Diplomvortrag Martin Homik Ressourcenoptimierung von Workflow Problemen Betreuer: Christian Schulte Tobias Müller
Fahrplan <ul><li>Motivation </li></ul><ul><li>Problemstellung </li></ul><ul><li>Modell und Heuristik </li></ul><ul><li>Imp...
Motivation: Beispiel Fertigung   <ul><li>Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen: </li></ul><ul><ul><li>Produktionsleist...
Motivation: Beispiel Fertigung   <ul><li>Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen: </li></ul><ul><ul><li>Produktionsleist...
Motivation <ul><li>Fertigung- Problem ist übertragbar : </li></ul><ul><li>Industrie (Computer Integrated Manufacturing) </...
Workflow Abstraktion <ul><li>Standardisierung durch Workflow Management Coalition: </li></ul><ul><ul><li>Begriffe </li></u...
Workflow Abstraktionsebenen <ul><li>Prozeßlogik </li></ul><ul><ul><li>Welche Aktivität wird zu welchem Zeitpunkt ausgeführ...
Begriffe <ul><li>Attributierte Ressourcen </li></ul><ul><li>Flexible Prozesse </li></ul><ul><li>Kontinuierliche Versorgung...
Attributierte Ressourcen Fähigkeiten sind beliebig überlappend! 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 K: 400  € Rz: 200 St:...
Ablaufplan Jede Aktivität muß ausgeführt werden! 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 Start Ende Aktivität Vorrangrelation
Flexible Prozesse 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15 17 18 19 100 11 20 0 12 13 15 16 17 19 100 11 21 22
Kontinuierliche Versorgung An jeder Station liegt zu jedem Zeitpunkt Arbeit vor! Objekte werden in eine Richtung weitergeg...
Balance Zeit <ul><li>Scheduling :  </li></ul><ul><li>min. Durchlaufzeit </li></ul><ul><li>Taktzeit </li></ul><ul><li>Konti...
Problemstellung (Gegeben) 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15 17 18 19 100 11 20 0 12 13 15 16 17 19 100 11 21 22
Problemstellung (2) Organisation? Infrastruktur? Block i A j
Problemstellung (2) Organisation? Infrastruktur? Prozeßlogik? Block i A j
Partitionierung (Beispiel) Partitionierung garantiert den  gerichteten Datenfluß! 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15...
Partitionierung 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 1. Regel: 15  16:  15 in 16 in  verschi...
Partitionierung (2) 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 2. Regel: 12  15:  12 in  und 15 in...
Partitionierung (3) 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 3. Regel: 16  19:  16 in 19 in  und  verschiedene Blöcke 11, 12, 15 12, ...
Grundmodell <ul><li>Datenstrukturen </li></ul><ul><li>Blockbearbeitungszeit </li></ul><ul><li>Infrastruktur </li></ul><ul>...
Modell: Datenstrukturen Anzahl Blöcke: Maximaler Takt : Menge aller Aktivitäten:  Die Menge aller Kosten: Die Menge aller ...
Modell: WFT Projektionen :
Modell: Datenstrukturen Kosten: Teilnehmertypen: Anzahl Teilnehmertypen:
Modell: Ablauf Ein Ablauf ist ein gerichteter, azyklischer und zusammenhängender Graph mit: Knoten  Kanten Projektionen : ...
Modell: Ablauf Vereinigung: Sei Dann ist
Modell: Partition Partition von A u  in: Sei und Und ...Nächste Folie
Modell: Partition(2) Eigenschaft des gerichteten Flusses: Sonst:
Modell: Partition(3) Allgemeine Zuordnung:
Blockbearbeitungszeit t A1 U A2 U A3 R1 R2 Rüstzeit Bearbeitungszeiten Übergangszeiten Gesamtbearbeitungszeit / Block
Infrastruktur Anzahl WFT im Block S i  (und WFT W i ) Anz. WFT Bbz
Infrastruktur (2) <ul><li>Welche Anzahl von WFT liegt bei flexiblen Prozessen vor? </li></ul><ul><li>Berechne pro Block un...
Taktzeit Anzahl WFT Takt
Taktzeit (2) <ul><li>Was ist die (effektive) Taktzeit der Lösung? </li></ul><ul><li>Berechne pro Block und pro  Ablauf  di...
Heuristik (Aufbau) Anzahl Blöcke Die Anzahl der Blöcke ist aufsteigend Teilnehmertyp Wähle den Block mit der geringsten Au...
Zielgerichtete Heuristik 2.  Order u. Select: Wähle längste Aktivität 1.  Filter: Nichtdeterminierte Aktivitäten 3.  Value...
Problem: Zielgerichtete Heuristik Schlecht! 400 € 150 € 250 €
Problem: Zielgerichtete Heuristik Besser! 400 € 150 € 250 €
Implementierung (Woop) <ul><li>Mozart/Oz: Constraint  P rogrammierung </li></ul><ul><li>Ca. 15 000 Zeilen Code </li></ul><...
Implementierung (Woop) <ul><li>Verwaltung von Lösungen/Problemstellungen </li></ul><ul><li>Export von Lösungen </li></ul><...
Ergebnisse <ul><li>Beispiel: </li></ul><ul><li>Zwei Abläufe </li></ul><ul><li>Jeweils 50 Akts. </li></ul><ul><li>9 WFT Typ...
Präzises Modell  <ul><li>Werkzeuge: </li></ul>Reduzierte Werkzeugmagazine Mehr Blöcke Steigert Komplexität Kosten: Teilneh...
Präzises Modell (2) <ul><li>Vermischter Datenfluß: </li></ul>Lokale Zeit: <ul><ul><li>Gleichzeitige Bearbeitung verschiede...
Beitrag (Zusammenfassung) <ul><li>Praxis:  Erfolgreiche Anwendung von  Woop  in der Praxis </li></ul>Abstraktion:  eines F...
Verwandte Arbeiten <ul><li>Gesamtkonzept: </li></ul><ul><li>Workflow Management Coalition (WfMC)  www.wfmc.org </li></ul><...
Verwandte Arbeiten(2) <ul><li>Generische Approximation: </li></ul><ul><li>M. Gillmann:  Konfiguration verteilter Workflow ...
Scheduling (Brücke) <ul><li>Workflow Teilnehmer: </li></ul><ul><li>10 Typen </li></ul><ul><li>Keine Überlappung! </li></ul...
Scheduling (Brücke) 2 4 5 6 7 3 1 8 9 11 13 14 15 16 12 17 19 20 21 22 18 23 25 26 27 28 24 10 41 29 31 32 33 34 30 36 38 ...
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Woop - Workflow Optimizer

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Woop - Workflow Optimizer

  1. 1. Diplomvortrag Martin Homik Ressourcenoptimierung von Workflow Problemen Betreuer: Christian Schulte Tobias Müller
  2. 2. Fahrplan <ul><li>Motivation </li></ul><ul><li>Problemstellung </li></ul><ul><li>Modell und Heuristik </li></ul><ul><li>Implementierung </li></ul><ul><li>Ergebnisse </li></ul><ul><li>Zusammenfassung </li></ul><ul><li>Demo </li></ul>
  3. 3. Motivation: Beispiel Fertigung <ul><li>Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen: </li></ul><ul><ul><li>Produktionsleistung </li></ul></ul><ul><ul><li>Invest (Maschinentypen, Anzahl) </li></ul></ul><ul><li>Optimierung flexibler Produktionssysteme: </li></ul><ul><ul><li>Eine Fertigungsanlage für alle Varianten! </li></ul></ul>Objekt A Objekt B
  4. 4. Motivation: Beispiel Fertigung <ul><li>Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen: </li></ul><ul><ul><li>Produktionsleistung </li></ul></ul><ul><ul><li>Invest (Maschinentypen, Anzahl) </li></ul></ul><ul><li>Optimierung flexibler Produktionssysteme: </li></ul><ul><ul><li>Eine Fertigungsanlage für alle Varianten! </li></ul></ul>Objekt A+B
  5. 5. Motivation <ul><li>Fertigung- Problem ist übertragbar : </li></ul><ul><li>Industrie (Computer Integrated Manufacturing) </li></ul><ul><li>Baugewerbe (Hausbau) </li></ul><ul><li>Geschäftsleben (Kundenbetreuung) </li></ul><ul><li>Informatik (Verteilte Programmierung) </li></ul>Abstraktion als Workflow Problem!
  6. 6. Workflow Abstraktion <ul><li>Standardisierung durch Workflow Management Coalition: </li></ul><ul><ul><li>Begriffe </li></ul></ul><ul><ul><li>Workflow Definitionen </li></ul></ul><ul><ul><li>Workflow Systeme </li></ul></ul>Maschinen Varianten Arbeitsschritte Workflow Teilnehmer Typen (WFT) Abläufe Aktivitäten
  7. 7. Workflow Abstraktionsebenen <ul><li>Prozeßlogik </li></ul><ul><ul><li>Welche Aktivität wird zu welchem Zeitpunkt ausgeführt? </li></ul></ul><ul><li>Organisation </li></ul><ul><ul><li>Wer führt welche Aktivität aus? </li></ul></ul><ul><li>Infrastruktur </li></ul><ul><ul><li>Welche WFTs sind in welcher Anzahl notwendig? </li></ul></ul>Prozeßdefinition : Eine für ein Workflow System verständliche Datenstruktur, die Angaben zu Prozeßlogik, Organisation und Infrastruktur enthält.
  8. 8. Begriffe <ul><li>Attributierte Ressourcen </li></ul><ul><li>Flexible Prozesse </li></ul><ul><li>Kontinuierliche Versorgung und gerichteter Fluß </li></ul><ul><li>Balance, Taktzeit </li></ul><ul><li>Organisation, Infrastruktur </li></ul><ul><li>Partitionierung </li></ul>
  9. 9. Attributierte Ressourcen Fähigkeiten sind beliebig überlappend! 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 K: 400 € Rz: 200 St: 95% K: 150 € Rz: 200 St: 90% K: 250 € Rz: 200 St: 95% K = Kosten Rz = Rüstzeit St = Stabilität Überlappung Überlappung
  10. 10. Ablaufplan Jede Aktivität muß ausgeführt werden! 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 Start Ende Aktivität Vorrangrelation
  11. 11. Flexible Prozesse 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15 17 18 19 100 11 20 0 12 13 15 16 17 19 100 11 21 22
  12. 12. Kontinuierliche Versorgung An jeder Station liegt zu jedem Zeitpunkt Arbeit vor! Objekte werden in eine Richtung weitergegeben!
  13. 13. Balance Zeit <ul><li>Scheduling : </li></ul><ul><li>min. Durchlaufzeit </li></ul><ul><li>Taktzeit </li></ul><ul><li>Kontinuierliche Versorgung : </li></ul><ul><li>Durchlaufzeit </li></ul><ul><li>min. Taktzeit </li></ul>
  14. 14. Problemstellung (Gegeben) 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15 17 18 19 100 11 20 0 12 13 15 16 17 19 100 11 21 22
  15. 15. Problemstellung (2) Organisation? Infrastruktur? Block i A j
  16. 16. Problemstellung (2) Organisation? Infrastruktur? Prozeßlogik? Block i A j
  17. 17. Partitionierung (Beispiel) Partitionierung garantiert den gerichteten Datenfluß! 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11
  18. 18. Partitionierung 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 1. Regel: 15 16: 15 in 16 in verschiedene Blöcke
  19. 19. Partitionierung (2) 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 2. Regel: 12 15: 12 in und 15 in derselbe Block
  20. 20. Partitionierung (3) 0 12 13 15 16 17 18 19 100 11 3. Regel: 16 19: 16 in 19 in und verschiedene Blöcke 11, 12, 15 12, 13, 16, 19 17, 18, 19
  21. 21. Grundmodell <ul><li>Datenstrukturen </li></ul><ul><li>Blockbearbeitungszeit </li></ul><ul><li>Infrastruktur </li></ul><ul><li>Effektive Taktzeit </li></ul>
  22. 22. Modell: Datenstrukturen Anzahl Blöcke: Maximaler Takt : Menge aller Aktivitäten: Die Menge aller Kosten: Die Menge aller Zeitangaben: Die Menge der Prozentangaben: Allgemeine Verlust:
  23. 23. Modell: WFT Projektionen :
  24. 24. Modell: Datenstrukturen Kosten: Teilnehmertypen: Anzahl Teilnehmertypen:
  25. 25. Modell: Ablauf Ein Ablauf ist ein gerichteter, azyklischer und zusammenhängender Graph mit: Knoten Kanten Projektionen : Die Menge aller Abläufe wird mit bezeichnet.
  26. 26. Modell: Ablauf Vereinigung: Sei Dann ist
  27. 27. Modell: Partition Partition von A u in: Sei und Und ...Nächste Folie
  28. 28. Modell: Partition(2) Eigenschaft des gerichteten Flusses: Sonst:
  29. 29. Modell: Partition(3) Allgemeine Zuordnung:
  30. 30. Blockbearbeitungszeit t A1 U A2 U A3 R1 R2 Rüstzeit Bearbeitungszeiten Übergangszeiten Gesamtbearbeitungszeit / Block
  31. 31. Infrastruktur Anzahl WFT im Block S i (und WFT W i ) Anz. WFT Bbz
  32. 32. Infrastruktur (2) <ul><li>Welche Anzahl von WFT liegt bei flexiblen Prozessen vor? </li></ul><ul><li>Berechne pro Block und pro Ablaufß die Anzahl </li></ul><ul><li>Wähle pro Block das Maximum. </li></ul><ul><li>Bilde die Summe der Maxima. </li></ul>26 8 7 6 5 Summe 8 7 0 1 Prozeß 2 8 4 6 5 Prozeß 1
  33. 33. Taktzeit Anzahl WFT Takt
  34. 34. Taktzeit (2) <ul><li>Was ist die (effektive) Taktzeit der Lösung? </li></ul><ul><li>Berechne pro Block und pro Ablauf die Taktzeit. </li></ul><ul><li>Die höchste Taktzeit ist die effektive Taktzeit. </li></ul>0 525 510 500 Prozeß 2 511 531 520 489 Prozeß 1
  35. 35. Heuristik (Aufbau) Anzahl Blöcke Die Anzahl der Blöcke ist aufsteigend Teilnehmertyp Wähle den Block mit der geringsten Auswahl an WFTs. Weise den günstigsten WFT zu. Aktivitäten Wähle die längste Aktivität. Weise sie dem Block mit günstigstem WFT zu.
  36. 36. Zielgerichtete Heuristik 2. Order u. Select: Wähle längste Aktivität 1. Filter: Nichtdeterminierte Aktivitäten 3. Value: Zuweisung an Block mit günstigstem WFT 400 € 150 € 250 €
  37. 37. Problem: Zielgerichtete Heuristik Schlecht! 400 € 150 € 250 €
  38. 38. Problem: Zielgerichtete Heuristik Besser! 400 € 150 € 250 €
  39. 39. Implementierung (Woop) <ul><li>Mozart/Oz: Constraint P rogrammierung </li></ul><ul><li>Ca. 15 000 Zeilen Code </li></ul><ul><li>Direkte Umsetzung des mathematischen Modells </li></ul><ul><li>Dynamische Skriptgenerierung </li></ul><ul><li>Dynamische Heuristikauswahl </li></ul><ul><li>Interface zu Standard-Suchmaschinen </li></ul><ul><li>Benutzerdefinierte Constraints </li></ul>
  40. 40. Implementierung (Woop) <ul><li>Verwaltung von Lösungen/Problemstellungen </li></ul><ul><li>Export von Lösungen </li></ul><ul><li>Protokollfunktion: Email/Datei </li></ul><ul><li>Editor zur Erstellung von Abläufen </li></ul><ul><li>Verifikation von Abläufen </li></ul><ul><li>Internationalization/Localization </li></ul>
  41. 41. Ergebnisse <ul><li>Beispiel: </li></ul><ul><li>Zwei Abläufe </li></ul><ul><li>Jeweils 50 Akts. </li></ul><ul><li>9 WFT Typen </li></ul><ul><li>Beste Lösung: </li></ul><ul><li>13:40 Std. </li></ul><ul><li>22.084.534 CP </li></ul><ul><li>4.74% besser </li></ul><ul><li>Erste Lösung: </li></ul><ul><li>ca. 60 Choice Points </li></ul><ul><li> 1Sek. </li></ul>
  42. 42. Präzises Modell <ul><li>Werkzeuge: </li></ul>Reduzierte Werkzeugmagazine Mehr Blöcke Steigert Komplexität Kosten: Teilnehmer, Blöcke, Werkzeuge
  43. 43. Präzises Modell (2) <ul><li>Vermischter Datenfluß: </li></ul>Lokale Zeit: <ul><ul><li>Gleichzeitige Bearbeitung verschiedener Abläufe </li></ul></ul>Exaktere Ergebnisse Keine Verbesserung der Laufzeit!
  44. 44. Beitrag (Zusammenfassung) <ul><li>Praxis: Erfolgreiche Anwendung von Woop in der Praxis </li></ul>Abstraktion: eines Fertigungsproblems als ein ... Workflow Problem: Definition und Untersuchung Woop: Implementierung einer Software zur generischen Lösung ; Mozart/Oz ; Technik: CP Neue Klasse von Problemen identifiziert
  45. 45. Verwandte Arbeiten <ul><li>Gesamtkonzept: </li></ul><ul><li>Workflow Management Coalition (WfMC) www.wfmc.org </li></ul><ul><li>S. Bussmann, K. Schild: An agent-based approach to the control of flexible production systems </li></ul><ul><li>Simulation und Verifikation: </li></ul><ul><li>Andreas Oberweis: Zeit- und Kostenanalyse von Geschäftsprozessen mit höheren Petrinetzen </li></ul><ul><li>Scheer: ARIS Toolset </li></ul>
  46. 46. Verwandte Arbeiten(2) <ul><li>Generische Approximation: </li></ul><ul><li>M. Gillmann: Konfiguration verteilter Workflow Management Systeme mit Leistungsgarantien </li></ul><ul><ul><li>Kein gerichteter Datenfluß </li></ul></ul><ul><ul><li>Kontrollfluß </li></ul></ul><ul><ul><li>WFTs sind vorgegeben </li></ul></ul><ul><ul><li>Abschätzung des maximalen Takts </li></ul></ul><ul><ul><li>Pessimistische Abschätzung mit Markov-Ketten </li></ul></ul>
  47. 47. Scheduling (Brücke) <ul><li>Workflow Teilnehmer: </li></ul><ul><li>10 Typen </li></ul><ul><li>Keine Überlappung! </li></ul><ul><li>Aktivitäten: </li></ul><ul><li>44 Aktivitäten </li></ul><ul><li>Kranarbeiten sind sehr zeitaufwendig </li></ul>
  48. 48. Scheduling (Brücke) 2 4 5 6 7 3 1 8 9 11 13 14 15 16 12 17 19 20 21 22 18 23 25 26 27 28 24 10 41 29 31 32 33 34 30 36 38 39 40 35 37 42 43 44 Bagger Ramme Handwerker Betonmischer Arbeiter Maurer Kran Planierraupe

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