Modelado de Workflow con Redes de Petri Coloreadas ...

16-Noviembre-2004 Samuel Garrido Daniel 1

Modelado de Workflow con Redes de Petri Coloreadas Condicionales

Alumno: Samuel Garrido DanielAsesor : Dra. Xiaoou Li

Samuel Garrido Daniel 216-Noviembre-2004

ContenidoIntroducciónPlanteamiento del problemaAntecedentesMotivaciónObjetivos generalesObjetivos particularesMetodologíaEstado del arteProductos esperadosCalendario de actividadesAvancesReferencias

“Modelado de Workflow con Redes de Petri Coloreadas Condicionales”


Introducción (i)

Un Workflow es la automatización de un proceso total o parcial donde los documentos, la información y las tareas pasan entre los participantes de acuerdo a un conjunto de reglas que deben ser cumplidas o contribuir con un objetivo general del negocio[4].



Introducción (ii)

Proceso de solicitud de una tarjeta de crédito en un banco.

Proceso de trámite de un expediente en un organismo público.

Seguimiento de un documento sobre el que las personas actúan, a lo largo de toda su vida dentro de una organización.

Solicitud de compra de algún producto en una empresa.



Introducción (iii)

Solicitud de compra por envió de algún producto



Introducción (iv)

Un Workflow Manegement System es un sistema que completamente define, administra y ejecuta workflows a través de ejecución de software donde las reglas de ejecución son manejadas a través de una representación en computadora de la lógica del workflow[4].



Introducción (v)

El Modelo de referencia Workflow

Propuesto por el WfMC



Introducción (vi)

Para el modelado de Workflow existen metodologías, técnicas, lenguajes y herramientas de software, en [22] se realiza un compendio casi todas las que existen actualmente.

Las Redes de Petri es y ha sido muy utilizado para el modelado de Workflow (Reactives PN, WF-Nets, …).

UML también es empleado (Diagramas de activad extendido).



Introducción (vii)

Las redes de petri son una herramienta gráfica y matemática para modelación de sistemas concurrentes, asíncronos, distribuidos, paralelos, indeterministas y/o estocásticos[7].

RP = (P, T, R, W, M0) donde:

P = {p1,p2,…,pm} es un conjunto finito de lugares (nodos), con m≥0.T = {t1,t2,…,tn} es un conjunto finito de transiciones con n≥0.F ⊆(P × T) ∪ (T × P) es un conjunto de arcosW : F → {1, 2, 3, … } es una función de pesoM0 : P → {0,1, 2, 3, … } es la marca inicial

P ∩ T = 0 y P ∪T ≠ 0



Introducción (viii)

Una RP se activa disparando transicionesPara que una transición pueda dispararse necesita estar activada.

p t

nm

p t

Nunca se dispara

3

p tLa transición se activa si n ≥ m

Se dispara ya que existen 4 tokens, que son mayor al peso del arco


Introducción (ix)

Ejemplo de una Red de Petri[9].La reacción química: 2H2 + O2 → 2H2O.


Introducción (x)

Las CPN combina las Redes de Petri ordinarias con la expresividad de un lenguaje de alto nivel[10].

Las Redes de Petri Coloreadas poseen marcas diferenciadas que transportan información cuyo tipo depende del lugar de la red donde están ubicadasColor marca = valor de datos.C(p), p ∈ P: tipos de datos asociados a las marcas de p ∈ P.


Introducción (xi)

Las Redes de Petri Coloreadas Condicionales fueron desarrolladaspara simular y analizar reglas ECA (event-condition-action)[7].

Un regla ECA simple con un solo evento puede ser modelada como una CPN, pero para eventos compuestos más complicados, los elementos básicos de una CPN no son suficientes.


Planteamiento del problemaA pesar de que existen diversos enfoques para el modelado de Workflow, actualmente no existe una metodología gráfica estándarpara el modelado de workflows.

En la actualidad se tienen identificados 21 patrones de workflow[3][23], solo entre 11 y 14 patrones son soportados por los lenguajes y herramientas de modelado más importantes en la actualidad.



AntecedentesEvolución en sistemas de información[1].

1975-1985 – Administradores de bases de datos.1985-1995 – Administración de interfaces de usuario.1995-2005 – Administración Workflow.

Un Sistema Worklfow ayuda en la administración del control de procesos en las organizaciones redituándole en una gran cantidadde beneficios.

Actualmente la tecnología de Workflow es de vital importancia enlos negocios de organizaciones en diferentes sectores.



MotivaciónUn Workflow es un sistema reactivo, es decir en su ejecución mantiene interacción con su ambiente[2]. Corre en paralelo con su ambiente e intenta hacer cumplir ciertos efectos deseables en el ambiente. Esto lo hace por medio de reacción a cambios, llamados eventos, en su ambiente. La respuesta del sistema reactivo depende de su estado actual. Dada una respuesta el estado del sistema reactivo puede cambia[5].

El comportamiento de un sistema reactivo puede ser descrito utilizando reglas de reacción del tipo ECA (event-condition-action)[2].

Una modificación de las Redes de Petri Coloreadas, CCPN (Conditional Coloured Petri Nets) ha sido propuesta en [6][7] para revelar y representar estructuras de reglas ECA y su interrelación. Un regla ECA simple con un solo evento puede ser modelada como una CPN, pero para eventos compuestos más complicados, los elementos básicos de una CPN no son suficientes.



Objetivos generales

Diseñar una metodología para el modelado de procesos enfocada a la construcción de Workflows. La metodología será basada en Redes de Petri Coloreadas Condicionales1 (CCPN).

1 Es una extensión de Red de Petri que permite utilizar de manera más naturalreglas del tipo ECA (Event-Condition-Action)[7].



Objetivos particularesEstudiar los temas principales de la investigación así como los trabajos reportados en la literatura que tengan relación con este proyecto

Obtener una sintaxis y semántica basada en CCPN para modelar sistemas Workflow.

Desarrollar un sistema de software que permita utilizar la metodología obtenida.

Obtener una comparación entre el trabajo a desarrollarse con CCPN y los trabajos relacionados que han sido reportados en la literatura consultada.

Mediante un Caso de Uso utilizar la metodología y la implementación de software con el fin de reportar los resultados obtenidos.



MetodologíaInvestigar lo relacionado a los principales temas que compondrán el trabajo de tesis.Estudiar lo relacionado a Workflow.Estudiar lo relacionado con UML, principalmente los Diagramas deActividad.Estudiar lo relacionado a Redes de Petri y de manera especial las CCPN.Desarrollar la sintaxis y semántica basada en redes de petri coloreadas condicionales para modelar Workflows.Implementar una interfaz de software que permita utilizar la metodología obtenida. El lenguaje de programación a utilizar es Java. Utilizándose como base el sistema ECAPNSim.Realizar una comparación entre el uso de UML y CCPN.Mediante un caso de estudio, hacer uso y verificar la metodología y la implementación de software.



Estado del arteEl Dr. Wil van der Aalst dirige el principal grupo de investigación sobre Workflow en la Universidad de Eindhoven, Holanda. El tema del modelado de workflow es una de sus áreas principales y en [1] se tiene algunos de sus trabajos.

El grupo Workflow Managament Coalition[4][19] camina hacia la interoperabilidad de sistemas workflow entre vendedores de software.

En [2][15][16] se muestran extensiones de los diagramas de actividad de UML para el modelado de Workflow.



Estado del arte (ii)En cuanto a Redes de Petri, en Dinamarca se encuentra el grupo mas importante de investigación, el cual concentra en su portal Web[17] todos los trabajos alrededor del mundo.

Existen en la actualidad metodologías informales como ISAC, DFD, SADT, e IDEF [1]; Y metodologías formales entre las cuales tenemos máquinas de estado finito, diagramas de estado, Redes dePetri, y álgebras de procesos como ACP, CSP, CSS[1]; UML por su parte es formal en su sintaxis pero no en su semántica[1], este hecho es reforzado por el grupo pUML[20].

Herramientas para el modelado de Worflow como jBPM, COSA, Pflow, METEOR, Protos, Staffware.



Estado del arte (iii)Lenguajes como XPDL, BPEL, XLANG, WSFL, BPML, WSCI; Y uno de más reciente aparición que es YAWL[23].

Especificaciones basadas en XML como XRL y WfXML[19] desarrollado actualmente por el WfMC.

Se tienen alrededor de 21 patrones identificados en Workflow[3][23].

Las redes de petri Reactivas presentadas en[5], es un enfoque para el modelado de Workflow.



Productos esperadosUna metodología (sintaxis y semántica) basada en CCPN para el modelado de Workflow.

Una implementación de software básica, para utilizar la metodología obtenida.

Caso de Estudio.

Una publicación en Congreso Nacional ó Revista.

Trabajo de Tesis.



Calendario de actividades



Avances (i)

Los avances se limitan a la parte de estudio de los temas principales del trabajo.

Se ha delimitado el trabajo a abordar, según los elementos que componen la tecnología Workflow.

Se han identificado todos los elementos que habrán de ser soportados por la metodología a desarrollar.



Avances (ii)

Se tienen identificados los 21 patrones de workflows[3][23] que son considerados como un punto de referencia importante dentro de este trabajo de tesis.



Avances (iii)



Avances (iv)



Avances (v)

Se tienen identificadas las métricas para evaluar una herramienta de modelado de workflows la cual servirá como guía en el diseño de la metodología a desarrollar y como métricas de evaluación una vez que se obtengan resultados.



Avances (vi)

Se tiene el sistema de Workflow JaWE, tanto en binario como en código fuente. El cuál se ha estudiado e identificado las funciones queproporciona al usuario para modelar workflows.



Avances (vii)

Ya se cuenta con el código fuente del sistema ECAPNSim y se ha iniciado el estudio de las clases que le componen.



Referencias (i)

[1] Wil van der Aalst, Kees van Hee, ''Worflow Managament. Models, Methods, and Systems'‘, The MIT Press, 2002.

[2] Hendrik Eshuis, ''Semantics and Verification of UML Activity Diagrams forWorkflow Modelling'‘, Doctorate Thesis presented in Twente University, Netherlands, 2002.

[3] Bartosz Kiepuszewski, “Expressiveness and Suitability of languages for Control Flow Modelling in Workflows” PhD thesis, Queensland University of Technology, Brisbane, Australia, 2002.

[4] David Hollingsworth. “The Workflow Reference Model”. Workflow Managament Coalition, document TC00-1003, Brussels, November 1994



Referencias (ii)

[5] Hendrik Eshuis, Juliane Denhert. “Reactive Petri Nets for Workflow Modeling”. In W.M.P. van der Aalst and E. Best, editors, Application and Theory of Petri Nets 2003, volume 2679 of Lecture Notes in Computer Science, pages 295--314. Springer-Verlag, Berlin, 2003.

[6] Medina Marin J. “Red de Petri Coloreada Condicional (CCPN) y su Aplicación en Bases de Datos Activas”. Tesis de Maestría presentada en la Sección de Computación del Departamento de Ingeniería Eléctrica del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, México. Septiembre de 2002.

[7] Xiaoou Li, J. Medina M., “Composite Event Specification in Active Data Systems: A Petri nets approcach”, 2004

[8] Dan C. Marinescu, “Internet-Based Workflow Management, toward a semanticweb”, Wiley Series on Parallel and Distributed Computing Albert Y. Zomaya, Series Editor. 2002



Referencias (iii)

[9] T. Murata, "Petri nets: properties, analysis and applications"; Proceedings of IEEE, vol.77, no.4, pp.541--580, 1989.

[10] Kurt Jensen. ”An Introduction to the Practical Use of Colored Petri Nets”, In: W. Reisig and G. Rozenberg (eds.): Lectures on Petri Nets II: Applications, LectureNotes in Computer Science vol. 1492, Springer-Verlag 1998, 237-292.

[11] J. Bae, H. Bae, S. Kang, Yeongho Kim, “Automatic Control of Workflow Processes Using ECA Rules''. IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, Vol. 16, No. 8, August 2004.

[12] J. Merseguer, Javier Campos, ''Software Performance Modeling using UML and Petri Nets''. Department of Informatics and Systems Engineering, ZaragozaUniversity, Zaragoza Spain, 2003.



Referencias (iv)

[13] R. Eshuis and R. Wieringa. “Comparing Petri net and activity diagram variants forworkflow modelling -- a quest for reactive Petri nets”. En H. Ehrig, W. Reisig, G. Rozenberg, and H. Weber, editors, Petri Net Technology for Communication BasedSystems, Lecture Notes in Computer Science. Springer, 2002.

[14] Gregor V. Bochmann. “Activity Nets: A UML profile for modeling workflow and buisness processes”. SITE University of Otawa, 2000.

[15] Ricardo M. Bastos. ''Extending UML Activity Diagrams for Workflow Modeling in Production Systems''. Universidad Pontificia Catolica de Rio Grande del Sur, Brasil, 2001

[16] Marlon Dumas, Arthur H.M. ''UML Activity Diagrams as a Workflow SpecificationLanguage''. Queensland University, Australia. Published in Proceedings of theUML'2001 Conference, 2000



Referencias (v)

[17] http://www.daimi.au.dk/PetriNets/[18] http://www.daimi.au.dk/CPnets/[19] http://www.wfmc.org/[20] http://www.puml.org/[21] http://www.uml.org/[22] http://is.twi.tudelft.nl/~hommes/toolsub.html[23] http://tmitwww.tm.tue.nl/research/patterns/


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