Arbeitsabläufe in der Modellierung und Simulation

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Glossar

1 Einleitung und Motivation
1.1 Definition Modellbildung und Simulation
1.1.1 Ausgangspunkt: Das System
1.1.2 Modellierung
1.1.3 Simulation und Experiment
1.2 Motivation für den Einsatz von Modellierung und Simulation
1.3 Inhalt und Aufbau der Masterarbeit

2 Workflow und Workflow-Management
2.1 Geschäftsprozesse und Workflow
2.1.1 Definitionen und Erläuterungen
2.1.2 Verschiedene Sichtweisen auf die Begriffe Geschäftsprozesse und Workflow
2.1.3 Geschäftsprozessmanagement und Qualitätssicherung
2.2 Workflow-Konzepte
2.2.1 Unterschiede zwischen Geschäfts-Workflows und wissenschaftlichen Workflows
2.2.2 Bestandteile von Workflows
2.3 Anforderungen an Geschäftsprozessmanagement und Workflow-Management
2.3.1 Anforderungen an Geschäftsprozesse und Geschäftsprozessmanagement
2.3.2 Anforderungen an Workflow und Workflow-Management
2.4 Modellierung und Darstellung von Geschäftsprozessen und Workflows
2.4.1 Modellierung mittels Flussdiagrammen
2.4.2 Modellierung mittels UML
2.4.3 Modellierung mittels EPK
2.4.4 Modellierung mittels BPMN
2.4.5 Darstellung mittels BPEL
2.4.6 Darstellung mittels XPDL
2.4.7 Modellierung und Darstellung von Workflows mittels Petrinetzen und Workflow-Netzen
2.5 Zusammenfassung des Kapitels

3 Vorgehensmodelle in der Modellierung und Simulation und Validierung von Simulationser- gebnissen
3.1 Software und Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung
3.1.1 Software in Abgrenzung zu anderen Systemen
3.1.2 Qualität und Softwarequalität
3.1.3 Überblick über verschiedene Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung
3.1.4 Softwareentwicklung und Workflows
3.2 Vorgehensmodelle in der Modellierung und Simulation
3.2.1 Intuitives Vorgehen bei Modellierungs- und Simulationsprojekten
3.2.2 Vorgehensmodell nach Sargent
3.2.3 Vorgehensmodell nach Law und Kelton
3.2.4 Vorgehensmodell nach Kreutzer
3.2.5 Vorgehensmodell nach Rabe et al
3.2.6 Vorgehensmodell nach Balci
3.2.7 Modellierung und Simulation im V-Modell XT
3.3 Verfeinerung einzelner Phasen der Modellierung und Simulation am Beispiel der Modellierung
3.4 Einsatz verschiedener Vorgehensmodelle in der Modellierung und Simulation
3.5 Qualität in Simulationsprojekten
3.6 Verifikation, Validierung und Testen in der Modellierung und Simulation
3.6.1 Definitionen
3.6.2 Grundprinzipien von Verifikation und Validierung von Simulationsmodellen
3.7 Einbindung von Validierung und Verifikation in Modellierungs- und Simulationsvorgehens- modelle
3.7.1 Vorgehensmodell nach Law und Kelton
3.7.2 Vorgehensmodell nach Sargent
3.7.3 Vorgehensmodell nach Kreutzer
3.7.4 Vorgehensmodell nach Brade und Rabe et al
3.7.5 Vorgehensmodell nach Balci
3.7.6 V-Modell XT
3.7.7 Graphenbasierter Ansatz zur Verifikation und Validierung
3.8 Konkrete Verifikations-, Validierungs- und Testmethoden
3.8.1 Grundprinzipien von Validierung, Verifikation und Testen in der Modellierung und Simulation
3.8.2 Gruppierung der Methoden
3.8.3 Einsatz konkreter Methoden
3.9 Zusammenfassung des Kapitels

4 Einsatz von Workflows in der Modellierung und Simulation
4.1 Einsatzgebiete von Workflows
4.2 Analyse vorhandener Simulationsumgebungen auf den Einsatz von Workflows
4.2.1 Kommerzielle Simulationswerkzeuge und nicht-kommerzielle Simulationsrahmenwer- ke: AnyLogic und Simul8 sowie Ptolemy II und RESTful-CD++
4.2.2 Umgebungen: MATLAB, R
4.2.3 M&S-Werkzeuge auf Basis von Umgebungen bzw. Web-Services: Simulink, Kepler und SYCAMORE
4.2.4 Ausführungsunterstützungswerkzeuge: ns-2measure, SWAN-Tools, Akaora
4.3 Zusammenfassung des Kapitels

5 Entwurf der Integration von Arbeitsabläufen in JAMES II
5.1 Definition und Beschreibung JAMES II
5.1.1 Hintergrund
5.1.2 Entwicklungsziele
5.1.3 Einordnung und Entwicklungen
5.1.4 Entwicklungsstand
5.2 Anforderungen von JAMES II und den Beteiligten an Workflow-Unterstützung
5.2.1 Allgemeine Anforderungen von JAMES II
5.2.2 Rollen in der M&S und deren Anforderungen an die Workflow-Unterstützung
5.2.3 Anwendungsfälle/Szenarien
5.2.4 Zusammenfassung zu Anforderungen von JAMES II, Anwenderrollen und Szenarien
5.3 Grundlageentwurf
5.3.1 Technisches Modell einer Workflow-Unterstützung
5.3.2 Ausgestaltung von Workflow-Definitionen
5.4 Technischer Entwurf
5.4.1 Client-Architektur
5.4.2 Server-Architektur
5.5 WFMS-Komponenten im Zusammenspiel am Beispiel des Vorgehensmodells von Balci
5.5.1 Workflow-Definition
5.5.2 Workflow-Ausführung
5.5.3 Workflow-Administration
5.6 Zusammenfassung des Entwurfs eines WFMS für JAMES II

6 Zusammenfassung und Ausblick

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

Danksagung

Die Erstellung und Verteidigung dieser Master-Arbeit ist der Schlusspunkt eines mehr als fünf Jahre andauernden Studiums im Studiengang Business Informatics an der Universität Rostock. Ein Dank gebührt denen, die mich in dieser Zeit unterstützt haben und mir als Freunde zur Seite standen.

Diese Master-Arbeit entstand am Lehrstuhl für Modellierung und Simulation von Frau Professor Adelinde Uhrmacher, an deren Lehrstuhl ich bereits einige praktische Erfahrungen in der Modellierung und Simulation sowie der Implementation verschiedener Aufgaben sammeln durfte. Dafür und für die Betreuung während dieser Zeit danke ich ihr und den Mitarbeitern des Lehrstuhls.

Ein besonderer Dank gilt dabei Jan Himmelspach und Stefan Rybacki für die Betreuung während meiner Tätigkeiten als studentische Hilfskraft und während der Erstellung dieser Arbeit.

Mein Studium wäre ohne die Unterstützung meiner Eltern nicht möglich gewesen. Dafür möchte ich Marti- na und Linhard Seib einen besonderen Dank aussprechen. In Bezug auf diese Arbeit kommt meinem Vater der Dank in besonderer Weise zu, da er sich (wieder einmal) als kritischer Korrekturleser bewiesen hat.

Ein weiterer Dank gilt meiner Freundin Katja für ihr Verständnis während der Erstellung dieser Arbeit und ihrem Engagement beim Korrekturlesen.

Abstract

Process flows and their automated execution as workflows are getting a more and more important role in the modeling and simulation community. They are espeically for the organization of modeling and simulation projects as well as for the quality assurance of them.

Process flows and workflows may help to increase and ensure the quality and credibility of simulation models and results.

One goal of this thesis is to classify and study the appropriate literature about process flows and workflows in general and related to modeling and simulation. These studies include process models of the software engineering as well. Screening the collected literature of conceivabilities is done to get an idea how to organize processes and how to represent processes of modeling and simulation adequately by workflows.

Another purpose of this thesis is to create a glossary which merges common used terms and different perspective onto workflows. These different perspectives also include distinct requirements on workflows. They will also be identified and combined.

Yet another and very important goal is the design of a system, which implements the idea of workflow support for JAMES II. This is a framework for modeling and simulation which is developed at the chair of modeling and simulation at the University of Rostock. To get an idea of the desired functionality of the system, the requirements of the implementation of process flows will be investigated. More than this, currently available modeling and simulation software systems will also be explored in context of their workflow capabilities.

This thesis is structured as follows: In chapter 1 modeling and simulation are motivated and defined, in- cluding close-by terms. Chapter 2 defines and illustrates terms around work step, business process, workflow, business process management, workflow management as well as business process management system and workflow management system. Moreover, different perspectives and requirements for the defined terms will be exemplified. Different notations and languages used to represent workflows will also be introdu- ced. Possible notations and languages for describing workflows are compared on the basis of their formal background and expressivity.

Chapter 3 is about procedure models of software engineering and modeling and simulation. At first the models are compared with each other. The correlations between models and groups of them are drawn. Furthermore it will be explained how the quality of software and modeling and simulation projects can be measured and estimated. Beyond this methods and activities will be presented how to ensure the quality of modeling and simulation projects apart from work steps.

The investigation of currently available modeling and simulation software regarding to their ability to support workflows is the aim of chapter 4. Different software systems are explored, including commercial and non-commercial ones as well as research prototypes.

The design of a system supporting workflows integrated in JAMES II is the content of chapter 5. The draft is made in consideration of requirements of users and user categories as well as application specific and technical requirements.

The concluding chapter recapitulates this thesis and its results in a few words. In addition, ideas for the further development of the draft of a workflow system for JAMES II are formulated.

Keywords:

Modeling and Simulation, Workflow, Quality assurance

Zusammenfassung

Arbeitsabläufe und deren automatisierte Ausführung in Form von Workflows spielen eine zunehmend wich- tigere Rolle in der Modellierung und Simulation. Sie können sowohl für die Organisation als auch für die Qualitätssicherung von Projekten eine wichtige Rolle spielen. Arbeitsschritte und Workflows können zur Erhöhung und Sicherung von Qualität und Glaubwürdigkeit von Simulationsmodellen und -ergebnissen beitragen.

Ein Ziel dieser Arbeit ist die Sichtung und das Studium von Literatur über Arbeitsabläufe und Workflows im Allgemeinen und in der Modellierung und Simulation, welche auch Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung einschließen. Aus den gesammelten Ablaufvorstellungen soll ermittelt werden, wie Prozesse in der Modellierung und Simulation adäquat durch Workflows abzubilden sind.

Weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines Glossars, welches gebräuchliche Begriffe der verschiedenen Sichtweisen auf Workflows zusammenführt. Diese beinhalten auch verschiedene Anforderungen an Workflows, welche ebenfalls erarbeitet und zusammengefügt werden.

Eine weitere Kernaufgabe dieser Arbeit ist der Entwurf eines Systems, mit dem die Idee der Arbeits- schritte in JAMES II umgesetzt werden kann. JAMES II ist ein an der Universität Rostock entwickeltes Simulationsrahmenwerk. Hinweise auf die Ausgestaltung der Funktionalität dieses zu entwerfenden Sys- tems können, neben den Anforderungen an die Umsetzung von Arbeitsschritten, aus bereits verfügbaren Modellierungs- und Simulationssystemen gewonnen werden, die auf die Umsetzung von Arbeitsschritten hin untersucht werden.

Die Arbeit widmet sich in Kapitel 1 zunächst der Definition und Motivation der Modellierung und Simula- tion. Kapitel 2 definiert und erklärt Begriffe rund um Arbeitsschritte, namentlich sind dies Geschäftsprozesse, Workflows, Geschäftsprozessmanagement und Geschäftsprozessmanagementsysteme sowie Workflow-Ma- nagement und Workflow-Managementsysteme. Außerdem werden Sichtweisen und Anforderungen an die definierten Begriffe und Systeme erläutert sowie Notationen und Sprachen vorgestellt um Workflows dar- stellen zu können. Sie werden anschließend anhand ihres formalen Hintergrunds und ihrer Ausdrucksstärke verglichen.

Das Kapitel 3 betrachtet Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung und der Modellierung und Si- mulation. Zunächst werden die Modelle verglichen und Zusammenhänge zwischen ihnen und Gruppen von Modellen hergestellt. Es wird außerdem erläutert, wie die Qualität von Software und von Projekten der Modellierung und Simulation gemessen und bewertet werden kann. Darüber hinaus werden insbesondere für die Modellierung und Simulation Methoden und Tätigkeiten vorgestellt, welche die Qualität abseits von Arbeitsschritten sichern.

Kapitel 4 widmet sich der Begutachtung von bestehenden Produkten auf dem Gebiet der Modellierung und Simulation bezüglich ihrer Workflow-Unterstützung. Dabei werden sowohl kommerzielle als auch nicht kommerzielle Produkte und Forschungsprototypen untersucht.

Inhalt des Kapitels 5 ist der Entwurf eines Systems, das Arbeitsschritte unterstützt und in JAMES II integriert werden soll. Der Entwurf erfolgt unter Beachtung der Anforderungen von Nutzern, Nutzergruppen sowie anwendungsspezifischer und technischer Aspekte.

Das abschließende Kapitel fasst die Arbeit und deren Ergebnisse in wenigen Worten zusammen. Darüber hinaus werden Ideen genannt, wie sich der vorgeschlagene Entwurf eines Systems zur Unterstützung von Arbeitsschritten in JAMES II zukünftig entwickeln könnte.

Schlagwörter:

Modellierung und Simulation, Workflow, Qualitätssicherung

Abkürzungsverzeichnis

ARIS

Architektur integrierter Informationssysteme

AWS

Adaptive Workflow-Systeme. Adaptive Workflow-Systeme sind WFMS, die eine dynamische Strukturierung von Workflow-Definitionen unterstützen. Neben stark strukturierten Vorgängen, bei denen alle zur Ausführung erforderlichen Details bereits während der Modellierung bekannt sind, existieren auch sehr unstrukturierte Vorgänge, bei denen wichtige Kontrollinformationen erst während der Durchführung ermittelt werden können93.

B2B

Business to Business, Interaktion zwischen zwei Unternehmen B/E-Netz

Bedingungs-/ Ereignisnetz BP

Englisch: Business Process, deutsch: Geschäftsprozess BPD

Englisch: Business Process Diagram, deutsch: Geschäftsprozessdiagramm BPDM

Englisch: Business Process Definition MetaModel, deutsch: Geschäftsprozessdefinitionsmetamodell BPE

Business Process Engineering, synonym für Business Process Management BPEL

Englisch: Business Process Execution Language, deutsch: Geschäftsprozessausführungssprache BPEL4WS

Business Process Execution Language for Web Services, veraltete Bezeichnung für WS-BPEL BPM

Englisch: Business Process Management, deutsch: Geschäftsprozessmanagement BPMI

Business Process Management Initiative. Das BPMI war ein Konsortium, das hauptsächlich aus Softwareherstellern bestand. Ziel war zunächst die Bereitstellung einer grafischen Notation zur Darstellung von Prozessbeschreibungen der BPML.

Englisch: Business Process Modeling Language, deutsch: Geschäftsprozessmodellierungssprache

Abkürzungsverzeichnis

Business Process Modeling Notation. BPMN ist eine grafische Notation zur Beschreibung von Geschäftsprozessen.

BRaunschweig ENzyme DAtabase ist das nach eigenen Angaben weltweit größte frei zugängliche In- formationssystem, das biochemische und molekulare Informationen aller klassifizierten Enzyme sowie Software-Werkzeuge für die Anfrage an die Datenbank und Berechnung molekularer Eigenschaften enthält36.

Englisch: Cellular Automata, deutsch: Zellulärer Automat CASE

Englisch: Computer Aided Software Engineering, deutsch: computergestützte Softwareentwicklung. CASE-Werkzeuge sind computergestützte Werkzeuge zur prozess-, aufgaben- sowie zur funktionsorientierten, daten- und objektorientierten Modellierung90.

Englisch: Common Gateway Interface, deutsch etwa: allgemeine Vermittlungsrechner-Schnittstelle. CGI ist ein Standard für den Datenaustausch zwischen einem Webserver und einer dritten, eine Anfrage bearbeitende Software.

Capability Maturity Model. Das Capability Maturity Model ist ein vom amerikanischen Software Engineering Institute vorgestelltes Modell zur qualitativen Verbesserung in der Softwareentwicklung (101, S. 276).

Englisch: Component Object Model, deutsch: Komponentenobjektmodell COPASI

COmplex PAthway SImulator ist eine plattformunabhängige und nutzerfreundliche biochemische Soft- wareanwendung für die Simulation und Analyse biochemischer Netzwerke und ihrer Dynamiken. COPASI ist ein einzeln stehendes Programm zur Unterstützung von Modellen im SBML-Standard. Das Verhalten der Modelle kann mit Hilfe stochastischer Simulationsalgorithmen dargestellt werden. Darüber hinaus können beliebige diskrete Ereignisse in die Simulationen integriert werden.50

Englisch: Colored Petri Net, deutsch: gefärbtes Petrinetz CPU

Central Processing Unit CRM

Englisch: Customer Relationship Management, deutsch: Kundenbeziehungsverwaltung

Abkürzungsverzeichnis

DCD++

CD++ ist ein von Wainer entwickeltes Werkzeug zur Ausführung von DEVS- und Cell-DEVS- Modellen. DCD++ ist eine Erweiterung von CD++, so dass auch verteilte DEVS- und Cell-DEVS- Modelle ausgeführt werden können11.

Englisch: Dynamic Data Exchange, deutsch: dynamischer Datenaustausch DEVS

Discrete Event System Specification DFG

Deutsche Forschungsgemeinschaft DIF

Englisch: Data Interchange Format, deutsch: Datenaustauschformat. DIF ist ein Textdateiformat zum Austausch einfacher Arbeitsblätter.

Deutsches Institut für Normung. In der Bundesrepublik Deutschland gilt diese Norm als Standard. DoD

Departement of Defense, das Verteidigungsministerium der USA DSS

Englisch: Decision Support System, deutsch: Entscheidungsunterstützungssystem

Englisch: European Foundation for Quality Management, deutsch: Europäische Gesellschaft für Qualitätsmanagement. Das EFQM-Modell ist ein Qualitätsmanagement-System des TQM.

Ecological Metadata Language EN

Europäische Norm. Die Europäische Union hat für alle Mitgliedsländer diese Norm als Standard erklärt.

Ereignisgesteuerte Prozesskette ERP

Enterprise Resource Planning ist die Einsatzplanung der in einem Unternehmen vorhandenen Ressourcen. Meist beschreibt der Begriff ERP die für die Einsatzplanung eingesetzte Software.

GNU is not Unix. Das GNU-Projekt verfolgt die Entwicklung eines vollständigen Betriebssystems als freie Software. Es wurde am 5. Januar 1984 von Richard M. Stallman gestartet. Der Software- Lizenzvertrag auf Grundlage des Urheberrechts (Copyright) bindet die Nutzung und Weitergabe der Software an die Bedingung, dass der freie Status der Software gewahrt bleibt. Die bekannteste Lizenz, die dieses Prinzip umsetzt, ist die GNU General Public License (GNU GPL). Eine abgeschwächte Version der GNU GPL ist die GNU Lesser General Public License (GNU LGPL). Sie kommt in Situationen zum Einsatz, in denen die Verwendung der GNU GPL die Verbreitung der Software behindern würde4.

Abkürzungsverzeichnis

Geschäftsprozess GPL

General Public License. Produkte, die unter der GPL stehen, dürfen frei verwendet, erweitert und weitergegeben werden. Eine Integration in proprietäre Produkte ist jedoch nicht möglich.

Geschäftsprozessmanagement GP-Modell

Geschäftsprozessmodell. Ein Geschäftsprozessmodell besteht aus einer Menge von Aktivitätsmodellen und den Ausführungsbeschränkungen zwischen diesen. Jedes Geschäftsprozessmodell verhält sich wie eine Kopie einer Menge von Geschäftsprozessinstanzen (118, S. 7).

Geschäftsprozessmanagementsystem GQM

Goal Question Metric. Der Goal Question Metric-Ansatz von Basili und Rombach ist eine systema- tische Vorgehensweise zur Erstellung eines entwicklungsspezifischen Qualitätsmodells (27, S. 263).

General Simulation Program. Das GSP ist eine Sammlung von Routinen durch Tocher106, die durch Parameterspezifikationen oder kleineren Veränderungen in fast jeder Anwendung des Systems vorkommen64.

Englisch: Graphical User Interface, deutsch: Grafische Benutzerschnittstelle

HyperText Markup Language HTTP

Englisch: Hypertext Transfer Protocol, deutsch: Hypertext- Übertragungsprotokoll. HTTP ist ein Pro- tokoll zur Übertragung von Daten über ein Netzwerk.

International Business Machines ID

Identifikation IDS Scheer

Integrierte Daten Systeme. IDS Scheer ist ein Saarbrücker Software- und Beratungsunternehmen mit den Schwerpunkten Geschäftsprozessmanagement und ERP-Systeme.

Institute of Electrical and Electronics Engineers. Das IEEE ist ein weltweiter Berufsverband aus den Bereichen Elektrotechnik und Informatik mit Sitz in New York. Der Verband ist Veranstalter von Fachtagungen, Herausgeber diverser Fachzeitschriften und bildet Gremien für die Standardisierung von Techniken, Hardware und Software.

Abkürzungsverzeichnis

Internationale Organisation für Normung. Die ISO ist eine Organisation mit Sitz in Genf, die nationale und internationale Normen mit den gleichen Themen standardisiert.

Informationstechnik IV&V

Englisch: Independent Verification and Validation, deutsch: unabhängige Verifikation und Validierung

JAMES II

JAva-based Multipurpose Environment for Simulation II JAMES

Java-based Agent Modeling Environment for Simulation JNI

Java Native Interface JSP

Java Servlet Pages

Lastkraftwagen LoLA

Low Level Analyser

Englisch: Model Driven Architecture, deutsch: modellgetriebene Architektur ml-DEVS

Multi Level DEVS. Dieser Formalismus unterstützt ausdrücklich die Beschreibung von Systemen auf Mikro- und Makroebene111.

Modeling Markup Language. MoML ist eine Ptolomy-eigene Modellierungs-Markup-Sprache. M&S

Modellierung und Simulation

Englisch: Open DataBase Connectivity, deutsch etwa: offene Datenbank-Verbindungsfähigkeit OMG

Object Management Group. Die OMG ist ein internationales Konsortium, das Standards für die objektorientierte Programmierung entwickelt.

Parallel DEVS129

Abkürzungsverzeichnis

Parallel Dynamic DEVS, Formalismus zur Unterstützung dynamischer ÄnderungenderModellstruktur 48.

Parallel external process interface DEVS, PDEVS Formalismus erweitert um die Möglichkeit der Kommunikation mit nicht modellierten Entitäten48

Personenkraftwagen ProMot

Process Modeling Tool ist eine frei verfügbare Software (GNU GPL) für die Konstruktion und Manipulation komplexer technischer und biologischer Systeme. Für die Anwendung in der Systembiologie bietet ProMot Möglichkeiten zur Entwicklung modularer Modelle, der Nutzung spezialisierter Modellierungsbibliotheken und der Unterstützung des Standards SBML76.

Qualitätsmanagement QMS

Qualitätsmanagementsystem

Representational State Transfer bezeichnet einen Softwarearchitekturstil für verteilte Informations- systeme.

Remote Procedure Call ist eine Technik zur Realisierung von Interprozesskommunikation, die den Aufruf von Funktionen in anderen Adressräumen ermöglicht.

SABIO-RK

System for the Analysis of Biochemical Pathways - Reaction Kinetics ist eine webbasierte Anwendung auf Grundlage der relationalen SABIO-Datenbank. Diese enthält Informationen über biochemische Reaktionen, ihre kinetischen Gleichungen inklusive ihrer Parameter und die experimentellen Bedingungen unter denen die Parameter ermittelt wurden122.

Systemanalyse und Programmentwicklung. Die SAP AG ist der größte europäische und weltweit viertgrößte Softwarehersteller mit Hauptsitz in Walldorf. Tätigkeitsschwerpunkt ist die Entwicklung von Software für Unternehmen zur Abwicklung der gesamten Geschäftsprozesse eines Unternehmens.

Systems Biology Markup Language ist ein maschinenlesbares, auf XML-basierendes Datenaustauschformat zur Repräsentation biochemischer Modelle.

Simulationsbasierte Optimierung. Die Idee der simulationsbasierten Optimierung besteht in der Kombination von Simulationsmodellen mit einer Optimierungskomponente. Diese variiert bestimmte Variablen eines Simulationsmodells zur Minimierung oder Maximierung einer Zielfunktion.

Abkürzungsverzeichnis

Ursprünglich Simple Object Access Protocol, seit Version 1.2 wird diese Abkürzung nicht mehr be- nutzt. SOAP ist ein Netzwerkprotokoll, mit dessen Hilfe Daten zwischen Systemen ausgetauscht und RPCs durchgeführt werden können. SOAP stützt sich auf folgende Standards: XML zur Re- präsentation der Daten und Internetprotokolle der Transport- und Anwendungsschicht von Transmis- sion Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) zur Übertragung der Nachrichten. Eine verbreitete Kombination ist SOAP über Hypertext (HTTP) und Transmission Control Protocol (TCP).

Space Pi46 SQA

Simulation Quality Assurance, Gruppe zur Qualitätssicherung von Simulationsmodellen und Studien SQL

Englisch: Structured Query Language, deutsch: strukturierte Abfragesprache. SQL ist eine Abfragesprache für Relationale Datenbanken.

Storage Resource Broker S/T-Netz

Stellen-/ Transitionsnetz StoPi

Stochastic Pi46 SWAN

Simulation of Wireless Network. SWAN ist eine Sammlung von Modellen für die Simulation drahtloser Netzwerke, welche auf Basis des diskret-ereignisorientierter DaSSF-Simulationskerns arbeiten67.

Englisch: Scientific Workflow, deutsch: wissenschaftlicher Workflow SYCAMORE

SYstems biology Computational Analysis and MOdeling Research Environment ist ein webbasiertes Softwarepaket mit rechnerischen Werkzeugen und Methoden für den Einsatz in der Bioinformatik.

Transmission Control Protocol TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol TQM

Englisch: Total Quality Management, deutsch: umfassendes Qualitätsmanagement

Universal Description, Discovery and Integration. UDDI ist ein aus dem Umfeld der serviceorientierten Architektur stammender Begriff, der einen standardisierten Verzeichnisdienst bezeichnet.

Abkürzungsverzeichnis

Unified Modeling Language URI

Uniform Resource Identifier ist ein Identifikator bestehend aus einer Zeichenfolge, die zur Identifizierung einer abstrakten oder physischen Ressource dient.

Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language. VHDL ist eine Hardwarebeschrei- bungssprache, die es ähnlich einer Programmiersprache ermöglicht, komplizierte digitale Systeme zu beschreiben.

V&V

Verifikation und Validierung VV&A

Verfikation, Validierung und Akkreditierung VV&T

Verifikation, Validierung und Testen

W3C

World Wide Web Consortium. Das W3C ist ein Gremium zur Standardisierung der das World Wide Web (WWW) betreffenden Techniken.

Workflow WFM

Workflow-Management WfMC

Workflow Management Coalition WFMS

Workflow-Management-System Wf-XML

Workflow XML, ein Web-Service-Protokoll für Workflows auf XML-Basis WP

Work Process, ein Synonym für Geschäftsprozess WS

Workflow-System. Ein Workflow-System ist eine auf einen speziellen Workflow zugeschnittene Variante der Workflow-Unterstützung.

WS-BPEL

Web Services-Business Process Execution Language for Web Services. Ziel dieser XML-basierten Beschreibungssprache ist die Darstellung von Geschäftsprozessen und von diesen, falls benötigt, Instanzen zu erzeugen. WS-BPEL ermöglicht es, eine Menge von Web-Services zu einem neuen Web-Service zusammenzusetzen oder selbst zu beschreiben.

Englisch: Web Services Description Language, deutsch: Web-Service-Beschreibungssprache WSFL

Web Services Flow Language WWW

World Wide Web

XML-basierte Erweiterung der WSDL XML

eXtendible Markup Language XPDL

XML Process Definition Language XQuery

XML Query Language. XQuery ist eine vom World Wide Web Consortium (W3C) spezifizierte Abfragesprache für XML-Datenbanken.

Extensible Stylesheet Language. XSL ist eine in XML notierte Familie von Transformationssprachen zur Definition von Layouts für XML-Dokumente.

XSL Transformation. Diese Extensible Stylesheet Language (XSL)-Teilsprache wird zur Überset- zung/Transformation eines XML-Formats in ein anderes XML- oder Textformat genutzt.

Glossar

Synonym: Aktivitätstyp-Netz

Die Ablaufstruktur definiert die (statischen) Abhängigkeiten von Aktivitätstypen untereinander. Sie leitet aus der Ergebnisstruktur implizierte Abhängigkeiten von Aktivitätstypen (über die jeweils zu verarbeitenden und erzeugten Ergebnistypen) ab16.

Englisch, siehe Aktivität16 Activity sequence

Englisch, siehe Aktivitätenfolge 16 Activity state

Englisch, siehe Aktivitätsstatus16 Activity template

Englisch, siehe Aktivitätenschema16 Activity type

Englisch, siehe Aktivitätstyp16 Agent

Die Definitionen von Agenten sind vielfältig. Sie reichen von nebenläufigen, verteilte Objekten bis hin zu Definitionen, die mit Agenten menschliche Eigenschaften assoziieren. Wesentlich für Agenten sind deren Autonomie und Flexibilität sowie die Interaktion mit ihrer Umwelt und/oder anderen Agenten. In der Modellierung und Simulation lassen sich zwei Einsatzbereiche und Ansichten von Agenten unterscheiden:

- Auf Ebene der Modellierung bedeutet der Einsatz von Agenten die Interpretation des Systems als Multiagentensystem. Das System wird als Gemeinschaft interagierender Entitäten betrachtet.

- Auf Ebene der Simulation, also der Ausführung von Modellen, findet der Agentenbegriff u.a. in der verteilten Simulation Anwendung. Verschiedene Simulationssysteme werden als Agenten interpretiert, die wiederum miteinander interagieren.110

Agentensysteme sind zunächst einmal Softwaresysteme die in offenen, dynamischen Umgebungen operieren. Simulationen spielen bei der Untersuchung ihrer Funktionalität und Leistungsfähigkeit eine zunehmende Rolle. Agenten können modelliert oder in die Simulation eingebettet werden. Sie fordern aufgrund charakteristischer Eigenschaften wie Flexibilität, Autonomie, Ressourcenintensität und Mobilität die Entwicklung speziell zugeschnittener Simulationsmethoden.

Auf den Begriff der Akkreditierung gibt es unterschiedliche Sichtweisen. Einerseits bezieht er sich auf die Anerkennung einer Prüfstelle, sodass diese bestimmte Prüfaufträge durchführen kann. Die Zertifi- zierung ist dagegen ein Prozess, bei dem eine dritte Person bestätigt, dass ein Produkt, Prozess oder

eine Dienstleistung bestimmte Eigenschaften erfüllt. Andererseits soll insbesondere im militärischen Bereich mit Hilfe der Akkreditierung von offizieller, autorisierter Stelle bestätigt werden, dass ein Simulationsmodell gewisse Eigenschaften besitzt und für seinen Bestimmungszweck geeignet ist.

Aktivität

Eine Aktivität ist die konkrete Durchführung von definierten Aktionen innerhalb eines Software- entwicklungsprozesses zur Erstellung von Ergebnissen. Die Aktivität ist die Ausprägung eines Akti- vitätstyps16.

Aktivitätenfolge

Die Aktivitätenfolge ergibt sich aus der (dynamischen) zeitlichen Abfolge von Aktivitäten. Sie bezeichnet die Reihenfolge, in der Aktivitäten in einem konkreten Softwareentwicklungsprozess zur Ausführung kommen16.

Aktivitätenschema

Synonym für Aktivitätstyp-Schablone16 Aktivitätsstatus

Der Aktivitätsstatus kennzeichnet für eine Aktivität, in welchem Bearbeitungsstatus sie sich befindet. Das sind beispielsweise die Zustände ‘nicht bereit’, ‘bereit’, ‘in Arbeit’, ‘unterbrochen’ und ‘abge- schlossen’16.

Aktivitätstyp

Ein Aktivitätstyp wird definiert durch eine abstrakte, detaillierte Beschreibung von Aktionen, die in Form einer Arbeitsanleitung präsentiert werden und die geschlossen durchzuführen sind, um ein oder mehrere Ergebnisse zu erzeugen bzw. zu verändern. Dabei wird mindestens ein Ergebnis erzeugt oder modifiziert; es erfolgt ein Übergang von und zu definierten Ergebniszuständen16.

Aktivitätstyp-Netz

Synonym für Ablaufstruktur16 Aktivitätstyp-Schablone

Eine Aktivitätstyp-Schablone ist ein Rahmen, der die Inhalte der Beschreibung eines Aktivitätstyps strukturiert16.

Das Wort Applet setzt sich aus den Wörtern Application (Anwendung) und Snippet (Schnipsel) zusammen und bezeichnet entweder ein in einem Webbrowser laufendes Java-Programm (Java-Applet) oder ein Computerprogramm, das nicht als eigenständige Anwendung betrieben wird.

Synonym für Workflow Arbeitsfluss

Synonym für Workflow Arbeitspaket

Ein Arbeitspaket ist eine im Rahmen des Projektmanagements gebildete Einheit zur Durchführung einer oder mehrerer Aktivitäten. Das Arbeitspaket dient zur Beauftragung und Kontrolle einer Aktivitätsdurchführung; der Inhalt wird durch Zuordnung eines Aktivitätstyps oder durch Aufteilung und/oder Zusammenfassung mehrerer Aktivitätstypen bestimmt. Dem Arbeitspaket sind konkrete Ressourcen und Zeiten zugeordnet16.

Synonym für Aktivität16 Aufgabe

Synonym für Arbeitspaket16

Ausführbare Prozesssprache (‘Executable Process Language’)

Ausführbare Prozesssprachen stellen ausführbare Prozesse dar. Diese beschreiben wiederum Ausführungsflüsse und enthalten grafisch dargestellte Aktivitäten. Diese selbst können auch Wartezustände sein. Realisiert werden die ausführbaren Prozesse mittels sogenannter ‘Prozess-Engines’. Ausführbare Prozesssprachen vereinfachen die Implementation, die Kommunikation und legen automatisch eine Historie von Prozessinstanzen ab.

Business Process

Siehe Geschäftsprozess

Ein Deadlock bzw. eine Verklemmung ist ein Zustand, bei dem ein oder mehrere Prozesse auf Res- sourcen warten, die dem Prozess selbst oder einem anderen beteiligten Prozess zugeteilt sind. Jeder beteiligte Prozess wartet auf ein Ereignis, das nur ein anderer aus der Menge der blockierten Prozesse erstellen kann.

Ein Erreichbarkeitsgraph besteht aus Knoten und gerichteten Kanten, wobei jeder Knoten einen erreichbaren Zustand und jede Kante einen möglichen Zustandswechsel symbolisiert. Die Knoten des Graphen enthalten dabei durch Komma getrennte Zahlen. Die Anzahl der Zahlen entspricht der Anzahl der Stellen im Petrinetz. Die einzelnen Zahlen zeigen die Anzahl der Marken in den jeweiligen Stellen an. Wenn die Anzahl ausgehender Kanten von einem Knoten null ist, so ist der Knoten ein Endzustand. Falls die Anzahl der abgehenden Kanten größer als eins ist, so ist der folgende Zustand nicht vorherbestimmt. Man spricht in diesem Fall auch von nichtdeterministischer Auswahl (9, S. 105).

Ein Framework bzw. Rahmenwerk liefert ein Grundgerüst mit Basisstrukturen und Hilfsobjekten mit dem Lösungen für bestimmte Probleme einfacher gefunden werden können als mit völligen Neu- entwicklungen. Es besteht aus einer Menge abstrakter Klassen und deren Interaktionsbeziehungen. 46

Geschäftsprozess

Ein Geschäftsprozess (englisch: Business Process) ist ein Prozess, der sich auf den Produktionsprozess eines bestimmten Produktes konzentriert. Der Begriff Produkt hat eine große Spannweite. Er umfasst sowohl physikalische Produkte wie Autos, Flugzeuge oder Brücken, als auch Services, d.h. weniger greifbare Prozesse wie Design, Schadensfallbearbeitung einer Versicherung oder die Erstellung eines Gutachtens. Synonym zu Geschäftsprozess wird auch der Begriff ‘Work Process’ benutzt (9, S.333).

Geschäftsprozessinstanz

Eine Geschäftsprozessinstanz besteht aus Aktivitätsinstanzen (118, S. 7). Geschäftsprozessmanagementsystem

Synonym für Workflow-Management-System

Geschäftsprozessmanagementsysteme

Geschäftsprozessmanagementsysteme sind generische Softwaresysteme, die durch explizite Prozess- repräsentationen gesteuert werden, um selbst die Ausführung von Geschäftsprozessen zu überwachen und zu lenken (118, S. 5-6). Da sie der Steuerung und Ausführung der explizit abgebildeten Ge- schäftsprozesse dienen, werden sie synonym für Workflow-Management-Systeme gebraucht.

Geschäftsprozessmodell

Ein Geschäftsprozessmodell besteht aus einer Menge von Aktivitätsmodellen und den Ausführungsbeschränkungen zwischen diesen. Jedes Geschäftsprozessmodell verhält sich wie eine Kopie einer Menge von Geschäftsprozessinstanzen (118, S. 7).

Eine Struktur zur verteilten Speicherung und Zugriff auf Daten und Rechenkapazitäten.

Ein Indikator ist ein indirekter Maßstab für ein Konzept. Indikatoren können in Unterindikatoren zerlegt werden. Nicht zerlegbare Indikatoren müssen direkt messbar sein19.

Java Servlet Pages sind eine Technologie, die im Wesentlichen der einfachen dynamischen Erzeugung von HTML- und XML-Ausgaben eines Webservers dient. Sie erlaubt die Einbettung von JavaQuelltext und speziellen JSP-Aktionen in statischen Inhalt.

Korrektheit ist keine einem Algorithmus innewohnende Eigenschaft. Ein Algorithmus kann nur hinsichtlich seiner Spezifikation und dessen, was er leisten soll, korrekt sein (29, S. 175).

Synonym für Vorgehensmodell. Life cycle model

Englisch, siehe Vorgehensmodell17 Life cycle structure

Englisch, siehe Vorgehensmodell-Struktur16 Livelock

Livelocks sind Sonderformen von Deadlocks. Dabei verharren zwei oder mehr Prozesse nicht in einem Zustand, sondern wechseln ständig zwischen mehreren Zuständen, aus denen sie jedoch nicht mehr entkommen können.

Die SBO-Komponente OptQuest dient der Optimierung mittels Heuristiken. OptQuest wird unter anderem durch AnyLogic, Arena, Crystal Ball, ProModel, Enterprise Dynamics, Flexsim und SIMUL8 verwendet. Die Komponente ist durch eine API (die sog. OptQuest Engine Callable Library) in weitere Anwendungen einbindbar.

Eine Phase bildet durch Gruppierung von Aktivitäten eine Planungs- und Kontrolleinheit. Die Bezeichnung der jeweiligen Phase wird dabei häufig durch das Phasenergebnis bestimmt16.

Plug-In

Ein Plug-In ist ein Funktionsmodul, mit dessen Hilfe zu einem bestehenden System von unterschiedlichen Seiten Funktionen hinzugefügt werden46.

Process model

Englisch, siehe Vorgehensmodell17 Process structure

Englisch, siehe Ablaufstruktur Prototyping

Prototyping ist ein Vorgehen in der Softwareentwicklung, bei dem die Erstellung ablauffähiger Modelle des zu entwickelnden Endproduktes zu einem frühen Zeitpunkt unterstützt wird. Dabei steht die Um- setzung von Anforderungen und Entwürfen in Software, die Demonstration und das Experimentieren im Vordergrund.

Ein Prozess ist nach ISO 9000:2000 ein

‘Satz von in Wechselbeziehung oder Wechselwirkung stehenden Tätigkeiten, die Eingaben in Ergebnisse umwandeln’.2

Allgemein wird unter Prozess eine Reihe von Aktivitäten verstanden, welche aus definierten Eingaben (Input) ein definiertes Ergebnis (Output) erzeugen. Als Input benötigt ein Prozess Einsatzfaktoren, beispielsweise Arbeitsleistung und Betriebsmittel wie Maschinen und Gebäude, Energie, Werkstoffe und Informationen. Als Output entstehen entweder Produkte oder Dienstleistungen. Der Prozessbegriff ist jedoch vage, sagt er doch nichts über Begrenzung, Reichweite, Struktur des Prozesses selbst oder den Empfänger der Ergebnisse aus. Bereits die Verknüpfung weniger Arbeitsschritte oder Aktivitäten zur Erstellung eines Arbeitsergebnisses ist ein Prozess (85, S.63).

Prozess-Engine

Ähnlich wie Workflow-Engines sind Prozess-Engines Softwareanwendungen für die Verwaltung und Ausführung modellierter Prozesse. Ein Prozess beschreibt, was geschehen soll. Eine Prozess-Engine bietet die Verarbeitung von Prozessbeschreibungen, die Steuerung der angebundenen Dienste, die Speicherung von Verwaltungsinformationen und die Überwachung und Protokollierung von Arbeitsabläufen. Oft wird der Begriff synonym zu ‘Workflow-Engine’ benutzt82.

Siehe Framework

Das Ergebnis des Modellierungs- und Simulationsprozesses wird von einigen Autoren (z.B. Balci22 ) auch als Simulationsstudie bezeichnet. Es beinhaltet sowohl die Modellerstellung, als auch das Experimentieren damit. Eine Simulationsstudie ist eine Form der Problemlösung in einem Entscheidungsfindungsprozess22.

Software-Prozessmodell

Synonym für Vorgehensmodell17 Softwarelebenszyklus

Der Softwarelebenszyklus umfasst den Lebenslauf eines Softwaresystems vom Projektbeginn über dessen Nutzung und Betreuung bis zur Außerbetriebnahme (29, S. 29).

Ein System ist eine Sammlung von Entitäten (z.B. Menschen und Maschinen), die zur Erreichung eines logisches Endes hin agieren und interagieren86.

Synonym für Aktivität bzw. Arbeitspaket16 Test

Ein Test ist die Überprüfung eines Programms P mittels einer Testmenge T, ob für T die Spezifikation S erfüllt wird (29, S. 174).

Beim Total Quality Management handelt es sich um ein Managementkonzept, das die Qualität als zentralen Bestandteil der Unternehmensphilosophie in den Mittelpunkt stellt und höchste Qualität in allen Bereichen anstrebt (Steigerung von Qualitätsmanagement). Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist eine konsequente Prozessorientierung. Unter Qualität wird im TQM vor allem das Erreichen höchster Kundenzufriedenheit verstanden, aber auch die Qualität der Unternehmensprozesse, die Qualität der Arbeitsbedingungen und die Qualität der Beziehung zur Umwelt. Das TQM befasst sich demnach auch mit der Erfüllung der Bedürfnisse von Mitarbeitern, Lieferanten, der Gesellschaft und der Umwelt. Im Vordergrund des TQM steht die permanente Steigerung von Effizienz und Effektivität des Unternehmens. Die kontinuierliche Verbesserung der Unternehmensprozesse spielt dabei eine wichtige Rolle (85, S. 17).

Tätigkeit

Synonym für Aktivität16

Validierung bzw. Validation

Unter dem Begriff der Validierung wird die Eignung bzw. der Wert eines Produktes bezogen auf seinen Einsatzzweck verstanden. Umganssprachlich ausgedrückt beantwortet die Validierung die Frage, ob das richtige Produkt entwickelt wird (27, S. 101-102).

Verifikation ist die Bezeichnung für die Überprüfung der Übereinstimmung zwischen einem Softwareprodukt und seiner Spezifikation. Umgangssprachlich bedeutet das die Frage, ob ein korrektes Produkt entwickelt wird (27, S. 101-102).

Das Vorgehensmodell ist ein Muster zur Beschreibung eines Entwicklungsprozesses auf der Basis eines Entwicklungsschemas. Es bildet das Referenzmodell der Anwendungsentwicklung. Es beschreibt auf abstrakte Weise (nicht als Projektplan), in welchen Stadien der Entwicklung und Nutzung sich ein Informationssystem befindet. Hierzu werden die erforderlichen Aktivitäten (in ihrer Reihenfolge oder nebenläufig) und die zu erzielenden Ergebnisse festgelegt. Das Vorgehensmodell ist die Ausprägung eines Entwicklungsschemas; mehrere Vorgehensmodelle können sich an dem gleichen Entwicklungs- schema orientieren.

Vorgehensmodell-Struktur

Die Vorgehensmodellstrukturierung entsteht durch iterative Gruppierung von Aktivitätstypen und Hierarchisierung in verschiedene Stufen nach sachlogischen Gesichtspunkten. Die Phase ist dabei (zumeist) die oberste Aggregationsstufe der Vorgehensmodell-Struktur16.

Work Process

Synonym für Geschäftsprozess Workflow

Ein Workflow ist die informationstechnische Realisierung des Geschäftsprozesses. Der Workflow kombiniert Anwendungsfälle, Ressourcen und Auslöser aus dem zugrunde liegenden (Geschäfts-) Prozess bzw. von einem Teil davon (9, S. 347 und123 ). Somit ist der Arbeitsablauf bzw. Workflow eine vordefinierte Abfolge von Aktivitäten. Die Definition von Workflow nach WfMC schließt bereits die Automatisierung eines Geschäftsprozesses als Ganzes oder in Teilen mit ein120.

Workflow Support

Synonym für Workflow-Management9 Workflow-Definition

Der Teil der Prozessdefinition, der die automatisierbaren Aktivitäten beschreibt9, Synonym für Workflow-Modell.

Workflow-Engine

Eine Workflow-Engine ist eine Softwareanwendung zur Verwaltung und Ausführung modellierter Pro- zesse. Ein Workflow beschreibt grundsätzlich wie etwas durchgeführt werden soll. Eine Workflow- Engine dient der Verarbeitung von Prozessbeschreibungen, der Steuerung der angebundenen Diens- te, der Speicherung von Verwaltungsinformationen und der Überwachung und Protokollierung von Arbeitsabläufen. Oft wird der Begriff synonym zu ‘Prozess-Engine’ benutzt82. Sie umfasst Ge- nerierung und Zuweisung von Aufgaben, Ressourcenallokation, Aktivitätsausführung, Vorbereitung und Modifikation der Anwendungsfälle, dem Start der Anwendung und der Aufzeichnung logistischer Informationen9.

Workflow-Management

Workflow-Management ist die Zusammenfassung von Ideen, Methoden, Techniken und Software zur Unterstützung von Geschäftsprozessen. Ziel des Workflow-Managements ist die Erreichung eines geradlinigen und einfach wartbaren Arbeitsprozesses9.

Workflow-Management-System

Ein Workflow-Management-System besteht aus Softwarekomponenten zum Speichern und Interpretieren von Prozessinstanzen, Erzeugen und Verwalten von Workflow-Instanzen sowie Komponenten zur der Kontrolle der Interaktion zwischen Workflow und den Workflow-Teilnehmern und Anwendungen. Die Systeme bieten typischerweise administrative und überwachende Funktionen. Sie erlauben beispielsweise Rückübertragung von Aufgaben oder Eskalationsmechanismen ergänzt durch Prüfungsund Verwaltungsfunktionen. Die Funktionen können auf das Gesamtsystem wie auch auf individuelle Prozessinstanzen wirken120. Workflow-Management-Systeme sind generisch, d.h. dass sie nicht an spezielle Geschäftsprozesse angepasst wurden9.

Workflow-Modell

Ein Workflow-Modell ist die Spezifikation eines Workflows123. Der Begriffsspezifikation der WfMC kommt der Begriff der Prozessdefinition (englisch: Process Definition) am nächsten. Ein WorkflowModell stellt einen Workflow-Typ dar, wobei die Darstellung den Anforderungen der letztlich beabsichtigten Automatisierung genügen sollte. Daher kann sie Aspekte enthalten, auf die in einem korrespondierenden Geschäftsprozessmodell verzichtet wird40. Ein Workflow-Modell ist daher als Synonym für Workflow-Definition zu verstehen.

Workflow-Systeme

Während Workflow-Management-Systeme generisch und generell im Zusammenhang mit der Anwen- dungen auf Geschäftsprozesse genutzt werden, werden Workflow Systeme auf spezielle Geschäftspro- zesse angewandt. Dabei besteht solch ein spezielles System normalerweise aus einem WFMS sowie einer Prozess- und Ressourcenklassifikation, Anwendungen, einem Datenbanksystem, usw. (9, S. 348-349). In vielen Publikationen werden Workflow-Management-Systeme und Workflow-Systeme jedoch nicht voneinander getrennt. Stattdessen wird der Begriff Workflow-Management-System auch für Workflow-Systeme benutzt.

Englisch, siehe Arbeitspaket16

1 Einleitung und Motivation

Die Beschreibung und die Einhaltung von Arbeitsabläufen können auf die Qualitätssicherung und die Orga- nisation eines Projektes maßgeblichen Einfluss haben. In der Modellierung und Simulation (M&S) können Arbeitsabläufe in zwei grobe Bereiche unterteilt werden: zum einen in Arbeitsabläufe, die zu einem Mo- dell führen, zum anderen in die Tätigkeiten die notwendig sind, um ein Experiment zu definieren und auszuführen.

Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung von Arbeitsabläufen in der M&S als Mittel zu deren Qualitätssicherung. Aufgabe dieser Arbeit ist es, zunächst einschlägige Literatur in der M&S zu sichten und die bestehenden Vorstellungen über Arbeitsabläufe zu sammeln, zu vergleichen und zusammenzuführen. Ein weiteres Ziel ist die Beschreibung der Terminologie, Technologie und Anforderungen, die aus der allgemeinen Literatur zu Arbeitsabläufen ersichtlich sind. Im Zuge des Literaturstudiums soll ein Glossar erarbeitet werden, das die unterschiedliche Terminologie und Technologie zusammenfasst.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Analyse bestehender M&S-Umgebungen bezüglich ihrer Un- terstützung für Arbeitsabläufe, so dass am Ende ein Entwurf zur Integration einer Workflow-Unterstützung erarbeitet wird, der sich an den Anforderungen des Simulationsrahmenwerkes JAMES II orientiert und darin integriert werden soll.

Das Ziel dieses Kapitels ist der Einstieg in die Modellierung und Simulation. Dazu werden zunächst grundlegende Definitionen vorgestellt, die das Grundgerüst für die weiteren Kapitel legen. Dazu werden die Begriffe System, Modellierung und Simulation definiert. Der Begriff Simulation wird anschließend genauer betrachtet und Eigenschaften, Anwendungsbereiche sowie Vor- und Nachteile aufgeführt. Danach folgt eine Motivation, welche Bedeutung Qualität und Qualitätssicherung in der Modellierung und Simulation haben und welche Rolle Arbeitsschritte dabei einnehmen können. Zum Abschluss des Kapitels wird der weitere Aufbau dieser Master-Arbeit erläutert.

1.1 Definition Modellbildung und Simulation

1.1.1 Ausgangspunkt: Das System

Bevor die Begriffe Modellierung und Simulation definiert werden, ist noch eine weitere Definition, nämlich die des Systems nötig. Die Modellierung und Simulation befasst sich auf vielfältige Weise mit Systemen. Nach der 1970 von Schmidt86 eingeführten Definition ist ein System eine Sammlung von Entitäten (z.B. Menschen und Maschinen), die zur Erreichung eines logisches Endes hin agieren und interagieren. In der Praxis hängt der Begriff ”System“jedochvomKontextderUntersuchungab.SokanndieSammlungvon Entitäten im Zusammenhang einer Analyse ein Teilsystem einer anderen Sammlung von Entitäten sein.

Ein Zustand lässt sich als eine Sammlung von Variablenbelegungen zusammenfassen die notwendig sind, um ein System zu beschreiben. Systeme besitzen einen Zustand und lassen sich in zwei Kategorien einteilen: diskret und kontinuierlich. Die Zustandsvariablen diskreter Systeme nehmen zu bestimmten Zeitpunkten neue Werte an. Bei kontinuierlichen Simulationsmodellen finden während eines Zeitabschnitts möglicherweise unendlich viele Zustandsübergänge statt, bei diskreten Modellen ist diese Anzahl endlich ([[56]], S.3 ). Systeme sind außerdem dadurch charakterisiert, dass sie mit ihrer Umwelt über Schnittstellen interagieren. Diese Schnittstellen werden als Eingabe- und/oder Ausgabeschnittstellen bezeichnet. Eingaben haben ihren Ursprung außerhalb des Systems und sind von diesem weitgehend unabhängig. Ausgaben sind Schnittstellen zur Umwelt und werden vom System bestimmt ([[60]], S.2 ).

1.1.2 Modellierung

Ein Modell ist die (im mathematischen Sinn) vereinfachende Darstellung von Strukturen, Funktionsweisen und Velaufsformen3. Dabei erfüllt ein Modell nach Matko und Karba (60, S. 4) folgende Eigenschaften:

- Ein Modell ist ein Objekt oder ein Konzept, das genutzt wird, um etwas anderes zu repräsentieren. Die Realität ist in eine zusammengefasste Form überführt.
- Ein Modell ist die vereinfachte Form eines Systems, die es ermöglicht, es zu verstehen, zu erklären, zu verändern, zu erhalten, vorauszuberechnen und es möglicherweise in seinem Verhalten zu kontrol- lieren.
- Ein Modell ist ein Ersatz eines konkreten Systems.
- Ein Modell soll das Wissen über ein System in passender Form repräsentieren und uns ermöglichen, es für andere Medien zu nutzen.
- Ein Modell soll nur die Auswirkungen von Einflüssen aufzeigen, welche vom Standpunkt und Zielsetzung der Modellierung aus betrachtet von Bedeutung sind.
- Ein Modell soll einfach gehalten sein, da die Konstruktion eines universellen, umfassenden Modells nicht praktikabel und unökonomisch ist.

Ziel der Modellierung ist es, eine vereinfachende, dem spezifischen Zweck des Modells entsprechende Abbildung des ursprünglichen Systems zu erschaffen. Sie beinhaltet den Prozess der Erstellung von Beziehungen zwischen wichtigen Einheiten eines Systems in Form von Modellen mit einem jeweiligen Ziel, Leistungskriterien und Grenzen. Modellierung ist ein iterativer, zyklischer Prozess (60, S. 4).

In der Literatur werden vielerlei Modellierungsarten erwähnt und erläutert, daher soll an dieser Stelle kurz auf drei bekannte eingegangen werden.

Kontinuierliche und diskrete Simulationsmodelle lassen sich zwar ähnlich wie kontinuierliche und diskrete Systeme definieren, allerdings werden diskrete Modelle nicht zwangsläufig zur Modellierung diskreter Systeme und kontinuierliche Modelle nicht ausschließlich zur Beschreibung kontinuierlicher Systeme genutzt. Die Entscheidung welches Modell genutzt wird, ist abhängig von den Simulationszielen. Soll beispielsweise der Autoverkehr auf einer Straße simuliert werden, ist eine diskrete Simulation sinnvoll, solange die jeweiligen Fahrzeuge und ihre Bewegungen individuell betrachtet werden sollen. Dagegen ist eine kontinuierliche Simulation sinnvoll, wenn die Gesamtheit der Fahrzeuge betrachtet wird und der Verkehrsflusses mit Hilfe von Differenzengleichungen darstellbar ist (56, S. 6).

- Kontinuierliche Methoden beschäftigen sich mit einer Menge von Gleichungen, die ein System, be- ziehungsweise die Änderung seiner Zustandsvariablen, im zeitlichen Verlauf beschreiben. Kontinu- ierliche Modelle sind durch die Definition abhängiger Variablen über einen kontinuierlichen Bereich gekennzeichnet (60, S. 7). Die Systeme können aus algebraischen, differenziellen oder Differen- zengleichungen bestehen (61, S. 9-10). Die Differenzengleichungen geben Beziehungen zwischen der Veränderungsrate der Zustandsvariablen und der Zeit an. Differenzengleichungen können (wenn sie einfach genug sind) analytisch gelöst werden, um so die Werte für die Zustandsvariablen für den gesamten Zeitraum als eine Funktion der Zustandsvariablen zum Zeitpunkt ”null“(Ausgangs- zeitpunkt) bestimmen zu können. Für die meisten kontinuierlichen Modelle existieren jedoch keine analytischen Lösungen. Zur numerischen Integration von Differenzengleichungen werden numerischanalytische Verfahren genutzt ([[56]], S.87 ). Als Beispiel für kontinuierliche Simulationsmodelle ist ein Modell eines Fahrzeugdämpfungssystems denkbar, welches im Laufe der Zeit unterschiedlichen Fahrbahnbelägen ausgesetzt ist und damit schwankenden Belastungen unterliegt.

- Diskrete Modelle sind durch abhängige Variablen gekennzeichnet, die sich nur bei eindeutigen Aus- prägungen unabhängiger Variablen ändern (60, S. 7). Treten also punktuell Ereignisse auf, wird der Zustand des Systems verändert. Als einfaches Beispiel gilt ein Geldausgabeautomat einer Bank:

Solange kein Kunde den Automaten beansprucht, ist dieser im Ruhezustand. Wenn jedoch ein Kunde an den Geldautomaten herantritt und eine Transaktion startet, ändert sich der Zustand des Auto- maten und er wechselt in den Bedienmodus. Die Bedienung eines Kunden dauert eine gewisse Zeit, der Einfachheit halber eine durchschnittliche Länge. Durch Zählung kann nun ermittelt werden, wie viele Kunden den Automaten zu welcher Zeit nutzen. Diese Zahl schwankt für gewöhnlich. Mit Hilfe der Simulation ist nun berechenbar, wie lange beispielsweise ein Kunde durchschnittlich vor dem Automaten warten muss. Es kann berechnet werden, wie lang die Schlange vor dem Automaten ist, wenn Annahmen über die Kundenanzahl vorliegen und diese Annahmen im Modell abgebildet sind. Das Simulationssystem kann sich nur zu einer Menge von zählbaren Zeitpunkten ändern. Zu genau diesen Zeitpunkten (wenn das Ereignis auftritt) ändert sich der Zustand des Systems. Ein Ereignis ist definiert als Vorgang, der durch sein Auftreten in der Lage ist, den Systemzustand sofort zu ändern (56, S. 6-7).

- Während in der diskreten Simulation Zeit eine wichtige Rolle spielt, hat sie bei der Monte Carlo- Simulation keine Auswirkungen. Monte Carlo-Experimente sind per Definition von Law und Kelton aus dem Jahre 1982 eine Zusammenfassung für Schemata, die mit Hilfe von Zufallszahlen bestimmte statistische oder deterministische Probleme lösen. Der zeitliche Bezug spielt bei diesen Problemen keine Rolle.

Monte Carlo-Experimente werden u.a. in der Finanzbranche zur Berechnung von Unternehmenswerten und zur Bewertung von Investitionen oder Finanzderivaten eingesetzt. Monte Carlo-Experimente werden in diesen Fällen zur Konstruktion stochastischer oder probabilistischer Finanzmodelle zum Ausdruck von Unsicherheit benutzt.

- Neben den eben genannten Simulationsarten existieren weitere, beispielsweise hybride Simulationen, die sowohl kontinuierliche als auch diskrete Elemente in einem Modell vereinen.

1.1.3 Simulation und Experiment

Nach der Definition im Brockhaus3 ist Simulation die ”Darstellungtechnischer,biologischer,ökonomischerundandererProzesseoderSystemedurch mathematische Modelle. Simulationen erlauben Untersuchungen oder Manipulationen, deren Durchführung am eigentlichen System zu gefährlich, zu teuer oder anderweitig nicht möglich ist.“

In Wissenschaft und Technik wird unter dem Begriff eine Sammlung für die modellhafte Darstellung oder Nachbildung der o.g. Prozesse oder Systeme durch Modelle zusammengefasst. Es gibt zwei unterschiedliche Möglichkeiten der Simulation. Auf der einen Seite erfolgt die Simulation mittels physikalischer oder tech- nischer Modelle, andererseits mit mathematischen oder abstrakten Modellen. Simulation ist das Ausführen von Experimenten auf, beziehungsweise mit einem Modell, um daraus daraus Einblicke in das Verhalten eines Objektes der realen Welt zu gewinnen. Zielstellung ist dabei entweder das Verhalten des Systems zu verstehen oder abzuschätzen, wie sich Systeme bei Operationen verhalten können. Wenn Computer für die Durchführung der Simulationsstudie benutzt werden, spricht man auch von Computersimulation. Einen Computer zur Simulation von realen Systemen zu verwenden, erfordert die Erstellung eines Modells mit Hilfe von logischen oder mathematischen Beziehungen und der Abbildung in das Computermodell. Die Veränderung von Parametern des Modells ermöglicht dem Bediener des Systems die Prozesse des Modells und, schlussfolgernd daraus, die des zu Grunde liegenden realen Systems zu verstehen ([[61]], S.2 -3 ).

Ein Experiment selbst wird nach [[3]] als ein methodisches, planmäßiges Vorgehen bezeichnet, das der Herbeiführung von reproduzierbaren Ergebnissen, zumeist unter variablen Umständen, zum Zwecke der wissenschaftlichen Beobachtung dient. Das Experiment ist eine wichtige empirische Methode der Naturwissenschaften. Sie wird aber auch in anderen Wissenschaften genutzt. Bei der Durchführung eines Experimentes werden somit planmäßig eine oder mehrere unabhängige Variablen zielgerichtet manipuliert, um Veränderungen der abhängigen Variablen ablesen zu können.

Es lassen sich folgende Eigenschaften der Simulation zusammenfassen:

- Simulation dynamischer Prozesse ist die iterative Methode, welche das Studium der Eigenschaften eines Systems durch Experimentieren mit dem korrespondierenden Modell ermöglicht. Simulation ist der Prozess des Nachahmens wichtiger Aspekte des Verhaltens eines Systems in Echtzeit, kompri- mierter Zeit oder erweiterter Zeit durch Konstruktion und Experimentieren mit einem Modell des Systems.
- Im Vergleich zu analytischen Methoden ist Simulation realistischer und leichter zu verstehen, solange sie richtig eingesetzt wird.
- Simulation erlaubt den Ersatz der realen Welt, von komplexen Experimenten und Versuchsanlagen durch die Nutzung günstiger und einfacher Arbeitsplatzrechner. Auf diese Weise ist Experimentieren ohne Risiken, bei gleichzeitig anschaulichen Ergebnissen möglich.
- Simulation ist eine Technik, Experimente mit einem Modell auszuführen. (60, S. 4-5)

Obwohl sich eine Vielzahl von mathematischen, betriebswirtschaftlichen, biologischen und vielen weiteren Fragen mit Hilfe der Simulation lösen lässt, gelten folgende Regeln, wann der Einsatz von Simulation sinnvoll ist:

- Das reale System existiert nicht beziehungsweise die Installation ist zu kostspielig, zu gefährlich oder ein Prototyp ist unmöglich zu erstellen. Als Beispiele gelten hier u.a. Flugzeuge oder Atomreaktoren.
- Das reale System existiert zwar, aber Experimente sind entweder zu teuer, gefährlich oder wirken zerstörend, beispielsweise militärische oder Materialverwaltungssysteme.
- Ein Prognosemodell wird benötigt, welches im Voraus lange Zeitspannen in einem komprimierten Verfahren untersucht, zum Beispiel Bevölkerungswachstum, Klimaentwicklung oder Studien zur Ur- banisierung.
- Mathematische Modellierung eines Systems ohne eine analytische oder numerische Lösung. Solche Probleme können u.a. bei stochastischen Problemen oder nichtlinearen Differenzengleichungen vorkommen. (61, S.3)

Vor- und Nachteile der Simulation

Hauptnutzen der Simulation ist das gefahrlose Simulieren und damit Ausprobieren von Systemkonfigurationen, ohne dass ein bereits bestehendes oder in Planung befindliches System verändert werden muss. Dabei ist auch zu beachten, dass bei der Simulation die Ausgangsbedingungen besser kontrollierbar sein können als bei realen Systemen. Durch die Gestaltung des Simulationsmodells und der Auswahl des Simulationsverfahrens muss sich der Nutzer und Entwickler zwangsläufig mit dem Ursprungssystem vertraut machen und die logischen Zusammenhänge auf einer gemeinsamen Basis zusammentragen (61, S. 3). Doch die Nutzung von Simulation zur Lösungssuche ist nicht unproblematisch. Zunächst einmal fallen Kosten der Modellentwicklung und Simulationsläufe an. So sind die Simulationsergebnisse zwar absolut, jedoch nicht unbedingt unfehlbar und benötigen eine Interpretation.

Optimierungsprobleme können durch Generierung von Antworten und Ergebnissen durch Simulation annähernd gelöst werden, wobei die Ergebnisse nicht zwangsläufig optimal sein müssen. Ein besonders großes Problem im Vorfeld der Simulationsdurchführung ist die Modellvalidierung. So muss sichergestellt werden, dass das Modell das ursprüngliche System in Bezug auf die Simulationsziele ausreichend genau darstellt.

1.2 Motivation für den Einsatz von Modellierung und Simulation

Modelle sind (vereinfachte) Abbildungen von realen oder gedachten Systemen bzw. Probleminstanzen bezüglich bestimmter Ziele. Der Einfachheit und Verständlichkeit halber soll in diesem Zusammenhang von realen oder gedachten Systemen bzw. Probleminstanzen vom realen System gesprochen werden. Die Modelle zur Darstellung realer Systeme müssen eine ausreichend genaue Repräsentation dessen bieten. Es nützt nichts, ein falsches oder auch nur unzureichend genaues Modell mit Eingabedaten zu versorgen. Denn egal ob die Eingabewerte richtig oder falsch sind, die Ergebnisse sind weder nachvollziehbar, noch für andere Zwecke zu gebrauchen. Das englischsprachige ”GarbageIn“und ”GarbageOut“versinnbildlichtdieses Problem. Die Herausforderung ist nicht die Schaffung eines Computerprogramms, das Eingaben akzeptiert und daraus Ausgaben generiert, sondern dass es die Transformation von Eingabe- zu Ausgabedaten richtig vollzieht [[23]].

Simulationsmodelle bei der Entscheidungsfindung beeinflussen nicht nur die Entscheidungen der Entscheidungsträger, sondern auch das damit in Verbindung stehende Umfeld. Aufgrund dieser weitreichenden Einflüsse ist die Richtigkeit bzw. Genauigkeit der Simulationsergebnisse von großer Bedeutung [[80]]. Da Modelle jedoch nur Abbildungen realer Systeme sind und von diesen mehr oder weniger stark abstrahieren, kann nicht von absoluter Genauigkeit eines Modells gesprochen werden. Die Glaubwürdigkeit, Validität und Wahrheit sind Messgrößen für die Güte des Simulationsmodells. Sie werden in Bezug auf die Studienobjekte, für die das Modell entworfen wurde und zum realen System betrachtet. Der Grad der benötigten bzw. nötigen Genauigkeit des Modells ist für die jeweiligen Modelle verschieden. So kann das Vetrauensniveau von60 % für ein bestimmtes Modell und Modellzweck einen guten Wert darstellen, für einen anderen Modellzweck werden aber möglicherweise zumindest90 % benötigt [[19]].

Die Simulation hat sich als wichtige Analysemethode in vielen Bereichen etabliert. Sie wird häufig eingesetzt, wenn Entscheidungen von erheblicher Tragweite getroffen werden müssen und Konsequenzen der Entscheidung nicht unmittelbar ersichtlich oder keine analytischen Hilfsmittel verfügbar sind. Das bedeutet aber auch, dass die Richtigkeit und die Übertragbarkeit der Simulationsergebnisse von erheblicher Bedeutung für das weitere Vorgehen sind. So können fehlerhafte Simulationsergebnisse, die als Entscheidungsvorlage formuliert und umgesetzt werden, Kosten nach sich ziehen, die die Simulationskosten selbst um ein Vielfaches übersteigen können (71, S. 1). Auch in wissenschaftlichen Simulationsstudien ist die Glaubwürdigkeit der Simulationsergebnisse ein wichtiger Aspekt.

Zur Erreichung der Glaubwürdigkeit von Simulationsergebnissen muss deren Qualität bewertet und gesichert werden. Ein Mittel zur Erreichung von Qualität und Glaubwürdigkeit sind Methoden der Verifikation und Validierung (V&V). Die vollständige Korrektheit von Simulationsmodellen lässt sich im Allgemeinen nicht nachweisen. Mit Methoden der V&V und deren konsequenter Anwendung können die Gefahren fehlerhafter Simulationsmodelle und -ergebnisse jedoch wirksam verhindert und somit die Gefahr von Fehlentscheidungen begrenzt werden (71, S. 1).

Die Glaubwürdigkeit eines Simulationsmodells und der Simulationsergebnisse hängt nicht allein von der Korrektheit des Modells ab. Sie wird ebenfalls durch die fehlerfreie Problemformulierung maßgeblich be- einflusst. Die Tätigkeiten zur Qualitätssicherung und Erreichung von Glaubwürdigkeit sind daher nicht auf einen einzelnen Prozess während der Modellierung und Simulation begrenzt, sondern auf den Gesamtprozess anzuwenden21.

Durch den strukturierten Prozess der Modellentwicklung und Simulationsausführung lässt sich die Pro- duktqualität direkt steigern. Die gute Strukturierung erleichtert gleichzeitig auch den sinnvollen Einsatz von Methoden zur Vertrauensbildung in das Modell durch V&V. Es existieren daher viele Prozessmodelle in der Modellierung und Simulation, die sich jedoch oft in wichtigen Punkten unterscheiden. Das sind bei-

1.3 Inhalt und Aufbau der Masterarbeit

spielsweise verschiedene Definitionen von Rollen innerhalb des Projektes und deren Verantwortlichkeiten, fehlende oder inkonsistente Anforderungen an die Dokumentation und verschiedene Prozessausführungen sowie unterschiedlich bezeichnete und/oder umfangreiche (Zwischen-) Ergebnisse.

Die Heterogenität der existierenden M&S-Prozesse beeinflusst auch die Auswahl der zur Qualitätssiche- rung notwendigen V&V-Maßnahmen. Die Vielzahl an möglichen M&S-Prozessen kombiniert mit der Viel- zahl an V&V-Maßnahmen führt dabei dazu, dass in der praktischen Entwicklung von M&S-Anwendungen die Methoden der V&V ad-hoc ausgewählt werden. Das bedeutet, dass das Risiko ein falsches V&V-Mittel auszuwählen steigt und sich negativ auf die Glaubwürdigkeit des gesamten M&S-Prozesses auswirkt113.

Die V&V sollte daher in den allgemeinen M&S-Prozess eingebunden werden. Dazu finden sich in der Literatur verschiedene Ansätze. Ein Ansatz ist die Etablierung eines gemeinsamen V&V-Prozesses, der für alle M&S-Prozesse eingesetzt werden kann113. Solch ein Ansatz ist das REVVA-Projekt. REVVA ist ein gemeinsames methodisches Rahmenwerk für Verifikation, Validierung und Akkreditierung von Daten, Modellen und Simulationen34. So ein allgemeiner Ansatz ist für gewöhnlich, auch in diesem Fall, so abstrahiert, dass er zusätzlich zum bestehenden M&S-Modell implementiert und an diesen angepasst werden muss. Schließlich sind die Aktivitäten zur V&V abhängig vom zugrunde liegenden M&S-Prozess.

Eine andere Möglichkeit das V&V-Problem für verschiedene M&S-Prozessmodelle zu lösen, ist die Einführung von Standardprozessen für die Modellierung und Simulation mit jeweils dazugehörigen Standardprozessen zur V&V26.

1.3 Inhalt und Aufbau der Masterarbeit

Die weitere Gliederung dieser Arbeit ergibt sich wie folgt: In Kapitel 2 werden Begriffe rund um Geschäftsprozess und Workflow definiert und beschrieben. Es wird insbesondere auf Eigenschaften, Anforderungen und Unterschiede verschiedener Arten von Workflows eingegangen und dargestellt, welche Arten der Modellierung und Darstellung von Workflows existieren.

Kapitel 3 beginnt mit der Betrachtung verschiedener Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung. Diese Betrachtung bildet die Grundlage für Vorgehensmodelle in der M&S, welche anschließend vorgestellt werden. Software wird gegenüber anderen Produkten abgegrenzt und diskutiert, welche Anforderungen es an Software in Bezug auf Qualität gibt und wie diese ermittelt und quantifiziert werden können. Ein weiterer Komplex des Kapitels sind Vorgehensmodelle in der M&S. Es werden verschiedene Modelle vorgestellt und erläutert. Besonderes Augenmerk ist dem Zusammenhang zwischen Methoden der Qualitätssicherung, also Methoden der V&V und deren Integration in die vorgestellten Vorgehensmodelle gewidmet. Zum Abschluss des Kapitels werden konkrete Verfahren der V&V in ihrem Einsatzkontext genannt.

In Kapitel 4 werden verschiedene M&S-Werkzeuge bezüglich ihrer Workflow-Unterstützung untersucht und verglichen. Es werden sowohl kommerzielle als auch Forschungsprojekte untersucht. Die Arbeitsweise der Werkzeuge reicht von lokalen Installationen bis hin zu solchen, die zur Ausführung auf Web-Services zugreifen.

Das Kapitel 5 stellt zunächst das an der Universität Rostock entwickelte Simulationsrahmenwerk JAvabased Multipurpose Environment for Simulation II (JAMES II) vor. Anschließend werden die Anforderungen von JAMES II bezüglich der Workflow-Unterstützung herausgearbeitet. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen der vorherigen Kapitel und den Anforderungen von JAMES II wird ein Entwurf vorgestellt, wie Arbeitsabläufe in JAMES II integriert werden können.

Als Abschluss der Arbeit werden in Kapitel 6 die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und Möglichkeiten genannt, was zukünftige Arbeiten in JAMES II bezüglich der Workflow-Unterstützung leisten können.

2 Workflow und Workflow-Management

Das folgende Kapitel dient zunächst der Definition, Erläuterung und der weiteren Unterteilung von Be- griffen, die in Zusammenhang mit Geschäftsprozessen und Workflow stehen. Dies umfasst die Bezeich- nungen Geschäftsprozesse, Geschäftsprozessmanagement (GPM) und Geschäftsprozessmanagementsystem (GPMS) sowie Workflow, Workflow-Management (WFM) und Workflow-Management-System (WFMS). Anschließend werden Aspekte von Qualität, insbesondere im Zusammenhang mit Geschäftsprozessen erläu- tert. Aufbauend auf den genannten Grundlagen werden verschiedene Sichtweisen auf Workflows genannt und beschrieben. Es wird eine Übersicht über verschiedene Konzepte von Workflows und Grundzüge von WFM und WFMS, sowie Anforderungen an Geschäftsprozess- und Workflow-Management präsentiert. In einem weiteren Unterpunkt dieses Kapitels werden verschiedene Modellierungs- und Darstellungsformen von Workflows genannt und erklärt.

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

Der folgende Abschnitt dient der Definition und Abgrenzung der Begriffe Geschäftsprozess, GPM und GPMS einerseits, sowie Workflow, WFM und WFMS andererseits.

2.1.1 Definitionen und Erläuterungen

Geschäftsprozess

Grundlage eines Arbeitsablaufs (englisch: Workflow (WF)) ist der Geschäftsprozess (GP) (englisch: Business Process (BP)). Ein Geschäftsprozess ist ein Prozess, der sich auf den Produktionsprozess eines bestimm- ten Produktes konzentriert. Ein Prozess ist nach Definition der Internationale Organisation für Normung (ISO) 9000:2000 ein

”SatzvoninWechselbeziehungoderWechselwirkungstehendenTätigkeiten,dieEingabenin Ergebnisse umwandeln“ [[2]].

Der in der Definition des Geschätsprozesses enthaltene Begriff Produkt hat eine große Spannweite. Er umfasst sowohl physikalische Produkte wie Autos, Flugzeuge oder Brücken, als auch Services, d.h. weniger greifbare Prozesse wie die Erstellung von Entwürfen, die Schadensfallbearbeitung in einer Versicherungsgesellschaft oder die Erstellung eines Gutachtens. Als Synonym zu Geschäftsprozess wird auch der Begriff Work Process (WP) benutzt ([[9]], S.333 ).

Moderne Organisationen und Unternehmen umfassen viele Beschäftigte, gleichsam wird eine Reihe von Informationssystemen eingesetzt. Sowohl die Beschäftigten als auch die Informationssysteme sind kritische Faktoren für den Unternehmenserfolg. Das Konzept der Prozesse ist ein wichtiger Ansatz, um die Arbeits- weise eines Unternehmens zu verstehen. Durch Identifikation von Schlüsselzielen können Verhaltensmuster von Aktivitäten, die Anlässe warum Menschen zusammenarbeiten, der Austausch von Informationen und die Nutzung spezifischer Informationssysteme erkannt und beschrieben werden ([[115]], S.3 ).

GPs sind also Prozesse. Ein Prozess umfasst eine Reihe von Aktivitäten, die aus einer definierten Eingabe (”Input“)eindefiniertesErgebnis(”Output“)erzeugen.DerProzessbegriffsagtjedochnochnichtsüber Begrenzung, Reichweite und Struktur des Prozesses selbst und den Empfänger der Prozessergebnisse aus.

So ist bereits die Verknüpfung weniger Aktivitäten und/oder Arbeitsschritte zur Erstellung eines Ergebnisses ein Prozess. Zur Koordination der zu Hunderten oder gar Tausenden in einem Unternehmen ablaufenden Prozesse müssen diese so miteinander verbunden oder abgestimmt werden, dass im Ergebnis Wünsche, Anforderungen und Erwartungen von Kunden erfüllt werden. Die Koordination der Einzelprozesse verursacht

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

in der Praxis oftmals sowohl Schwierigkeiten als auch Kosten. Zur Behebung dieser Probleme wurde das Konzept des Geschäftsprozessmanagements entwickelt (85, S. 63-64). Nach Schmelzer und Sesselmann85 besteht ein Geschäftsprozess aus ”[...]derfunktions-undorganisationsüberschreitendenVerknüpfungwertschöpfenderAkti- vitäten, die von Kunden erwartete Leistung erzeugen und die aus der Geschäftsstrategie abge- leiteten Prozessziele umsetzen.“ Sie ermöglichen es, die ”[...]strukturbedingteZerstückelung der Prozesskette in Funktionsorganisationen zu überwinden und die Aktivitäten eines Unter- nehmens auf die Erfüllung von Kundenanforderungen und die Erreichung der Geschäftsziele auszurichten.“

Geschäftsprozesse existieren unabhängig von unserer Wahrnehmung. Die bewusste Darstellung von GP mittels grafischer, gedanklicher, abstrakter oder rechnerischer Modelle (also die Modellierung der GP) ermöglicht es nach Rosenkranz [[74]] folgende Ziele zu erreichen:

1. Die Ausrichtung der GP-Modellierung auf Kundennutzen und -bedürfnisse.

2. Die Dokumentation, Speicherung, Archivierung von Organisationswissen und Erhöhung der Prozess- transparenz.

3. Das Controlling der Aufbau- und Ablauforganisation des Unternehmens und Hilfe bei der Standardi- sierung und Zertifizierung (z.B. nach ISO).

4. Die Steigerung der Effizienz der GP durch den Einsatz von

- Prozess-Neuentwurf,

- Prozessinnovation und

- Prozessoptimierung.

5. Die verursachungsgemäße Verteilung von Werten, Nutzen und Kosten.

6. Die Ermittlung wichtiger Kontroll- und Steuergrößen für GP, wie z.B. Kostentreiber und strategische Treiber (z.B. Kunden-, Vertriebs-, Produkt-, Lieferketten- und Einkaufsstrategie).

7. Die Simulation neuer Technologien und Organisationsformen.

Weitere Ziele bei der Modellierung von Geschäftsprozessen und die verschiedenen Sichtweisen werden im Abschnitt2.3 auf Seite22 näher erläutert.

Geschäftsprozessmodell und Geschäftsprozessinstanz

Ein Geschäftsprozessmodell besteht nach Definition von Weske ([[118]], S.7 ) aus einer Menge von Aktivitätsmodellen und den Ausführungsbeschränkungen zwischen diesen. Eine Geschäftsprozessinstanz repräsentiert einen konkreten Anwendungsfall in der operativen Tätigkeit eines Unternehmens.

Die Geschäftsprozessinstanz besteht aus Aktivitätsinstanzen. Jedes Geschäftsprozessmodell arbeitet als eine Kopie einer Menge von Geschäftsprozessinstanzen und jedes Aktivitätsmodell verhält sich wiederum wie eine Menge von Aktivitätsinstanzen ([[118]], S.7 ).

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

Organisatorisch oder operational Im GPM lassen sich verschiedene Stufen charakterisieren. Sie reichen von Betrachtungen höherer Geschäftsstrategien bis hin zu implementierten GPs. Auf höchster Ebene werden die Strategie und Ziele eines Unternehmens spezifiziert, welche die langfristigen Ziele und Wettbewerbsvor- teile enthalten. Ein langfristiges Ziel ist z.B. die Erreichung oder Verteidigung der Marktführerschaft. Auf der darunter folgenden Ebene wird die Geschäftsstrategie auf operationale Ziele heruntergebrochen. Die operationalen Ziele werden dann in weitere Teilziele aufgespalten. Auf der dritten Stufe finden sich organi- satorische Geschäftsprozesse. Sie sind höhere Prozesse, die typischerweise durch ihre Ein- und Ausgaben, die erwarteten Ergebnisse und den Abhängigkeiten zu anderen organisatorischen Geschäftsprozessen in tex- tueller Form dargestellt werden. Die Darstellung höherer Prozesse erfolgt durch informale und semiformale Methoden.

Organisatorische GP beschreiben grobkörnige Funktionalitäten. Daher werden zu ihrer Verfeinerung typischerweise mehrere operationale GP benötigt. Sie beschreiben Aktivitäten und deren Beziehungen zueinander, verzichten jedoch auf Implementationsaspekte. Sie bilden die Basis für implementierte Geschäftsprozesse. Diese enthalten Informationen über die Ausführung der Prozessaktivitäten, sowie über die technische und organisatorische Umgebung in der sie ausgeführt werden. Die Implementation von Geschäftsprozessen kann auf vielfache Weise erfolgen, angefangen von geschriebenen Prozeduren und Richtlinien bis hin zu prozessgesteuerten Plattformen (118, S. 17-18).

Intraorganisatorische Prozesse und Prozesschoreographien Geschäftsprozesse können durch eine ein- zelne Organisation ausgeführt werden. Wenn keine Interaktion zwischen Geschäftsprozessen anderer Orga- nisationen stattfindet, wird der Geschäftsprozess als intraorganisational bezeichnet. Ziel der intraorganisa- tionalen Geschäftsprozesse sind Verbesserungen interner Prozesse durch Eliminierung von Aktivitäten, die keinen Nutzen haben. Die Mitarbeiter der Organisation werden in organisatorischen Modellen repräsentiert und die Ausführung von Aktivitäten den Personen oder Stellen zugeordnet, die dafür ausreichend qualifiziert und kompetent sind.

Viele, wenn nicht sogar die meisten, Geschäftsprozesse interagieren jedoch mit Geschäftsprozessen an- derer Organisationen und formen auf diese Weise Prozesschoreographien. Der Umgang mit interagierenden Geschäftsprozessen erfordert die Beachtung von Kommunikationsaspekten, aber auch von rechtlichen Be- langen. So müssen Interaktionen zwischen Geschäftsprozessen unterschiedlicher Unternehmen durch recht- lich bindende Verträge untermauert werden. Die technische Ebene darf dabei ebenfalls nicht außer acht gelassen werden, da die verschiedenen Organisationen heterogene Softwaresysteme benutzen können (118, S. 18-19).

Grad der Automatisierung Geschäftsprozesse lassen sich auch nach ihrem Grad der Automatisierung unterscheiden. Sie können vollständig automatisch ablaufen, so dass kein Nutzer in den Prozess eingreifen muss, dieser also automatisch ausgeführt wird. Gänzlich vollautomatisch laufen aber auch diese Prozesse nicht ab. So kann die Buchung eines Flugtickets auf Seiten der Fluggesellschaft automatisch ablaufen. Seitens des Kunden ist jedoch die manuelle Eingabe von Daten wie Anschrift, der gewünschten Flugzeit und Rechnungsart notwendig.

Die Integration von Unternehmensanwendungen ist ein weiteres Gebiet der Automatisierung von GPs. Ziel ist die Integration von Funktionalitäten, die von heterogenen Systemen bereitgestellt werden. Es exis- tieren verschiedene Techniken zur Integration von Unternehmensanwendungen. Dabei spielt die Prozess- technologie eine wichtige Rolle. Besonders wichtig ist sie, seitdem eine wachsende Anzahl serviceorientierter Softwarearchitekturen verfügbar sind, die die Komposition einzelner Services zu einem Prozess erlauben.

Viele Geschäftsprozesse erfordern manuelle Aktivitäten, beinhalten aber ebenso automatisierte Akti- vitäten. Die Interaktion mit dem Nutzer ist oftmals essentiell wichtig für den Erfolg des Prozesses. Frühe Ansätze, die dem Nutzer lediglich Vorgaben machten, wann etwas zu tun ist, konnten sich zumeist nicht durchsetzen. Systeme, die das Wissen der Nutzer als eine wichtige Quelle zur Verbesserung und Kontrolle der Prozesse anerkennen, haben bessere Chancen von den Nutzern akzeptiert zu werden (118, S. 19).

Grad der Wiederholung Geschäftsprozesse können auch nach dem Grad ihrer Wiederholung klassifi- ziert werden. Hoch repetitive Prozesse finden sich sowohl auf dem Gebiet der vollständig automatisierten

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

Geschäftsprozesse, als auch in Geschäftsprozessen mit menschlicher Interaktion. Bei einem hohen Grad von Wiederholungen sind Investitionen in Modellierung und automatischer Ausführung betriebswirtschaftlich sinnvoll, da viele Prozessinstanzen davon profitieren können. Auf der anderen Seite gibt es Prozesse, die selten ausgeführt werden. Solche Prozesse schließen oftmals großen Aufwand von Ingenieursleistungen ein, beispielsweise bei der Konstruktion eines Schiffes. Die Kosten für die Modellierung von Prozessen sind hoch. Daher ist fraglich, ob der Aufwand zur Modellierung in Bezug auf den möglichen Nutzen gerechtfertigt ist. Geschäftsprozesse mit geringem Grad der Wiederholung sind häufig nicht vollständig automatisiert und haben einen gemeinschaftlichen Charakter.

Seitdem die Verbesserung der Zusammenarbeit der in einem Geschäftsprozess beteiligten Personen im Mittelpunkt der Betrachtung steht, ist nicht mehr allein die Effizienzsteigerung zentrales Kriterium für den Einsatz von GPMS, sondern auch die Aufzeichnung was genau ausgeführt wurde und welche kausalen Beziehungen zwischen den Projektaufgaben existieren. Bei wissenschaftlichen Experimenten ist der Nachweis der Herkunft der Daten ein Ziel der Prozessunterstützung. So wird die Dokumentation der Beziehungen zwischen der Experimentdefinition und den Ergebnisdatensätzen zum Zwecke der Wiederholbarkeit der Experimente immer wichtiger (118, S. 19-20).

Grad der Strukturierung Ein Geschäftsprozess ist strukturiert, wenn das Geschäftsprozessmodell (GPModell) die Aktivitäten und deren Ausführungsbeschränkungen vollständig beschreibt. Die Alternativen für die Entscheidungen, die während der Durchführung des GP getroffen werden, müssen während des Entwurfs festgelegt werden.

Hochgradig repititive und strukturierte Geschäftsprozesse werden in118 nach Leymann und Roller auch als Produktionsworkflows bezeichnet. Scheinbar setzen die Autoren die informationstechnische Umsetzung der hochgradig repititiven und strukturierten Geschäftsprozesse voraus. Für Mitarbeiter mit hohem Anteil geistiger/kreativer Arbeit, die selbst über die Ausführung von Aktivitäten entscheiden, sind strukturierte GP eher nachteilig, da einzelne Aktivitäten nicht übersprungen oder insgesamt neu geordnet werden können.

Für die bessere Unterstützung von Prozessen, die weniger strukturiert sind, empfiehlt sich die Defi- nition weniger restriktiver Prozesse. So können Aktivitäten in beliebiger Reihenfolge und solange aus- geführt werden, bis ein bestimmtes Ziel erreicht wurde. Wann dieses Ziel erreicht wird, entscheidet da- bei ein menschlicher Prozessbeteiligter. Solche ”adhoc“-AktivitätensindeinwichtigesKonzeptzurUn- terstützung unstrukturierter Prozessbestandteile. Fallweise Behandlung ist ein Ansatz, der Wissensarbeiter bei der Ausführung wenig strukturierter Geschäftsprozesse unterstützt und damit ein hohes Maß an Flexi- bilität ermöglicht. Die Kontrolle der Ausführung des Geschäftsprozesses übernehmen dabei nicht die sonst üblichen Beschränkungen des Kontrollflusses, sondern feinkörnige Abhängigkeiten von Daten ([[118]], S. 20 -21 ).

Geschäftsprozessmanagementsystem

Die Koordination und Ausführung von Geschäftsprozessen erfolgen traditionell manuell. Sie werden durch die Erfahrung der Mitarbeiter eines Unternehmens gesteuert und durch organisatorische Regularien und Prozeduren geleitet. Unternehmen können zusätzlichen Nutzen gewinnen, indem zur Koordinierung von Aktivitäten von Geschäftsprozessen Softwaresysteme eingesetzt werden. Solche Systeme, auch GPMS ge- nannt, sind generische Softwaresysteme, die durch explizite Prozessrepräsentationen gesteuert werden, um selbst die Ausführung von Geschäftsprozessen zu überwachen und zu lenken ([[118]], S.5 -6 ). Sie dienen der Steuerung und Ausführung der explizit abgebildeten Geschäftsprozesse und werden als Synonym für WFMS gebraucht.

Während der Geschäftsprozess den Bezug zu betriebswirtschaftlichen Faktoren wie Kosten und Erlöse und die Verbindung zu klassischen Managementaktivitäten darstellt, ist der Workflow die informationstechni- sche Realisierung des Geschäftsprozesses. Der Arbeitsablauf kombiniert Anwendungsfälle, Ressourcen und Auslöser aus dem zugrunde liegenden (Geschäfts-) Prozess bzw. von einem Teil davon ([[9]], S.347 und und Standards ziehen es nach sich, dass Details darüber durch die Steuerung des Workflows dem Nutzer verborgen werden. Eine weitere Herausforderung ist die Komplexität der wissenschaftlichen Daten selbst, ein beispielhaftes Problem ist die Frage, auf welche Weise mehr semantische Eigenschaften wissenschaftlicher Daten dargestellt werden können als bisher59.

Wissenschaftliche Workflows, in der englischsprachigen Literatur auch als Scientific Workflow (SWF) be- zeichnet, sind Formalisierungen der ad hoc-Prozesse, die ein Wissenschaftler durchführt, um aus Rohdaten veröffentlichbare Ergebnisse zu erzeugen13. Wissenschaftliche Workflows unterstreichen oftmals spezielle Merkmale, sie können beispielsweise datenintensiv, rechenintensiv, analyseintensiv oder visualisierungsin- tensiv sein. Sie unterstützen daher individuelle miteinander kombinierbare Ziele, z.B. Serviceorientierung und Datenanalyse, Neuentwurf und Nutzerinteraktion oder Hochleistungsrechnen. Abhängig von der jewei- ligen Nutzergruppe können bestimmte Workflow- und technische Aspekte besonders betont oder verborgen werden59.

Workflow-Management

Die Entwicklung in der Unternehmenssoftwarearchitektur und der Geschäftsprozesse auf organisatorischer Ebene führte zur Entwicklung des WFM. WFM (zu deutsch: Management von Geschäftsabläufen bzw. Vorgangssteuerung) steht in betriebswirtschaftlicher Hinsicht für die Optimierung von Geschäftsprozessen innerhalb eines Unternehmens und die dadurch bedingte Produktivitätssteigerung der Akteure, sowie der Reduktion der operativen Kosten.

Die besondere Leistung des WFM ist die explizite Darstellung von Prozessstrukturen in Prozessmodellen und die kontrollierte Ausführung von Geschäftsprozessen in Abhängigkeit von den Modellen. Der modellgesteuerte Ansatz ermöglicht einen hohen Grad an Flexibilität, da Prozessmodelle zur Erfüllung neuer Anforderungen eingesetzt werden können. Angepasste Prozessmodelle können umgehend zur Ausführung von Geschäftsprozessen genutzt werden (118, S. 49).

Van der Aalst und van Hee9 beschreiben WFM als Zusammenfassung von Ideen, Methoden, Techniken und Software zur Unterstützung von Geschäftsprozessen. Ziel des WFM ist die Erreichung eines geradlini- gen und einfach handhabbaren Arbeitsprozesses. Die Autoren verwenden den Begriff synonym zu WFM9.

Workflow-Management-System

”WorkflowSupport“

WFMS (zu deutsch: Vorgangssteuerungssystem bzw. Vorgangsbearbeitungssystem) sind nach van der Aalst und van Hee ([[9]], S.348 -349 ) Softwaresysteme für die Umsetzung und Implementation eines Workflow- Systems. Nach [[9]] bezieht sich der Begriff auf universell einsetzbare Systeme. Die Autoren trennen hier das universelle, generische WFMS vom spezialisierten Workflow-System (WS) welches speziellen Workflow unterstützt. ”lediglich“einen Die WfMC [[120]] und Wolf [[123]] definieren WFMS als Softwaresysteme zur Definition, Erzeugung und Verwaltung der Ausführung von Workflows. Ein WFMS wird auf einer oder mehreren Workflow-Engines ausgeführt. Workflow-Engines können die Prozessdefinition interpretieren, mit Workflow-Teilnehmern interagieren und, falls benötigt, weitere IT-Werkzeuge und Anwendungen aufrufen.

WFMS steuern die verschiedenen Workflow-Instanzen nach einem vorgegebenen, im Rechner abgebilde- ten Schema und stellen die dazu benötigten Daten und Applikationen bereit. Die Aufgabe eines WFMS be- steht darin, zu koordinieren, wer (Rollen) was (Aufgabe) wann (Prozess) und wie (Umgebung) bearbeitet ([[9]], S.348 -349 ). Für die Analyse und Definition von Workflows ist nicht zwingend ein Rechnersystem nötig.

In dieser Arbeit soll auf die Definition der WfMC für WFMS zurückgegriffen werden. Die weitere Einteilung von van der Aalst und van Hee WFMS als universelle Unterstützung für Geschäftsprozesse und WS für spezielle Geschäftsprozesse sei hier zwar erwähnt und im Glossar genauer beschrieben, im weiteren Verlauf der Arbeit soll jedoch nur auf den Oberbegriff des WFMS Bezug genommen werden.

Ein WFMS besteht aus Softwarekomponenten zum Speichern und zur Interpretation von Prozessinstan- zen, dem Erzeugen und Verwalten von Workflow-Instanzen und der Kontrolle der Interaktion zwischen

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

Workflow, den Workflow-Teilnehmern und Anwendungen. Die Systeme bieten typischerweise administra- tive und überwachende Funktionen. Sie erlauben beispielsweise die Rückübertragung von Aufgaben oder Eskalationsmechanismen, ergänzt durch Prüfungs- und Verwaltungsfunktionen. Die Funktionen können auf das Gesamtsystem wie auch auf individuelle Prozessinstanzen wirken120. WFMS ermitteln den jeweils nächsten Bearbeiter eines Geschäftsprozesses, stellen Informationen zur Verfügung, starten benötigte Pro- gramme zur Unterstützung der einzelnen Arbeitsschritte und überwachen die fristgerechte Bearbeitung der Vorgänge. WFMS lassen sich also als universelle Softwaresysteme charakterisieren, die zur Steuerung eines Workflows nach den Vorgaben einer Spezifikation (Workflow-Modell bzw. Workflow-Definition) arbeiten 123. Ein Workflow-Modell stellt einen Workflow-Typ dar, wobei die Darstellung den Anforderungen der letztlich beabsichtigten Automatisierung genügen sollte. Daher kann sie Aspekte enthalten, auf die in einem korrespondierenden Geschäftsprozessmodell verzichtet wird40.

WFMS finden bei Workflows Anwendung, bei denen die zugrunde liegenden Prozesse bestimmte Ei- genschaften aufweisen. Sie eignen sich nach Schmelzer und Sesselmann (85, S.30) daher besonders bei Prozessen

- die gut strukturiert sind,
- die immer in der gleichen oder ähnlichen Form auftreten, d.h. nach einem festen Muster ablaufen,
- die sich häufig wiederholen,
- die einem starken Koordinierungsbedarf unterliegen,
- die ein hohes Volumen an Einzeltransaktionen aufweisen und
- die kostenintensiv sind.

Die WfMC hat folgende Referenzarchitektur (Abbildung 2.1) und Referenzmodell für WFMS geschaffen (Abbildung 2.2):

Kernbestandteil des Modells ist der

”WorkflowEnactmentService“,derWorkflow-Ausführungsdienst.

Er besteht aus mehreren Workflow-Engines, die Workflow-Instanzen erzeugen, steuern und ausführen. Eine Workflow-Engine stellt die Laufzeitumgebung für die Ausführung von Prozessinstanzen dar. Sie dient u.a. der Interpretation von Prozessdefinitionen, der Kontrolle der Workflow-Instanzen, der Navigation zwischen Aktivitäten und der Berechnung von spätesten Zeitpunkten, der Zugriffsverwaltung und einer Schnittstelle zum Aufruf externer Anwendungen.

Das Referenzmodell umfasst daneben folgende Bestandteile und Schnittstellen:

- Process Definition Tools (Prozessdefinitionswerkzeuge), Schnittstelle1

Die Werkzeugsammlung umfasst einen grafischen Editor, mit dem die erfassten und mittels Prozessmodellierungswerkzeug dargestellten Geschäftsprozesse genauer spezifiziert werden können.

- Workflow Client Applications (Workflow-Client-Anwendungen), Schnittstelle2

”WorkflowClientApplications“dienenalsSchnittstelledesEndbenutzerszum ”WorkflowEnactment Service“. Solche Anwendungen sind bspw. der elektronische Postkorb zur Anzeige eingegangener WF-

Meldungen für den Benutzer oder elektronische Formulare.

- Invoked Applications (Aufgerufene Anwendungen), Schnittstelle3 Neben den ”WorkflowClientApplications“ruftdieWorkflow-EnginedirektAnwendungenauf.Diese werden gemäß der Prozessbeschreibung zur Ausführung eines Arbeitsschritts benötigt.

- Other Workflow Enactment Service (Workflow-Ausführungsdienst für entfernte WFMS), Schnittstelle4

Dieser Dienst übernimmt die termingerechte Weiterleitung von Meldungen zu anderen WFMS. Damit wird gewährleistet, dass auch auf diesen Systemen die richtige Person in der richtigen Rolle die Aktivität erhält, um benötigte Programme zur Abarbeitung des Ablaufschrittes anzustoßen und dass Statusinformationen gesammelt werden.

2.1 Geschäftsprozesse und Workflow

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1: Referenzarchitektur der WfMC in119

- Administration & Monitoring Tools (Administrations- und Überwachungswerkzeuge), Schnittstelle 5 Die Schnittstelle zur Administration der Workflow-Engine gestattet es, die Erstellung von Statistiken und Auswertungen über den Ablauf von einzelnen Prozessen und Prozessgruppen vorzunehmen.

Darüber hinaus ist eine direkte Beeinflussung eines Prozessablaufs möglich, so z.B. der vorzeitige Abbruch. Die Werkzeuge werden jedoch den an Workflow beteiligten Personen nicht zur Verfügung gestellt. Sie dienen der Überwachung des Gesamtprozesses.91

Ein wichtiger Teil des WFMS ist die eigentliche Workflow-Definition. Nach Aussage von Jablonski51 sind viele Probleme bei der Umsetzung von Anwendungssystemen mit einem WFMS auf eine unzulängliche Workflow-Definition zurückzuführen. So müssen Softwaresysteme Unternehmen in sich verändernden Markt- situationen effektiv und effizient unterstützen und eine Adaptionsmöglichkeit von Workflow-Definitionen bieten können. Jablonski nennt dabei eine Reihe fundamentaler Ansprüche, die er in Anforderungen aus dem Anwendungsbereich des WFMS und in allgemeine Anforderungen eines Softwaremodells unterscheidet.

Die meisten Anwendungssysteme für Unternehmen (z.B. Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme) besitzen Workflow-Komponenten. Diese ermöglichen die flexible Anpassung von Geschäftsprozessen inner- halb dieser Systeme. Statt des Begriffs WFMS wird an dieser Stelle der Begriff ”Workflow-Komponente“ genutzt, da es sich nicht um ein alleinstehendes Softwaresystem, sondern um eine eingebettete Komponente handelt ([[118]], S.50 ).

2.1.2 Verschiedene Sichtweisen auf die Begriffe Geschäftsprozesse und Workflow

Im vorhergehenden Abschnitt wurde der Begriff WF bereits eingeführt und definiert. Im Folgenden soll auf die verschiedenen Sichtweisen auf WF und Geschäftsprozesse näher eingegangen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2: Referenzmodell der WfMC in119

Die Begrifflichkeiten Geschäftsprozess und WF erscheinen dem Einsteiger in die Thematik von WF und GP beim ersten Lesen ziemlich ähnlich, so werden die Begriffe in manchen Zusammenhängen auch synonym verwandt (9, S. 7).

Die Nutzung des Workflows erfolgt nach van der Aalst und van Hee9 in folgenden Zusammenhängen:

- Die Automatisierung von Geschäftsvorfällen wird innerhalb einer Prozessdefinition vollzogen. Diese wiederum identifiziert die verschiedenen Projektaktivitäten, prozeduralen Regeln und die zugewiesenen Kontrolldaten. Die Kontrolldaten steuern den Workflow während der Prozessausführung.
- Viele einzelne Prozessinstanzen können nebeneinander ausgeführt werden. Jede einzelne Instanz be- sitzt ihr zugeordnete Daten. Eine andere Bezeichnung solcher Instanzen ist ein sogenannter Anwen- dungsfall (englisch ”case“).
- Eine lose Verbindung existiert zwischen Produktions-Workflow (prozedurale Regeln sind meist im Vor- aus definiert) und den sogenannten ”ad-hoc“-Workflows,beidenendieprozeduralenRegelnwährend der Prozessausführung noch verändert bzw. neu geschaffen werden können. Als Synonym für den Begriff Workflow verwendet die WfMC [[120]] auch die Begriffe WFM, Computing“ und ”Workflow- ”CaseManagement“.

Ein Geschäftsprozess ist eine Menge von einem oder mehreren miteinander verbundenen Prozessen oder Aktivitäten, welche gemeinsam einen Geschäftszweck oder ein strategisches Ziel erreichen. Der GP ist dabei normalerweise innerhalb einer Organisationsstruktur eingebettet, welche funktionale Rollen und Beziehun- gen definiert.

Nach Definition der WfMC [[120]] besitzen Geschäftsprozesse typischerweise folgende Merkmale:

- Ein Geschäftsprozess ist mit operationalen Zielen und Geschäftsbeziehungen verbunden, beispiels- weise die Aufforderung an eine Versicherung die Versicherungssumme zu leisten. Die Abarbeitung des Geschäftsprozesses kann in einer einzigen Organisationseinheit angesiedelt sein. Es sind jedoch andere Formen möglich, sie reichen bis hin zur Abarbeitung über getrennte Organisationen hinweg, beispielsweise in einer Kunden-Lieferanten-Beziehung.
- Ein Geschäftsprozess hat definierte Bedingungen, welche seine Initiierung, d.h. die Ausführung jeder neuen Instanz, auslösen. Er besitzt außerdem (vorab) definierte Ausgaben.
- Ein Geschäftsprozess kann formale oder auch (relativ) informelle Interaktionen zwischen den Teilnehmern nach sich ziehen und die Dauer eines Geschäftsprozesses stark variieren kann.
- Ein Geschäftsprozess kann aus automatisierten Aktivitäten, welche durch WFM erfasst, strukturiert und verarbeitet werden können, und/oder manuellen Aktivitäten bestehen. Diese Art der Aktivitäten liegen außerhalb des Bereiches, der mit Hilfe eines WFM abgedeckt werden kann.

Beim Studium der Literatur finden sich weitere, zu den vorgestellten Definitionen verschiedene Bedeutungsinterpretationen von Geschäftsprozess und Workflow. Eine Unterscheidung wird dabei dem Einsteiger in die Thematik nicht auf Anhieb augenscheinlich. Allein für den Begriff Geschäftsprozess existieren mehrere Definitionen. So definieren Schmelzer und Sesselmann85 einen Geschäftsprozess als ”ausderfunktionsübergreifendenVerknüpfungwertschöpfenderAktivitäten,dievonKunden erwartete Leistungen erzeugen und die aus der Geschäftsstrategie abgeleitete Prozessziele um- setzen“ ([[85]], S.64 ).

An gleicher Stelle wird durch die Autoren auf weitere fünf weitere Definitionen für Geschäftsprozesse verwiesen. Allen dort aufgeführten Definitionen ist gemein, dass Geschäftsprozesse immer einen definierten Anfang und ein definiertes Ende sowie die Arbeitsteiligkeit beinhalten. In der Definition von Schmelzer und Sesselmann wird darüber hinaus noch die Betonung auf die Kundenorientierung gelegt. In den dort weiter aufgeführten Definitionen unterscheidet sich der Geschäftsprozess jedoch immer von der Definition Prozess, da dieser nichts über Begrenzung, Reichweite, Inhalt, Struktur oder Empfänger der Prozessleistung aussagt ([[85]], S.63 ). Schmelzer und Sesselmann gehen jedoch in ihrem Buch nicht auf den Begriff des Workflows ein. Wolf [[123]] definiert einen Geschäftsprozess als

”eineFolgevonAktivitäten,dieineinemlogischenZusammenhangstehen,inhaltlichabge- schlossen sind und unter Zuhilfenahme von Ressourcen und eingehenden Informationen durch Menschen und/oder Maschinen auf ein Unternehmensziel hin ausgeführt werden.“

Ein Geschäftsprozess zeichnet sich daher durch einen definierten Anfang und ein definiertes Ende, erforderliche Eingaben (das können Kundenwünsche, aber auch Ansprüche gegen ein Unternehmen sein (z.B. Ansprüche auf Leistungen einer Versicherung im Schadensfall)) und produzierte Ergebnisse (z.B. Zahlung der Versicherungssumme oder Ablehnung der Ansprüche) aus.

Im Vergleich zu der Definition von Schmelzer und Sesselmann ist sie eher pragmatisch/technisch und weniger kundenorientiert ausgelegt. Nach Wolf [[123]] ist ein Geschäftsprozess ein Vorgang in Wirtschafts- einheiten, der funktions-, hierarchie- und standortübergreifend sein kann. Wolf bietet auch eine passende Definition eines Workflows an, welche sich inhaltlich an die Geschäftsprozessdefinition anfügt. Demnach ist ein Workflow die informationstechnische Realisierung eines Geschäftsprozesses. Nach seiner Definition in [[123]] ist ein Workflow “eine zum Teil automatisiert ablaufende Gesamtheit von Aktivitäten, welche von einem WFMS gesteuert/überwacht wird, sich auf weite Teile eines Geschäftsprozesses bezieht und aus Vorgangsabschnitten (sog. Sub-Workflows) besteht.“

2.1.3 Geschäftsprozessmanagement und Qualitätssicherung

Während Weske118 den Begriff des GPM eher technisch betrachtet, indem es Konzepte, Methoden und Techniken zur Unterstützung des Entwurfs, der Verwaltung, der Konfiguration, der Auslösung und der Ana- lyse von Geschäftsprozessen beinhaltet, sehen Schmelzer und Sesselmann85 das GPM als ein integriertes Konzept zur zielgerichteten Steuerung von Geschäftsprozessen. Dieses beinhaltet Führung, Organisation und Controlling. Es ist auf die Erfüllung der Bedürfnisse von Kunden und anderen Interessengruppen aus- gerichtet und trägt wesentlich zur Erreichung der strategischen und operativen Unternehmensziele bei (85, S. 4-5). Diese Betrachtung der Geschäftsprozesse integriert sowohl die Sichtweise der IT mit dem Begriff des ”technischenBPM“alsauchdiebetriebswirtschaftliche/managementorientierteSicht([[85]], S. 5). Diese integrierte Sicht ist nicht Grundlage dieser Arbeit, soll aber an dieser Stelle zeigen, dass Geschäftsprozessmanagement nicht allein auf die IT-Sicht beschränkt ist.

GPs bilden die Basis von Workflows. Daher soll in diesem Abschnitt auf den Aspekt der Qualitätssicherung im Bereich des GPM eingegangen werden. Das ist insofern wichtig, da die IT grundsätzlich unterstützenden Charakter im GPM hat. Ohne die Qualität des GP sicherstellen zu können, ist letztlich auch keine quali- tativ hochwertige Unterstützung durch WFMS möglich. Das ”QualitätsmanagementumfasstdieFührung, Organisation und Controlling der Qualität“. Aufgabe des Qualitätsmanagements ist die Sicherstellung der Anforderungen von Kunden oder anderen Interessengruppen (Mitarbeiter, Eigentümer, Kapitalgeber, Lieferanten usw.) gegenüber einer Organisation ([[85]], S.36 ). Grundlage der Qualitätssicherung sind Nor- men, wie beispielsweise das Excellence-Modell European Foundation for Quality Management (EFQM), die ISO9000 -Familie oder andere Normen wie ISO/TS16949. Im Folgenden soll auf die ISO9000 -Familie und deren Nutzung im GPM eingegangen werden. Die ISO9000 ff aus dem Jahre2000 ist folgendermaßen gegliedert:

- ISO9000: beschreibt die Grundlagen und Begriffe für Qualitätsmanagementsystem (QMS) (ersetzt ISO8402 und ISO9000 -1 )
- ISO9001: legt die Anforderungen an ein QMS fest (ersetzt ISO9000 -2, ISO9001, ISO9002 sowie ISO9003 )
- ISO9004: stellt einen Leitfaden für Wirksamkeit und Effizienz des QMS bereit (ersetzt ISO9004 -1 )

Das Qualitätsmanagement nach ISO9000 ff:2000 basiert auf den acht Grundsätzen Kundenorientierung, Führung, Einbeziehung von Personen, dem prozessorientierten Ansatz, dem systemorientierten Managementansatz, der ständigen Verbesserung, dem sachbezogenen Ansatz der Entscheidungsfindung und der Lieferantenbeziehungen zum gegenseitigen Nutzen.

Besonderes Gewicht wird nach Aussage von Schmelzer und Sesselmann [[85]] auf Kunden-, Prozess-, Mitarbeiterorientierung und ständige Verbesserung gelegt. Ebenfalls von großer Bedeutung ist der Prozessansatz. Als einen solchen bezeichnet die Norm das ”systematischeErkennenundHandhabenderverschiedenenProzesseinnerhalbeinerOrgani- sation, vor allem aber der Wechselwirkungen zwischen solchen Prozessen“ (ISO9000:2000, Kapitel2.4 ).

Die Prozessorientierung der ISO9000 basiert auf dem Modell des prozessorientierten Qualitätsmanagements. Es geht von den Kundenanforderungen aus, welche in Realisierungsprozessen in Produkte oder sonstige Leistungen umgesetzt werden und für den Kunden einen Mehrwert bieten. Die Produkte oder Leistungen sind für den Erfolg der Organisation entscheidend.

Neben den eigentlichen Realisierungsprozessen gibt es Unterstützungsprozesse, die indirekt zur Wert- schöpfung beitragen und die Effizienz der Realisierungsprozesse beeinflussen. Solche Prozesse sind bei- spielsweise Planung und Bereitstellung von Personal, der Infrastruktur und unterstützende Dienstleistungen wie Transport oder Kommunikation. Besonderes Aufmerksamkeit wird auf die Verantwortung der Leitung gelegt. Diese hat dafür zu sorgen, dass Realisierungs- und Unterstützungsprozesse wirksam und effizient ablaufen, damit die Organisation ihre Kunden zufrieden stellen kann. Ansatzpunkte für Verbesserungen ergeben sich durch Messung und Analyse der Kundenzufriedenheit und der Leistung der Realisierungs- prozesse. Das gesamte System unterliegt dabei mit all seinen Prozessen der ständigen Verbesserung. Das prozessorientierte Qualitätsmanagement soll dazu beitragen, die Anforderungen der Kunden bzw. der In- teressengruppen zu verstehen und zu erfüllen, die Prozesse aus Sicht der Wertschöpfung zu betrachten, wirksame Ergebnisse zu erzielen und die Prozesse auf Grundlage objektiver Messungen immerwährend zu verbessern.

Die ISO9000 ff weist an vielen Stellen auf die Notwendigkeit von Prozessen und Prozessmanagement hin. Dabei wird ein Prozess als ein ”SatzvoninWechselbeziehungoderinWechselwirkungstehendenTätigkeiten,derEingabein Ergebnisse umwandelt“ definiert (ISO 9000:2000, Kapitel 3.4.0). Nach Auslegung dieser Definition ist bereits eine Verknüpfung weniger Tätigkeiten, die ein Ergebnis erzeugen, ein Prozess. Die Definition der ISO bleibt genaueres schuldig, wie etwa Fragen zu Anstoß, Inhalt und Begrenzung von Prozessen.

Die Norm sagt etwas darüber aus, wie etwas zu tun ist, bleibt bei konkreten Anweisungen bezüglich des Vorgehens jedoch vieles schuldig. Auf Fragen wie Prozesse strukturiert, verknüpft, geleitet oder gelenkt werden sollen sowie zu Grundsätzen des Qualitätsmanagements bezüglich Kundenorientierung, Prozes- sorientierung, systemorientiertem Ansatz und wie ständige Verbesserung umzusetzen finden sich kaum Antworten (85, S. 35-40).

Eine Möglichkeit zur Beantwortung der offenen Fragen sehen Schmelzer und Sesselmann (85 ) in der Konkretisierung des abstrakten Prozessbegriffs der ISO 9000:2000 in Anlehnung an die Definition von Geschäftsprozessen und der Anwendung des integrierten Konzepts des Prozessmanagements. Dieser Ansatz integriert die Führung, Organisation und das Controlling in die Geschäftsprozesse, welche Voraussetzung für die Prozessoptimierung und die Erfüllung der Unternehmensziele sind. Die IT stellt dabei eine wichtige Komponente dar, die aber nicht im Mittelpunkt steht, sondern bei der Prozessgestaltung unterstützt und zur Effizienzsteigerung der Prozessabläufe beitragen kann (85, S. 36, 40).

Nach der Idee Schmelzers und Sesselmanns bündeln Geschäftsprozesse die in Fragmenten zerlegten Einzelprozesse. Sie richten sie gleichzeitig an den Erwartungen und Erfordernissen der Kunden und Interessengruppen aus. Damit wird die Bindung zwischen der Organisation, den Kunden und Interessengruppen hergestellt. Das Geschäftsprozessmanagement erfüllt dann folgende Anforderungen der ISO 9001:2000 bzw. der ISO 9004:2000 (85, S. 40-41):

- Es erfolgt eine Unterscheidung zwischen wertschöpfenden- und unterstützenden Prozessen, dadurch wird eine wertorientierte Lenkung der Prozesse und der Organisation möglich.
- Es werden Prozessziele, abgeleitet aus den Unternehmenszielen, definiert.
- Es wird laufend die Effizienz der Prozesse gemessen und kontrolliert. Die Zufriedenheit der Kunden bzw. der Interessengruppen mit den Prozessergebnissen werden ebenfalls ständig überwacht.
- Die Basis für ständige Verbesserung ist die Leistungsmessung und Bewertung.
- Es wird Transparenz über Wechselwirkungen innerhalb der Geschäftsprozesse und zwischen ihnen geschaffen.
- Es wird sichergestellt, dass die Prozesse als wirksames und effizientes Netzwerk arbeiten.

Die Orientierung an Geschäftsprozessen und am Geschäftsprozessmanagement erleichtert und beschleu- nigt die Umsetzung des geforderten prozessorientierten Ansatzes und damit die Umsetzung des Qua- litätsmanagements. Auf diese Weise können konkret die Fragen nach dem Damit lassen sich u.a. folgende Unklarheiten aufdecken:

”wie“beantwortetwerden.

- Wie ist das Vorgehen bei der Konzeption und Implementation des prozessorientierten Ansatzes?
- Wie werden Geschäftsprozesse identifiziert, beschrieben, geändert und dokumentiert?
- Wie kann die Kundenorientierung des Unternehmens durch Geschäftsprozesse verbessert werden?
- Wie kann die Organisation mittels Geschäftsprozessen gelenkt und geführt werden?
- Wie können Effektivität und Effizienz in Geschäftsprozessen gemessen und wie kann die Prozessleistung bewertet werden?
- Wie können Geschäftsprozesse laufend verbessert werden?
- Wie kann die Einbeziehung von Personen in Geschäftsprozesse intensiviert werden?
- Wie können Hindernisse bei der Einführung von Geschäftsprozessen überwunden werden?

Der Arbeitsablauf zur Erstellung eines Simulationsmodells und der Ausführung dieses Modells kann als Geschäftsprozess (ein Prozess ist er ja allemal) aufgefasst werden. Auf die genauere Umsetzung dieses Prozesses und den Aspekt der Qualitätssicherung wird im folgenden Kapitel genauer eingegangen. Ein Teil des M&S-Prozesses ist der Softwareentwicklungsprozess. Ausgehend vom diesem Prozess werden dort Qualitätsanforderungen, auch auf Basis der ISO 9000-Familie, genannt und erläutert.

Außerdem soll im weiteren Verlauf dieser Arbeit die informationstechnische Umsetzung von (Geschäfts-) Prozessen, also der Workflow im Vordergrund stehen.

2.2 Workflow-Konzepte

Der Erfolg oder auch Misserfolg eines WFMS steht und fällt mit der Qualität des im System definierten Workflows. Die Qualität lässt sich maßgeblich durch die Modellierung und die Analyse von Workflows sichern. Zunächst werden daher Unterschiede zwischen Geschäfts-Workflows und wissenschaftlichen Workflows erläutert. Anschließend werden auf Grundlage der Ausführungen von van der Aalst und van Hee9 die Bestandteile von Workflows erklärt.

2.2.1 Unterschiede zwischen Geschäfts-Workflows und wissenschaftlichen Workflows

Die Merkmale wissenschaftlicher Workflows und von Geschäfts-Workflows überlappen sich an einigen Stellen. Doch obwohl sie von den Begriffen augenscheinlich nahe beieinander stehen, unterscheiden sie sich doch in vielen Punkten deutlich.

Die Geschäfts-Workflows entstammen in ihren Grundsätzen aus der Büroautomatisierung der 1970er und 1980er Jahre. In den 1990er Jahren wurden sie vielfach unter den Begriffen BPM und Business Process En- gineering (BPE) propagiert. Heute sind Einflüsse des Geschäfts-Workflows auf das Gebiet der Web-Services nachweisbar, vereinigt doch beispielsweise die Geschäftsprozessausführungssprache Business Process Execu- tion Language (BPEL) die ehemaligen Standards Web Services Flow Language (WSFL) und XML-basierte Erweiterung der WSDL (XLANG).

Bei der Analyse von Entwurfsprinzipien und Ausführungsmodellen von Geschäfts-Workflows fällt auf, dass der Fokus dabei hauptsächlich auf Kontrollflussmuster und Ereignisse gelegt wird, während der Datenfluss eher nebenläufig Beachtung findet59.

Viele Herausforderungen wissenschaftlicher Workflows finden in der Betrachtung von Geschäfts-Work- flows wenig Beachtung. So arbeiten wissenschaftliche Workflows mit großen, komplexen und heterogenen Datenmengen. Die Operationen mit diesen Datenmengen können sehr rechenintensiv sein und komplexe abgeleitete Ergebnisse produzieren. Diese müssen unter Umständen für spätere, neu parametrisierte Ausführungen oder andere Workflows gespeichert werden13.

Wissenschaftliche Workflows besitzen nach Einschätzung von Altintas et al.13 eher datenflussorientierte Ausführungsmodelle, sie sind weniger kontrollfluss- und aufgabenorientiert als Geschäfts-Workflows. Dies gilt sowohl für akademische Systeme wie Systeme wie ”Kepler“, ”Taverna“und ”Triana“,alsauchfürkommerzielle ”DiscoveryNet“vonInforSenseund ”PipelinePilot“vonSciTegic/Accelrys. Der Unterschied zwischen Datenflussorientierung und Kontrollflussorientierung kann auch an den jeweils zugrunde liegenden Formalismen erkannt werden. So werden Visualisierungen von Geschäfts-Workflows häufig mittels Flussdiagrammen, Zustandsübergangsdiagrammen oder UML Aktivitätsdiagrammen erstellt. All diese Diagramme betonen Ereignisse und den Kontrollfluss vor dem Datenfluss. Die formale Analyse von Workflows beinhaltet dagegen die Kontrollflussmuster. Diese werden häufig mit Petrinetzen dargestellt.

Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass das zugrunde liegende Ausführungsmodell heutiger wissenschaftlicher WFMS einem Datenflussprozessnetzwerk sehr ähnlich bzw. direkt als solches implementiert ist. Datenflussorientierte Ansätze sind für verschieden Granularitätsstufen, von niedrigen Central Processing Unit (CPU)-Operationen bis hin zu hohen Ebenen wie flussbasierter Programmierung einsetzbar. Wissenschaftliche Workflows können auch als datenflussorientierte Problemlösungsumgebung angesehen werden, die von Wissenschaftlern zur Analyse und Visualisierung ihrer Daten genutzt werden.

Darüber hinaus gibt es einen engen Zusammenhang zwischen datenflussorientierten Ansätzen und funktionalen Programmiersprachen. Wissenschaftliche Workflows sind häufig näher an Signalprozessen als an kontrollflussorientierten Geschäfts-Workflow-Anwendungen59,13.

2.2.2 Bestandteile von Workflows

Der (Anwendungs-) Fall (

”Case“)

Das primäre Ziel eines WFMS ist der Umgang mit (Anwendungs-) Fällen. Beispiele von Fällen sind Forderungen gegen Versicherungen, ein Kreditantrag oder ein Patient im Krankenhaus. Ähnliche Fälle gehören einem bestimmten Falltyp an. Prinzipiell werden Fälle gleichen Typs ähnlich bearbeitet. Jeder Fall hat eine eindeutige Identität und eine begrenzte Lebensdauer. Zwischen Anfang und Ende durchläuft ein Fall verschiedene Zustände, welche wiederum aus drei Elementen bestehen:

1. Werte der relevanten Fallattribute,

2. die erfüllten Bedingungen und

3. der Inhalt des Falls.

Einem Fall können eine Menge von Variablen zugeordnet werden. Solche Variablen, die die Anwendungsfälle voneinander abgrenzen und Eigenschaften repräsentieren werden als Fallattribute bezeichnet. Fallattribute legen mit ihren spezifischen Merkmalen fest, welchen Weg ein Anwendungsfall durch den Workflow-Prozess nehmen wird. Für jeden Fall können daher eine Reihe von Attributen festgelegt werden [[9]]. So lässt sich beispielsweise ein Vorgang abbrechen, wenn er zu lange nicht bearbeitet wurde. Die Ausprägungen der Fallattribute können sich während des Prozessfortschritts ändern. Mit Hilfe von Fallattributen wird jedoch nicht der Prozessfortschritt angezeigt, dafür werden Bedingungen genutzt. Sie werden gebraucht, um zu bestimmen, welche Aufgaben ausgeführt wurden und welche noch auf ihre Ausführung warten. Bedingungen können auch als Anforderung aufgefasst werden, so dass eine Aufgabe nur dann ausgeführt werden kann, wenn alle Bedingungen im Vorfeld erfüllt wurden. Im Allgemeinen enthält das WFMS keine Details des Inhalts von Fällen, nur die Attribute und Bedingungen. Der Inhalt ist in Dokumenten, Archiven und/oder Datenbanken enthalten, die nicht durch das WFMS verwaltet werden ([[9]], S.37 ).

Die Aufgabe (

”Task“)

Durch die Identifikation von Aufgaben können Workflows strukturiert werden. Eine Aufgabe ist eine logische Arbeitseinheit. Sie ist unteilbar und nur vollständig ausführbar. Wenn innerhalb der Ausführung ein Fehler auftreten sollte, muss die gesamte Abarbeitung beendet und in den Ausgangszustand vor der Ausführung zurückgesetzt werden. Die Unteilbarkeit (Atomarität) der Aufgabe hängt auch vom Kontext ab, in dem sie definiert wurde. So ist die Lieferbeziehung einer Produktionskette für den Kunden unteilbar, für den Lieferanten jedoch ist damit ein Produktionsprozess verbunden, der für diesen sehr wohl teilbar ist.

Beispiele für Aufgaben sind das Schreiben eines Briefes, das Ausfüllen eines Formulars oder das Anbringen eines Bauteils. Aufgaben lassen sich in manuelle, halbautomatische und (voll-) automatische Aufgaben unterteilen. Manuelle Aufgaben werden komplett durch eine oder mehrere Personen, die Ausführung von automatischen Aufgaben wird allein durch Computerprogramme auf Basis vorhandener Daten ausgeführt. In die Ausführung halbautomatischer Aufgaben sind sowohl Personen, als auch Computer einbezogen.

Eine Aufgabe bezieht sich auf einen generischen Teil einer Arbeit aber nicht auf die Ausführung einer Tätigkeit für einen bestimmten Fall. Um also Konfusion zwischen der Aufgabe an sich und der Ausführung

einer Aufgabe als Teil eines bestimmten Falls zu vermeiden, werden die Begriffe Aktivität (englisch: ty“) und Elementaraufgabe (englisch:

”Activi-

”WorkItem“)eingeführt.EineElementaraufgabeistdieKombination

zwischen einem Fall und einer auszuführenden Aufgabe. Sie wird geschaffen, sobald der Zustand eines Falls dies erlaubt. Elementaraufgaben werden als aktueller Teil einer Arbeit angesehen, die ausgeführt wer- den kann. Der Begriff Aktivität bezieht sich auf die aktuelle Ausführung einer Elementaraufgabe. Sobald Tätigkeiten in Bezug auf eine Elementaraufgabe ausgeführt werden, wird sie zur Aktivität. Elementarauf- gabe und Aktivität sind, anders als Aufgaben, an einen bestimmten Fall gebunden ([[9]], S.38 ).

Der Prozess ( ”Process“)

Die Art und Weise wie eine bestimmte Kategorie von Fällen ausgeführt werden soll, wird durch den dafür relevanten Prozess beschrieben. Ein Prozess ist eine Prozedur für einen bestimmten Typ von Fällen. Prozesse steuern den Aufruf und die Abfolge der Ausführung von Aufgaben. In der Praxis werden viele verschiedene Fälle ausgeführt, die den gleichen Prozess nutzen. Die einzelnen Fälle sind voneinander unterschiedlich, die Reihenfolge der Ausführung der Aufgaben kann ebenfalls unterschiedlich sein. Die Unterscheidung der verschiedenen Fallinstanzen erfolgt anhand ihrer Attribute. Die Reihenfolge ihrer Ausführung wird anhand ihrer Eigenschaften festgelegt.

Ähnlichwie bei Aufgaben und Bedingungen können auch Prozesse zerlegt werden. So kann ein Prozess als Bestandteil für weitere Prozesse dienen und selbst aus beliebig vielen Teilprozessen bestehen. Jeder Teilprozess besteht wiederum aus Aufgaben, Bedingungen und möglicherweise (weiteren) Teilprozessen. Durch ausdrückliche Identifikation und Beschreibung können häufig auftretende (Teil-) Prozesse mehrfach genutzt werden. Auf diese Weise können komplexe Prozesse hierarchisch gegliedert werden.

Der Lebenszyklus eines Falls wird in Form eines Prozesses definiert. Durch die begrenzte Lebensdauer eines Falls, mit klar definiertem Anfang und Ende, muss ein Prozess genauso strukturiert sein. So besitzt jeder Prozess einen Anfang und ein Ende, welche gleichzeitig den Beginn und das Beenden des Falls darstellen (9, S. 39).

Steuerung ( ”Routing“)

Der Lebenszyklus eines Falls wird durch einen Prozess beschrieben, in diesem Zusammenhang erfolgt auch die Beschreibung des Falls. Steuerung bedeutet die Festlegung, welche Aufgaben und in welcher Abfolge diese ausgeführt werden. Bei der Steuerung von Fällen werden folgende Basiskonstrukte benutzt:

- Die einfachste Form der Steuerung ist die sequentielle Ausführung der Aufgaben. Die Aufgaben werden nacheinander ausgeführt, zwischen ihnen existieren klare Abhängigkeiten.
- Wenn zwei Aufgaben gleichzeitig oder in irgendeiner anderen Form ausgeführt werden können, wird von paralleler Ausführung gesprochen. In diesem Fall können zwei Fälle unabhängig voneinander ausgeführt werden. Die Aufgaben werden mittels einer einer ”Und“-VerzweigunggetrenntundmitHilfe ”Und“-Zusammenführungwiedersynchronisiert.
- Bei der selektiven Steuerung besteht eine Wahl zwischen zwei oder mehr Aufgaben. Die Wahl kann von den speziellen Eigenschaften der Fälle abhängen. Die Auswahl zwischen Alternativen wird als

”Oder“-VerzweigungbezeichnetunddiealternativenPfadespätermitder ”Oder“-Vereinigungwieder zusammengeführt. Andere Begriffe für selektive Steuerung sind alternative oder bedingte Steuerung.

Inkraftsetzung ( ”Enactment“)

Die Zuweisung einer Elementaraufgabe kann nur durchgeführt werden, wenn der Zustand des Falls dies erlaubt. In der Praxis ist die Ausführung einer Elementaraufgabe an weitere Bedingungen geknüpft. So kann eine Aktivität erst dann ausgeführt werden, wenn beispielsweise ein menschlicher Bearbeiter sich der Aufgabe annimmt. In diesem Fall wird die Elementaraufgabe durch eine Ressource ausgelöst. Neben Res- sourcen können auch externe Ereignisse oder die Erreichung eines bestimmten Zeitpunktes die Ausführungen auslösen. So lassen sich die Auslöser nach van der Aalst und van Hee [[9]] in folgende Gruppen einteilen:

- Auslösung durch Ressourcen
- Externe Ereignisse
- Zeitsignal

Elementaraufgaben müssen immer unverzüglich ausgeführt werden, sie benötigen keinen Auslöser ([[9]], S. 40 ).

2.3 Anforderungen an Geschäftsprozessmanagement und Workflow-Management

Anforderungen an GP, GPM, WF und WFM können aus verschiedenen Blickwinkeln gestellt werden. So unterscheiden sich Anforderungen aus der Betriebswirtschaft und formale Anforderungen teils deutlich. Der folgende Abschnitt soll helfen, unterschiedliche Anforderungen an die Umsetzung von Geschäftsprozessund Workflow-Management besser verstehen und einordnen zu können.

2.3.1 Anforderungen an Geschäftsprozesse und Geschäftsprozessmanagement

Die letzten Jahre waren in der Betriebswirtschaft durch eine stärkere Schwerpunktsetzung auf GP gekenn- zeichnet. In der Folge entstanden Ansätze wie Total Quality Management (TQM) und Geschäftsprozessneu- entwurf (

”BusinessProcessReengineering“).BeimTQMhandeltessichumeinManagementkonzept,das die Qualität als zentralen Bestandteil der Unternehmensphilosophie in den Mittelpunkt stellt und höchste

Qualität in allen Bereichen anstrebt.

Unabhängig und parallel zu den genannten Entwicklungen wurde ebenfalls verstärkt an der IT-Unter- stützung bzw. der Software-basierten Modellierung von Prozessen geforscht. Obwohl die zuerst genannte Gruppe nach neuen Wegen sucht, um Produkte zu liefern und entwickeln, möglichst effizient zu produ- zieren und das mit oder ohne neue Technologien, die zweite Gruppe jedoch nach Wegen und Verfahren sucht, um mittels der IT prozesszentrierte Aktivitäten möglichst gut zu unterstützen, haben beide Gruppen wesentliche Gemeinsamkeiten. So müssen beide die Prozesse ihrer Organisationen und die Beziehungen der Prozesse zu den organisatorischen Informationssystemen erkennen und verstehen. Während der Fokus der Arbeit einerseits auf dem Entwurf dynamisch änderbarer und effizienter Prozesse liegt, ist das Ziel ande- rerseits die Entwicklung von fundierter Software zur Unterstützung der Ziele der erstgenannten Gruppe. Die Prozesse können jedoch nicht losgelöst von den potentiell verfügbaren IT-Systemen wie Anwendungen, Werkzeugen oder Infrastruktur betrachtet werden ([[115]], S.31 ). In dieser Erkenntnis liegt der Hauptaspekt der Verkettung beider Sichtweisen.

Geschäftsprozesse existieren unabhängig von unserer Wahrnehmung. Die bewusste Wahrnehmung der Prozesse (Modellierung) gestattet jedoch die Umsetzung vorteilhafter Maßnahmen. So gestattet die Modellierung nach Wolf [[123]]

- die Analyse, Optimierung, Umgestaltung und Automatisierung,
- die Reaktion auf neue Wettbewerbssituationen, rechtliche Rahmenbedingungen u.ä.,
- eine höhere Qualität,
- eine bessere Ausschöpfung von Ressourcen und
- eine größere Produktvielfalt.

Ein modellierter Geschäftsprozess ist in der Regel eine Darstellung, die computergestützt erfasst, bearbeitet, visualisiert, berechnet oder simuliert, optimiert, gespeichert und archiviert wird. Die Ziele der Geschäftsprozessmodellierung lassen sich nach Rosenkranz ([[74]], S.16 -17 ) in betriebswirtschaftlicher Hinsicht so zusammenfassen:

- Ausrichtung der Geschäftsprozessmodellierung auf Kundenbedürfnisse und Kundennutzen
- Dokumentation, Speicherung, Archivierung von Organisationswissen in Datenbanken und Erhöhung der Prozesstransparenz
- Controlling der Aufbau- und Ablauforganisation und Hilfe bei der Standardisierung/Zertifizierung
- Effizienzsteigerungen der Geschäftsprozesse
- Verursachungsgemäße Ermittlung von Werten, Nutzen und Kosten - Ermittlung von wichtigen Kontroll- und Steuergrößen für Geschäftsprozesse - Simulation der Einführung neuer Technologien und Organisationsformen

Während Betriebswirte die IT nach Meinung von Weske (118, S. 4-5) eher als einen untergeordneten Aspekt des GPM mit dem sich Experten befassen betrachten, schenken viele IT-Spezialisten betriebswirt- schaftlichen Zielen und organisatorischen Zwängen nicht viel Aufmerksamkeit. Sie benötigen jedoch selbst eine gewisse Abstraktionsstufe. GPM basiert auf der Betrachtung, dass jedes von einem Unternehmen produzierte Gut das Ergebnis etlicher ausgeführter Aktivitäten ist. GP sind das Schlüsselelement zur Or- ganisation dieser Aktivitäten und zur Verbesserung ihrer gegenseitigen Beziehungen. IT im Allgemeinen und Informationssysteme im Besonderen, spielen eine wichtige Rolle im GPM, da immer mehr Aktivitäten die in einem Unternehmen vollzogen werden durch IT unterstützt werden. Nur durch gekonntes Zusam- menspiel von Mitarbeitern und anderen unternehmenseigenen Ressourcen können die Geschäftsziele des Unternehmens effektiv und vor allem effizient erreicht werden. GPs bilden die Grundlage für die effektive und effiziente Zusammenarbeit.

GPs können die Lücke zwischen Anforderungen an organisatorische Geschäftsaspekte und tatsächlich vorhandener IT verringern, wenn nicht sogar schließen. Das ist besonders wichtig, da technischer und Produktfortschritt zu einem erfolgreichen Unternehmensergebnis beitragen und die Existenz des Unterneh- mens sichern können.

Auf organisatorischer Ebene sind Geschäftsprozesse essentiell um zu verstehen, wie Unternehmen operieren. Sie spielen aber eine ebenso wichtige Rolle im Entwurf und der Realisierung flexibler Informationssysteme. Solche Systeme sind die technische Grundlage für die schnelle Erstellung neuer Funktionalitäten zur Realisierung neuer Produkte und zur Adaption existierender Funktionalitäten als Reaktion auf neue Marktanforderungen (118, S. 4-5).

Eines der wichtigsten Ziele des GPM ist ein besseres Verständnis der Operationen, die innerhalb eines Un- ternehmens ausgeführt werden sowie deren Beziehungen untereinander. Die Identifikation der Aktivitäten und ihrer Beziehungen ermöglicht eine präzise Darstellung sowie eine effektive und effiziente Kommunika- tion der Prozesse. Mit Hilfe von Modellen können die Aspekte analysiert und potentielle Verbesserungen entdeckt werden. Wichtigstes operationales Ziel ist Flexibilität. Diese umfasst sowohl die Unterstützung ei- ner sich ändernden organisatorischen Umgebung, als auch den Wechsel eingesetzter Softwaresysteme, ohne eine Änderung des gesamten GP nach sich zu ziehen. Das GPM bietet außerdem Möglichkeiten zur Ar- chivierung und Versionierung von GPs, der kontinuierlicher Verbesserung und dem Lückenschluss zwischen den tatsächlich ausgeführten Geschäftsprozessen und der Umsetzung mittels Software (118, S. 21).

Aus dem Blickwinkel der Betriebswirtschaft spielt das GPM für die Verbesserung der Geschäftsabläufe innerhalb des Unternehmens die größte Rolle. Ziele sind dabei verbesserte Kundenzufriedenheit, Reduktion von Kosten und die Einführung neuer Produkte und Dienstleistungen.

Aus Sicht der Informatik sind GPs für zwei Gruppen interessant. Eine Gruppe bilden Forscher aus dem Bereich formaler Methoden. Hier sind vor allem strukturelle Eigenschaften von Prozessen von Interesse. Solche Eigenschaften lassen sich nur mit Hilfe von Abstraktionen der realen GP analysieren und nachweisen. Mit Hilfe der Abstraktionen können interessante Beobachtungen der Prozesse gemacht werden. Sie dienen dazu, strukturelle Mängel der zugrunde liegenden Prozesse aufzuzeigen (118, S. 3).

Für die Gruppe aus dem Bereich der Software, der zweiten Interessengruppe, ist vor allem die Entwicklung robuster und skalierbarer Softwaresysteme von Bedeutung. Seitdem Geschäftsprozesse innerhalb komplexer IT-Landschaften umgesetzt werden, ist die Integration existierender Informationssysteme eine wichtige Grundlage für die technische Realisierung von Geschäftsprozessen (118, S. 3).

Die Modellierung von Geschäftsprozessen wird mittels eines Geschäftsprozessmodells durchgeführt. Die- ses Modell beschreibt Aufgabenflüsse aus fachlicher Sicht und stellt das Geschäft aus einer dynamischen Perspektive dar. Das bedeutet, dass Abhängigkeiten zwischen prozessrelevanten Aufgaben definiert wer- den. Im Gegensatz zum GP-Modell basiert das Workflow-Modell bzw. die Workflow-Definition auf einer informationstechnischen Sicht. Durch seine implementierungsnahe Gestaltung ist es nicht unbedingt an- schaulich und für Menschen, die nicht aus dem Umfeld der Informatik stammen, nicht leicht verständlich 83. Die Workflow-Definition verfeinert das Geschäftsprozessmodell um implementierungsrelevante Aspek- te. Da die Workflow-Definition aus dem Geschäftsprozessmodell abgeleitet wird, entsprechen sich beide

Geschäftsprozessmanagement

Die Verwaltung von Geschäftsprozessen erfolgt durch das GPM. Es umfasst neben der Sicht auf GP mit ihren wesentlichen Bestandteilen und ihren Interaktionen auch zusätzliche Aktivitäten. GPM beinhaltet Konzepte, Methoden und Techniken zur Unterstützung des Entwurfs, der Verwaltung, der Konfiguration, der Auslösung und der Analyse von Geschäftsprozessen ([[118]], S.5 ).

Grundlage für das GPM ist die explizite Darstellung der Geschäftsprozesse mit ihren Aktivitäten und Ausführungsbeschränkungen. Die Modellierung von GP ist die Voraussetzung für deren Analyse, Verbesserung und Ausführung. Geschäftsprozesse und das GPM lassen sich, je nach Sichtweise, in verschiedene Kategorien unterteilen. Die folgende Einteilung ist von Weske [[118]] entnommen.

8

10

123 ). Somit ist der Arbeitsablauf bzw. Workflow eine vordefinierte Abfolge von Aktivitäten. Die Definiti- on eines Workflows im Standard der Workflow Management Coalition (WfMC) geht darüber hinaus. Die WfMC ist eine 1993 gegründete weltweite Organisation. Sie ist ein Verbund bestehend aus Herstellern, Nutzern, Beratern und Wissenschaftlern auf dem Gebiet des Workflows und des Business Process Manage- ment (BPM). Die WfMC erstellt und veröffentlicht Standards in den Bereichen Prozess und Workflow. Es ist die nach eigenen Angaben einzige Organisation, die weltweit allein auf diesem Spezialgebiet tätig ist. Die WfMC hat bereits die Prozessbeschreibungssprachen Workflow XML (Wf-XML) und XML Process De- finition Language (XPDL) geschaffen. Ziel der WfMC ist die Etablierung eines Workflow-Referenzmodells. Damit verbunden ist die Definition der XPDL sowie des Web-Service-Protokolls Wf-XML. Die WfMC un- terstützt mit XPDL ebenfalls die grafische Business Process Modeling Notation (BPMN)120. Nach deren Definition schließt ein Workflow bereits die Automatisierung eines GP als Ganzes oder in Teilen mit ein. Während der Ausführung des Workflows werden Dokumente, Informationen oder Aufgaben von einem Teilnehmer zu einem anderen zur Ausführung entsprechend einer Menge prozeduraler Regeln weitergeleitet 120.

Ein Informationstechnik (IT)-System kann die Abbildung und den Ablauf des Workflows unterstützen. Dies umfasst die notwendige Versorgung mit Daten und die Abwicklung gemäß einer im System hinterlegten Vorgabe oder eines dafür vorgesehenen Algorithmus. Solch ein System wird als WFMS bezeichnet (9, S. 348-349). Ziel der Gestaltung des Arbeitsablaufs bzw. des Workflows ist die Standardisierung und die daraus mögliche (Teil-) Automatisierung der Ausführung.

Wissenschaftliche Workflows Nach Meinung von Altintas et al.13 führen die meisten Wissenschaftler Analysen und Modellexperimente in vielen verschiedenen Software- und Hardwareumgebungen durch. Sie koordinieren zunächst gedanklich den Export und Import von Daten von einer Umgebung zur nächsten, be- vor konkrete Transformationen zwischen den Werkzeugen durchgeführt werden. Nach Ansicht von Ludäscher et al.59 sind viele wissenschaftliche Disziplinen daten- und informationsgesteuert. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse werden vielfach über die Zusammenführung von Datenanalyse und der Entdeckung von Wissen erreicht. Ein ähnlicher Trend ist, dass mehr und mehr wissenschaftliche Gruppen ihre vorhandenen Daten und Rechenkapazitäten zusammenführen und gemeinsam nutzen. Damit wird eine verteilte Infrastruktur

von Daten und Rechenkapazitäten geschaffen. Diese auch als

”Grid“bezeichneteStrukturistjedochnur

ein Ziel der Zusammenarbeit. Das Ziel ist die Entwicklung und Nutzung von Grids in wissenschaftlichen Workflows. Das sind Netzwerke von analytischen Arbeitsstufen, die folgende Aspekte beinhalten können:

- Datenbankzugriff und Anfragenstufen,
- Datenanalyse und Data Mining-Stufen,
- weitere Stufen, inklusive der Ausführung rechenintensiver Arbeiten auf Hochleistungscomputerclus- tern.

Diese Prozessnetzwerke werden typischerweise als

”Datenanalyserohrleitung“genutztoderzumVergleich

von beobachteten und vorhergesagten Daten eingesetzt. Für die Erfüllung der Aufgaben wird eine Vielzahl von Komponenten benötigt, so z.B. die bereits erwähnten Datenbankanfragen, Datentransformationen, Data Mining-Stufen, die Möglichkeit der Ausführung von Simulationsstudien auf Hochleistungscomputern usw.

Idealerweise sollten Wissenschaftler die Möglichkeiten haben, jegliche Datenquelle und Rechenleistung in den wissenschaftlichen Workflow integrieren und Daten ohne Vorbereitung während der Entstehung beob- achten zu können sowie Parameterwerte zu ändern und nur die betroffenen Komponenten neu ausführen zu lassen. Weiterhin sollten genügend Metadaten über eine Simulation sammelbar sein, für die entstandenen Daten sollten Interpretationshilfen gegeben werden und die Versuche für den Forscher und andere nach- vollziehbar sein. Auf diese Weise wird aus dem wissenschaftlichen Workflow-System eine wissenschaftliche Problemlösungsumgebung, die auf einer zunehmend verteilten und serviceorientierten Infrastruktur aufbaut [[59]].

Bevor jedoch die oben genannten Ziele erreicht werden können, müssen vielerlei Herausforderungen gelöst werden.

[...]