Business Process Simulation in Action
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SOA Center Business Process Simulation
Business Process
Simulation in Action
In der letzten Ausgabe des Java Magazins wurden die Grundlagen zu Business
Process Simulation (BPS) gelegt und gezeigt, wie ein entsprechendes Tool auf
Basis von Open-Source-Komponenten entwickelt werden kann [1]. Dieser Artikel
zeigt die Konfiguration und Verwendung dieses Tools anhand eines Beispiels.
von Bernd Rücker
m den letzten Artikel knapp zu- Bevor ein Event zur Ausführung Das Prozess-Start-Event plant sich
sammenzufassen: BPS ermög- kommt, wird die Modellzeit der Si- daraufhin selbst für einen späteren
licht es, für neue oder überar- mulationsuhr zu jBPM übertragen, Zeitpunkt wieder ein. Wann genau,
beitete Prozesse sowie für veränderte da die Modellzeit nicht der realen entscheidet wiederum eine Vertei-
Rahmenbedingungen Vorhersagen Zeit entspricht, man aber trotzdem lungsfunktion.
über Kosten bzw. Leistungsparameter korrekte Logdaten in jBPM abfragen
zu treffen. Dadurch ermöglicht Simu- möchte. Kurzüberblick JBoss jBPM und
lation Prozesse besser zu verstehen, Das Event, implementiert als Java-Ob- jPDL
bevor sie implementiert und produktiv jekt, wird ausgeführt. Dies startet eine Die Business Process Engine jBPM ent-
gesetzt werden, was vielen Risiken ent- neue Prozessinstanz in jBPM und der hält innerlich keine Magie, letztendlich
gegenwirkt. Das in [2] entwickelte Open Prozessgraf wird bis zum ersten War- bildet sie einen einfachen Zustands-
Source Tool realisiert BPS, indem das tezustand durchlaufen. grafen ab. Dabei gibt es, wie in Abbil-
bestehende Discrete Event Simulation Beim Erreichen des Wartezustands dung 2 gezeigt, Nodes und Transitions,
Framework DESMO-J [3], [4] mit der wird ein Event erstellt und DESMO-J wobei Letztere zwei Nodes miteinander
Business Process Engine JBoss jBPM übergeben. Dieses Event sorgt spä- verbinden. Dieses Grundprinzip er-
[5] verheiratet wird. Vereinfacht gesagt, ter für die Beendigung des Warte- möglicht es, Prozesse als freie Grafen zu
funktioniert dies, indem das Simulati- zustands. In diesem Fall wartet man beschreiben, ist dafür aber auch bereits
ons-Framework die Prozessmaschine auf das Eintreffen des Pakets, also ein ausreichend. Es gibt unterschiedliche
steuert, welche ihrerseits Events erstel- externes Event. Es könnte auch eine Arten von Nodes, ich möchte an dieser
len und der Simulation übergeben kann. Aufgabe für einen Sachbearbeiter im Stelle nur Wartezustände („state“) und
Zur Verdeutlichung ist in Abbil- Prozessablauf vorkommen, dann ent- Aufgaben („task-node“) gesondert er-
dung 1 ein beispielhafter Ablauf ge- spräche das erstellte Event der erfolg- wähnen. In beiden muss die Ausführung
zeigt. Er illustriert das Abarbeiten eines reichen Bearbeitung der Aufgabe. des Prozessgrafen unterbrochen wer-
Prozess-Start-Events durch die zentrale Die Zeit, zu der das Ereignis eintreten den, im ersten Fall, weil auf ein externes
Steuereinheit in DESMO-J: soll, wird durch konfigurierte stati- Ereignis gewartet wird und im zweiten
stische Verteilungsfunktionen ermit- Fall, weil erst ein Bearbeiter seine Auf-
telt, da Paketlaufzeiten oder auch Be- gabe erledigen muss. In Wartezuständen
Den Quellcode zu diesem Artikel arbeitungszeiten immer ein Stück weit wird der Prozesszustand normalerweise
finden Sie unter www.javamagazin.de zufällig sind. persistiert. Es sei aber angemerkt, dass
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Persistenz in der Simulation nicht von- ist es ein Kompromiss zwischen Kosten
nöten ist, da die Simulation normaler- und Durchlaufzeit.
weise am Stück ausgeführt wird, ohne Statistische Zahlen zu Bearbei-
den Rechner zwischendurch abzuschal- tungs- oder Wartezeiten stehen entwe-
ten. Dies wirkt sich dann positiv auf die der als historische Logdaten in jBPM
Performance aus. zur Verfügung oder müssen manuell
Die Prozessausführung wird durch erstellt werden. In Abbildung 3 sind
ein Token-Objekt gesteuert, das durch die durchschnittliche Bearbeitungszeit
den Prozessgrafen „wandert“, es ent- sowie die Standardabweichung bereits
spricht also einer Prozessinstanz. Sind eingetragen.
mehrere ausgehende Transitions an Die Erstellung und Konfiguration
einem Node vorhanden, müssen jBPM- eines Simulationsprojekts erfolgt für die
Informationen vorliegen, die eine Ent- oben genannte Fragestellung etwa in fol- Abb. 1: Ablauf der Simulation
scheidung ermöglichen, ansonsten wird genden Schritten:
die Standard-Transition verwendet.
Erstellung des Prozesses in jBPM, falls
Beispielprozess und noch nicht vorhanden
Simulationsziel Erstellung einer Simulationskonfigu-
In der letzten Ausgabe wurde bereits ration als XML, welche die ermittelten
ein Prozessbeispiel eingeführt, das als statistischen Verteilungen berücksich-
Tutorial zum entwickelten Simulati- tigt
ons-Tool online verfügbar ist [6]. Der Definition von Szenarien mit un-
Prozess ist in Abbildung 3 grafisch dar- terschiedlichen Resource Pools und
gestellt und schnell erklärt: Es handelt eventuellen anderen Unterschieden Abb. 2: Interner Aufbau von jBPM
sich um die vereinfachte Abwicklung
von Retouren bei einem Webshop. Der
Shop prüft zurückkommende Ware in
einem Schnelltest auf Funktionstüch-
Listing 1: jPDL-Quellcode des Beispielprozesses
tigkeit. Wird kein Fehler festgestellt,
so wird die Ware von einem Techniker
eingehend unter die Lupe genommen.
Kann der Fehler nachvollzogen wer-
den, bekommt der Kunde sein Geld
zurück. Funktioniert die Ware auch
nach der zweiten Prüfung problemlos,
wird die Retour abgelehnt und die Wa-
re zurückgesendet. Der Quellcode des
Prozesses liegt als XML-Datei in der
Sprache jPDL (jBPM Process Defini-
tion Language) vor und ist in Listing 1
abgebildet.
Erste Fragestellung an die Simu-
lation ist die beste Personalplanung.
So wird beispielsweise um die Weih-
nachtszeit ein höheres Retouraufkom-
einen stärkeren Personaleinsatz erfor-
Simulation ist nun Folgende: Es wer-
den Szenarien mit verschiedenen Per-
sonaleinsatzstrategien entwickelt und
durch die Simulation „getestet“, um so
das beste Szenario zu evaluieren. Wel-
Gewinners eingehen, ist von Projekt
zu Projekt verschieden, normalerweise
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Definition von Datenquellen und im Pool verfügbar, so muss der Prozess durch einen Bearbeiter in einer Aufgabe
-filtern (in diesem Artikel wird dies auf sie warten. Dies entspricht der Rea- simulieren.
nicht benötigt, siehe [6] für ein Bei- lität: Hat niemand zur Bearbeitung ei- Wie in [1] beschrieben, will man in
spiel) ner Aufgabe Zeit, so muss der Prozess der Simulation oft nicht alle Serviceauf-
Überprüfung aller Serviceaufrufe im warten. Für Ressourcen wird dabei rufe normal durchführen, man möchte
Prozess und eventuelles Abschalten auch definiert, welche Kosten sie verur- sie manchmal ignorieren oder durch
oder Mocking sachen (Costs-Per-Time-Unit) und wie einen Aufruf eines Mocks ersetzen. Das
viel Prozent der Kosten in den Zeiten jBPM-Simulations-Tool ermöglicht dies
Konfigurationsparameter anfallen, in denen eine Ressource nicht durch einige Konfigurationsparameter
Für die Simulation werden zusätzliche ausgelastet ist (Unutilized-Time-Cost- (Listing 3).
Informationen benötigt. Bereits ange- Factor).
sprochen wurden Verteilungen für Be- Interessant sind vor allem noch Konfiguration der Simulation
arbeitungs- und Wartezeiten. Ein wei- Datenquellen und Datenfilter, wie in Die Konfiguration der Simulation kann
teres wichtiges Element sind Resource Listing 2 gezeigt. Datenquellen können grundsätzlich auf zwei Arten gesche-
Pools. Diese geben die verfügbare An- neue Daten in den simulierten Prozess hen. Erstens kann man die benötigten
zahl verschiedener Ressourcen an, jede pumpen und Datenfilter können Da- Parameter direkt im jPDL-Quellcode
Ressource entspricht dann einem Pool. ten verändern. Wird beispielsweise der des Prozesses einbetten. Dies ermög-
Wird während der Simulation eine Res- Retourenprozess gestartet, so könnte licht es, einfach und schnell bestehen-
source beispielsweise zur Abarbeitung eine Datenquelle Informationen zur de Prozesse zu simulieren. Die zweite
einer Aufgabe benötigt, so wird diese Retoure als Prozessvariablen bereit- Möglichkeit ist die Verwendung einer
Ressource für die benötigte Zeit aus stellen. Ein Datenfilter könnte dagegen eigenen XML-Konfigurationsdatei.
dem Pool entfernt. Ist keine Ressource das Verändern der Fehlerbeschreibung Dies hat den Vorteil, dass der Prozess
Listing 2: Konfiguration von Datenquellen und Filtern
...
...
Listing 3: Konfiguration von Serviceaufrufen im Prozess
...
... ...
... ...
...
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selbst nicht verändert werden muss
und dass in einer Simulation verschie-
dene Prozesse angesprochen werden
können. Auch ermöglicht es die eigene
Konfiguration, unterschiedliche Szena-
rien für den gleichen Prozess zu definie-
ren. Dies wird im Beispiel für die unter-
schiedlichen Personaleinsatzstrategien
benötigt. Daher ist meist die Lösung
mit einer eigenen Konfiguration vorzu-
ziehen. Es ist jedoch auch eine Misch-
form zulässig, wobei die Einstellungen
im Prozess bei Bedarf überschrieben
werden. Die Konfiguration für unseren
Simulations-Use-Case ist in Listing 4
zu sehen. Es wurde ein Experiment mit
drei Szenarien definiert:
christmas
christmas_normal_case
christmas_worst_case Abb. 3: Der Beispielprozess inklusive statistischer Kennzahlen
Ein Experiment kann beliebig viele
Szenarien enthalten und definiert eini- Generierung der Simulationskonfiguration aus Logdaten
ge globale Parameter (wie die Laufzeit
über das Attribut run-time). Die Simu- Die Daten konnten in dem entwickelten Tool recht einfach aus den Logdateien
lation aller Szenarien des Experiments gelesen werden, hierfür steht ein jBPM-Befehl als Command-Objekt zur Verfü-
wird dabei immer als eine Einheit gung (das Command Pattern in jBPM abstrahiert Logik von der Umgebung, in
der sie aufgerufen wird [7]. In diesem Fall wird die Umgebung als jbpmContext-
ausgeführt. Bei den Szenarien ist zu
Objekt erzeugt und übergeben):
sehen, dass sie nicht zwangsläufig aus-
geführt werden müssen (execute=false)
BamSimulationProposal proposal = (BamSimulationProposal)
und von Basisszenarien erben können new GetSimulationInputCommand(processName).execute(jbpmContext);
(base-scenario=christmas). Dies ermög- proposal.createScenarioConfigurationXml();
licht eine einfache Vererbung ähnlich
abstrakter Klassen in Java, ist jedoch Dieses Command erstellt einen Vorschlag für eine Simulationskonfiguration, die
momentan auf eine Hierarchieebene bei statischen Eingangsdaten Werte aus der Historie erschließt. Dabei muss man
in der aktuellen Version noch aufpassen, da lediglich Standardverteilungen ver-
beschränkt. wendet werden, was nicht in jedem Fall die beste Lösung darstellt. Daher kann es
Verteilungen und Resource Pools nicht schaden, mit einem Statistikprogramm wie GSTAT2 [8] zu arbeiten, um aus
müssen einerseits definiert werden, historischen Daten Verteilungsfunktionen zu ermitteln..
wie in Listing 4 zu sehen ist (Element
Das neue Portal für Java , Eclipse, Enterprise Architekturen, SOA.
TM
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distribution), andererseits muss die geordnet und auch ein Resource Pool verhalten (also beispielsweise die Stan-
Verwendung dieser Elemente konfigu- gleichen Namens konfiguriert, so wird dard-Transition verwenden).
riert werden. Dies wird erreicht, indem dieser Pool automatisch verwendet. Im
man die benannten Verteilungen dem Beispiel unterscheiden sich die zwei Ausführung der Simulation
Prozess selbst (für die Zeitabstände ausgeführten Szenarien übrigens nur Hat man die Konfiguration erstellt, muss
zwischen Prozessstarts), Wartezustän- durch die Konfiguration der Resource die Simulation ausgeführt werden. Bei
den oder Aufgaben zuweist (z.B.
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sind. Momentan muss die Ausführung
der Simulation über ein Stückchen Java-
Code gestartet werden:
new JbpmSimulationExperimentRunner().run(
“/org/jbpm/sim/tutorial/business/
simulationExperiment.xml“);
Eine Möglichkeit, die Experimentkon-
figuration direkt per Eclipse-Run as zu
starten, ist allerdings im Rahmen des
jBPM-Plug-ins geplant.
Abbildung 4 und 5 zeigen beispielhaft
Diagramme aus dem grafischen Report. Abb. 4: Wartezeit vor Quick Test als Simulationsergebnis
Erstere zeigt die Verteilung der Warte-
zeit auf freiwerdende Ressourcen (in
diesem Fall der „Tester“ vor der Aufgabe
Quick Test). Die zweite Abbildung zeigt
dagegen die Auslastung der Resource-
„Tester“ für die verschiedenen Szenari-
en. Aus Platzgründen ist für das gesamte
Simulationsergebnis auf [2] oder [6] ver-
wiesen, am besten lädt man sich das Tu-
torial herunter und spielt selbst ein biss-
chen damit. Es enthält auch noch einen
Abb. 5: Auslastung des Testers als Simulationsergebnis
weiteren Simulations-Use-Case, in dem
Prozessalternativen evaluiert werden.
deutig darauf, einen ersten stabilen Kern werden später folgen, dann sollten auch
Zusammenfassung zu entwickeln, der die mathematische mehr Erfahrungen mit dem Einsatz des
Das gezeigte Tool ist im Rahmen einer Theorie hinter BPS korrekt abbildet. Tools vorliegen. Feedback, Kritik oder
Master Thesis entstanden und nun Teil Dieses Ziel konnte erreicht werden. Erfahrungsberichte sind dabei übrigens
von jBPM. Es erfüllt die grundlegenden Erweiterungen und Verbesserungen sehr willkommen!
Anforderungen an ein Business Process
Simulation Tool und zeigt, dass BPS auch Bernd Rücker ist Berater, Coach und Geschäftsführer bei der camunda
mit einfachen Mitteln und ohne teure GmbH. Sein besonderes Interesse liegt dabei im Bereich BPM und SOA
sowie deren praktische Umsetzung, gerne auch mit Open Source. Er hat
Tools umgesetzt werden kann. Trotzdem
berufsbegleitend sein Studium als Master of Science in Software Techno-
sind BPS-Projekte leider noch kein Kin- logy erfolgreich abgeschlossen, in diesem Rahmen ist die angesprochene
derspiel. Prozessoptimierung wird noch Master Thesis entstanden. Kontakt: bernd.ruecker@camunda.com
nicht unterstützt. Prototypisch wurde
es mit einem simplen Algorithmus aber
bereits umgesetzt. Wünschenswert wäre Links & Literatur
hier eine bessere Unterstützung durch [1] Bernd Rücker: Business Process Simulation selbst gemacht, in:
das Tool und die Verwendung von leis- Java Magazin 05.2008, S. 20–25
tungsfähigen Algorithmen, beispiels- [2] Master Thesis Bernd Rücker: www.camunda.com/content/publikationen/
bernd-ruecker-business-process-simulation-with-jbpm.pdf
weise könnten genetische Algorithmen
[3] DESMO-J: www.desmoj.de
zum Einsatz kommen. Für dieses Thema
[4] Bernd Page and Wolfgang Kreutzer: The Java Simulation Handbook. Simulating
soll eventuell eine zweite Masterarbeit
Discrete Event Systems with UML and Java, Shaker Verlag, 2005
ausgeschrieben werden.
[5] JBoss jBPM: labs.jboss.com/jbossjbpm/
Offiziell wird das Tool mit der nächs-
[6] jBPM Simulation Tutorial:
ten jBPM-Version (3.2.3) released. Mo- www.camunda.com/jbpm_simulation/jbpm_simulation_tutorial.html
mentan werden noch nicht alle Features [7] JbpmCommands: wiki.jboss.org/wiki/Wiki.jsp?page=JbpmCommands
von jBPM unterstützt, es fehlen bei- [8] GSTAT2: www.statoek.wiso.uni-goettingen.de/user/fred/gstat2.htm
spielsweise Subprozesse, Super-States [9] JasperReports: www.jasperforge.org/jaspersoft/opensource/business_intelligence/
und Timer. Auch gibt es noch kein GUI. jasperreports/
Der Fokus lag in der ersten Version ein-
100 javamagazin 6|2008 www.JAXenter.deSie können auch lesen
