Woop - Workflow Optimizer

Diplomvortrag Martin Homik Ressourcenoptimierung von Workflow Problemen Betreuer: Christian Schulte Tobias Müller

Fahrplan

Motivation

Problemstellung

Modell und Heuristik

Implementierung

Ergebnisse

Zusammenfassung

Demo

Motivation: Beispiel Fertigung

Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen:

Produktionsleistung

Invest (Maschinentypen, Anzahl)

Optimierung flexibler Produktionssysteme:

Eine Fertigungsanlage für alle Varianten!

Objekt A Objekt B

Motivation: Beispiel Fertigung

Planungsoptimierung von Fertigungsanlagen:

Produktionsleistung

Invest (Maschinentypen, Anzahl)

Optimierung flexibler Produktionssysteme:

Eine Fertigungsanlage für alle Varianten!

Objekt A+B

Motivation

Fertigung- Problem ist übertragbar :

Industrie (Computer Integrated Manufacturing)

Baugewerbe (Hausbau)

Geschäftsleben (Kundenbetreuung)

Informatik (Verteilte Programmierung)

Abstraktion als Workflow Problem!

Workflow Abstraktion

Standardisierung durch Workflow Management Coalition:

Begriffe

Workflow Definitionen

Workflow Systeme

Maschinen Varianten Arbeitsschritte Workflow Teilnehmer Typen (WFT) Abläufe Aktivitäten

Workflow Abstraktionsebenen

Prozeßlogik

Welche Aktivität wird zu welchem Zeitpunkt ausgeführt?

Organisation

Wer führt welche Aktivität aus?

Infrastruktur

Welche WFTs sind in welcher Anzahl notwendig?

Prozeßdefinition : Eine für ein Workflow System verständliche Datenstruktur, die Angaben zu Prozeßlogik, Organisation und Infrastruktur enthält.

Begriffe

Attributierte Ressourcen

Flexible Prozesse

Kontinuierliche Versorgung und gerichteter Fluß

Balance, Taktzeit

Organisation, Infrastruktur

Partitionierung

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

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 weitergegeben!

Balance Zeit

Scheduling :

min. Durchlaufzeit

Taktzeit

Kontinuierliche Versorgung :

Durchlaufzeit

min. Taktzeit

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 16 17 18 19 100 11

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

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

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

Grundmodell

Datenstrukturen

Blockbearbeitungszeit

Infrastruktur

Effektive Taktzeit

Modell: Datenstrukturen Anzahl Blöcke: Maximaler Takt : Menge aller Aktivitäten: Die Menge aller Kosten: Die Menge aller Zeitangaben: Die Menge der Prozentangaben: Allgemeine Verlust:

Modell: WFT Projektionen :

Modell: Datenstrukturen Kosten: Teilnehmertypen: Anzahl Teilnehmertypen:

Modell: Ablauf Ein Ablauf ist ein gerichteter, azyklischer und zusammenhängender Graph mit: Knoten Kanten Projektionen : Die Menge aller Abläufe wird mit bezeichnet.

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)

Welche Anzahl von WFT liegt bei flexiblen Prozessen vor?

Berechne pro Block und pro Ablaufß die Anzahl

Wähle pro Block das Maximum.

Bilde die Summe der Maxima.

26 8 7 6 5 Summe 8 7 0 1 Prozeß 2 8 4 6 5 Prozeß 1

Taktzeit Anzahl WFT Takt

Taktzeit (2)

Was ist die (effektive) Taktzeit der Lösung?

Berechne pro Block und pro Ablauf die Taktzeit.

Die höchste Taktzeit ist die effektive Taktzeit.

0 525 510 500 Prozeß 2 511 531 520 489 Prozeß 1

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.

Zielgerichtete Heuristik 2. Order u. Select: Wähle längste Aktivität 1. Filter: Nichtdeterminierte Aktivitäten 3. Value: Zuweisung an Block mit günstigstem WFT 400 € 150 € 250 €

Problem: Zielgerichtete Heuristik Schlecht! 400 € 150 € 250 €

Problem: Zielgerichtete Heuristik Besser! 400 € 150 € 250 €

Implementierung (Woop)

Mozart/Oz: Constraint P rogrammierung

Ca. 15 000 Zeilen Code

Direkte Umsetzung des mathematischen Modells

Dynamische Skriptgenerierung

Dynamische Heuristikauswahl

Interface zu Standard-Suchmaschinen

Benutzerdefinierte Constraints

Implementierung (Woop)

Verwaltung von Lösungen/Problemstellungen

Export von Lösungen

Protokollfunktion: Email/Datei

Editor zur Erstellung von Abläufen

Verifikation von Abläufen

Internationalization/Localization

Ergebnisse

Beispiel:

Zwei Abläufe

Jeweils 50 Akts.

9 WFT Typen

Beste Lösung:

13:40 Std.

22.084.534 CP

4.74% besser

Erste Lösung:

ca. 60 Choice Points

 1Sek.

Präzises Modell

Werkzeuge:

Reduzierte Werkzeugmagazine Mehr Blöcke Steigert Komplexität Kosten: Teilnehmer, Blöcke, Werkzeuge

Präzises Modell (2)

Vermischter Datenfluß:

Lokale Zeit:

Gleichzeitige Bearbeitung verschiedener Abläufe

Exaktere Ergebnisse Keine Verbesserung der Laufzeit!

Beitrag (Zusammenfassung)

Praxis: Erfolgreiche Anwendung von Woop in der Praxis

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

Verwandte Arbeiten

Gesamtkonzept:

Workflow Management Coalition (WfMC) www.wfmc.org

S. Bussmann, K. Schild: An agent-based approach to the control of flexible production systems

Simulation und Verifikation:

Andreas Oberweis: Zeit- und Kostenanalyse von Geschäftsprozessen mit höheren Petrinetzen

Scheer: ARIS Toolset

Verwandte Arbeiten(2)

Generische Approximation:

M. Gillmann: Konfiguration verteilter Workflow Management Systeme mit Leistungsgarantien

Kein gerichteter Datenfluß

Kontrollfluß

WFTs sind vorgegeben

Abschätzung des maximalen Takts

Pessimistische Abschätzung mit Markov-Ketten

Scheduling (Brücke)

Workflow Teilnehmer:

10 Typen

Keine Überlappung!

Aktivitäten:

44 Aktivitäten

Kranarbeiten sind sehr zeitaufwendig

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