Process Mining: знакомство

Приветствую!

В этой статье я постараюсь приоткрыть завесу над интересной технологией из области управления бизнес-процессами ( BPM ^[1]). Интеллектуальный анализ процессов ( Process Mining ^[2]) фокусируется на обнаружении, анализе и оптимизации бизнес-процессов на основе данных из журналов событий (англ. event logs), представляя недостающее звено между классическим анализом бизнес-процессов с использованием их моделей и интеллектуальным анализом данных ( Data Mining ^[3]).

Disclaimer

Статья подготовлена на основе материалов онлайн курса Process Mining: Data Science in Action ^[4], являющихся собственностью Технического университета Эйндховена ^[5]. Использование материалов статьи возможно только с разрешения авторов курса и с указанием ссылок на источник.

Рисунок 1. Позиционирование Process Mining.

Далее мы разовьем тему позиционирования, коснемся вариантов использования, поговорим об исходных данных и рассмотрим различные типы интеллектуального анализа процессов.

Позиционирование

Интеллектуальный анализ процессов использует данные для анализа бизнес-процессов, пренебрегая анализом самих данных. Другими словами, Process Mining, в отличие от Data Mining, не интересуется низкоуровневыми закономерностями в исходных данных и не пытается принимать решения на их основе, но ставит задачей оптимизацию бизнес-процессов (в особенности сквозных), вытекающих из исходных данных.

Вопросы, на которые отвечает Process Mining, можно разбить на две группы (см. стрелки влево и вправо на рисунке 1):

• Вопросы производительности (эффективности) процессов.
• Вопросы согласованности процессов.

Варианты использования

В таблице ниже указаны некоторые варианты использования интеллектуального анализа процессов, а также связанные с ними вопросы, разбитые по вышеуказанным группам.

Исходные данные

Часто отправной точкой для интеллектуального анализа процессов являются данные из журналов событий. Рассмотрим подходящий нам журнал. Каждая строка в таком журнале соответствует отдельному событию. В свою очередь, каждое событие несет в себе информацию о породившем его случае, выполненной в его рамках деятельности и времени его регистрации. Подобные журналы событий можно рассматривать как совокупности случаев, а отдельные случаи — как последовательности ссылающихся на них событий.

Заручившись представленными выше предположениями, выделим основные атрибуты событий в журналах:

• Идентификатор случая (case id): хранит случаи (объекты), для которых выстраиваются последовательности событий журнала.
• Деятельность (activity name): хранит действия, выполняемые в рамках событий журнала.
• Отметка времени (timestamp): хранит дату и время регистрации событий журнала.
• Ресурс (resource): хранит основных действующих лиц событий журнала (тех, кто выполняет действия в рамках событий журнала).
• Прочее (other data): сюда попадает вся оставшаяся в журнале (не интересная нам) информация.

Рисунок 2. Журнал событий — данные о приеме пациентов.

Конечно, выбор указанных выше атрибутов зависит от целей анализа. Например (смотрим на рисунок 2), если нас интересует процесс, описывающий порядок получения пациентами надлежащего лечения, то в качестве идентификаторов случаев используем пациентов (столбец patient), деятельностями называем получаемые пациентами процедуры (столбец activity), а ресурсами обозначаем выполняющих данные процедуры врачей (столбец doctor). Если же нам интересен другой процесс, описывающий порядок выполнения врачами процедур, то идентификаторами событий будут сами врачи (столбец doctor), деятельностями — выполняемые данными врачами процедуры (столбец activity), а ресурсами — внимание, также станут врачи (столбец doctor).

Типы Process Mining

Интеллектуальный анализ процессов фокусируется на отношениях между моделями бизнес-процессов и данными о событиях. Выделяют три типа подобных отношений, которые и определяют типы анализа.

Начинаем с готовой модели процесса. Далее симулируем различные сценарии выполнения процесса (согласно модели) для наполнения журнала событий данными о регистрируемых при симуляции событиях.

Рисунок 3. Пример Play-Out.

На рисунке 3 показан пример симуляции по готовой модели рабочего процесса (англ. workflow). Модель процесса выполнена с использованием упрощенной нотации BPMN ^[6]. Красным показаны шаги на одном из возможных путей выполнения процесса, а журнал внизу наполнен данными о событиях в порядке их регистрации при прохождении данного пути.

Play-Out применяется для проверки разработанных моделей процессов на соответствие ожидаемым данным (последовательностям событий) от их выполнения.

Начинаем с готовых данных в журнале событий. Далее получаем модель процесса, обеспечивающего выполнение представленных в журнале последовательностей событий (обучаем модель процесса на основе данных).

Рисунок 4. Пример Play-In.

На рисунке 4 показан пример получения модели процесса по готовым последовательностям событий (указаны красным). Если приглядеться, то можно заметить, что все последовательности событий на рисунке начинаются с шага a и заканчиваются шагом g или h. Результирующая модель процесса в точности соответствует подмеченным особенностям, что иллюстрирует основной принцип ее вывода из данных.

Play-In полезен при необходимости формального описания процессов, генерирующих известные данные.

Одновременно используем модель процесса (возможно, полученную при помощи Play-In) и данные в журнале событий (возможно, полученные при помощи Play-Out) для воспроизведения реальных последовательностей событий согласно модели.

Рисунок 5. Пример Replay.

На рисунке 5 представлен пример попытки воспроизведения имеющейся последовательности событий согласно готовой модели процесса. Попытка закончилась неудачей по причине того, что модель требует прохождения шага d прежде, чем будет открыт переход к шагу e (подробнее разобраться с причинами неудачи поможет изучение шлюзов (англ. gateways) нотации BPMN ^[6]).

Replay позволяет находить отклонения моделей от реальных процессов, но также может использоваться и для анализа производительности процессов — стоит при воспроизведении начать отмечать время регистрации событий, как станут видны места задержек и скоростные участки на путях выполнения процессов.

Дополнительно

Для тех, кто желает самостоятельно попробовать применить полученные знания на практике, спешу сообщить об инструменте, который позволит воплотить ваши смелые начинания в жизнь. ProM — это свободный фреймворк, включающий все необходимое для выполнения интеллектуального анализа процессов. Стабильная версия ProM доступна для скачивания под Windows ^[7] и под другие ОС ^[8]. Общая информация (включая примеры исходных данных, руководства и упражнения) расположена на сайте ProM Tools ^[9].

Заключение

Существующий разрыв между анализом моделей бизнес-процессов и данных затрудняет поиск решений множества интересных и сложных задач современного мира, где значение данных давно сравнивается со значением нефти (см. Data is the new oil ^[10]). Process Mining призван ликвидировать данный разрыв, поднимая анализ бизнес-процессов на новый уровень.

Благодарю за внимание и категорически рекомендую продолжить изучение темы самостоятельно! Отличным началом станет вышеупомянутый онлайн курс Process Mining: Data Science in Action ^[4].

Автор: LastSingingPeon

Источник ^[11]