

В терминологии BPMN процесс является сложным действием, которое, в свою очередь, состоит из действий, переходов между ними и т.д. Процесс можно вызывать, приостанавливать, прерывать, также он может завершаться сам, процессы могут выполняться параллельно и обмениваться сообщениями.

Далее не будут рассматривать все существующие метаязыки. В рамках данной статьи мы остановимся на двух самых распространенных: Idef0 и DFD. Этого достаточно, чтобы показать метод сравнения, основанный на онтологическом подходе, остальные можно будет рассмотреть по аналогии.

1. Разработка онтологической метамодели

Под онтологией понимается формальное описание некоторой области знаний, которое включает в себя релевантные классы объектов, их таксономию (иерархию), связи и ограничения (аксиомы), принятые в этой области. Онтология явным образом определяет семантику данных. [3]

В процессном подходе для управления деятельностью и ресурсами применяется система взаимосвязанных операций [4], которые описывают последовательность выполняемых действий. Поэтому, мы выделяем класс Task, символизирующий операцию. В свою очередь, операции мы разделяем на протекающие мгновенно и не требующие каких-либо (материальных, физических и т.п.) затрат – InvisibleTask; и занимающие продолжительное время и требующие затрат – VisibleTask.

За выполнение каждой операции отвечает исполнитель (класс Performer), будь то человек (класс Person) или машина, компьютерная программа (Equipment).

В зависимости от внешне заданных условий или результатов выполнения предыдущих операций может измениться список операций, которые должны выполниться в дальнейшем, поэтому мы выделяем условия (класс Condition), как отдельную структуру.

Момент начала выполнения операции может задаваться извне. Для этого мы вводим механизм триггеров (класс Trigger). И распределяем триггеры на категории: запуск по наступлению определенного момента времени (TimeTrigger), запуск по приходу сообщения из внешней среды (MessageTrigger) и запуск по команде человека (UserTrigger).

Триггер также может задавать начало выполнения перехода, тем самым моделирую ситуацию, когда переход срабатывает независимо от результата выполнения предыдущего шага. Например, операция не завершена, но времени на ее продолжение больше нет, тогда триггер запускает срабатывание перехода в заранее определенное время.

На рис. 1 представлена онтологическая метамодель языка моделирования бизнес процессов.

Онтологическая метамодель языка моделирования

1. Сравнение существующих метаязыков на основе онтологической метамодели

Мы выделили необходимые критерии, которыми должны обладать языки моделирования бизнес-процессов. Сейчас, «наложив» конкретные языки на разработанную метамодель, мы может оценить степень соответствия данного языка предъявляемым требованиям.

Для сравнения представим нашу метамодель и рассматриваемый язык в виде графов онтологий, а оценивать будем меру соответствия. В основе оценки лежит метод определения изоморфизма графов, но с учетом того, что нам важно рассматривать соответствие не только вершин графов и связей между ними, но и их семантики. Если графы изоморфны, то рассматриваемый язык совпадает с разработанной метамоделью, что означает, он оптимально подходит для описания бизнес-процессов. Если графы не изоморфны, то оцениваем, насколько они похожи.

Таким образом, нам надо определить соответствие элементов рассматриваемого языка и определенной нами онтологии.

Вначале нотацию IDEF0. Язык включает следующие обозначения:

1. Функциональный блок.

2. Стрелки, входящие слева – входы.

3. Стрелки, входящие сверху – управления.

4. Стрелки, выходящие справа – выходы.

5. Стрелки, входящие снизу – механизмы.

В виде графа онтологии нотация IDEF0 представлена на

Онтологическая метамодель Idef0.

Теперь определим соответствия ().

Соответствие элементов IDEF0 и разработанной онтологии

Аналогичным образом рассматриваем DFD. Язык включает следующие обозначения:

1. Внешняя сущность

2. Системы и подсистемы

3. Накопитель данных

4. Поток данных

Соответствия представлены на рис. 4.

Теперь, когда задано отображение, видно, что не все элементы онтологической метамодели и графа онтологии можно сопоставить, сохраняя семантическую тождественность.

Чтобы определить, насколько рассматриваемый язык удовлетворяет требованиям, предъявленным онтологической метамоделью, необходимо задать метрику. В рамках этой метрики расстояние между языком описания бизнес-процессов и онтологией является мерой их соответствия: чем меньше расстояние, тем больше рассматриваемый язык подходит для моделирования бизнес-процессов в конкретной области.

В рамках данной статьи рассмотрим наиболее простую метрику: количество неотображаемых элементов, т.е. элементов, аналогов которым не было найдено. Находится как сумма «оставшихся» элементов онтологической метамодели и «оставшихся» элементов рассматриваемого языка. Чем ближе к нулю (нуль – граф онтологии и онтологическая метамодель изоморфны), тем точнее можно описать бизнес-процессы в нотации данного языка.

В нашем случае:

1. IDEF0: из 12 элементов онтологии 9 не отражены; из 5 элементов языка 1 не отражен. Итого, 9+1=10.

2. DFD: Из 12 элементов онтологии 10 не отражены; из 4 элементов языка 2 не отражены. Итого, 10+2=12.

Таким образом, нотация IDEF0 больше удовлетворяет требованиям, чем DFD. Аналогичным образом можно рассмотреть и другие языки моделирования бизнес процессов, чтобы выбрать наиболее подходящий.

1. Разработка онтологии критериев сравнения метаязыков

Одним из элементов онтологии являются классы (понятия). В рассматриваемой предметной области понятие представлено в виде описания критерия сравнения. Также элементами онтологии являются отношения (тип взаимодействия между понятиями предметной области). Отношения при создании онтологии возможны следующие: is_a, part_of, synonym_of [2].

В таблице 1 приведена построенная онтология критериев сравнения языковых средств. Суть разрабатываемой методики заключается в том, что в листовые вершины графа, помимо названий самих критериев, предлагается записывать удельный вес данного критерия. При этом сумма весов критериев листовых вершин должна быть равна единице. Пользователю самому предлагается расставлять веса исходя их своих предпочтений и целей исследования. При оценке того или иного критерия единица (1) обозначает полное соответствие критерию, одна вторая (0.5) – частичное соответствие, ноль (0) – несоответствие критерию.

Онтология критериев

Сравнение существующих метаязыков на основе онтологии критериев

	Вес	IDEF0	DFD
Наличие локализации
Наличие сопровождения
Наглядность («неизбыточность»)
Осуществление декомпозиции
Добавление инфор мационных объектов
Добавление атрибутов к различным элементам языка
Реализация агрегации
Реализация наследования
Реализация ассоциации
Возможность создания иерархии
Сумма

Рассмотрим пример сравнения метаязыков IDEF0 и DFD на основе разработанной онтологии критериев (таблица 2).

Сравнение метаязыков IDEF0 и DFD

	Вес	IDEF0	DFD
Наличие локализации		1	0.5
Наличие сопровождения		1	1
Наглядность («неизбыточность»)		1	1
Осуществление декомпозиции		1	0
Добавление инфор мационных объектов		1	1
Добавление атрибутов к различным элементам языка		0	0
Реализация агрегации		1	0
Реализация наследования		0	0
Реализация ассоциации		0	0
Возможность создания иерархии		0	0
Сумма		0.885	0.61

Предметной областью является кафедра информационных технологий в бизнесе НИУ ВШЭ – Пермь. На выходе мы получим две суммы – для языков IDEF0 и DFD – с учетом весов критериев. В общем виде для каждого языка сумма находится по формуле , где – количество критериев, – вес критерия, – оценка критерия. В данном случае язык IDEF0 более желателен для описания бизнес процессов кафедры, нежели DFD.

Заключение

В данной работе была представлена разработанная методология сравнения метаязыков описания бизнес-процессов, включающая два этапа: сравнение онтологических метамоделей языков моделирования и непосредственное сравнение метаязыков в соответствии с онтологией критериев сравнения. Для осуществления процессов сравнения были составлены онтологические метамодели двух языков моделирования: IDEF0 и DFD. Сравнение этих же языков было проделано на основе онтологий критериев сравнения.

Брагожаря разработанной методике, появилась возможность наглядно проанализировать плюсы и минусы существующих метаязыков, а также выдвинуть требования для идеального в своей предметной области метаязыка описания бизнес процессов.

Библиографический список

1. Бабкин Б.А. Сравнительный анализ языковых средств, применяемых в методологиях бизнес-моделирования / Э.А. Бабкин, В.П. Князькин, М.С. Шиткова // Междисциплинарный научно-практический журнал «Бизнес-Информатика», 2011. - №2(16): 31 – 42.

2. Ланин В. Онтологии как основа функционирования систем обработки электронных документов [Электронный ресурс]. URL: http://math.nsc.ru/conference/zont09/reports/60Lanin.pdf.

3. Лис К. Онтологическая интеграция данных моделирования для управления сервисно-ориентированной ИТ-инфраструктурой [Электронный ресурс]. URL: http://tvvlibrary.narod.ru/papers/2010/2_5.pdf (дата обращения: 14.02.2013).

4. Репин В.В., Елиферов В.Г. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес-процессов. М.: РИА "Стандарты и качество", 2004

Научный руководитель: доцент, к.ф.-м.н., доцент, Л.Н. Лядова

Код для цитирования: Скопировать