Teilprojekt D2
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Simulatoren für Workflow-Managementsysteme
Von entscheidender Bedeutung für die Qualität eines Katastrophenmanagementsystems ist die Möglichkeit zur Bewertung der Güte der modellierten Aktionen zusammenarbeitender Akteure. Dabei werden insbesondere Informations- und Kommunikationsdienste bei ihrer Entscheidungsfindung im Zuge sich dynamisch ändernder Randbedingungen (Ressourcenverfügbarkeit, Schadensentwicklung usw.) zu berücksichtigen sein. Die simulative Ausführung eines sich daraus ergebenden komplexen Prozessensembles, dessen Beobachtung und seine Bewertung an Hand vorgegebener Zielkriterien kann dazu wirkungsvoll beitragen, indem sie
- sowohl in der Phase der schrittweisen Entwicklung des Workflow-Modells als auch
- beim Training der potenziellen Entscheidungsträger eingesetzt wird. Schließlich kann eine simulative Ausführung
- von Teilsystemen, die zeitlich und räumlich eingegrenzt autonom betrachtet werden können, auch im operativen Teil des Katastrophenmanagements zur Entscheidungsfindung und -korrektur eingesetzt werden.
Letzteres bestimmt natürlich unbedingt Echtzeitanforderungen an entsprechende Simulatoren. Fragestellungen, die mit der Entwicklung geeigneter Simulatorkonzepte zusammenhängen, die auf metamodellbasierten Workflow-Managementsystemen aufsetzen, machen den Kern dieses Vorhabens aus. Die geeignete Darstellung von Ablaufszenarien und die damit einhergehenden Reaktionen auf die Zustandsänderung des Systems als auch die Konzeption von Bewertungssystemen erfordern eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit im Graduiertenkolleg.
Stand des Wissens
Zunächst eröffnet der Workflow-Bezug [1] im Katastrophenmanagement ein neuartiges nicht bearbeitetes Forschungs- und Anwendungsfeld. Obwohl der Simulation als Analysekomponente in allen dominanten Workflow-Konzeptionen [2], [3] ein wichtiger Stellenwert zuerkannt wird, stehen nur unzureichend Simulationskomponenten zur Verfügung. Dies ist in erster Linie dem nicht unerheblichen Aufwand für die Einbindung vorhandener Simulatoren geschuldet, die sich nicht nur dem Workflow-Management unterzuordnen haben. Da sie sich darüber hinaus in das jeweilige Anwendungsgebiet des Workflow-Systems einbetten lassen müssen und somit von der jeweiligen Modellierungssprache abhängig sind, werden sich Neuentwicklungen nicht ausschließen lassen. Eine weitere Herausforderung kommt durch die angestrebte Adaptivität der systemsteuernden Workflows zustande, die mit klassischen Modellierungssprachen nur unzureichend erfasst werden kann. Diese Schwierigkeiten könnten durch den Einsatz von metamodellbasierten Modellierungssprachen (in Analogie zu MDA-Ansätzen) umgangen werden. Die Verfolgung dieses Ansatzes mit einer angestrebten Werkzeug- und Implementierungsunabhängigkeit wird durch aktuelle Bemühungen zur Entwicklung standardisierter Metamodelle für Workflow-Modelle [4] forciert. Auf der anderen Seite steht auch im Bereich der computergestützten Simulation die Hinwendung zum Einsatz für metamodellbasierte Sprachen erst in einem visionären Stadium.
Vorarbeiten der beteiligten Wissenschaftler
In der Tradition der Arbeitsgruppe von J. Fischer stehen Fragestellungen zur objektorientierten Modellierung und Simulation dynamischer Systeme [5], die durch zeitdiskrete und zeitkontinuierliche Prozessmodelle in ihrer Wechselwirkung bestimmt sind. Ein größeres studentisches Projekt zeigte jüngst die Wirksamkeit eines komplexen verteilten Simulator-/Animator-Ablaufplanungskonzeptes auf der Basis von CORBA zur Modellierung von realen Walz- und Wärmevergütungsprozessen der Walz- und Schmiedewerke GmbH Gröditz [6]. Dabei kam eine eigens entwickelte C++ Bibliothek zur Modellierung und Simulation zum Einsatz, die spezialisiert auch als Laufzeitsystem von Protokoll- und Systemmodellierungssprachen in Telekommunikationssystemen Verwendung fand. Im Zuge der Untersuchung und Bereitstellung von Technologien für eine SDL-Entwicklungsumgebung entstand das System SITE [7], [8], das die Basis für eine starke Industriekooperation mit der Siemens AG bei der Entwicklung von IN-Protokollstacks [9] bildete. Durch die Diplomarbeit von Sauer [10] konnte jüngst die prinzipielle Realisierbarkeit dieses Simulatorvorhabens auch im Kontext von Workflow-Systemen bestätigt werden. So wurde gezeigt, wie elementare Ablaufkonzepte von BPMN (Business Process Modeling Notation) [4] auf die Realisierung der Workflow Patterns [11] in einem Simulator abgebildet werden können. Als Konsequenz konnte der Simulator als Werkzeug problemlos in ein verfügbares Workflow-Managementsystem eingebracht werden.
Geplante Arbeiten
Der von [11] vorgeschlagene Ansatz wird hinsichtlich der Tragfähigkeit auf die z. Z. gängigen Metamodellansätze im Bereich des Workflow-Managementsysteme untersucht. Hier wären beispielsweise Transformationen der eingesetzten Metamodelle [12] geeigneten Varianten von Laufzeitsystemen gegenüberzustellen, die per Spezialisierung einer weiterentwickelten Prozessbibliothek [13] entstehen. Die potenziellen Möglichkeiten des Simulators zur Modellierung von externen Ereignissen eines Katastrophenmanagementsystems als Umgebungssimulation sind neben der konkreten graphischen Repräsentation der Workflow-Modellelemente interdisziplinär zu untersuchen. Weiterer Aspekt ist die Simulation der adaptiven Szenarien der in dem Thema D1 angestrebten Workflow-Ansätze wie z.B. die automatische Generierung von den an die Umgebungssimulation angepassten Abläufen.
Referenzen
[1] J. Becker, M. zur Muehlen, M. Gille: Workflow application architectures. Classification and characteristics of workflow-based information systems. In: L. Fischer (ed.) Workflow Handbook 2002, pp. 39 - 50, Future Strategies, Lighthouse Point, FL, 2002.
[2] F. Leymann, D. Roller: Production Workflow- concepts and techniques. Prentice-Hall PTR, 2000. ISBN 0-13-021753-0, 2000.
[3] M. zur Muehlen: Organizational Management in Workflow Applications. Information Technology and Management Journal. Kluwer Academic Publishers, 5 (2004) 3-4, July - October, pp. 271-291, 2004.
[4] Business Process Modeling Notation (BPMN). BPMI. org, version 1. 0 editition, URL http://www.bpmn.org/Documents/BPMN%20V1-0%20May%203%202004.pdf , 2004.
[5] J. Fischer, K. Ahrens: Objektorientierte Prozesssimulation. Addison-Wesley, München (Reihe Praktische Informatik), Juli 1996.
[6] K. Ahrens, I. Eveslage, J. Fischer, R. Gerstenberger, A. Helbing, A. Kunert, M. Piefel: Modellierung moderner Walzwerktechnologien – Simulation der Wärmevergütung. Informatik-Bericht 186, Humboldt-Universität zu Berlin, Februar 2005.
[7] J. Fischer, E. Holz, O. Kath, S. Lau, W. Wasowski: Co-Simulation of Hybrid SDL and VHDL Specification. In: Proc. of 9th ESM, Prag 1995.
[8] SDL Integrated Tool Environment (SITE). URL: http://www.informatik.hu-berlin.de/SITE/.
[9] N. Fischbeck: Experiences with ISDN Validation Models in SDL and Proposal for new SDL Features. In: SDL’97 on Time for Testing – SDL, MSC and Trends, A Cavalli, A. Sarma (eds), Elsevier, 1997.
[10] R. Sauer: Dynamische, Standard-basierte Workflow-Simulation mit ODEMx. Diplomarbeit. Humboldt-Universität zu Berlin, März 2005.
[11] W. van der Aalst, A. Barros, A. ter Hofstede, B. Kiepuszewski: Workflow Patterns. In: Distributed and Parallel Databases, pp. 5-51, Juli 2003.
[12] E. Holz: Kombination von Modellierungstechniken für den Softwareentwurf. Der Andere Verlag, Osnabrück 2004.
[13] R. Gerstenberger: OdemX – neue Lösungen für die Realisierung von C++ -Bibliotheken zur Prozesssimulation. Diplomarbeit. Humboldt-Universität zu Berlin, Februar 2002.
