Концепция и методика автоматизированного формирования имитационных моделей деловых процессов

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 004.94

С.Н. Широбокова, С.М. Щербаков

КОНЦЕПЦИЯ И МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЕЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Статья посвящена вопросам автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов. Особенностями рассматриваемого подхода являются использование унифицированного языка моделирования UML для визуального представления деловых процессов и автоматизированное построение программного кода имитационной модели. Приведена формализованная метамодель, рассмотрены состав, структура и взаимосвязь компонентов имитационной модели. Описаны этапы имитационного моделирования деловых процессов в рамках предложенной методики.

Имитационное моделирование, деловые процессы, UML, автоматизированное построение.

S.N. Shirobokova, S.M. Shcherbakov

CONCEPTION AND PHILOSOPHY OF AUTOMATED FORMATION OF BUSINESS-PROCESS SIMULALATION MODELS

This paper is devoted to computer-aided syntheses of business-process simulation models. The main features of provided approach are using unified modeling language (UML) for business-process visualization and automatic building of simulation model program code. Described formal metamodel defines composition, structure and interconnection of simulation model components.

Stages of simulation model computer-aided design are given.

Simulation models, business-process, UML, computer-aided generation.

Сложность деловых процессов современных организаций и наличие значительной стохастической составляющей обусловливает эффективность использования имитационного моделирования для их анализа и совершенствования. Как правило, для визуализации структуры деловых процессов используются различные формализованные нотации, одной из которых является унифицированный язык моделирования UML. В рамках процессностатистического подхода [1, 2] UML-модели деловых процессов рассматриваются как основа для построения имитационных моделей. Предлагаемая концепция автоматизированного синтеза имитационных моделей позволяет автоматически формировать программный код имитационной модели по построенным UML-диаграммам.

М=< V,DUC,DÀ >

г

Г = ГиГ

I

Множество

переменных

т

V ,j = U-

Множество

переменных-

функций

Множество диаграмм прецедентов

___ Множество диаграмм

D ' деятельности

dk =< bsk,bfk,BOk,BCk,SWLk >

м) =<Ю],Р](У\0]{У)>

& ^ II

^ Выражение, | 1----

Идентификатор задающее

переменной взаимосвязь

переменной с другими переменными

у А _ | I  _ ^~[ ^Множество ’ переменных-аргументов

V? =</£„#„/>,

Идентификатор^ // переменной //

Закон распределения

Вектор параметров, длина которого определяется законом распределения

>

Выражение, описывающее верхний предел суммирования для использования механизма случайной суммы случайных величин

<ACp,UCp>

UCp={ucpw},w = l,

W„

Множество > прецедентов диаграммы

Множество связей типа «include»

^ ^pwh }’ { ^ pwh } ^

Диаграмма

деятельности, связанная

с данным прецедентом Множество пРеЦеДента

(описывает деловой связей типа

процесс, который «extend»

инициируется прецедента

прецедентом)

v АГЛ f ) , tjtac___^ Множество актеров

l^.AC/,={ac/mj,w = l,Wp ^

к ^

Блок начала

диаграммы деятельности^

V

Блок

окончания

диаграммы

деятельности

41

аср» =<Я?Р»'>1аЛи*|>

диаграммы

Численность экземпляров 1-^ {а1рм/к}, к =1, актеров данного вида ух I

Множество исходящих 1

„ ШрмН -<Vpwh’aUCpwh >

ассоциативных связей у у,1 \ \ 1

актера

Частота обращения Прецедент,

к прецеденту по данной на который ассоциативной связи указывает связь

Т ( ) -------- диаграммы

SWLk={swlb),n = \,NSWLk =>

Множество дорожек диаграммы деятельности

*wC/}>

/ юг 5 ( ті

# и,

Идентификатор Множество блоков, дорожки

^ВСк=ВС^ВС[:

і

относящихся к дорожке

Множество блоков ветвления диаграммы

деятельности Множество

, | _______ блоков

ВСк = \ bcfo\,t = \,TBCPk —вероятностных J, переходов

bel =<РСы(У\ш1^ш1^>

^ 4J.

Вероятность перехода Связи на на следующий блок следующие блоки по связи nxlkt

Множество блоков

вех =\bcïiU = \JBCCl

к УСЛОВИЯ

Ьсь =< >

II И

Выражение, определяющее Связи на

условие перехода по связи пу1кг следующие блоки

ВОк

& II

Переменная, определяющая ^ продолжительность Связь на

выполнения операции следующий блок

> Множество блоков раций диаграм] деятельности

Рис. 1. Концепция интеграции визуального и имитационного моделирования деловых процессов в виде формализованной метамодели

Информационные технологии

На рис. 1 представлена формализованная метамодель, обеспечивающая интеграцию визуального и имитационного моделирования деловых процессов, отражающая используемые компоненты, их взаимосвязи и позволяющая определить структурные и количественные параметры моделируемой системы.

В соответствии с рассматриваемым подходом сущности предметной области представлены в виде взаимосвязанных компонентов модели, на основе которых автоматически формируются фрагменты программного кода имитационной модели. В качестве таких компонентов выступают: диаграмма прецедентов и диаграмма

деятельности, блоки этих диаграмм, а также переменные различных видов. Диаграммы языка иМЬ описывают структуру деловых процессов [3], а переменные - их количественные характеристики (при этом могут быть учтены случайные факторы), что в комплексе позволяет обеспечить интеграцию визуального и имитационного моделирования деловых процессов.

Компоненты метамодели являются основой для автоматического построения программного кода имитационной модели по соответствующим алгоритмам [4].

Показанные на рис. 2 примеры фрагментов моделей деловых процессов из различных областей демонстрируют использование компонентов и некоторые распространенные конструкции.

модулей задачи, к итераций ]

Рис. 2. Представление компонентов деловых процессов в рамках предлагаемой концепции

Диаграмма прецедентов (рис. 2, а-в) позволяет описать изучаемую систему в целом. Выделяются внешние сущности системы (акторы), которые производят обращения к прецедентам (рис. 2, а). Прецеденты могут быть связаны между собой отношениями «include» (рис. 2, б) и «extend» (рис. 2, в). В соответствии с описанной метамоделью с помощью переменных задаются количественные параметры элементов UML-диаграммы.

При обращении к прецеденту инициируется деловой процесс. Для представления его структуры используется диаграмма деятельности (рис. 2, г-з). Операция процесса представлена в виде блока деятельности (рис. 2, г), для которого с помощью переменной задается время выполнения операции. Дорожки позволяют указать исполнителей, ответственных за выполнение операций (рис. 2, д). С помощью блоков условия можно отразить ветвления (рис. 2, ж) и циклы (рис. 2, е, з) делового процесса. При этом задаются количественные параметры (например, выбор следующей операции может происходить в зависимости от события с заданной вероятностью). Возможно отражение вложенности деловых процессов (рис. 2, з).

На рис. 3 приведена общая схема методики имитационного моделирования деловых процессов. Каждая плоскость рисунка соответствует очередному этапу методики.

Рассмотрим более подробно каждый из этапов методики.

Этап 1. Выделение основных деловых процессов. Деятельность предприятия структурируется в виде совокупности деловых процессов, важнейшие из которых подвергаются анализу и моделированию.

Этап 2. Обобщенное формализованное представление деловых процессов с помощью диаграммы прецедентов (Use Case Diagram) языка UML. Диаграмма позволяет указать границы изучаемой системы и зафиксировать выбранный способ ее декомпозиции на отдельные деловые процессы.

Этап 3. Определение статистических характеристик инициации деловых процессов. В рамках предложенного подхода с помощью диаграммы прецедентов задаются частотные и вероятностные характеристики инициации деловых процессов. Для каждого актора указывается число экземпляров, каждой связи актора с прецедентом ставится в соответствие значение частоты обращения, задаются вероятности обращения для связей «extend».

Оценка частоты инициации процессов и вероятностей различных вариантов их исполнения может быть проведена на основе методов выборочных наблюдений на рабочих местах, опроса экспертов или анализа количественных характеристик документооборота организации.

Этап 4. Детальное представление структуры деловых процессов с использованием диаграмм деятельности (Activity Diagram) языка UML. На данном этапе задается последовательность функциональных операций (рис. 4), определяются различные варианты исполнения делового процесса с помощью ветвлений и циклов, посредством механизма дорожек указываются исполнители операций (например, изображенный на рис. 4 деловой процесс затрагивает несколько исполнителей - дорожки позволяют отслеживать затраты труда/стоимость по каждому из них за заданный период времени).

Этап 5. Определение количественных характеристик исполнения деловых процессов. На этом этапе в первую очередь определяется продолжительность выполнения функциональных операций. С операцией связана переменная имитационной модели, значение которой соответствует затратам труда на выполнение этой операции или ее стоимости, что позволяет учесть случайный характер выполнения операции (значение переменной может быть получено в соответствии с заданным законом распределения и его параметрами или рассчитано на основе других переменных).

Для оценки продолжительности выполнения функциональных операций может использоваться метод хронометража на рабочем месте или опрос экспертов (в этом случае эксперты задают минимальное, максимальное и наиболее вероятное время, необходимое для выполнения операции).

Рис.3. Методика имитационного моделирования деловых процессов

Помимо временных характеристик задаются параметры, определяющие ход исполнения делового процесса: значение вероятности для блоков условий и число итераций для циклов. При этом число итераций также может быть случайной величиной,

например, при выполнении заказа нужно обработать каждую товарную позицию, число которых может быть случайным.

На рис. 4 время выполнения операций представлено в виде блоков комментария языка иМЬ, при этом указан закон распределения и его параметры. Для операции Б4 закон распределения задан таблично. Операции Бб поставлена в соответствие переменная-функция.

Этап 6. Конструирование модели с помощью СЛ^Е-средства. Для построения иМЬ-моделей и для автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов может быть использован конструктор [5], реализующий предлагаемую концепцию.

Сотрудник группы страхования

Сотрудник группы оценки

Кассир

Р1 Прием заявления на заключение договора ОСАГО . по установленной форме Т и необходимых документов

Треугольное

[договор страхования заключается 1 впервые или предыдущий договор I заключался у того же страховщика, | вероятность 75%%

[иначе, вероятность 25%\ 1-2 Анализ сведений из страховой истории, предостав ленных заявителем

і

"Г

Равномерное

Р3 Проверка документов, предоставленных заявителем I

Треугольное

[иначе,

I вероятность 50

0,25  0,20 0,15

_

0,1 0,05 || 50 6 70 7 7 7 "ТЛ у 80 90 100 110 120 Г

Треугольное (10,

[необходим осмотр транспортного средства, вероятность 50% ]

Осмотр транспортного средства по месту нахождения

±_

Р5 Расчет страховой суммы и страховой премии

ы

Оформление страхового полиса

^ ~ Р6 Выдача страхователю дополнительных документов по страхованию

5!

)!.......га

Прием оплаты страховой премии V (РРОС2)с^

Рис. 4. Пример представления делового процесса в виде диаграммы деятельности

Этап 7. Автоматическая генерация программного кода имитационной модели. После построения модели в соответствии с предложенной концепцией и определения количественных параметров осуществляется автоматическое построение программного

кода. Для каждого компонента модели производится синтаксический анализ и формирование соответствующего ему фрагмента программного кода. Далее следует сборка программного кода. Используется рекурсивный метод обхода компонентов с учетом связей композиции и зависимости между ними [4].

Этап 8. Проведение имитационного эксперимента, статистическая обработка результатов моделирования и их интерпретация. Проведение имитационного моделирования дает возможность оценки трудозатрат на исполнение деловых процессов.

Полученные результаты позволят решить ряд задач [2]:

- проведение объективного анализа степени загрузки персонала;

- выявление наиболее трудоемких подмножеств операций и процессов;

- оценка вероятности выполнения рассматриваемого процесса за заданное время;

- расчет необходимой для выполнения конкретного делового процесса численности работников;

- выявление резервов повышения производительности труда.

Разработанный на основе предложенной концепции инструментальный комплекс поддерживает следующие возможности [б]:

- визуальное построение ЦМЪ-диаграмм деловых процессов;

- определение временных и частотных параметров модели с помощью переменных;

- автоматическое построение программного кода имитационной модели;

- планирование и проведение имитационного эксперимента;

- статистический анализ результатов имитационного моделирования.

Таким образом, использование метода автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов на основе языка ЦМЪ позволяет: определить затраты труда или стоимость исполнения делового процесса или их группы за период времени; оценить затраты труда по исполнителям или отделам; получить закон распределения выходного параметра (затраты труда, материалов или стоимость); оценить эффективность возможных изменений, в частности, связанных с внедрением

информационных технологий.

Рассмотренный инструментарий дает возможность руководству предприятия определить рабочую загрузку структурных подразделений, выявить неэффективно используемые трудовые ресурсы, сравнить возможные варианты реорганизации деловых процессов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хубаев Г.Н. Построение имитационных моделей для оценки трудоемкости

деловых процессов с использованием языка ЦМЪ: препринт / Г.Н. Хубаев,

С.М. Щербаков. Ростов-н/Д: РГЭУ «РИНХ», 2004. 80 с.

2. Хубаев Г. Н. Процессно-статистический подход к учету затрат ресурсов при оценке (калькуляции) себестоимости продукции и услуг: особенности реализации, преимущества / Г.Н. Хубаев // Вопросы экономических наук. 2008. № 2. С. 158-166.

3. Моделирование деловых процессов в налоговых инспекциях / А.Б. Паскачев, Ю.Д. Джамурзаев, Г.Н. Хубаев, С.Н. Широбокова; под общ. ред. Т.В. Шевцовой, Д. А. Чушкина. М.: Изд-во экономико-правовой литературы, 2006. 304 с.

4. Хубаев Г. Н. Автоматизированный синтез имитационных моделей деловых процессов / Г.Н. Хубаев, С.Н. Широбокова, С.М. Щербаков // Известия вузов. СевероКавказский регион. Технические науки. 2008. № 4. С. 73-79.

5. Хубаев Г. Н. Конструктор имитационных моделей деловых процессов / Г.Н. Хубаев, С.М. Щербаков, А.Л. Шибаев // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2005612262. М.: РОСПАТЕНТ, 2005.

6. Широбокова С. Н. Возможности метода и программного комплекса

автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов /

С.Н. Широбокова, С.М. Щербаков // Компьютерное моделирование 200B: Междунар. науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 200B. С. 259-2бВ.

Широбокова Светлана Николаевна - Shirobokova Svetlana Nikolayevna

кандидат экономических наук, доцент кафедры Candidate of Economic Sciences,

труды

«Автоматизированные системы управления» Южно-Российского государственного технического университета

Щербаков Сергей Михайлович -

кандидат экономических наук, доцент кафедры «Экономическая информатика и автоматизация управления»

Ростовского государственного экономического университета «РИНХ»

Assistant Professor of the Department of «Automated systems of management» of South Russian State Technical University

Shcerbakov Sergey Mikhailovich -

Candidate of Economic Sciences,

Assistant Professor of the Department of «Information science in economics and automation of management» of Rostov State University of Economics «RIPE»

Статья поступила в редакцию 16.07.0S, принята к опубликованию 05.09.0S