Workflow Patterns - ein Überblick und Beispiele

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einführung und Motivation
1.1 Aufbau der Arbeit
1.2 Definitionen
1.3 Zielsetzung von Workflowmanagement
1.4 Kritik an aktuellen Systemen

2 Workflow Patterns
2.1 Kurzübersicht Workflow Patterns
2.1.1 Pattern 1: Sequenz
2.1.2 Pattern 2: Paralleler Split
2.1.3 Pattern 3: Synchronisation
2.1.4 Pattern 4: Exklusive Wahl
2.1.5 Pattern 5: Einfacher Merge
2.1.6 Pattern 6: Multi-Choice
2.1.7 Pattern 7: Synchronisierender Merge
2.1.8 Pattern 8:Multi-Merge
2.1.9 Pattern 9: Diskriminator
2.1.10 Pattern 10: Arbiträre Kreise
2.1.11 Pattern 11:Implizite Terminierung
2.1.12 Pattern 12: Multiple Instanzen ohne Synchronisierung
2.1.13 Pattern 13: Multiple Instanzen mit a Priori Design Time Knowledge
2.1.14 Pattern 14: Multiple Instanzen mit a Priori Runtime Knowledge
2.1.15 Pattern 15: Multiple Instanzen ohne a Priori Runtime Knowledge
2.1.16 Pattern 16: Deferred Choice
2.1.17 Pattern 17: Interleaved Paralleles Routing
2.1.18 Pattern 18: Meilenstein
2.1.19 Pattern 19: Abbruch einer Aktivität
2.1.20 Pattern 20: Abbruch eines Falles
2.2 Wozu Workflow-Patterns?

3 Anwendung
3.1 UML zur Modellierung von Geschäftsprozessen
3.1.1 Evaluation
3.1.2 Fazit
3.2 KMDL
3.2.1 Evaluation
3.2.2 Fazit

4 Fazit

Literatur

Abbildungsverzeichnis

1 Aktivitätsdiagramm zur Geschäftsprozessmodellierung aus [OWS+03]

2 Beispielhafte KMDL Modellierung

1 Einführung und Motivation

Workflowmanagementsysteme spielen heutzutage nicht nur wegen der immer höheren Integration in ERP (Enterprise Resource Planning) Systeme wie SAP eine wichtige Rol- le, vielmehr führen umfangreiche Geschäftsrestrukturierungsmaßnahmen zur Senkung der Kosten der jeweiligen Unternehmensprozesse zu der Notwendigkeit, Prozesse be- schreiben zu können. Durch die Beschreibungen werden Prozesse transparenter und es kann versucht werden, sie zu optimieren und standardisieren. Das Business Process (Re- )Engineering versucht, diese Ideen umzusetzen. Ein Workflow beschreibt dabei die Ak- tivitäten von Geschäftsvorfällen auf der konzeptuellen Ebene, dies ist die Basis für das Optimieren und analysieren. Dabei haben sich verschiedene Systeme und Techniken ent- wickelt, die sowohl in Produktivbetrieb die einzelnen Arbeitsprozesse unterstützen, als auch bei der Planung und der Optimierung von diesen Prozessen helfen. Diese Arbeit soll einen speziellen Aspekt von Arbeitsprozessen untersuchen, nämlich immer wieder- kehrende Muster in den Prozessen, die in Standards zur Modellierung als auch in Soft- wareprodukten abgebildet werden können: die sogenannten Workflow Patterns.

1.1 Aufbau der Arbeit

Im folgenden werden erst einmal Begriffsklärungen vorgenommen, die dem Leser vor Au- gen führen, was Workflow überhaupt ist und wozu Workflowmanagementsysteme dienen. Der aktuelle Stand von Workflowmanagementsystemen soll dazu dienen, die Notwendig- keit der Verbesserung dieser Systeme durch sinnvolle Analysetechniken zu motivieren. Workflow Patterns sind ein Mittel, Workflowmanagementsysteme zu kategorisieren und vergleichbar zu machen. Im Kern der Arbeit wird daher ein Überblick über die von Van der Aalst, Hofstede und Kiepuszwewski entdeckten und ausformulierten 20 wichtigsten Workflow Patterns stehen. Um die abstrakte Ebene der Muster wieder zu verlassen und mit für den Leser verständlichen Inhalt zu füllen, wird im letzten Abschnitt vor dem Fa- zit der Arbeit beispielhaft für die UML und die KMDL eine Analyse unter dem Aspekt der verschiedenen Pattern vorgenommen. Am Ende der Arbeit steht ein Gesamtfazit zum Thema Workflow Patterns, welches den aktuellen Stand und mögliche Perspekti- ven zusammenfasst und darstellt.

1.2 Definitionen

Um die einzelne Gebiete des Themengebietes verstehen zu können, bedarf es der Defini- tion der einzelnen Begriffe. In Unternehmen gibt es verschiedene Aktivitäten, die immer und immer wieder durchgeführt werden. Diese Geschäftsvorfälle oder -prozesse haben verschiedene Ein- und Ausgaben und besitzen eine bestimmte Aufgabe im Unternehmen [SH01]. Eine Sequenz von Vorfällen kann sowohl von Menschen als auch von Maschinen oder im Verbund durch beide durchgeführt werden. Die zusammengekoppelten Akti- vitäten bilden den Workflow.

Definition von Workflow nach Stohr [SZ00]:

“Workflow ist die Bezeichnung für arbeitsteilige Prozesse, die zur Abwicklung von Geschäftsvorfällen initialisiert werden. Diese erfassen ein Spektrum, das von einfachen Prozessen bis zu komplexen, organisationsweiten bzw. organisationsübergreifenden Vorgängen reicht.“

Der Begriff des Workflow ist natürlich je nach Schule nicht so eindeutig mit Fokus auf die Arbeitsorganisationslehre bestimmt, die WFMC (Work Flow Management Coalition, http://www.wfmc.org) definiert den Begriff Workflow wesentlich kürzer und mit Fokus auf der elektronische Unterstützung der Prozesse als:

“Workflow is decribed as the computerised facilitation or automation of a business process, in whole or part.“

also

“Unter dem Begriff Workflow wird die computergestützte Durchführung oder Automatisierung eines gesamten Geschäftsprozesses oder von Teilen dieses Prozesses verstanden“

Dabei wird jedoch vergessen, dass eine der Haupteigenschaften von Workflows auch die Integration von einzelnen Organisationseinheiten an sich ist [MS99]. Auch der Begriff des Vorfalls oder der Aktivität als kleinste granulare Einheit im Workflow wird von der WFMC nicht erfasst. Im folgenden wird daher die Definition nach Stohr für den Begriff Workflow im Rahmen dieser Arbeit genutzt. Die Abbildung, Automatisierung, Optimierung und Unterstützung von Workflows soll durch Workflowmanagementsyste- me durchgeführt werden.

Die WFMC definiert ein Workflowmanagementsystem als:

“A Workflow Management System is a system that defines, creates and manages the execution of workflows through the use of software, running on one or more workflow engines, which is able to interpret the process definition, interact with workflow participants and, where required, invoke the use of IT tools and applications.“

auf deutsch als:

“Ein Workflowmanagement System ist ein System, welches die Durchführung eines Geschäftsprozesses durch die Nutzung von Software definiert, erzeugt und überwacht und dazu eine oder mehrere Workflow Engines benutzt, die in der Lage sind, die Prozess-Definition zu interpretieren und durch den geeigneten Aufruf von Tools und Software im Sinne der Prozessdefinition mit den am Workflow beteiligten Teilnehmern zu interagieren.“

Durch die Nutzung von Workflowmanagementsystemen (WFMS) sollen vor allem die im folgenden beschriebenen Ziele erreicht werden

1.3 Zielsetzung von Workflowmanagement

Die folgenden Ziele sollen von WFMS erreicht werden (nach [MS99],[PS98]):

Verringerung von Durchlaufzeiten Durch bessere Durchlaufzeiten werden Aufträge sch- neller abgewickelt, was zu einer höheren Kundenzufriedenheit führen sollte. Dabei wird auch der Durchsatz erhöht, was zu einem geringeren umgelegten Fixkosten- anteil an den Stückkosten führt.

Kontrollierter Fluss von Daten und Dokumenten Der Fluss von Wissen und Daten im Unternehmen wird transparenter, Informationen werden strukturiert und genau an die sie benötigenden Stellen weitergegeben

Automatisierung von Arbeitsvorgängen Automatisierte Vorgänge, beispielsweise in der Verwaltung beim e-Procurement können Stellen einsparen und dadurch Kosten senken.

Zeit- und Ressourcenoptimierung Neben den gesenkten Durchlaufzeiten werden die vorhandenen Maschinen etc. eventuell effizienter genutzt, wenn die Fertigung schnel- ler von statten geht.

Beseitigung von Medienbrüchen Durch die Automatisierung sind alle Daten direkt im System und werden nicht von Hand von Papier in das System übertragen, so dass es zu Übertragungsfehlern kommen kann.

Transparentere Prozesse, die wiederverwendbar sind Transparente Prozesse sind leich- ter zu optimieren und nachzuvollziehen. Die Wiederverwendung senkt wiederum Kosten.

Systematisierung von Arbeitsvorgängen Systematische Arbeitsvorgänge sind für die Mitarbeiter leichter nachzuvollziehen und zu reproduzieren.

Reduktion von Prozesskosten Standardprozesse sind im Unternehmen überall gleich, Handbücher und Schulungen können leichter durchgeführt werden, da sie überall gleich zu halten sind.

Ein Workflowmanagementsystem kann alle diese Vorteile durchaus realisieren, jedoch gibt es auch grosse Nachteile bei der Einführung von WFMS:

Hohe Kosten WFMS bieten zwar Einsparungspotenziale, jedoch müssen erst einmal initiale Kosten für die Software, Hardware und Schulungen ausgegeben werden.

Hoher Zeitaufwand Für die Einführung der Mitarbeiter in das System sind Schulungen nötig, die Mitarbeiter können in dieser Zeit nicht arbeiten, zu Anfang der Nutzung des Systems sinkt weiterhin die Produktivität.

1.4 Kritik an aktuellen Systemen 1 EINF ÜHRUNG UND MOTIVATION

Aufnahme der Geschäftsprozesse Die Prozesse des Unternehmens müssen erfasst wer- den, was nicht nur langwierig, sondern auch kosten- und arbeitsintensiv ist.

Akzeptanz bei den Mitarbeitern Neue Systeme, die von der Geschäftsführung ein- geführt werden, werden von Mitarbeitern meist nicht einfach akzeptiert. Gerade WFMS, welche ähnlich einem ERP System umfangreiche Änderungen an Prozes- sen und Arbeitsabläufen, zum Teil willkürlich vornehmen, haben einen schweren Stand.

Unflexible Systeme Meist werden die Prozesse des Unternehmesn dem WFMS ange- passt und nicht umgekehrt, wenn das WFMS nicht alles, was an Prozessen im Unternehmen existiert, abbilden kann. Dies sorgt für Unmut und verhindert unter Umständen optimale Prozesse, da die Fähigkeiten des Systems begrenzt sind.

Schlechte Antwortzeiten Schlechte Durchlaufzeiten und fehlende Echtzeitfähigkeit hin- dern WFMS oft an Einsätzen bei großen Datenmengen im Workflow.

Diese Punkte führen zu einer generellen Kritik an den aktuell auf dem Markt befindlichen Systemen.

1.4 Kritik an aktuellen Systemen

Neben dem im vorherigen Abschnitt genannten Nachteilen kommt es bei WFMS auch zu Problemen mit den Trend zu ERP Systemen und Wissensmanagement. Betrachtet man beispielsweise Dokumentenmanagementsysteme (DMS), so implementieren diese schon große Workflow- und Publishingfähigkeiten für Dokumente im Unternehmen. Ein DMS kann in bestimmten Bereichen ein WFMS ersetzen und dies meist zu einem bes- seren Preis, da der Markt für DMS größer ist und weniger Funktionalität implementiert werden muss. Weiterhin integrieren immer mehr ERP Systeme wie SAP R/3 Workflow Funktionalitäten, so dass WFMS immer mehr an Marktanteil verlieren. Dies liegt zum größten Teil natürlich auch an den Nachteilen und am sinkenden Trend von WFMS als Stand-alone Systeme, der Trend geht zur Integration von Workflowfunktionalitäten in DMS, Groupware oder ERP Systeme. Ein weiterer entscheidender Faktor für die Auswahl von Standardsoftware in Unternehmen ist eine Vergleichbarkeit von Lösungen. Bislang waren WFMS eher auf einer formalen Ebene (Oberfläche, Preis, Technologie, Daten- formate etc.) vergleichbar, das Konzept der Workflow Patterns bietet jedoch auch eine Vergleichbarkeit auf formal inhaltlicher Ebene. Welches Produkt bietet welche Patterns und eignet sich daher für was für Prozesse? [ABHK03] bietet eine Übersicht über die Patterns, die verschiedene Produkte unterstützen, eine Übersicht über die 20 wichtigsten Patterns wird der nächste Abschnitt bieten. Diese Patterns erlauben es einem Unterneh- men endlich, schon vor der Auswahl des WFMS und nach einer Geschäftsprozessanalyse das Tool kaufen zu können (solange genügend finanzielle Mittel zur Verfügung stehen), welches die im Unternehmen existierende Prozesse optimal abbilden kann.

2 Workflow Patterns

Die folgenden Patterns sind dem Artikel [ABHK03] sinnhaft entnommen und mit Beispielen versehen worden, funktionsfähige Flash-Animationen, die die Pattern illustrieren und mit Leben füllen, sind unter [WFP03] zu finden.

2.1 Kurzübersicht Workflow Patterns

2.1.1 Pattern 1: Sequenz

Ein Vorgang in einem Workflow wird nur durchgeführt, wenn vorher ein anderer Vorgang durchgeführt wurde.

Synonyme Sequential routing, serial routing.

Beispiel: Ein Dokument wird an den zuständigen Sachbearbeiter weitergeleitet, nachdem es auf fehlende Daten durch ein System überprüft wurde.

Typ: Basiskontrollflussmuster

2.1.2 Pattern 2: Paralleler Split

An einem Knoten im Workflow spaltet sich ein einzelner Kontrollpfad in mehrere Kontrollpfade auf, die parallel zu einander weiter laufen können.

Synonyme: AND-Split, parallel routing.

Beispiel: Nachdem ein Teil in der Fertigung verbaut wurde, wir sowohl der Lagerbestand dekrementiert als auch in einem zweiten Prozess überprüft, ob noch genügend Teile vorhanden sind, damit die Mindestanzahl im Lager nicht unterschritten wird.

Typ: Basiskontrollflussmuster

2.1.3 Pattern 3: Synchronisation

Mehrere parallele Kontrollpfade fließen an genau einem Knoten zusammen. Um den Workflow weiterzuführen, muss jeder vor diesen Knoten liegende Pfad durchlaufen wor- den sein.

Synonyme: AND-join, Rendezvous, Synchronizer.

Beispiel: Zu verbauende Teile im Lager werden erst neu bestellt, wenn sowohl der Lagerbestand unter die Mindestanzahl gefallen ist als auch genügend Kontodeckung für eine Neubestellung beim Zulieferer vorhanden ist.

Typ: Basiskontrollflussmuster

2.1.4 Pattern 4: Exklusive Wahl

Ein Knoten in einem Workflow-Prozess, an dem einer von mehreren Pfaden gewählt wird. Synonyme: XOR-Split, switch, selection.

Beispiel: Wenn der Mitarbeiter für den Kaffeeautomaten lediglich 60 Cent hat, steht er vor der Wahl entweder einen Kakao für 60 Cent zu kaufen oder aber einen Kaffee, wenn er etwas trinken will.

Typ: Basiskontrollflussmuster

2.1.5 Pattern 5: Einfacher Merge

Ein Knoten, bei dem zwei oder mehr Zweige ohne Synchronisation zusammenfließen. Dabei wird nur eine der Alternativen durchgeführt.

Synonyme: XOR-Join, asynchroner Join, merge

Beispiel: Nach Eingang eines Auftrages per Telefon wird die Ware verschickt, ebenso wenn dieser nochmal per Fax eingeht.

Typ: Basiskontrollflussmuster

2.1.6 Pattern 6: Multi-Choice

Ein Knoten im Workflow an dem ein oder mehrere Zweige gewählt werden können. Synonyme: Conditional routing, selection, OR-Split.

Beispiel: Bei einer Reklamation wird entweder die Ware zurückgenommen oder der Kunde lachend nach Hause geschickt.

Typ: Erweitertes Verzweigungs- und Synchronisationsmuster

2.1.7 Pattern 7: Synchronisierender Merge

Ein Knoten im Workflow, an dem mehrere Pfade zu einem zusammenlaufen. Sind es mehrere Pfade, müssen die aktiven synchronisiert werden. Ist es nur einer, teilen sich die alternativen Zweige auf, und zwar ohne Synchronisation. Voraussetzung ist, dass ein aktivierter Pfad während der Verflechtung nicht noch einmal aktiviert werden kann.

Synonyme: Synchronisierender Join.

Beispiel: Nach Abgabe eines Papers bei einer Konferenz und der Annahme durch wenigstens einen von dreien Gutachtern wird eine Einreichung der Autoren akzeptiert.

Typ: Erweitertes Verzweigungs- und Synchronisationsmuster

2.1.8 Pattern 8:Multi-Merge

Ein Knoten in einem Workflow, an dem zwei oder mehrere Kontrollflüsse ohne Synchronisation zusammenlaufen. Dabei löst jeder ankommende aktive Zweig die nachfolgende Aktion erneut aus.

Beispiel: Mehrere Zweige besitzen ein gemeinsames Ende. Man könnte jeden Zweig einzeln konstruieren, stattdessen kann kann jedoch ein Multi-Merge benutzt werden.

Typ: Erweitertes Verzweigungs- und Synchronisationsmuster

2.1.9 Pattern 9: Diskriminator

Ein Knoten im Workflow, der auf einen ausgeführten ankommenden Zweig wartet, um den nachfolgenden Vorgang auszulösen. Von da an wartet der Diskriminator auf alle eventuell noch vorhandenen restlichen Zweige, um sie nicht auszulösen. Sind alle ankom- menden Zweige ausgelöst worden, kann der Diskriminator von neuem ausgelöst werden.

Beispiel: Eine Anfrage an eine verteilte und redundante Datenbank wird an mehrere Server abgesetzt, mit der ersten Antowrt werden alle weiteren vom Client ignoriert.

Typ: Erweitertes Verzweigungs- und Synchronisationsmuster

[...]