CC BY
131
УДК 338.24
И. М. Якимов, А. П. Кирпичников, З. Х. Захарова, Ф. А. Низамиев
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ BUISNESS STUDIO
Ключевые слова: Имитационное моделирование (ИМ), бизнес-процесс, нотация моделирования бизнес-процессов (BPMN), система массового обслуживания (СМО), сущности, обслуживающий аппарат (ОА).
Приводится описание методики компьютерного моделирования бизнес-процессов, включающей в себя построение структурных моделей в нотации моделирования бизнес процессов (BPMN) и имитационных моделей в системе Business Studio, позволяющей вводить структуры моделируемых бизнес-процессов и систем массового обслуживания (СМО) в графическом виде. Приведено 2 наиболее характерных моделей систем массового обслуживания.
Key words: simulation modeling, business-process, business process modeling notation, queuing system (QS), transact, transact generator, queue, service apparatus, priority.
There's a description of methods of computer modeling of business processes, including the construction of structural models in the Business Process Modeling Notation (BPMN) and simulation models in the Business Studio, allows you to enter the modeling business processes structure and queuing systems (QS) in graphical form. There are three the most typical models of queuing systems.
Введение
Нотация BPMN [1] представляет условные обозначения для отображения бизнес-процессов в форме диаграмм бизнес-процессов. Для построения моделей используется базовый набор интуитивно понятных графических элементов, которые позволяют составлять сложные семантические конструкции.
Целью нотации BPMN является создание стандартного набора условных обозначений, понятных всем пользователям: бизнес-аналитикам, создающим и улучшающим процессы, техническим разработчикам, ответственным за реализацию процессов, и менеджерам, следящим за процессами и управляющих ими.
Система имитационного моделирования Business Studio
Разработчиком системы бизнес-моделирования Buisness Studio является Группа компаний «Современные технологии управления», основанная в 1991 году [2]. Эта система является одним из лидеров российского рынка систем бизнес-моделирования. Первая версия Business Studio появилась 5 октября 2004 года, а к марту 2013 года - уже версия 4.0, которая использована в данной статье.
Business Studio — это система бизнес-моделирования, предназначенная для создания эффективной организации бизнес-процессов.
Основными задачами системы являются:
• Формализация стратегии и контроль ее достижения.
• Проектирование и оптимизация бизнес-процессов.
• Проектирование организационной структуры и штатного расписания.
• Формирование и распространение среди сотрудников регламентирующей документации.
• Внедрение системы менеджмента качества в соответствии со стандартами ISO.
• Формирование Технических заданий и поддержка внедрения информационных систем.
В BPMN существуют четыре категории элементов: Элементы потока (Flow Objects), Данные (Data), Соединяющие элементы (Connecting Objects), Зоны ответственности (Swimlanes).
Элементы потока являются важнейшими графическими элементами, определяющими ход Бизнес-процесса. Элементы потока, в свою очередь, делятся на: События (Events), Действия (Activities), Задачи (Tasks) и Шлюзы (Gateways).
События изображаются в виде круга со свободным центром, предназначенным для помещения в него различных триггеров, поясняющих события. Выделяют три типа событий: Стартовое (Start), Промежуточное (Intermediate) и Конечное (End).
Действие - общий термин, имитирующий выполнение работы в бизнес-процессе. Действия могут быть либо элементарными, либо составными. Выделяют следующие виды действий, являющихся частью модели Процесса: Подпроцесс (Sub-Process) и Задача (Task). Подпроцессы и Задачи изображаются в виде прямоугольников с закругленными углами.
Шлюзы используются для обозначения разветвлений и слияния процессов. Внутренние маркеры шлюза указывают тип разветвления или слияния.
В таблице 1 приведены основные элементы стандарта BPMN.
Система Business Studio позволяет создавать комплексные модели бизнес-процессов, включающие следующие пять компонентов:
1. Стратегия (Перечень целей моделирования и методов их достижения).
2. Модель бизнес-процесса и перечень результативных показателей (показателей эффективности бизнес-процессов).
3. Организационная структура.
4. Ресурсы и документы.
5. Информационные системы.
Система Business Studio обеспечивает полноценную платформу автоматизации бизнес-процессов, направленную на поддержку внутренних преобразований моделируемых объектов, позволяет значительно сократить время реализации новых идей и
стратегий развития бизнеса и способствует постоянному повышению эффективности бизнес-процессов.
Таблица 1 - Основные графические элементы стандарта БРМК
Продолжение табл. 1
Наименование
1
Пояснение
Нотация
1. Элементы потока
Стартовое событие
Промежуточное событие
Конечное событие
Задача
Параллельный шлюз
Эксклюзивный шлюз
Неэксклюзив-ный шлюз
Указывает точку, с которой начинается Процесс. Стартовое событие является необязательным.
Оказывает влияние на ход процесса, однако, не может являться началом или завершением Процесса.
Указывает на точку завершения Процесса.
Элементарное действие, включенное в состав Процесса.
Используются для синхронизации параллельных маршрутов. Должен иметь маркер, изображающийся знаком «+», который помещается в графический элемент Шлюза.
По заданному условию обеспечивается выбор только одной из указанных возможностей.
Неэксклюзивный шлюз (ОЯ, "ИЛИ") используется для ветвления потока управления на несколько потоков, в зависимости от выполнения задаваемых условий. При этом каждое из указанных условий является независимым, и дальнейшее выполнение процесса может продолжиться сразу по нескольким потокам управления, если условия будут выполнены.
О
О
1
Комплекс-ный шлюз
Эксклюзив-ный
шлюз по событиям
Объект данных
База данных
Набор объектов
2
Комплексный шлюз используется для ветвления потока управления на несколько потоков, когда выполнение процесса зависит от выполнения условий. По своему действию комплексный шлюз аналогичен неэксклюзивному шлюзу
Эксклюзивный шлюз по событиям (ХОЯ, "Исключающее ИЛИ") используется для ветвления потока управления на несколько альтернативных потоков, когда дальнейшее выполнение процесса зависит от выполнения некоторого события, следующего после шлюза.
2. Данные
Используется для отображения на диаграмме объектов деятельности, участвующих в выполнении процесса. Рядом с блоком размещается наименование объекта данных.
Используется для отображения на диаграмме базы данных, используемой при выполнении процесса. Рядом с элементом размещается наименование базы данных.
Используется для отображения на диаграмме совокупности объектов, участвующих в выполнении процесса. Рядом с элементом размещается наименование набора объектов.
Комплексный
шлюз
о
Эксклюзивный шлюз по событиям
3
2
3
Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №11 Продолжение табл. 1 Окончание табл. 1
1 2 3
3. Соединяющие элементы
Стандартный поток операций Потоки, берущие начало от Стартового события и следующие по ходу выполнения Действий. После шлюзов необходимо указывать знак «+» или «-» над стрелкой в зависимости от выполнения условия, указанного в шлюзе
Условный поток управления Стрелка используется для отображения потока управления и используется тогда, когда необходимо указать, что по рассматриваемому потоку будет выполняться процесс только в том случае, если выполнится условие, указанное в названии потока. В случае, если условный поток управления является исходящим от процесса, то у основания линии изображается ромбик. Условный ПОТОК ^ управления
Поток операций по умолчанию Используется в том случае, если все другие исходящие потоки операций, направленные от действия или шлюза, не являются верными. Л-
Поток сообщений Стрелка отображает межпроцессное взаимодействие. Поток сообщений не отображает ход выполнения процесса, а показывает передачу сообщений или объектов из одного процесса в другой процесс или внешнюю ссылку.
1
2
Ассоциация
Стрелка отображает связи объектов данных и баз данных с процессами. Связь может быть направленной и ненаправленной в зависимости от соединяемых элементов и типа связи.
4. Зоны ответственности
Пул
Пул предназначен для отображения потока сообщений рассматриваемого процесса. Содержимое пула - это процесс, моделируемый диаграммой. На диаграмме развернутый пул может быть только один.
Свёрнутый пул
Свернутый пул используется для указания взаимосвязей процесса:
- обозначает процесс или внешнюю ссылку, откуда поступил или куда передается поток сообщений;
- обозначает предыдущий или следующий процесс по отношению к диаграмме рассматриваемого процесса.
Свернутый гул
Дорож-
Дорожки предназначены для отображения организационных единиц (должностей, подразделений, внешних субъектов) - исполнителей задач и подпроцессов. Внутри блоков помещаются наименования организационных единиц.
Артефакты (сноски)
Выносные элементы, предназначенные для комментариев.
3
ки
Для демонстрации возможностей системы Business Studio приведём две модели однофазных СМО.
Пример 1. Система массового обслуживания генератор заявок - очередь - обслуживающий аппарат
Структурная модель примера 1 в системе Business Studio приведена на рис. 1. Время между
поступлением заявок в систему распределено по экспоненциальному закону со средним 10 единиц времени. Время обслуживания распределено по экспоненциальному закону со средним 6 единиц времени. Очередь неограниченной длины. Завершение моделирования после вывода из системы 10000 заявок.
Рис. 1 - Структурная схема примера 1 в системе Business Studio
Результаты ИМ примера 1 приведены в таблице 2.
Пример 2. Система массового обслуживания генератор заявок - очередь - пять обслуживающих аппаратов
Структурная модель примера 2 в системе Business Studio приведена на рис. 2. Время между поступлением заявок в систему распределено по экспоненциальному закону со средним 10 единиц времени. Время обслуживания распределено по экспоненциальному закону со средним 30 единиц времени. Очередь неограниченной длины. Завершение моделирования после вывода из системы 10000 заявок.
Рис. 2 - Структурная модель примера 2 в системе Business Studio
Обслуживающим аппаратам (ОА) присвоены имена: PK1, PK2, PK3, PK4, PK5. Дисциплина выбора ОА: первый свободный с наименьшим номером. Основные количественные характеристики ИМ СМО приведены в таблице 2. Аналитическое моделирование (АМ) СМО проведено по формулам, приведённым в [3, 4]. Результаты АМ, приведённые в таблице 2, по СМО М/М/1 заимствованы из источника [5], СМО М/М/5 - из источника [6].
По результатам проведённого моделирования СМО М/М/1 отметим, что абсолютная максимальная разница между результатами ИМ и АМ составила 2,78 % для средней длины очереди. Средняя разница по 6 показателям составила 1.85 % . По результатам моделирования СМО М/М/5 отметим, что абсолютная максимальная разница между результатами ИМ и АМ составила 4,17 % для среднего количества заявок в ОА. Средняя разница по 6
показателям составила 3,09 % . Такие результаты свидетельствуют о высоком качестве генераторов случайных чисел системы Business Studio.
Коэффициент загрузки PK1 составил 0,9156; РК2 - 0,815; РК3 - 0,726; РК4 - 0,530; РК5 - 0,443. Такое распределение загрузок ОА подтверждает корректность исполнения принятой дисциплины выбора ОА.
Таблица 2 - Результаты моделирования СМО М/М/1 и М/М/5
№ Код Результаты моделирования СМО М/М/1
АМ ИМ Разн. Разн. в %
1 m 0,6 0,6086 -0,0086 -1,43
2 l 0,9 0,9250 -0,0250 -2,78
3 k 1,5 1,5336 -0,0336 -2,24
4 tобсл 6,0 6,05 -0,05 -0,833
5 t ожид 9,0 9, 2 -0,20 -2,22
6 t сист 15,0 15,24 -0,24 -1,6
№ Код Результаты моделирования СМО М/М/5
АМ ИМ Разн. Разн. в %
1 m 3 3,125 -0,125 -4,16
2 l 0,372 0,369 0,003 0,806
3 k 3,372 3,494 -0,122 -3.62
4 tобсл 30 31,02 -1,02 -3,40
5 t ожид 3,716 3,819 -0,103 -2,77
6 t сист 33,716 35,04 -1,324 -3,93
В таблице 2 используются следующие обозначения: т - среднее количество транзактов в ОА; I - среднее количество транзактов в очереди; ^ - среднее количество транзактов в системе; *обсл ОА;
* ожид реди;
*сист - среднее время пребывания транзактов в
среднее время обслуживания транзактов в
- среднее время ожидания транзактов в оче-
системе.
Заключение
Назовём достоинства системы Business Studio: 1. Структурные модели, построенные в нотации BPMN в системе Business Studio, являются одной из наиболее возможных альтернатив IDEF-диаграммам, реализуемым в системе BPWin и
структурным моделям, построенным в других системах ИМ.
2. Доступность. Пробную версию системы Business Studio можно получить у разработчиков бесплатно, регистрируясь на официальном сайте.
3. В КНИТУ-КАИ планируется изучение нотации BPMN и имитационного моделирования в системе Business Studio по курсу моделирования систем.
4. Проведённое сравнение результатов имитационного моделирования в системе Business Studio с результатами аналитического моделирования по двум примерам показало, что их отличие не превышает 4 %, что можно считать вполне приемлемым.
В качестве недостатка отметим отсутствие в системе Business Studio стандартных средств вывода значений оценок средних квадратических отклонений временных и количественных характеристик функционирования объекта моделирования.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РРНФ в рамках научного проекта №15-1216001 «Развитие финансовых механизмов управле-
ния транспортной системой крупных городов и регионов России».
Литература
1. http://www.businessstudio.ru/procedures/business/notatc iia-bpmn/
2. http://www.businessstudio.ru/about/
3. Кирпичников А.П. Прикладная теория массового обслуживания. Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2008. -118 с.
4. Кирпичников А.П. Методы прикладной теории массового обслуживания. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2011. - 200 с.
5. И.М. Якимов, А.П. Кирпичников, Г.Р., Зайнуллина, З.Т.Яхина. Оценка достоверности результатов имитационного моделирования по результатам аналитического моделирования // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 6. С. 173.
6. Якимов И.М. Кирпичников А. П., Мокшин В.В., Аляутдинова Г.Р., Пайгина Л.Р. Имитационное моделирование бизнес-процессов в системе Bizagi Modeler // Вестник технологического университета. 2015. Т.18. №9. С. 236-239.
© И. М. Якимов - канд. техн. наук, профессор кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления КНИТУ им А.Н.Туполева; А. П. Кирпичников - д-р физ.-мат. наук, зав. кафедрой интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами КНИТУ, e-mail: kirpichnikov@kstu.ru; З. Х. Захарова - доцент каф. автоматизированных систем обработки информации и управления КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, zkhzakharova@mail.ru; Ф. А. Низамиев - бакалавр той же кафедры.
© I. М. Yakimov - PhD, Professor of the Department of Automated Information Processing Systems & Control, KNRTU named after A.N. Tupolev; A P. Kirpichnikov - Dr. Sci, Head of the Department of Intelligent Systems & Information Systems Control, KNRTU, e-mail: kirpichnikov@kstu.ru; Z. H. Zakharova - PhD, Associate Professor of the Department of Automated Information Processing Systems & Control, KNRTU named after A.N. Tupolev, zkhzakharova@mail.ru; F. A. Nizamiev - Bachelor of the same department.
