Analyse, optimisation et debugging de processus BPMN

Analysis, optimization, and debugging of BPMN processes

• Auteur / Autrice : Quentin Nivon
• Direction : Gwen Salaun
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : VASY - Validation de systèmes

Mots clés

Mots clés libres

Modèles formels

Vérification

Processus métiers

Business processes

Formal models

Verification

Résumé

Dans cette thèse, nous prévoyons d'étudier l'optimisation de processus sous trois angles différents, respectivement : l'analyse et l'optimisation des ressources, la refactorisation automatique de processus, et le débogage de processus. Le premier challenge est celui de l'optimisation de ressources. Son objectif premier est de calculer des métriques permettant de quantifier l'utilisation et l'occupation de ressources au cours du temps. Ces métriques peuvent ensuite être utilisées pour ajuster le nombre de ressources et ainsi réduire le temps d'éxecution du processus ou encore les coûts associés à l'exécution du processus. Un des challenges dans ce contexte réside dans la description du modèle de ressources. Pour obtenir des résultats précis, le modèle de ressources doit être aussi proche que possible de la réalité. Par exemple, un employé doit faire des pauses déjeuner, rentrer chez lui le soir, ou bien partir en vacances. Une machine peut tomber en panne, avoir besoin de réparation, ou bien être remplacée par une nouvelle. Une ressource peut également avoir besoin d'être approvisionnée (gaz, essence, eau, ...). Nous prévoyons tout d'abord de rendre possible la description d'un modèle de ressources aussi expressif et ensuite de calculer les métriques citées précédemment sur un tel modèle. Dans certains cas, il est très difficile voire impossible d'optimiser l'utilisation des ressources, car le processus présente des problèmes de design. Dans ce cas, il est intéressant de considérer une autre solution. En partant d'une première version d'un processus, nous prévoyons de proposer des techniques d'optimisation basées sur la refactorisation de ce processus. En changeant sa structure, nous avons pour objectif de générer un processus différent, dont le temps d'exécution est inférieur à celui du processus original, et pour lequel l'utilisation des ressources a été optimisé. L'idée principale est d'augmenter le degré de parallélisme des tâches exécutées dans ce processus. Néanmoins, les pas de refactorisation doivent être appliqués avec attention. Par exemple, ce n'est pas intéressant de mettre en parallèle deux tâches utilisant la même ressource, car ces tâches sont amenées à entrer en compétition pour l'obtention de ladite ressource. De plus, ce n'est pas toujours logique de mettre deux tâches en parallèle, and dans certains cas des dépendences causales doivent être préservées (par exemple, il est nécessaire de préparer un colis avant de l'envoyer). Lorsque nous developpons des processus utilisant la notation BPMN ou n'importe quelle autre notation basée sur des workflows, l'utilisateur peut être amené à effectuer diverses erreurs. Les outils existants supportants le développement de processus BPMN permettent l'analyse syntaxique de processus, mais n'offrent pas la possibilité de vérifier certaines propriétés comportementales subtiles, telles que l'absence d'impasse, ou encore l'exécution de tâches dans un ordre donné. VBPMN est un outil permettant la vérification de propriétés (grâce à un vérificateur de modèles) sur des processus BPMN. Néanmoins, les contre-exemples renvoyés lorsque la propriété est insatisfaite sont difficiles à comprendre pour des utilisateurs dont les connaissances en méthodes formelles sont limitées. Nous prévoyons donc de proposer des techniques de débogage conviviales pour des processus BPMN. Plus précisément, l'idée est de proposer des techniques pour représenter graphiquement des contre-exemples, et plus généralement pour visualiser les parties erronées du processus au niveau BPMN. Pour se faire, nous prévoyons de nous baser sur de récentes techniques de débogage que nous améliorerons pour les faire coincider parfaitement avec la problématique.

In this PhD Thesis, we plan to study the optimization of processes follow- ing three different angles, namely, the analysis and optimization of resources, the automated refactoring of processes, and the debugging of processes. Let us explain these three ideas with more details. The first challenge is about resource optimization. It aims first at computing metrics allowing the quantification of the resource usage and occupancy over time. These metrics can then be used to adjust the number of resources and thus reduce the process execution time as well as the costs associated to the process execution. One challenge in this context resides in the description of the model of resources. To provide accurate results in terms of metrics, the model of resources has to be as close as possible to reality. For instance, an employee needs to have breaks for lunch, to go back home in the evening, or to have holidays. A machine can fail, needs maintenance, or may be replaced by a new one. A resource can required to be provisionned again (e.g., gas, fuel, or water). We plan first to 1 make possible the description of such an expressive model of resources and second to compute the aforementioned metrics considering such a model. In some cases, this is very difficult and even not possible to optimize the usage of resources, because the process presents some issues from a design perspective. In such a case, we may need a different solution. Starting from a first version of a process model, we plan to propose some optimization techniques that rely on the refactoring of the given process. By changing the structure, we aim at generating a different process whose overall execution time is reduced compared to the original process and where usage of resources is improved. The main idea is to increase the level of parallelism of the tasks involved in the process. The refactoring steps should however be applied with care. For instance, it is not helpful to put in parallel two tasks using a same resource since they will compete for this resource. Moreover, it does not always make sense to put two tasks in parallel, and in some cases such causal dependencies must be preserved (e.g., we need to prepare a parcel before mailing it). When developing processes using BPMN or any other workflow-based notation, the user may make different kinds of mistakes. The existing frameworks supporting the development of BPMN allows the syntactic analysis of the processes, but do not permit the verification of subtle behavioural properties, such as the absence of deadlocks or the execution of tasks in a certain order. VBPMN [3] is a toolset allowing the model checking of properties on BPMN processes. However, the counterexamples returned when the properties are false are difficult to understand to users with limited knowledge of the underlying formal methods. We plan to propose user-friendly debugging techniques for BPMN. More precisely, the goal is to provide techniques for graphically representing counterexamples, and more generally to visualize the erroneous part of the process at the BPMN level. To do so, we plan to rely on recent debugging techniques proposed in [1]. These existing debugging techniques will be improved in order to fit to the problem at hand.