Формализация графических моделей административных процедур и их описание на языке исполнения бизнес-процессов

Белов С.П.; Зимовец О.А.; Маторин С.И.

УДК 001.57; 658.818; 681.3

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АДМИНИСТРАТИВНЫХ ПРОЦЕДУР И ИХ ОПИСАНИЕ НА ЯЗЫКЕ ИСПОЛНЕНИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ1

С.П. БЕЛОВ О.А. ЗИМОВЕЦ С.И. МАТОРИН

Белгородский государственный

национальный исследовательский

университет

e-mail: belov@bsu.edu.ru

ozimovets@bsu.edu.ru

matorin@bsu.edu.ru

В статье рассмотрены способ алгебраического описания графоаналитических моделей административных процедур, методика минимизации модели путем анализа алгебраического описания, а также методика преобразования формализованной графической модели в описание на языке XPDL.

Ключевые слова: системный анализ, системно-объектный подход, «Узел-Функция-Объект», административные процедуры, Basic Flowchart Shapes, исчисление процессов, исчисление функций.

Введение

В работе [1] предложено следующее выражение в качестве формального определения системы (е0 как элемента «Узел-Функция-Объект» (УФО-элемента):

^ = <а?ь L!i), (Рь P0i, ЬтО, (пь аь р?ь р!0>.

Здесь (Ьа?, Li!) - «Узел» УФО-элемента, где - множество входных связей, -

множество выходных связей. (Р^ Р% ЬтО - «Функция» УФО-элемента, где Pi -множество подпроцессов процесса, соответствующего «Функции», которые реализуются УФО-элементами нижнего яруса иерархии; P0icPi - множество интерфейсных (входных <^?» и выходных «РП») подпроцессов (причем P0i=Pi?uPi!; в число входных связей Pi? входит Ьа?, в число выходных связей Р^ входит ЬП); Ьт - множество внутренних связей/переходов в Р^ осуществляемых путем передачи, ввода и вывода элементов глубинного яруса связанных подпроцессов. (п^ а^ Рi?, РП) - «Объект» УФО-элемента, где п — имя «Объекта» (п е N0; аi - множество признаков «Объекта» п^ Рi? - множество показателей Ь*?; РП - множество показателей ЬП.

Кроме того в упомянутой работе показано, что при декомпозиции административных процессов (АП) целесообразно осуществлять, так называемую, интерфейсную декомпозицию с линейным порядком, т.е. на каждом шаге декомпозиции разбивать каждый АП на входной и выходной подпроцессы, которые связанны документальным потоком, соответствующим документу или его состоянию. Приведенное выше формальное определение системы, как УФО-элемента, в случае интерфейсной декомпозиции с линейным порядком на уровне контекстной модели принимает следующий вид:

^ = <({1*}, {1^}), ({р^}), (П1, аь Р?ь р!0>, а на уровне одного шага декомпозиции - следующий:

^ = <({1*}, {1^}), ({p?i}, {1т?!}, {p!i}), (ni, аi, p?i, Р!i)>.

При таком подходе в наибольшей степени формализованным оказывается именно функциональный компонент конструкции «Узел-Функция-Объект», что особенно ценно в связи с важностью процессного подхода для моделирования АП. В результате такой формализации по аналогии с операциями на процессах в исчислении процессов Милнера (ССБ) сформулированы операции на функциях (как элементы исчисления функций) [2]. При этом и в ССБ, и в исчислении функций рассматривается один и тот же процесс, но в ССБ процесс Р описывается как целое, имеющее некоторую структуру состояний 8, а в исчислении функций Б УФО-элементов процесс Р описываются и целостно, и как иерархическая структура его подпроцессов pi различного уровня.

Упомянутые операции исчисления функций позволяют описывать с помощью

1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-07-00096 и №13-07-12000)

алгебраических выражений графические модели АП, что в свою очередь позволяет формализовать процедуру минимизации этих моделей и процедуру их преобразования в описание АП на языке XPDL.

Алгебраическое описание графических элементов Рассмотрим вариант формального описания агрегирования графических УФО-элементов в модель АП, в первую очередь, на примере двух бинарных УФО-элементов ei и ej, представляемых на контекстном уровне с помощью следующих выражений:

ei = <({l?i}, {l!i}), ({p°i}), «p?i, P!i})>, ej = <({l?j}, {l!j}), ({p°j}), ({p?j, p!j})>. Пусть при этом выполняется хотя бы одна пара условий: l!i=l?j и p!içp?j; l?i=l!j и p?i^p!j. Тогда, в соответствии с операциями исчисления функций «Префиксное действие» и «Постфиксное действие» функциональность элемента, полученного в результате их агрегации, может быть представлена следующим образом: p°ij = p°?i.p°j = p°!j.p°i = ({p°?i}, {hij} {p°!j})

Пусть ei и ej представляют собой элементы, соответствующие двум альтернативным потокам работ. Введем в рассмотрение элемент eRk, описывающий элемент проверки некоторого условия, т.е. элемент разветвления (Ramification), после которого начинаются два альтернативных потока. Допустим, что условие агрегирования выполняется следующим образом: l!k1=l?i, p!k1^p?i; l!k2=l?j, p!k2^p?j. Тогда, подсоединение элементов ei и ej к элементу eRk образует систему с разветвлением потоков работ, функциональность которой в соответствии с операцией «Альтернативная композиция по входу» может быть представлена следующим образом: p0Rkij = p°R?k.(p°i + p°j) = p°R?k.p°i и p°R?k.p°j.

Пусть ei и ej представляют собой элементы, соответствующие двум потокам работ, которые, сливаются в один. Введем в рассмотрение элемент eMk, описывающий элемент слияния (Merger) двух потоков работ в один. Допустим, что условие агрегирования выполняется следующим образомЛЬ^?^, p!i ep?kn l!j=l?k2, p!j çp?k2. Тогда, подсоединение элемента eMk к элементам ei и ej образует систему со слиянием потоков работ, функциональность которой в соответствии с операцией «Альтернативная композиция по выходу» может быть представлена следующим образом: p0Mijk = p°M!k.(p°i + p°j) = p°M!k.p°i и p°M!k.p°j.

Пусть, как и выше, ei и ej представляют собой элементы, соответствующие двум альтернативным потокам работ, а элементы eRk и eMk, описывают соответственно элемент разветвления и элемент слияния одних и тех же двух альтернативных потоков. Допустим, что выше упомянутое условие агрегирования выполняется следующим образом: l!k1=l?i, p!k1^p?i; l!k2=l?j, p!k2çp?j; l!i=l?k1, p!i çp?^ l!j=l?k2, p!j çp?k2. Тогда, подсоединение элементов ei и ej к элементу eRk и далее элемента eMk, образует систему с разветвлением и слиянием потоков работ, функциональность которой в соответствии с объединением операций «Альтернативная композиция по входу» и «Альтернативная композиция по выходу» может быть представлена следующим образом: p0RMkijk = p0R?k.p0M!k.(p0i+p0j)= p°R?k.p°M!k.p°i и p°R?k.p°M!k.p°j = p°R?k.p°i и p0R?k.p0j и p°M!k.p°i и p0M!k.p0j.

Рассмотрим теперь часто встречающуюся на практике ситуацию, когда и разветвление потоков работ, и их слияние происходят в рамках одних и тех же трех элементов. Рассмотрим три УФО-элемента: eRk, ei, eMk. Допустим при этом, что условие агрегирования выполняется следующим образом: l!k1=l?k1, p!k1^p?k1; l!k2=l?i, p!k2^p?i; l!i=l?k2, p!i çp?k2. Тогда, соединение элементов eRk, ei, eMk образует систему, функциональность которой в соответствии с операциями «Альтернативная композиция по входу» и «Альтернативная композиция по выходу» может быть представлена следующим образом: p0RMkik = p0R?k.(p0i+p0Mk)up0M!k.(p0i+p0Rk)= p0R?k.p0iиp0R?k.p0Mkиp0M!k.p0i.

Представленные алгебраические выражения позволяют формализовать визуальные графические модели АП, разработанные с использованием УФО-подхода, в целях их дальнейшего формального преобразования. Методика преобразования графоаналитической модели АП в виде диаграммы BF-UFOSh [1, 2] в алгебраические выражении представлена в виде обобщенного алгоритма на приведенном ниже рисунке 1.

Начало

1. Анализ диаграммы и выявление элементов с линейным порядком соединения

2. Описание соединения этих элементов с помощью операций «Префиксное действие» и «Постфиксное действие». Формирование процессов верхнего яруса.

4. Анализ диаграммы с учетом процессов верхнего яруса (без элементов с линейным порядком соединения) и выявление элементов с порядком соединения типа «дерево»

5. Описание элементов с помощью операций «Альтернативная композиция по входу» и «Альтернативная композиция по выходу»

6. Анализ диаграммы, выявление параллельных потоков работ. Описание параллельных потоков с помощью операции «Параллельная композиция»

Конец

Рис. 1. Алгоритм преобразования графической модели АП в алгебраические выражения

На рисунке 2 представлен пример фрагмента диаграммы ВЕ-ОТОБЬ абстрактного АП с разветвлением и слиянием потоков, алгебраическое описание которого, в соответствии с предложенным алгоритмом, приведено ниже.

В данном примере имеет место два фрагмента с линейной конфигурацией. Это соединение элементов с функциями П1 и П2, а также П3 и П5. Эти фрагменты легко преобразуются с помощью операции «Префиксное действие» в выражения П1?.П2 = (П1, Д1, П2) и Пз?.П5 = (П3, Д3, П5), т.е. в элементы более высокого яруса. В результате этого мы имеем ситуацию, в которой элемент с функцией П1?.П2 является разветвителем на два потока АП. Один поток: Пз?.П5 и другой поток: П4. Эти два потока подключены к соединителю П6.

н о ю л

а я

о «

о

К

д ч к

К

д

<и

ч я н <и я со а Л

0 -Д со О

Рч

£

1

Рч М

Л Л и Л

Д «

§

и

&

-е

а

§

Д Л

С

о]

о

<53

Данную конфигурацию можно преобразовать в алгебраические выражения с помощью объединения операций «Альтернативная композиция по входу» и «Альтернативная композиция по выходу» следующим образом: (П1?.П2)?.П6!.(Пз?.П5 + П4) = (П1?.П2)?.П6!.(Пз?.П5) и (П1?.П2)?.П6!.П4 = (П1?.П2)?.(П3?.П5) и (П1?.П2)?.П4 и П6!.(Пз?.П5) и П6!.П4 = ((П1, Д1, П2), Д2, (Пз, Д3, П5)) и ((П1, Д1, П2), Д2, П4) и ((П3, Д3, П5), Д4, П6) и (П4, Д3*, П6) =

{П1, Д1, П2, Д2, Пз, Д3, П4, Д3\ П5, Д4, П6}.

Представленные выражения описывает диаграмму на рисунке 2 функционально (в виде «трассы»), т.е. без учета контекстных связей и имен объектов.

Минимизация моделей административных процедур

Представленный способ получения алгебраического описания графоаналитической УФО-модели в нотации BF-UFOSh позволяет предложить методику обнаружения элементов, которые можно удалить для минимизации УФО-модели, путем анализа алгебраического описания BF-UFOSh-диаграммы. Рассмотрим эту методику подробнее.

В литературе описано множество способов «оптимизации» бизнес процессов (см., например, работу [3]). В данном случае речь идет не об оптимизации, так как не задан никакой критерий оптимальности, а об уменьшении числа элементов модели, т.е. о минимизации визуальных моделей, которая при этом может быть выполнена формальными средства.

Будем уменьшать число элементов УФО-модели естественным образом, т.е. путем удаления из модели:

- процессов, у которых входные и выходные потоки одинаковы (l?i=l!i);

- тупиковых процессов, у которых нет выходов (l!i=0), которые могут встречаться в моделях анализа АП «как есть»;

- альтернативных или параллельных процессов и потоков, которые не участвуют в формировании выходного потока, зафиксированного на уровне контекстной модели.

Формально при описании графической модели с помощью предлагаемого исчисления функций в первом случае, когда, например, у функции-процесса p0 вход равен выходу (1x?0 = IX0O, получаем, например, следующее выражение: p?.p!.p0 = p?.p° и p!.p° = {p?, 1т?0, p°}u{p°, 1t0!, p!}) = {p?, 1x?0, p°, p!}, получаемое путем выполнения операции объединения по правилам теории множеств (не мультимножеств!), что приводит к удалению, например, 1x0! и, следовательно, p0 может быть удалено.

Во втором случае, когда, например, у функции-процесса p0 нет выхода (1x0! = 0), получаем такое же выражение, приводящее к удалению p0: p?.p!.p0 = p?.p0 и p!.p0 = {p?, 1x?0, p0}u{p0, 0, p!} = {p?, 1x?0, p0, p!}.

В третьем случае, обнаружение и удаление формальными средствами процессов и потоков, не участвующих в формировании выходного потока, зафиксированного на уровне контекстной модели, основано на понимании того, что в описании УФО-модели в терминах операций исчисления функций, каждой альтернативной композиции по входу должна соответствовать альтернативная композиция по выходу, а параллельная композиция должна иметь двухсторонние связи. Таким образом, на основании анализа алгебраического описания модели можно удалить процессы и потоки, если:

- для группы операций p0R?k.(p0i + p0j) = p0R?k.p0i и p0R?k.p0j отсутствует группа операций p0M!k+i.(p0i+n + p0j+m) = p0M!k+i.p0i+n и p0M!k+i.p0j+m;

- операция (p0i,p02) определена как группа операций: p?i.p02 Ф p!2.p0i.

Методика минимизации визуальной графоаналитической модели в виде

диаграммы BF-UFOSh путем анализа ее алгебраического описания представлена в виде обобщенного алгоритма ниже на рисунке 3.

Начало

1. Алгебраическое описание диаграммы на контекстном уровне как УФО-элемента и диаграммы развертывания с помощью алгоритма на рис. 4.2.

Да *-

8. Удаление из модели альтернативной ветви или параллельного потока работ, не связанных с выходным документом контекстного уровня, а также процессов, не имеющих на выходе документов.

1 ^-О

9. Конец

Рис. 3. Алгоритм минимизации модели АП путем анализа ее алгебраического описания Описание моделей АП на языке исполнения бизнес-процессов

Развитие современных информационно-коммуникационных технологий обуславливает постоянный рост требований к средствам бизнес-моделирования [4, 5].

В связи с этим обеспечение возможности формализации графических визуальных моделей уже становится недостаточным. Актуальным в настоящее время является также обеспечение возможности преобразования и графической, и формальной бизнес-моделей в выражения на каком-либо языке исполнения бизнес-процессов.

Наиболее яркими представителями таких языков являются языки XPDL (XML Process Definition Language) и BPEL (Business Process Execution Language, полное название Web Services BPEL - WS-BPEL, ранее BPEL for Web Services - BPEL4WS). На основании многократно проведенного сравнения этих языков (см., например, работы [4 -8]) можно осуществить выбор языка наиболее подходящего для обеспечения исполнения АП, смоделированных с помощью диаграмм BF-UFOSh.

XPDL реализует граф-ориентированный подход к описанию бизнес-процессов. Граф представляет собой набор узлов, соединенных переходами. Изменение состояния бизнес-процесса соответствует переходу точки управления из одного узла графа в другой. В XPDL нет жесткой привязки к веб-сервисам, в нем используется абстрактное понятие внешнего приложения.

BPEL - язык, основанный на XML и ориентированный на Web-сервисы. В отличие от XPDL, он принадлежит к так называемым структурно-ориентированным языкам: бизнес-процесс в BPML соответствует не математическому графу, а иерархическому набору вложенных и последовательных тегов.

Ограниченность BPEL в его нынешнем виде заключается в том, что он нацелен на полностью автоматические бизнес-процессы и в нем не рассматриваются вопросы человеко-машинного взаимодействия. На практике, однако, большинство бизнес-процессов предполагает участие человека. XPDL же может описывать работу, как автоматических процессов, так и человеко-машинное взаимодействие путем явного описания пользователей и ролей.

На основании упомянутого анализа в качестве средства описания административных процессов может быть выбран XPDL ввиду его очевидных преимуществ и наиболее полного соответствия требованиям к функциональности при автоматизации такой предметной области, как стандарты электронных услуг [4 - 8].

Методика перевода графических и формальных элементов диаграмм BF-UFOSh — на язык XPDL приведена ниже в таблице 1.

Таблица 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Методика перевода элементов диаграмм BF-UFOSh на язык XPDL

ПО

({р0})

<АС:т1у id="Пo"> <BlockActivity />

</Activity>_

({1?}, {1!}), (Р?, Р!)

<ТгашШоп id="Д^"

&от="П0" 1о="П!" sign="p!"

/>

Отв. Подр.

(п, а)

<РагйшраП:

type="OrganisationUnit" / >

Д?. ■

Дт

П1

<({1?}, {1!}), ({р1}, {1т?!}, {р2}), (п, а, Р?, Р!)>

Подр. 1

Подр. 2

<АС:т1у id="Пl"> <Implementation > <SubFlow />

</Implementation> </Activity> <Activity id="П2"> <Implementation > <SubFlow />

</Implementation> </Activity>_

Д1

Д2

ьс

П2

Д3

пз

Д4

ьс

П4

р0*?к.(р0 + p0j) = ({р0К?к, р% p0j}, { р°К?к, р0П, р0!| }, {1тИ, 1тк|}) = р0Я?к.р0! и р0Я?к.р0|

<TransitюnRamificatюn> <Split Type="AND" /> </TransitюnRamificatюn>

</Implementation> </Activity>

Исполнитель

№2

Руководитель

«А»

Руководитель

«Б»

Д4

Д5

П4

П5

Д6

П6

р0М!к.(р0 + р0|) = ({р% р0|, р0М!к }, {р°?1, р0?|, р0М!к}, {1т!к, 1т|к}) = р0М!к.р0 и р0М!к.р°|

</Implementation> </Activity>

Руково- Руково- На-

дитель дитель чаль-

«Б» «С» ник

Предлагаемый алгоритм преобразования формального описания диаграмм BF-UFOSh в конструкции XPDL представлен ниже на рисунке 4.

Начало

1. Формирование фрагмента соответствующего контексту: _<({1?}, {1!}), ({Р0}), (п, а, 3?, Р!)>_

<Асй^у id="p0"> <BlockActivity />

</Activity>

2. Алгебраическое описание диаграммы развертывания до появления конструкций вида:

({Р1}, {1ти>, ф}),

с учетом всех связей (документов).

3. Просмотр участков описания (см. блок 2) от начала до и, между и и от и до конца. На каждом участке для всех последовательных троек вида: {р1}, {1тц}, {р>} без учета _скобок формирование фрагмента вида:_

<РагйараМ type="OrganisationUnit"\"Role"\"Human"\"System" / >

<Тоо1 /> if <Participant type="System" />

</Implementation>

</Activity>

<Тоо1 /> if <Participant type="System" />

</Implementation>

</АЙГУ^У>

4. Формирование для всех процессов из блока 3 фрагмента вида:

<ТгашШош>

Конец

Рис. 4. Алгоритм преобразования диаграммы BF-UFOSh в конструкции языка ХРБЬ

Серия История. Политология. Экономика. Информатика. 2014 № 15 (186). Выпуск 31/1

Данный алгоритм не учитывает стандартные элементы ХРБЬ-файла, формирование которых зависит от платформы и конкретной программной системы, которая будет автоматизировать этот процесс.

В результате исследования процессов моделирования административных регламентов теоретически обоснован и разработан оригинальный метод системного формализованного графоаналитического моделирования административных процедур, который основан на диаграммах «Basic Flowchart Shapes», системном подходе «Узел-Функция-Объект» и интеграции алгебраических средств теории паттернов Гренандера и исчисления процессов Милнера. Предложенный метод моделирования, в отличие от существующих, обеспечивает системный подход к организационно-деловым процессам и возможность использования формализованных правил минимизации, контроля структуры, содержания и согласованности описания. Применение предложенного метода позволяет повысить эффективность административных регламентов и управления административными процедурами, а также упростить и ускорить процесс проектирования программной системы, предназначенной для оказания государственных и муниципальных услуг населению в электронном виде.

Предложен новый способ формализации представления системы в терминах «Узел», «Функция», «Объект» за счет интеграции алгебраических средств теории паттернов и исчисления процессов. Определены и описаны алгебраические операции на функциях элементов «Узел-Функция-Объект» (как элементы исчисления функций) по аналогии с операциями на процессах в исчислении процессов. Формализованы процедуры декомпозиции и агрегации элементов (как линейных, так и не линейных; с линейным порядком соединения и с порядком соединений «дерево») системных графоаналитических моделей за счет использования операций исчисления функций.

Разработана методика преобразования графических УФО-элементов в алгебраические выражения. Предложен алгоритм минимизации графоаналитических моделей административных процедур путем анализа их алгебраического описания. Названный метод вместе с алгоритмом минимизации повышают степень управляемости административных процессов за счет наглядности моделей и возможности манипулирования с их алгебраическим описанием.

Разработаны методика и алгоритм преобразование графического и формализованного описания моделей административных процедур в выражения на языке исполнения бизнес-процессов (XPDL), что обеспечивает ускорения процесса проектирования программной системы класса BPMS, предназначенной для оказания населению государственных и муниципальных услуг в электронном виде.

1. Зимовец О.А., Маторин С.И. Моделирование административных процедур с использованием системного подхода «Узел-Функция-Объект» // Научные ведомости БелГУ. Сер. Информатика. - 2012. - № 1(120). - Выпуск № 21/1. - С. 166-172.

2. Зимовец О.А., Маторин С.И. Системное графоаналитическое моделирование административных процедур / под ред.С.П. Белова. - Белгород: Изд-во ООО ГиК, 2014. - 134 с.

3. Бондаренко Д. 7 простых приемов оптимизации бизнес-процессов [Электронный ресурс] // URL: http://psyfactor.org/lib/bondarenko2.htm

4. Создание типовых решений для предоставления государственных и муниципальных услуг органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления в электронном виде // Отчет по НИР. Этап 2. - Т. 16. - М.: ВШЭ, 2010. - 30 с.

5. Михеев А., Орлов М. Перспективы workflow-систем Сравнение workflow-языков // PC Week/RE. 2005. № 36(498). [Электронный ресурс] // http://www.pcweek.ru/idea/article/detail.php?ID=71354

6. Workflow Process Definition Interface-XML Process Definition Language [Электронный ресурс] // http://www.wfmc.org/standards/TC-1025_10_xpdl_ 102502.pdf

Выводы

Список литературы

7. Robert Shapiro "A Comparison of XPDL, BPML and BPEL4WS" [Электронный ресурс] // http://xml.coverpages.org/Shapiro-XPDL.pdf

8. Нестеренко А.К., Бездушный А.А., Сысоев Т.М., Бездушный А.Н. Возможности службы управления потоками работ по манипулированию ресурсами репозитория ИСИР [Электронный ресурс] // http://www.benran.ru/Magazin/cgi-bin/Sb_03/prQ3.exe7l22

FORMALIZATION GRAPHIC MODELS OF ADMINISTRATIVE PROCEDURES AND THEIR DESCRIPTION ON THE LANGUAGE EXECUTION OF BUSINESS-PROCESSES

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

S.P. BELOV O.A. ZIMOVETS S.I. MATORIN

The method of algebraic description graphic models of administrative procedures, the method of minimizing the model by analyzing the algebraic description, as well as a formalized method of converting graphical model in description on XPDL are describes

Belgorod State National Research University

Keywords: system analysis, system-object approach, "Unit-Function-Object", administrative procedures, Basic Flowchart Shapes, process calculus, calculus of functions.

e-mail: belov@bsu.edu.ru

ozimovets@bsu.edu.ru

matorin@bsu.edu.ru

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Белов С. П., Зимовец О. А., Маторин С. И.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Белов С. П., Зимовец О. А., Маторин С. И.

Текст научной работы на тему «Формализация графических моделей административных процедур и их описание на языке исполнения бизнес-процессов»