Modellierung und Ausführung von Workflows mit Petri-Netzen

Als erster Schritt bei der Analyse und Gestaltung betrieblicher Informationssysteme wird heute üblicherweise eine Reorganisation und Optimierung der relevanten betrieblichen Abläufe angestrebt. Damit soll eine in der Vergangenheit häufig aufgetretene Fehlentwicklung vermieden werden, bei der mit neuen Anwendungssystemen lediglich vorhandene Abläufe automatisiert und so bestehende Organisationsstrukturen festgeschrieben wurden. Im Laufe der Zeit erforderlich gewordene Anpassungen der Anwendungssysteme konnten nur mit großem Aufwand realisiert werden, und Rationalisierungspotentiale blieben vielfach ungenutzt.

Als erster Schritt bei der Analyse und Gestaltung betrieblicher Informationssysteme wird heute üblicherweise eine Reorganisation und Optimierung der betrieblichen Abläufe angestrebt. Damit soll eine Fehlentwicklung aus der Vergangenheit vermieden werden, bei der häufig mit neuen Anwendungssystemen lediglich vorhandene Abläufe automatisiert (“informatisiert“) und so bestehende Organisationsstrukturen festgeschrieben wurden [Ham90, Sch93d]. Im Laufe der Zeit erforderlich gewordene Anpassungen der Anwendungssysteme konnten nur mit großem Aufwand realisiert werden, und Rationalisierungspotentiale blieben vielfach ungenutzt.

In diesem Kapitel werden Modellierungssprachen für betriebliche Abläufe untersucht. Dazu wird zunächst ein Anforderungskatalog für Modellierungssprachen zusammengestellt. Im Anschluß daran werden einige existierende Modellierungs-sprachen vorgestellt und miteinander verglichen. In einem kurzen Exkurs werden auch semantische Datenmodelle zur Beschreibung der relevanten Datenstrukturen behandelt.

Dieses Kapitel definiert zunächst den Begriff Workflow-Managementsystem, wie er in diesem Buch verwendet wird. Wir orientieren uns dabei nicht an den derzeit am Markt verfügbaren Workflow-Managementsystemen mit noch stark eingeschränkter Funktionalität, sondern an den potentiellen Fähigkeiten, über die Workflow-Managementsysteme bei Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologie verfügen könnten. Die historischen Ursprünge von Workflow-Managementsystemen werden dargestellt und die Zusammenhänge zu „funktional benachbarten“ Systemen erläutert. Ziele des Einsatzes von Workflow-Managementsystemen werden anschließend zusammengefaßt, und die grundlegende Funktionalität von Workflow-Managementsystemen wird vorgestellt. Außerdem werden die im Zusammenhang mit Workflow-Managementsystemen relevanten Benutzergruppen beschrieben. Anschließend nennt dieses Kapitel kurz einige Probleme, die beim Einsatz von Workflow-Managementsystemen auftreten können, z.B. bezüglich Akzeptanz solcher Systeme und im Zusammenhang mit Datenschutzfragen.

In diesem Kapitel werden zunächst mögliche Komponenten von Workflow-Managementsystemen vorgestellt. Dabei werden die im vorangehenden Kapitel angegebenen, von Workflow-Managementsystemen zu unterstützenden Aufgaben berücksichtigt. Im Anschluß daran werden mögliche Architekturen von Workflow- Managementsystemen kurz beschrieben.

In diesem Kapitel wird zunächst motiviert, warum (höhere) Petri-Netze (Prädikate/ Transitionen-Netze) besonders zur Modellierung betrieblicher Abläufe geeignet sind. Probleme treten allerdings beim Einsatz von Prädikate/Transitionen-Netzen (Pr/T-Netzen) in Verbindung mit komplex strukturierten Objekten (z.B. Bürodoku-menten, Stücklisten, Spreadsheets, Vorgangsmappen) auf. Diese Probleme werden anhand eines kleinen Beispiels erläutert. Im Anschluß daran werden NF²-Relationen/Transitionen-Netze (NR/T-Netze), eine neue Variante höherer Petri-Netze, schrittweise eingeführt: zunächst die strukturellen Aspekte (NF²-Relationen) und dann die dynamischen Aspekte (Abläufe und Operationen auf NF2-Relationen). Als besondere Modellierungskonzepte werden deklarative Sprachkonstrukte (Fakt-Transitionen) vorgestellt. Eine wichtige Eigenschaft von NR/T-Netzen besteht in den Ausdrucksmöglichkeiten zur Modellierung von Nebenläufigkeit auf komplex strukturierten Objekten. Nebenläufigkeit wird in Abschnitt 5.6 untersucht. Danach wird beschrieben, welche NR/T-Netz-Konstrukte nicht unmittelbar auf Pr/T-Netze abgebildet werden können. Abschließend werden in diesem Kapitel NR/T-Netze an-deren vorgeschlagenen Petri-Netz-Erweiterungen mit integrierter Datenmodellie-rung vergleichend gegenübergestellt.

Nachder im vorigen Kapitel die Grundlagen von NR/T-Netzen eingeführt worden sind, soll nun ein methodischer Rahmen für den praktischen Einsatz dieser Netze bei der Modellierung von Ablaufschemata beschrieben werden.

Die in diesem Kapitel beschriebenen Simulationskonzepte unterstützen eine evolutionäre Ablauf-Beschreibung. Ein (vorläufiges) Ablaufschema, das als Menge von NF²-Relationen/ Transitionen-Netzen gegeben ist, wird mit Simulation validiert und - bei Bedarf - gezielt modifiziert.

In diesem Kapitel wird der Prototyp eines NR/T-Netz-basierten Workflow-Managementsystems vorgestellt. Zunächst wird ein Überblick über die Architektur gegeben, im Anschluß daran werden die Komponenten im einzelnen vorgestellt. Es werden hier insbesondere die Aspekte genauer behandelt, die Petri-Netz-spezifisch sind. Allgemeine Konzepte und Grundlagen von Workflow-Managementsystemen wurden bereits in Kapitel 3 und 4 beschrieben.

In diesem Buch wurden Resultate im methodischen Bereich der höheren Petri-Netze speziell für Anwendungen in Workflow-Managementsystemen vorgestellt.