Методи, моделі та засоби проектування і управління бізнес-процесами для організаційно-технічних об’єктів управління

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Методи, моделі та засоби проектування і управління бізнес-процесами для організаційно-технічних об'єктів управління

Ульяницька К.О.

Спеціальність 05.13.06 - інформаційні технології

Київ - 2010

Вступ

Актуальність теми. Сучасне процесне управління підприємствами і організаціями включає в себе управління гнучкими бізнес-процесами, орієнтованими на користувача і мінливими під впливом внутрішніх і зовнішніх чинників. В умовах жорсткої конкуренції підприємству для забезпечення ефективності і конкурентоздатності необхідно швидко реагувати на зміни бізнес-правил, які визначаються політикою і стратегією підприємства, законодавчим полем, стандартами діяльності та іншими чинниками і адаптувати до них системи управління (СУ).

Задачами моделювання і управління бізнес-процесами підприємств, активно займаються дослідники в Україні, Росії та інших країнах світу. Зокрема, д.т.н., проф. Бондаренко М.Ф., д.т.н., проф. Маторин С.І., д.т.н., проф. Чалий С.Ф., к.ф.-м.н., доц. Гудов А.М., к.т.н. Завозкин С.Ю., к.е.н. Трофимов С.Н., проф. д-р. Weske M. та багато інших.

Особливістю організаційно-технічних об'єктів управління (ОТОУ) є необхідність організації і управління бізнес-процесами з урахуванням організаційної і виробничої структури об'єкту, змінності виробничих і технологічних процесів, номенклатури продукції та інших чинників. Проблематика ефективної організації і управління бізнес-процесами у таких умовах перетворюється у постійний важіль впливу на творчу активність управлінського персоналу і фахівців з інформаційних технологій (ІТ).

Реорганізація та управління бізнес-процесами націлені на підвищення ефективності бізнес-процесів та ефективності діяльності підприємства в цілому базується на сукупності заходів із удосконалення СУ і технологій діяльності підприємства і орієнтовані на стратегію розвитку підприємства. Вони вимагають багато ресурсів і часу, мають бути зваженими і вчасними з огляду на зміни у структурі, цілях, середовищі, застосування нових технологій, тощо.

У той же час розроблення підходів до реорганізації і управління гнучкими бізнес-процесами, які змінюються у відповідності із зовнішніми впливами і внутрішніми змінами на підприємстві, є недостатньо дослідженою галуззю.

Таким чином, актуальною є проблема проектування та управління бізнес-процесами у широкому класі ОТОУ в умовах змінності зовнішнього середовища і бізнес-системи. Зазначені питання становлять сутність досліджень цієї дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика роботи включена в науково-технічні плани кафедри автоматики та управління в технічних системах Національного технічного університету України "КПІ". Робота виконувалась в рамках таких держбюджетних і договірних науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт:

науково-дослідна робота "Математичні моделі перетворювачів чистоти рідких продуктів на основі кондуктометричних та рефрактометричних методів", 2004-05 р.р., РК №0104U000738;

науково-дослідна робота "Моделі і методи адаптивної технології швидкої розробки, реалізації та підтримки розподілених застосувань", 2006-07 р.р., РК № 0106U002269;

науково-дослідна робота "Розробка методів і засобів управління функціонуванням інформаційно-телекомунікаційних систем ", 2008-09 р.р., РК № 0108U000490.

Мета і завдання дослідження.

Метою роботи є скорочення строків проектування і реалізації систем управління бізнес-процесами (СУБП) і зниження витрат, пов'язаних з впровадженням, експлуатацією і розвитком СУБП для ОТОУ в умовах змінності зовнішніх і внутрішніх чинників за рахунок розроблення і використання гнучких моделей і методів описання, перетворення і управління виконанням системи бізнес-процесів на основі ресурсного підходу.

Завдання, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети:

Аналіз бізнес-процесів ОТОУ, засобів їх формального описання та існуючих підходів до побудови, впровадження і експлуатації СУБП.

Розроблення логічних моделей бізнес-процесів та управління ними в детермінованих та недетермінованих умовах.

Розроблення методів аналізу бізнес-правил ОТОУ на несуперечливість та автоматизованого поповнення бази логічних правил на основі аналізу дій кінцевих користувачів бізнес-процесів.

Розроблення механізму виведення для логіки управління бізнес-процесами в СУБП для ОТОУ.

Розроблення моделей, методів та алгоритмів розподілу ресурсів, які забезпечують підтримку та виконання бізнес-процесів.

Розроблення інструментальних засобів проектування і реалізації СУБП.

Експериментальне дослідження застосування розроблених інструментальних засобів проектування і реалізації СУБП.

Об'єкт дослідження дисертаційної роботи - процеси проектування, реалізації, впровадження, експлуатації і розвитку систем управління бізнес-процесами.

Предмет дослідження - методики, математичні моделі, методи та інструментальні засоби проектування, реалізації, впровадження, експлуатації і розвитку систем управління бізнес-процесами.

Для досягнення мети і вирішення задач дисертаційного дослідження в роботі застосовані такі методи досліджень, обумовлені характером проблем, що виникли в процесі виконання роботи:

методи загальної теорії систем, теорії множин, аналітичного моделювання - для аналізу бізнес-процесів як об'єкту управління, оцінювання ефективності бізнес-процесів, розроблення концепції управління бізнес-процесами;

методи математичної логіки - для розроблення моделей і методів управління бізнес-процесами, методів аналізу бізнес-правил на несуперечливість;

методи штучного інтелекту (моделі і методи нечіткого виведення) - для розроблення моделей і методів управління бізнес-процесами в умовах невизначеності;

методи математичного програмування - для розроблення методів розподілу ресурсів, які забезпечують підтримку та виконання бізнес-процесів.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено нову логічну модель описання та управління бізнес-процесами в детермінованих та недетермінованих умовах та новий метод виведення на основі встановленої в роботі ознаки суперечливості множини клауз у матричній формі, що дозволяє описувати бізнес-процеси, змінювати їх структуру, контролювати суперечливість системи бізнес-правил при появі нових правил, будувати плани виконання бізнес-процесів та управляти їх реалізацією.

Розроблено новий підхід до багатокритеріального нечіткого оцінювання бізнес-процесів, який полягає у визначенні за допомогою трикутних функцій належності індексів значущості бізнес-процесів з врахуванням суб'єктивних оцінок експертів та об'єктивних обмежень на ресурси, що дозволяє задачу оптимізації процесу розподілу ресурсів сформулювати і вирішити як задачу булевого програмування.

Розроблено новий підхід до автоматизованого планування і виконання бізнес-процесів на основі комплексу моделей розподілу і управління ресурсами ІТ-інфраструктури СУ і відповідних методів вирішення задач планування, управління і диспетчерування ресурсами і навантаженням.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані в дисертаційній роботі результати можуть бути використані при автоматизації проектування та управління системою бізнес-процесів в організаційно-технічних об'єктах управління зі складною організаційною структурою і можливими змінами в основній діяльності. Розроблені моделі, методи та засоби дозволяють реалізувати механізми проектування та управління системою бізнес-процесів важливого класу об'єктів управління, як в детермінованих умовах, так і в умовах невизначеності.

Практичне значення роботи полягає у можливості розробляти та впроваджувати нові бізнес-процеси, швидко їх удосконалювати, створювати та управляти системами бізнес-процесів.

Запропоновані методика та інструментальні засоби дозволяють скоротити час розроблення і впровадження СУБП і зменшити витрати, пов'язані з розробленням, впровадженням та експлуатацією СУБП для ОТОУ.

Результати дисертаційної роботи використані при створенні програмного забезпечення SmartBase.СУБП, яке знайшло застосування при створенні СУБП для ряду ОТОУ. Крім того, SmartBase.СУБП впроваджене у робочі процеси розробників автоматизованих СУ ТОВ "БМС Консалтинг" та ТОВ "ІКС-Техно", що підтверджене відповідними актами впровадження результатів. Математичні моделі і методи та технологія проектування бізнес-процесів і управління ними використані в навчальному процесі кафедри автоматики та управління в технічних системах НТУУ "КПІ".

Основні положення роботи можна застосувати для:

- проектування автоматизованих СУ, інформаційних та інформаційно-телекомунікаційних систем для розподілених об'єктів управління різних класів;

- створення, підтримки та розвитку інформаційно-телекомунікаційних систем та їх базових компонентів;

- автоматизації проектування і формалізованого представлення бізнес-процесів;

- розвитку формальних засобів та відповідних механізмів представлення і проектування бізнес-процесів і на їх основі розроблення та дослідження нових технологій проектування і формалізованого представлення бізнес-процесів;

- аналізу та оптимізації бізнес-процесів в управлінській діяльності підприємств і організацій.

Особистий внесок здобувача. До основних результатів дисертаційного дослідження, отриманих автором, належать:

- запропонований матричний метод виведення для клаузальної логіки, основна ідея якого полягає в використанні матричного представлення вихідних даних і реалізації методу резолюцій у вигляді операції множення матриць;

- запропонована модифікація методу формального описання і перетворення моделей бізнес-процесів на основі матричного алгоритму побудови мереж Петрі;

- запропонований метод створення СУБП на базі формально-логічних моделей, формально-логічна модель роботи з бізнес-процесами;

- реалізація на базі адаптивної технології SmartBase запропонованого підходу до побудови бізнес-процесів і формально-логічної моделі роботи з бізнес-процесами в детермінованих і недетермінованих умовах на прикладі системи електронного документообігу;

- запропонований метод вирішення задачі розподілу ресурсів між бізнес-процесами на основі багатокритеріального нечіткого оцінювання бізнес-процесів;

- запропонована модель планування розподілу ресурсів при надлишку ресурсів;

- запропоновані, досліджені і впроваджені інструментальні засоби планування та виконання окремих робіт для визначення, перетворення і управління виконанням бізнес-процесів типового ОТОУ.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації розглядалися і обговорювалися на засіданнях кафедри автоматики та управління в технічних системах НТУУ "КПІ". Матеріали дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на конференції "Інженерія програмного забезпечення 2006" (Київ, Конча-Заспа, 25 - 29 вересня, 2006 р.), п'ятій міжнародній науково-практичній конференції з програмування УкрПРОГ'2006 (м. Київ, травень, 2006 р.); "6th International Conference on Information Systems Technology and its Applications" (Харків, НТУ "ХПІ", 23 - 25 травня, 2007 р.), шостій міжнародній науково-практичній конференції з програмування УкрПРОГ'2008 (м. Київ, травень, 2008 р.), конференції "Управління бізнес-процесами в банківській сфері діяльності" (м. Київ, 24 квітня, 2009 р.), XVI Всеукраїнській науковій конференції "Сучасні проблеми прикладної математики та інформатики" (м. Львів, 8 - 9 жовтня, 2009 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 статей в журналах і збірниках наукових праць, що входять до переліку ВАК, 3 у працях або тезах доповідей міжнародних і національних конференцій. Основні результати відображені у публікаціях у фахових журналах, які охоплюють усі положення, що виносяться на захист.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота викладена на 185 сторінках, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел на 135 найменувань, двох додатків. Робота містить 65 рисунків і п'ять таблиць.

1. Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі досліджень, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, наведено дані про впровадження результатів роботи, публікації і особистий внесок автора.

Перший розділ присвячено огляду та аналізу проблем управління бізнес-процесами ОТОУ. Виконано огляд існуючих рішень з побудови систем управління бізнес-процесами ОТОУ. У першому підрозділі вводяться основні поняття для визначення системних характеристик ОТОУ, пов'язаних із реалізацією процесного підходу до управління об'єктами цього класу. Другий підрозділ присвячено аналізу проблем управління ОТОУ. У третьому підрозділі здійснюється огляд існуючих рішень і підходів до побудови системи управління бізнес-процесами.

Другий розділ присвячено розробленню моделей і методів описання і управління бізнес-процесами. Запропонована концепція управління бізнес-процесами, яка ґрунтується на комплексному охопленні усіх стадій роботи з бізнес-процесами і розглядається у розрізі процесно-орієнтованої інфраструктури. Зазначена інфраструктура становить основу функціонування СУ ОТОУ, формуючи додатковий архітектурний шар, відповідальний за управління програмними інтерфейсами, які пов'язують користувачів застосування, бізнес-процеси і компоненти інформаційно-телекомунікаційних систем.

Управління бізнес-процесами ґрунтується на ланцюжку таких передумов: підвищення продуктивності підприємства як складної системи вимагає її раціональної побудови; процесне управління є найсучаснішою концепцією для такої побудови; як дисципліна, управління бізнес-процесами забезпечує підтримку системного підходу до реалізації процесного управління.

Для керування продуктивністю більшість підприємств використовують принцип зворотного зв'язку, що дозволяє адаптуватися до зовнішньої бізнес-екосистеми шляхом виконання певної послідовності дій. Такий підхід базується на описанні процесів і середовища, як основі побудови СУБП, що дозволяє моделювати, автоматизувати, виконувати, контролювати, вимірювати й оптимізувати потоки робіт, що охоплюють програмні системи, співробітників, клієнтів і партнерів у межах і поза границями підприємства. СУБП розглядає всі операції з бізнес-процесами (моделювання, виконання і т.п.) як єдине ціле (рис. 1).

Основні труднощі оптимізації діяльності такого підприємства полягають у тому, що різні частини бізнес-системи використовують різні суб'єктивні описи того самого бізнес-процесу (БП).

У розділі побудовано логічну модель управління бізнес-процесами на основі процесного підходу. На прикладі конкретних бізнес-процесів побудована узагальнена модель руху об'єктів бізнес-процесів типового ОТОУ. Розроблено логічні моделі представлення бізнес-правил типового ОТОУ. Запропонована формальна логіка управління бізнес-процесами, яка дозволяє визначити процес управління діяльністю як процес планування і виконання процедур бізнес-процесів. Від подібних логік її відрізняють; виділення двох формалізмів; дворівневість формалізму планування дій; облік даних стану процесів; широкий підхід до визначення передумов та постумов переходів; формалізація понять досяжності мети в термінах планів; припущення про негативний результат дій.

В розділі розглянуте формальне перетворення моделей бізнес-процесів з графічних моделей бізнес-процесів (на прикладі діаграми в нотації ARIS EPC) до зручнішого для управління вигляду за допомогою апарату мереж Петрі.

Оскільки у цій роботі передбачається розглядати управління процесами, не обмежених ресурсами, то для досягнення мети дослідження прийнято звичайну ("одноколірну") "безпечну" мережу Петрі. Якщо ж ресурси СУ обмежені, то засоби управління ресурсами СУБП вибирають в межах обмежених ресурсів найважливіші бізнес-процеси, які при виконанні мають достатньо ресурсів

Рис.1 Узагальнена структура бізнес-системи підприємства із описовою частиною

Було розглянуто клас систем У0, функціонування яких полягає у виконанні заявок, що поступають на вхід, мережа якого є визначеною. Виходячи з концепції подійного підходу, функціонування систем цього класу представлено послідовністю подій, які настають за наявності відповідних умов. Подія, яка настала, змінює умови, що дає можливість настати новим подіям, і т.д. Тоді системи класу У0 можуть бути описані у вигляді такої мережі Петрі:

У0 = {и, P0, T0, F0, M0(и)},

де и - дискретний час, и = 0,1,2,...;

P0={p1,..., pn} - множина вузлів, які називаються позиціями;

T0={t1,...,tm} - множина вузлів, які називаються переходами;

F0 = F0p U F0t - функція інцидентності;

Fop = ||f ijp|| - n Чm матриця, Fot = ||f jit|| - mЧ n матрица, fijp ? 0 - кратність дуги від pi до tj, fjit ? 0 - кратність дуги від tj до pi, i = 1,..., n, j = 1,...,m.

Кожна позиція pi у момент часу и може містити деякий цілочисельний ресурс mi(и) ? 0. Сукупність цих ресурсів утворює вектор маркування мережі У0:

M0(и ) = [ m1(и), m2(и),…, mn(и)].

Початкове маркування M0(0) = [m10(0), m20(0),..., mn0(0)] визначає наявність ресурсів в позиціях pi, i = 1,..., n у момент старту системи.

Функціонування мережі Петрі полягає у зміні маркування M(и) шляхом спрацювання переходів. Перехід tj може спрацювати в момент и, якщо:

mi(и) ? fijp, i = 1,...,n.

Але у багатьох випадках визначення складних розгалужених бізнес-процесів вимагає додаткових засобів описання умов, як виконання окремих робіт бізнес-процесів, так і переходів між бізнес-процесами. Доцільним є застосування для описання умов засобів клаузальної логіки, механізми виведення якої становлять основу для управління виконанням бізнес-процесів.

В розділі розглянуті етапи планування виконання задачі і виконання окремих робіт, що передбачають наявність затвердженої схеми взаємодії бізнес-процесів, які здійснюються в організації. Можливість здійснення переходів між станами з перевіркою виконання зазначених умов можна формально визначити за допомогою відповідних правил. Для логічної моделі управління бізнес-процесами правила здійснення переходів мають вигляд клауз Хорна:

В1 < А1, А2,…, Аn,

де висновок В1 клаузи описує стан, в який переходить бізнес-процес, а засновки А1, А2,…, Аn описують стан, в якому перебуває бізнес-процес і згадані вище умови переходу.

Семантику клаузи розуміємо традиційно - висновок В1 виконується, якщо виконуються умови А1, А2,…, Аn.

Запропонований формалізм поєднує підходи Мак-Карті та Хайеса на основі врахування ситуацій, логіку переходів У. Бібела, що трактує стани як ресурси, споживані діями і підхід, побудований на обліку знань агентів.

В якості моделі формальної системи в роботі використовуються моделі в термінах універсуму об'єктів, відношень і операцій на ньому, а також загальноприйнятих моделей переходів.

У першому випадку на нижньому рівні аксіоматизується універсум об'єктів СУ, до якого належать власне об'єкти, стани, події і процедури. На множині Щ власне об'єктів щ1, щ2, …., які називаються індивідами, визначена система У типів. На множинах процедур, станів і подій , елементи яких позначимо 1, 2, …, 1, 2,… і 1, 2,… відповідно, також визначені деякі системи , і типів відповідно.

На універсумі визначена система С відношень 1, 2, …, до яких належать універсальні (рівність, строгий і нестрогий порядки, включення) і специфічні (таксономічні, характеристичні, оцінювання, тощо). Система 1 відношень визначена на множині типів.

На універсумі визначена система Ц операцій, серед яких функціональні перетворювачі, конструктори, розпізнавачі об'єктів. Система 1 операцій визначена на множині типів (обмежувачі, розширювачі, сума і добуток типів, перетворювачі типів).

На верхньому рівні аксіоматизується універсум схем виконання бізнес-процесів. Схема виконання БП визначена як спеціальна конструкція, яка включає об'єкти, стани, події і процедури бізнес-процесів. На універсумі , елементи якого позначені 1,2,…, також визначені система 2 відношень і система 2 операцій. До перших належать рівність, строге і нестроге включення, досяжність. До других належать композиція, додавання і вилучення елементу із схеми.

У другому випадку визначимо модель функціонування типу системи переходів. Нехай - універсум станів, який може бути нескінченим, r - його потужність, T - скінчена множина переходів: T (: 2), - підмножина початкових станів (). Кожний стан характеризує стан ОТОУ. Для кожного стану , якщо () = , не застосовне при цьому стані , а якщо () і виконується подійна умова (,) здійснення стану для , то застосовне при цьому стані . Нехай Ti - множина переходів , застосовних при заданому стані i.

Реалізацією назвемо послідовність станів і переходів : 0 1 2 …, яка задовольняє умови: 1) ініціалізації (0 ); 2) можливості переходів (i (i+1 (i)); 3) істинності (виконання (,) для кожного стану і переходу послідовності); 4) завершення: закінчується в k і (T & ((k) = )).

Формалізм призначений для відповіді на запити, які специфікують початковий і цільовий стани і передбачають пошук чи побудову деякої схеми виконання БП, реалізація якої забезпечить перехід ОТОУ із початкового стану у цільовий. Щоб наблизити планування до реальності, введемо елементи, які забезпечують умовність, ітеративність, використовуючи конструкції теорії програмування: базових процедур, у тому числі порожньої процедури nil і виходу із схеми exit, умовного переходу і циклу. Враховуючи роль композиції, визначимо схему виконання БП наступним чином: 1) будь-яка процедура є схемою; 2) якщо 1, 2 - схеми, то 12 - схема; 3) якщо 1 - процедура, 1, …,n - стани, 1, …,n - схеми, то case (1, (1, 1), …,(n, …,n) - схема; 4) якщо 1 - схема, а 1 - стан, то while (1, 1) - схема.

Третій розділ присвячено розгляду основ застосування нечітких логік для управління бізнес-процесами в умовах невизначеності. Запропонований метод виведення на основі встановленої в роботі ознаки суперечливості множини клауз у матричній формі, що дозволяє описувати бізнес-процеси, змінювати їх структуру, контролювати суперечливість системи бізнес-правил при появі нових правил. Розроблений метод розподілу ресурсів, задіяних в функціонуванні бізнес-процесів. Представлений підхід до розв'язання проблеми розподілу і управління ресурсами, запропоновані математичні моделі планування розподілу ресурсів при обмежених ресурсах та при їх надлишку.

Однією із проблем створення застосувань є робота в умовах невизначеності, неточності, неповноти інформації. У дисертаційній роботі для роботи з нечіткою інформацією використовується нечітка логіка. Пропонуючи апарат визначення чисельних значень нечіткості, обчислення виразів з елементами нечіткості, вона дає можливість знаходить рішення навіть у випадку недостатності даних.

Бізнес-правила (правила) становлять собою вирази з імплікацією різної складності, що задаються експертами. Оскільки в цих правилах присутні нечіткі поняття, вони можуть мати більш ніж один можливий наслідок. Кожному із наслідків, в свою чергу, може бути приписана оцінка впевненості в тому, що буде мати місце саме цей наслідок.

Припустимо, що існує множина правил вигляду:

(A1 A2 …) > (B1 B2 …),

де А1, A2,… - це умови правила, B1, B2,… - можливі наслідки.

Для кожного наслідку експертами визначена оцінка упевненості в тому, що він має місце для виразу, який задовольняє умови правила. Наслідки правила можуть становити умови для інших правил, і таким чином ми отримуємо ланцюжки правил. Кожному наслідку визначена оцінка впевненості в інтервалі [0,1]. Якщо умова має один наслідок, його оцінка впевненості не обов'язково дорівнює 1.

В більшості випадків існує дві і більше можливих послідовностей застосування правил виведення. Якщо відомо, що впевненість в А1 дорівнює k, а впевненість в А1>А2 дорівнює l, то для подальших обчислень по ланцюжку чи (в випадку, якщо А2 - кінцева точка) отримання кінцевої впевненості в доцільності застосування цього ланцюжка правил необхідно мати оцінку впевненості в A2.

Щоб отримати оцінку для A2, позначимо за допомогою а "не а", a b - "або", a b - "і", a > b - імплікацію "якщо a, то b". У теорії нечітких множин а = 1 - a. Логічному виразу "і" відповідає операція , а виразу "або" - операція . Ці операції визначаються через T-норми (позначаються знаком *T) і T-конорми (позначаються знаком +T) відповідно. Найпоширенішими є такі визначення Т-норм і Т-конорм:

a *T b = ab; a +T b = a + b - ab,

a *T b = min{a, b}; a +T b = max{a, b}.

Оскільки a > b = a b, узагальнимо вираз імплікації на випадок нечітких множин:

(А1>А2)(х) = А1(x) A2(x),

де через х позначені конкретні умови, а Ai(x) - чисельні оцінки ступеня впевненості в умові/наслідку Ai.

Невідоме значення - чисельна оцінка А2. Позначимо:

А1(x) = k

(А1>А2)(х) = l

Застосовуючи визначення операторів (2) і перетворюючи вираз, одержимо:

l = 1 - k + A2(x) - (1 - k) A2(x)

l = 1 - k + A2(x)(1 - (1 - k))

l = 1 - k + A2(x) k

A2(x) = (l - 1+ k) / k

Оскільки формула (5) може дати від'ємні числа, якщо (k+l) < 1, вона не підходить для обчислення впевненості. Застосовуючи визначення операторів (3) і перетворюючи вираз, отримаємо:

l = max ((1 - k), A2(x))

Виходячи з формули (6), значення A2(x) можна обчислити підбором, який може дати більш ніж один результат. Отже, традиційним підходом задача обчислення A2(x) вирішується не однозначно і не у всіх випадках. Наведені недоліки виключаються, якщо обчислення виконувати за такою схемою:

Крок 1. Розглядати лише правила вигляду (1), в яких консеквент містить не більше одного можливого наслідку;

Крок 2. Якщо |>k А позначає твердження про те, що А має місце зі ступенем впевненості k, то ступені впевненості обчислювати за допомогою формул:

а) якщо |>k P і |>l Q, то |>kl PQ;

б) якщо |>k P і |>l Q, то |>kl PQ;

в) якщо |>k P і |>l PQ, то |>kl Q;

Крок 3. Перебір всіх можливих ланцюжків замінити застосуванням матричного методу виведення.

На кроці 2 у випадку б із двох способів визначення операцій і приймемо визначення (3). При виборі визначень (2) необхідно впевнитися, що результати не принесуть чисел, які виходять за межі діапазону [0,1]. Для a *T b = min{a, b} найбільше можливе значення a і b дорівнює 1, і менше з них принесе 1. Це значення не виходить за межі прийнятого діапазону. Для a +T b = max{a, b} найбільше можливе значення a і b дорівнює 1, і менше з них принесе 1. Це значення також не виходить за межі прийнятого діапазону.

Зазначений вище метод виведення був застосований для встановлення того, що ступінь впевненості потрібного висновку є ненульовим, для чого був застосований матричний метод. У третьому розділі був розглянутий приклад оцінок експертів. Повертаючись до традиційного запису можна записати:

|> 0.7 А1

|> 0.4 (А1 > А3)

|> 0.5 ((А3 А4) > А5)

|> 0.7 А2

|> 0.5 (А2 > А4)

|> 0. 3 ((А3 А4) > А6)

Застосуємо матричний метод. Спочатку побудуємо матрицю для перевірки висновку А5. Наявність оцінок впевненості правил і тверджень вимагає вдосконалити процедуру побудови матриць. Вони, як і для двозначної логіки, повинні мати стовпець і рядок для кожного літерала, а елемент на перетині рядка i та стовпця j буде мати ненульове значення лише тоді, коли знайдеться клауза, у безумовній частині якої знаходиться літерал рядка i, а умовна частина містить літерал стовпця j. Але це значення буде нечіткою оцінкою. Добавляємо клаузу А5. З огляду на можливість існування декількох клауз із однаковою безумовною частиною і клауз із умовною частиною з декількома літералами, наявність першого випадку будемо позначати індексом „" біля кожного літерала умовної частини однієї клаузи, а наявність останнього випадку - індексом „" біля кожного літерала умовної частини однієї клаузи. Матриця має вигляд:

Перемноження матриці призводить до підтвердження суперечливості вихідної множини клауз при p = 4 за ознакою суперечливості для традиційної клаузальної логіки, що доводить наведене вище припущення про логічний наслідок А5.

Тепер залишається визначитися з нечіткою оцінкою результату. Оскільки застосуванням визначення операцій (3) і правил виведення кроку 2 наведеної вище схеми ми одержали |> 0.4 А5, то нечітка оцінка результату належить діагональному елементу останньої матриці на перетині рядка і стовпця А5. Перейдемо до узагальнення. В роботі описана власне процедура Matrix-fuzzy-deduction нечіткого виведення на основі матричного методу.

Теорема 1. Множина нечітких правил S суперечлива тоді і тільки тоді, коли застосування процедури Matrix-fuzzy-deduction приводить до побудови матриці МР з ненульовою головною діагоналлю. При цьому нечітка оцінка належить діагональному елементу останньої матриці на перетині рядка і стовпця, які відповідають нечіткому твердженню, що перевіряється, і відповідає оцінці, отриманій застосуванням визначення операцій (3) і правил виведення кроку 2 наведеної вище схеми.

Для формування моделей планування розподілу ресурсів при обмежених ресурсах у роботі запропоновані відповідні моделі математичного програмування, якщо відомі коефіцієнти важливості бізнес-процесів. Для побудови зазначених моделей введені позначення для необхідних понять, показників та параметрів:

1) Z1,..., Zn - комплекс бізнес-процесів, підтримка яких забезпечує ефективне функціонування ОТОУ;

2) w1,..., wn - коефіцієнти важливості бізнес-процесів Z1,..., Zn відповідно;

3) для підтримки бізнес-процесів необхідні інтегровані ресурси СУ R1,..., Rm. На сьогодні традиційно виділяються такі інтегровані ресурси: сервери застосувань, сервери баз даних (БД), сховища даних, пропускна здатність каналів зв'язку (за необхідності групи інтегрованих ресурсів можна перевизначати);

4) задана матриця P=||pij|| потреб бізнес-процесів у ресурсах СУ, де pij- кількість потрібного для БП Zi ресурсу Rj чи 0, якщо ресурс не потрібен;

5) ресурси обмежені, задано вектор обмежень на ресурси r1,..., rm (він визначається ситуацією, що реально склалася у ІТ-інфраструктурі СУ).

У третьому розділі розроблений метод розподілу ресурсів, задіяних в функціонуванні бізнес-процесів. Розглядається дискретний випадок, коли БП або підтримується в повному обсязі, або повністю позбавляється підтримки.

Вводимо змінну:

Цільова функція має оцінювати сумарну важливість бізнес-процесів, що будуть обслуговуватися. З урахуванням природного бажання обслуговувати найважливіші для об'єкта управління бізнес-процеси маємо критерій:

Вводимо ресурсні обмеження:

Тут значення змінної xj належать множині {0, 1} для j = 1, ..., n.

Задача (7) - (9) - це задача бульового програмування.

Оцінки коефіцієнтів pij носять стохастичний характер. Тому доцільно розглянути стохастичну модель для задачі першого рівня.

Оскільки коефіцієнти pij входять лише до обмежень (8), то в формулюванні стохастичної задачі не змінюються цільова функція (7), а ресурсні обмеження (8) природно переформулювати у такому вигляді:

, і = 1,..., m.

Тут бі , і = 1,..., m, передбачаються заданими.

Стохастична модель включає критерій (7) і обмеження (9), (10).

Для подання моделей планування при надлишку ресурсів у роботі розроблені 4 постановки задач, які відрізняються критеріями. В якості критеріїв в роботі використані: рівномірне завантаження серверів, максимальні сумарні експлуатаційні витрати на вивільнені сервери, мінімальну сумарну вартість реалізації операцій переходу від попереднього розміщення до нового.

Розглянуті задачі оптимізації розміщень - це, по суті, лінійні та нелінійні варіанти дискретної задачі "укладання рюкзака". У випадку декількох кластерів вони становлять варіанти дискретної задачі обмеженого кластерами укладання декількох "рюкзаків". Встановлено, що ці задачі є NP-повними. Оскільки обійти перебірні методи їх вирішення не можна, виправдане використання евристичних методів або методів "м'яких" обчислень, насамперед генетичних алгоритмів, застосування яких дає контрольоване наближення до точного результату.

Якщо коефіцієнти важливості бізнес-процесів не задані, у роботі запропонована нечітка модель управління виконанням бізнес-процесів як задача багатокритеріального прийняття рішень. У цьому випадку вводяться ресурсне обмеження (EC0) і чотири додаткові обмеження - щодо пріоритетності бізнес-процесів (EC1), типів бізнес-процесів (EC2), ресурсних вимог бізнес-процесів (EC3) і виконавців бізнес-процесів (EC4). Кожна із умов досягнення рівноваги між розподілом ресурсів EC0, EC1, EC2, EC3, EC4 призначена для урахування (балансування) конкретних вимог і використовується для розбиття множини можливих бізнес-процесів на декілька підмножин (підгруп). При цьому передбачається, що із кожної підгрупи буде відібране для виконання певна фіксована кількість бізнес-процесів.

Для визначення ступеня нечіткості індивідуальних суджень кожної особи, що приймає рішення (ОПР) стосовно відносної важливості критеріїв скористаємося значимою шкалою лінгвістичної змінної - "Важливість": Важливість = {дуже важливий, важливий, середньої важливості, не важливий, дуже низької важливості}.

Розглядається задача вибору бізнес-процесів, які будуть виконуватися, із n конкуруючих за ресурси бізнес-процесів. У вирішенні задачі приймають участь k ОПР за допомогою m критеріїв. Нехай



це лінгвістичний рейтинг, який приписаний ОПР бізнес-процесу по критерію . Також приймемо, що

це лінгвістичний ваговий коефіцієнт, який приписаний ОПР по критерію . Уведемо також агреговані змінні

,

де символами і позначені операції нечіткого множення на коефіцієнт (градуювання) і додавання, відповідно. За вибраних позначень змінна становить собою усереднений нечіткий рейтинг (оцінку) бізнес-процесу Pi по суб'єктивному критерію Cj, а - це усереднене значення нечіткого вагового коефіцієнта важливості суб'єктивного критерію Cj. Змінні і також є нечіткими числами з трикутною функцією належності такого вигляду:

,

.

У загальному випадку вагові коефіцієнти критеріїв повинні бути нормованими з використанням операцій нечіткого додавання і нечіткого ділення. Нормовані значення знайдемо як

.

Нечіткий індекс значимості бізнес-процесу ІЗПі для бізнес-процесу Рі можна одержати шляхом усереднення добутків рангів критеріїв і відповідних вагових коефіцієнтів, тобто:

.

У відповідності з принципом розширення ІЗПі не буде нечітким числом з трикутною функцією належності. Але з метою спрощення на практиці ІЗПі приблизно розглядають як нечітке число з трикутною функцією належності такого вигляду:

.

Тепер можна сформулювати задачу вибору бізнес-процесів. Нехай P = {P1, P1,…, Pn} - множина бізнес-процесів, конкуруючих у змаганні за обмежені ресурси, (b1, b2,...,bn) - вектор їх ресурсних вимог, а ІЗПі = (cil, ci, cir) - нечіткий індекс значимості бізнес-процесу Pi (i=1,2,…,n); b - наявний ресурс, який може бути витрачений на виконання бізнес-процесів. Припишемо кожному бізнес-процесу змінну xi, яка буде набувати значення 0 або 1 у залежності від того, буде виконуватися бізнес-процес чи ні, тобто

Таким чином, задачею вибору на виконання бізнес-процесів в умовах рівноваги є вибір такої підмножини бізнес-процесів, яка максимізує їх загальний внесок, тобто

.

Задачу вибору бізнес-процесів за умов збереження рівноваги можна сформулювати як задачу знаходження максимального значення цільової функції

за таких обмежень:

.

Для вирішенні наведеної задачі нечіткого бульового програмування (11) - (12) важливу роль відіграє ранжування нечітких чисел. У роботі використовується метод ранжування, який дозволяє ідентифікувати узагальнене очікуване значення. У порівнянні з іншими методами він відносно простіший з обчислювальної точки зору.

У роботі встановлено, що для заданого рівня оптимізму µ, x* X є оптимальним рішенням задачі (11) - (12), якщо x* є оптимальним рішенням задачі знаходження максимального значення цільової функції:

за таких обмежень:

.

Задача (13) - (14) становить собою класичну задачу цілочисельного програмування. Якщо її вимірність не надто велика, то її можна вирішити за допомогою оптимізаційного інструментарію системи MATLAB або іншого пакету прикладних програм. Наприклад, зручними видаються системи підтримки прийняття рішень, які містять спеціальні інструменти для реалізації обчислень і критеріїв для вибору кращих рішень.

В четвертому розділі розглядаються технологічні аспекти реалізації інформаційної технології проектування і управління бізнес-процесами.

Розглянуті у попередніх розділах концепція, моделі та алгоритми становлять складові теоретичних основ реалізації інформаційної технології управління бізнес-процесами важливого класу ОТОУ. Інформаційна технологія у якості базових складових включає програмний інструментарій "Менеджер бізнес-процесів" (надалі МБП) і комплекс методик його застосування для створення СУБП, її експлуатації і оцінювання результатів проектування і функціонування в процесі експлуатації. СУБП реалізується у вигляді застосування сервера застосувань платформи SmartBase.

У архітектурі інформаційно-управляючої системи (ІУС) ОТОУ, наведеній на рис. 2, відображене місце застосування МБП. Реалізуючи функції проектування і виконання бізнес-процесів підприємства, застосування МБП використовує можливості платформи SmartBase та функціональність інших застосувань, здійснюючи взаємодію з ними за допомогою засобів сервера застосувань SmartBase. На цьому ж рисунку відображена структура взаємодії бізнес-процесів ОТОУ на базі сервера застосувань SmartBase, яка включає на рівні бізнес-процесу клієнтське застосування МБП.

При розробленні програмного інструментарію створення СУБП використовувалися сучасні методології розроблення програмних систем, які були покладені в основу створення платформи SmartBase, а також платформи і технології реалізації систем.

Платформа SmartBase - це сервер застосувань, який дозволяє виконувати розроблення застосувань і підтримувати їх експлуатацію та розвиток. Ядром сервера застосувань є набір сервісів і бібліотек, які реалізують базову функціональність. Структура сервера застосувань наведена на рис. 3.

Роботу з платформою забезпечують дві частини: власне сервер застосувань і клієнт доступу до сервера. У загальному випадку, клієнтський модуль складається із підсистеми віддаленої взаємодії і виконання, яка безпосередньо взаємодіє з сервером, підсистеми безпеки, яка відповідає за безпеку на боці клієнта, користувацького інтерфейсу, який дозволяє користувачам здійснювати інтерактивну взаємодію з сервером, а також кешу об'єктів, в якому зберігаються об'єкти, одержані від сервера для їх використання і оброблення.

Рис. 2 Архітектура програмної системи ІУС ОТОУ на базі сервера застосувань SmartBase

На базі сервера застосувань SmartBase реалізовано клієнтське застосування "Менеджер бізнес-процесів", яке робить надбанням користувача два інструмента - інструмент планування виконання деякої об'ємної задачі і інструмент для власне виконання окремих робіт для відпрацювання задачі, визначеної на етапі планування.

Функціональна структура МБП включає в себе функціональний набір інструментів для планування і виконання, а також такі функції: визначення і описання бізнес-процесів організації, призначення головного співробітника в певному бізнес-процесі, визначення об'єкта бізнес-процесу.

Функціями інструмента для планування є такі функції: ведення бази даних проектів організації (БД проектів має строго структурований характер); ведення БД робіт проектів організації (БД робіт також має строго структурований характер); закріплення робіт за проектами; пересилання проектів між інструментами планування; ведення БД ресурсів організації; розподілу ресурсів для виконання робіт проектів організації; призначення головного виконавця роботи; розсилання робіт (роботи становлять собою окремо сформовані електронні документи) виконавцям.

Функціями інструмента для виконання є такі функції: визначення взаємозв'язків бізнес-процесів і окремих робіт проекту; визначення послідовності виникаючих в процесі опрацювання робіт бізнес-процесу; призначення виконавців для окремих робіт головним виконавцем; розподілу ресурсів для виконання робіт самими виконавцями; затвердження/відмови виконавцем в прийманні роботи, відправленої виконавцю на опрацювання; пересилання робіт між виконавцями; закріплення робіт за конкретним виконавцем, відправлення роботи на виконання (відправлення роботи головному співробітнику певного бізнес-процесу).

Оскільки роботи становлять собою окремо сформовані електронні документи, то для підтримки функціонування МБП розроблене застосування SmartBase - система управління електронним документообігом.

Практичне значення роботи підтверджене розробленням інструментальних засобів СУБП і їх застосуванням декількома проектними організаціями у своїй діяльності для проектування ІУС на основі процесного підходу.

Розроблені засоби використані при створенні ПЗ декількох СУБП для реальних ОТОУ. Розроблена система управління бізнес-процесами SmartBase.СУБП впроваджена у робочі процеси ТОВ "БМС Консалтинг" та ТОВ "ІКС-Техно". Відповідні акти впровадження наведені в додатку Б.

Розроблена СУБП також була випробувана при розробленні систем управління для двох ОТОУ. Компоненти SmartBase.СУБП впроваджені у чотирьох об'єктах управління одного із міністерств. Побудована на основі розробленої СУБП система електронного документообігу перебуває на етапі впровадження в НТУУ "КПІ".

Результати впроваджені в навчальний процес кафедри автоматики та управління в технічних системах НТУУ "КПІ": запропоновані моделі та методи включені в лекційний матеріал, а розроблене програмне забезпечення є основою для виконання лабораторних робіт з дисциплін "Комп'ютеризовані системи управління", "Проектування комп'ютеризованих систем управління".

Рис. 3 Структура сервера застосувань SmartBase

Впровадження системи підтвердило працездатність закладених в неї рішень, дозволило скоротити час розроблення, витрати на розроблення і супроводження, підвищити керованість бізнес-процесів, зменшити витрати на виконання системи бізнес-процесів.

бізнес організаційний автоматизований логічний

Висновки

У дисертації розв'язана актуальна й важлива науково-прикладна задача розроблення моделей і методів проектування та управління бізнес-процесами для організаційно-технічних об'єктів управління.

Дисертація містить такі основні наукові і практичні результати:

1. Виконаний аналіз бізнес-процесів підприємства і існуючих систем управління бізнес-процесами типової організації, розглянуті існуючі сучасні програмні рішення. Розглянуті основні аспекти розробки, створення і функціонування СУБП з точки зору застосування інформаційних технологій і накопиченого досвіду автоматизації управління і проектування, досягнень комп'ютерних наук.

2. Розроблено логічну модель управління бізнес-процесами в детермінованих та недетермінованих умовах, що дозволяє автоматизувати процес планування і виконання окремих робіт в системі бізнес-процесів на підприємстві. Час відпрацювання бізнес-процесів електронного документообігу скоротився в середньому на 45-90% в залежності від складності бізнес-процесу.

3. Розроблено механізм виведення для логіки управління бізнес-процесами, який використовує матричний метод для клаузальних логік. Сформульовано та запропонована метод аналізу набору бізнес-правил на несуперечливість в детермінованих та недетермінованих умовах.

4. Розроблено метод розподілу ресурсів, задіяних у функціонуванні бізнес-процесів, якщо задані коефіцієнти важливості бізнес-процесів. Якщо коефіцієнти важливості бізнес-процесів не задані, запропоновано метод вирішення задачі розподілу ресурсів між бізнес-процесами на основі використання результатів теорії нечітких множин і цілочисельного математичного програмування.

5. Розроблено метод автоматизованого поповнення бази знань логічних правил на підставі аналізу дій кінцевого користувача бізнес-процесу, який, по суті, становить ядро самонавчання системи управління бізнес-процесами.

6. Розроблено новий підхід до автоматизованого планування і виконання бізнес-процесів на основі комплексу моделей розподілу і управління ресурсами ІТ-інфраструктури СУ і відповідних методів вирішення задач планування, управління і диспетчерування ресурсами і навантаженням.

7. Розроблено інструментальні засоби проектування і реалізації системи управління бізнес-процесами, які допомагають кінцевому користувачеві змінювати структуру бізнес-процесу і руху об'єкту БП в процесі виконання окремих завдань, і можливого перепланування виконання загального завдання (технологічного процесу, проекту і т.п.) на підприємстві. У порівнянні з існуючими СУБП, а саме - Lombardi Teamworks, Ultimus Adaptive BPM Suite, Intalio BPMS, Oracle BPM Suite (ці СУБП були задіяні в експерименті), час впровадження істотно скоротився, в середньому на 7,5 - 10 годин для 60 автоматизованих робочих місць.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Теленик С.Ф. Швидке розроблення застосувань в адаптивній технології SmartBase /С.Ф. Теленик, О.А. Амонс, В.С. Хмелюк, К.О. Крижова // Проблеми програмування. - 2006. - № 2 - 3. Спец. вип. - С. 299 - 305.

1. Матричний метод виведення для клаузальної логіки.

2. Теленик С.Ф. Подход к построению бизнес-процессов в адаптивной технологии SmartBase /С.Ф. Теленик, А.А. Амонс, В.С. Хмелюк,

3. К.А. Крыжова //Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут": Збірник наукових праць. Тематичний випуск "Системний аналіз, управління та інформаційні технології". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2007. - №7. - С. 86-101.

4. Підхід до побудови бізнес-процесів системи електронного документообігу на базі адаптивної технології SmartBase.

5. Крыжова К.А. Средства анализа обстановки и принятия решений в системе бизнес-процессов // Проблеми програмування. - 2008. - № 2 - 3. Спец. вип. - С. 515 - 524.

6. Запропоновані адекватні інструментальні засоби планування та виконання окремих робіт по виконанню бізнес-процесу типової організації.

7. Теленик С.Ф. Метод розподілу ресурсів між проектами / С.Ф. Теленик,

8. П.І. Бідюк, О.А. Амонс, К.О. Крижова // Вісник Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут": Збірник наукових праць. - Київ: НТУУ "КПІ". - 2008. - №7. - C. 86 - 101.

9. Метод розв'язання задачі розподілу ресурсів між бізнес-процесами на основі теорії нечітких множин і цілочисельного математичного програмування.

10. Теленик С.Ф. Технологія управління бізнес-процесами великих організацій / С.Ф. Теленик, К.О. Крижова, С.І. Сосняк // Вісник Харків. національного автомобільно-дорожнього ун-ту. Вип.45. - 2009. - C.100 -104.

11. Метод описання бізнес-процесів на основі матричного алгоритму побудови мереж Петрі.

12. Теленик С.Ф. Управління ресурсами ЦОД / С.Ф. Теленик, О.І. Ролік, К.О. Крижова, М.М. Букасов // Вісник Львів. ун-ту ім. Івана Франка. Серія прикладна математика та інформатика". Вип. 15.- 2009. - С.325 - 340.

13. Модель планування розподілу ресурсів між бізнес-процесами при надлишку ресурсів.

14. Крыжова К.А. Управление движением документов в системе "ДОК-МАСТЕР" / К.А. Крыжова, В.С. Хмелюк // Матеріали Всеукраїнської конференції аспірантів і студентів. - К.: НАУ, 2007. - С. 268 - 277.

15. Підхід до створення системи документообігу на базі формально-логічних моделей, формально-логічна модель роботи з бізнес-процесами системи електронного документообігу в детермінованих умовах.

16. Крижова К.О. Управління бізнес-процесами в банківській сфері діяльності / К.О. Крижова, С.І. Сосняк // Матеріали VII Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Теоретичні і прикладні проблеми фізики, математики та інформатики" //Збірник тез доповідей учасників. Частина 2. - 2009. - C. 88-89.

17. Крыжова К.А. Управление движением документов в системе "Док-Мастер" / К.А. Крыжова, В.С. Хмелюк // Тези доповідей Всеукраїнської конференції аспірантів та студентів "Інженерія програмного забезпечення 2006". - 2006. - C. 24.

Размещено на Allbest.ru

...