TRADUZINDO A DEFINIÇÃO DE PROCESSO EM XPDL PARA MODELOS EM REDES DE PETRI

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1 XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. TRADUZINDO A DEFINIÇÃO DE PROCESSO EM XPDL PARA MODELOS EM REDES DE PETRI Rosemary Francisco (PUCPR) rmaryf@gmail.com Eduardo de Freitas Rocha Loures (PUCPR) eduardo.loures@pucpr.br Eduardo Alves Portela Santos (PUCPR) portela@ccet.pucpr.br Marco Antonio Busetti de Paula (PUCPR) marco.busetti@pucpr.br Fernando Deschamps (PUCPR) fernando.deschamps@terra.com.br Compartilhar e compatibilizar informações não é mais uma preocupação ligada apenas as áreas de tecnologia. A capacidade de compartilhar informações e permitir a sua utilização em diversos meios e recursos tornou-se uma premissa para possibbilitar um ágil gerenciamento de processos de negócios. Com o intuito de suprir esta demanda, o padrão XPDL foi criado e sua principal função é uniformizar a definição dos processos de negócios. A partir de uma definição de processo de negócio padronizada torna-se possível a interação entre as diversas técnicas para o gerenciamento de processos, garantindo a máxima utilização das ferramentas disponíveis para a constante melhoria nos processos. O presente artigo tem como objetivo apresentar o padrão de definição de processos XPDL e demonstrar uma proposta para a validação desta especificação em Redes de Petri. Palavras-chaves: Gerenciamento de Processos de Negócios, Definição de Processos de Negócios, XPDL, Redes de Petri, PNML

2 1. Introdução O mapeamento de um processo representa uma etapa na construção de modelos que permitem identificar os fluxos de trabalho nos processos dentro das organizações. Atualmente o mapeamento de processos está presente nas organizações de forma a auxiliar na condução do mapeamento das atividades e na descoberta de oportunidades de otimização de recursos ou ainda no melhor dimensionamento dos mesmos. SANTOS et al. (2007) aponta a tendência das organizações no cenário competitivo atual em buscar a utilização de tecnologias para instrumentalizar a gestão por processos. Por meio do mapeamento é possível analisar e documentar as funcionalidades dos processos de negócio em um modelo único e, avaliar se tais processos cumprem com seus objetivos. Para MAGALHÃES et al. (2004), o modelo de negócio é um conjunto de visões que representam características diferentes de um ou mais aspectos específicos do negócio. Um modelo de negócio deve refletir o processo da organização. Ao utilizar um modelo, a organização poderá analisar com detalhes a estrutura representada e definir cenários que possam contribuir para a evolução e melhoria do processo analisado. Até a década de 90 não existia um padrão unificado para a representação da definição dos processos de negócios. Desta forma era necessária a escolha de uma notação específica a ser utilizada para a modelagem do processo. Porém, como existem várias notações, e cada qual com suas características, tornava-se uma tarefa complexa a seleção e validação da notação mais adequada para a representação dos processos de negócio. Com base na necessidade de padronização da linguagem para a definição de processos de negócios, a fim de possibilitar a interoperabilidade entre ferramentas e plataformas que permitem o mapeamento e a modelagem de processo de negócios e a facilidade na elaboração dos modelos e especificação dos processos, o padrão XPDL XML Process Definition Language foi elaborado. Por meio deste padrão tornou-se possível trabalhar com uma ou mais notações, além de suas ferramentas de apoio e, realizar o compartilhamento das informações do processo entre as diversas ferramentas. O presente trabalho tem como objetivo propor uma solução que permita a utilização da definição do processo de negócio no padrão XPDL para a criação de modelos formais em Redes de Petri a fim de possibilitar que análises de viabilidade e simulações em relação aos modelos sejam realizadas. Para tanto, o artigo foi estruturado da seguinte forma: na seção 2 é apresentado o padrão XPDL e suas principais características, na seção 3 é descrito sobre a técnica de Redes de Petri e o formalismo de sua notação, bem como as principais características do PNML Petri Net Markup Language. A seção 4 apresenta o detalhamento da solução proposta para a criação dos modelos formais em Redes de Petri por meio da definição do processo de negócio em XPDL, na seção 5 são apresentados uma análise e os resultados em relação à solução proposta e, por fim, na seção 6 são apresentadas as conclusões e possíveis continuidades do trabalho. 2. XPDL XML Process Definition Language O padrão XPDL XML Process Definition Language foi elaborado pelo WfMC Workflow Management Coalition e tem como objetivo principal padronizar a terminologia utilizada na definição de processos de negócios. Por meio deste padrão é possível compartilhar as informações a respeito da definição de um processo de negócio independente de plataforma 2

3 ou ferramenta. O XPDL foi criado com base no padrão WPDL Workflow Process Definition Language elaborado também pelo WfMC e apresentado em Como o arquivo gerado com o WPDL não estava baseado no formato XML, a comunidade do WfMC optou por elaborar um padrão que utilizasse este formato e permitisse a portabilidade no compartilhamento das informações dos processos de negócios. Desta forma, em outubro de 2002 foi apresentada a primeira versão do XPDL. A figura 1 ilustra a portabilidade permitida pelo padrão. Figura 1 Portabilidade XPDL. Fonte: Adaptado de WfMC (2008) Atualmente na versão 2.1, desde outubro de 2008, o padrão também já está de acordo com a especificação BPMN versão 1.1 (WFMC, 2008). O BPMN Business Process Modeling Notation é uma das propostas do BPMI Business Process Management Initiative para a especificação de processos de negócios. O BPMN fornece uma notação gráfica para a expressão dos processos de negócios em um diagrama BPD Business Process Diagram e possui uma grande variedade de elementos para a melhor representação do modelo do processo de negócio. O principal objetivo do BPMN é permitir que o gerenciamento de processos de negócio seja uma tarefa intuitiva e que possa ser utilizada tanto por usuários técnicos, quanto por usuários de negócios (BPMI, 2008), para a elaboração de modelos de processos de negócio. Para WOHED et al. (2006), o BPMN tem como principal objetivo promover a compreensão e integração das notações para a modelagem do processo de negócio. Ao contrário do BPMN que é uma notação gráfica disponível apenas em ferramentas que adotam este padrão, o XPDL é uma especificação textual em um arquivo XML e, portanto, independente de ferramenta, conforme demonstra a figura 1. A especificação XPDL possui em seu conteúdo a relação de todos os elementos de um processo. Nesta relação são detalhadas as principais características de um processo: seus elementos, as informações de entrada e saída e a definição do fluxo de trabalho. Os principais elementos que compõe esta relação são as atividades do processo, eventos ou estados do processo em determinada fase de execução, condições existentes dentro de um processo e os responsáveis pelas atividades. A 3

4 figura 2 ilustra o modelo metadados do padrão XPDL. Figura 2 Modelo Metadados XPDL. Fonte: WfMC (2008) O modelo representado pela figura 2 descreve todas as entidades que compõe a definição do processo de negócio no padrão XPDL. Nesta definição estão incluídas as informações do processo, os seus atributos e relacionamentos. A entidade principal da especificação XPDL é a Package. Esta entidade é responsável pelo agrupamento de todas as informações relacionadas à definição do processo de negócio. Cada entidade da especificação XPDL, ilustrada na figura 2, possui vários atributos que permitem o detalhamento das informações do processo. Neste artigo, porém, estaremos tratando apenas das entidades e dos atributos relevantes para a abordagem proposta. A entidade WorkFlowProcesses também ilustrado como Process na figura 2 é a entidade que possui o detalhamento do fluxo de trabalho do processo de negócio. Uma entidade Package pode possuir uma ou mais entidades do tipo WorkFlowProcesses. Quando esta situação ocorrer, significa que existe mais de um fluxo de processo dentro da especificação. A entidade WorkFlowProcesss por sua vez, é responsável pelo agrupamento das informações de um processo de negócio. Dentro desta entidade, é possível verificar a existência das entidades: Activity que possui a definição dos eventos / estados, condições e atividades do processo; Transition que possui a relação e o fluxo de seqüência entre os eventos, condições e atividades do processo. Cada uma destas entidades possui vários atributos que permitem a identificação e definição das informações do processo de negócio. A figura 3 ilustra um exemplo de arquivo XPDL com a especificação destas entidades. 4

5 3. RdP Redes de Petri Figura 3 Exemplo de Arquivo XPDL Dentre as técnicas existentes para definição de modelos de processo utilizando uma terminologia formal, destaca-se a técnica de Redes de Petri (RdP) idealizada por Carl Adam Petri em 1962 como parte de sua tese de doutorado. Um modelo de processo permite representar de forma gráfica o fluxo de trabalho Workflow desempenhado por um processo. Um sistema de Workflow é um sistema de gerenciamento capaz de automatizar e controlar o fluxo da informação das atividades de um processo de negócio (AALST et al, 2003). Neste tipo de sistema é possível definir as atividades que serão executadas no início do processo e, também, a ordem de execução das demais atividades. Além disso, por meio do Workflow é possível identificar os recursos responsáveis pelas atividades e registrar as datas em que estas foram realizadas. A técnica de RdP constitui um bom ponto de partida para validação de um gerenciamento de fluxo de trabalho. Um modelo RdP claramente demonstra o fluxo entre as tarefas / atividades. As tarefas são modeladas por transições e as dependências por lugares e arcos. Um lugar corresponde a uma condição que pode ser utilizada como pré e / ou pós condição para a execução das tarefas (AALST et al, 2003). A representação gráfica de um modelo elaborado com RdP utiliza os elementos gráficos de acordo com a tabela 1. Elemento Definição Representa uma condição e/ou estado do processo. 5

6 Representa as atividades de um processo. As atividades de um processo podem ser classificadas como: Sub-Processos, Atividades e Tarefas. arco Representa a seqüência / fluxo das atividades do processo. É responsável pela conexão entre o lugar e a transição. Tabela 1 Elementos RdP A fim de representar as atividades especiais de controle que podem ocorrer em um processo, foi desenvolvido a WF-Net Workflow Net AALST & HEE (2002). A WF-Net é composta dos elementos RdP, e permite gerenciar como será a execução destas atividades especiais de controle. Os quatro tipos básicos de WF-Net são: a) AND-Join ocorre quando o resultado de duas atividades é direcionado para um único destino; b) AND-Split ocorre quando o resultado de uma única atividade é direcionado para dois destinos; c) XOR-Join ocorre quando há duas origens e um destino, porém somente uma das origens será alcançada, de acordo com a condição definida no fluxo do processo; d) XOR-Split ocorre quando há duas possibilidades de destino, porém, de acordo com a condição definida no fluxo do processo somente um destino será alcançado. A figura 4 ilustra a representação gráfica em RdP dos tipos de WF-Net. Figura 4 Representação gráfica das condições em RdP. Fonte: AALST & HEE (2002) Os modelos elaborados com RdP são considerados modelos executáveis, pois permitem simular a seqüência da execução das atividades, de acordo com alguns critérios préestabelecidos (AALST, 2003). Esta é uma das principais motivações para a elaboração da solução proposta, pois por meio da técnica RdP será possível validar a viabilidade de um modelo de processo de negócio especificado por meio do padrão XPDL. 3.1 PNML Petri Net Markup Language O PNML é um padrão baseado no formato XML que possui a especificação de um modelo em RdP. A criação deste padrão é uma tentativa de padronização para o compartilhamento das informações de modelos definidos em RdP para diversas ferramentas que utilizam a técnica. Segundo WEBER & KINDLER (2003) uma das características mais exigidas para as 6

7 ferramentas que utilizam a técnica de RdP é o recurso de importação / exportação. Esta demanda se torna necessária, pois grande parte das ferramentas que utiliza a técnica possui um formato específico para a definição dos modelos. De acordo com BILLINGTON et al. (2003) a comunidade de RdP possui grande interesse nesta padronização pois isto permitirá o compartilhamento de modelos elaborados e a efetiva troca de conhecimento por meio de projetos globais com a integração de colaboradores e equipes em trabalhos de cooperação remota. Assim como o padrão XPDL, a padronização da especificação dos modelos RdP em formato PNML tem como objetivo a padronização de uma linguagem a fim de garantir a portabilidade e o compartilhamento das informações. O arquivo PNML possui em sua especificação todos os elementos que compõe um modelo RdP. Conforme apresentado na tabela 1, um modelo RdP é basicamente composto pelos elementos: lugar, arco e transição. Neste cenário, estes elementos RdP serão os responsáveis pela definição dos elementos de um processo de negócio. A figura 5 ilustra o modelo metadados do padrão PNML. Figura 5 Modelo Metadados do Padrão PNML. Fonte: ISO/JTC1/SC7/WG19 (2007) A figura 4 apresenta o metadados completo do padrão PNML. Assim como no padrão XPDL, para este trabalho serão utilizados somente as entidades e atributos relevantes para a elaboração da abordagem proposta. A tabela 2 apresenta a relação entre as principais entidades do metadados e suas respectivas interpretações no modelo gráfico e arquivo XML. Elemento Gráfico Entidade Metadados Elemento XML PetriNetDoc <pnml> PetriNet <net> Place <place> 7

8 Transition <transition> arco Arc <arc> Tabela 2 Relação dos Elementos RdP e XML com as Entidades PNML A entidade PetriNetDoc no arquivo PNML recebe a definição: <pnml>. Esta entidade é a principal entidade da especificação, responsável pelo agrupamento dos demais elementos e informações do modelo RdP. A entidade PetriNet é a segunda principal entidade do arquivo PNML e é definida como: <net>. Dentro da entidade <net> são detalhados os demais elementos RdP: <place>, <transition> e <arc>. A figura 6 apresenta um exemplo de arquivo PNML. 4. Solução Proposta Figura 6 Exemplo de Arquivo PNML A definição do processo em formato XPDL é uma especificação textual, portanto, não é possível analisar estas especificações com o intuito de avaliar a viabilidade do modelo descrito. Desta forma, é necessário utilizar uma notação formal que permita analisar o modelo do processo e /ou realizar simulações para a obtenção de melhorias. A RdP é uma notação formal consolidada e que permitirá a realização destas análises e também de simulações no modelo do processo. Para tanto é necessário que a especificação do processo de negócio esteja de acordo com o formato aceito pelas ferramentas de RdP. Deste modo, a solução proposta baseia-se na tradução da definição do processo de negócio em formato XPDL para o formato PNML. Como o formato PNML trata-se de um padrão para a especificação dos modelos em RdP, será possível por meio deste, permitir que a análise do modelo de processo traduzido seja realizada em ferramentas de RdP. Seguindo esta abordagem, para iniciar a elaboração da solução proposta, analisou-se em um primeiro momento, o método definido por ZHA et al. (2008). Este método é composto pelas seguintes etapas: e) Mapear cada entidade Activity em XPDL para uma Transition em RdP; 8

9 f) Adicionar um elemento Place e Arc em RdP para cada Transition criada em RdP; g) De acordo com o Transition em XPDL criar a relação fluxo de sequência entre o Transition de origem e de destino em RdP e incluir um Place entre estes elementos; h) Inserir as estruturas AND-Join; i) Inserir as estruturas XOR-Join; j) Adicionar o Place inicial e o Place final. No entanto, o estudo realizado por ZHA et al. (2008) baseou-se na versão anterior do padrão XPDL versão 2.0. Apesar de o WfMC informar que existe compatibilidade entre os dois formatos, existem algumas diferenças nas entidades e atributos. Um exemplo que pode ser mencionado é a questão da entidade Activity na versão 2.1 possuir atributos que a categoriza como evento, atividade ou condição do processo de negócio. Desta forma, as etapas sugeridas pelo método de ZHA et al. (2008) foi adotada em parte, levando em consideração os ajustes necessários em função da versão 2.1 do padrão XPDL utilizado neste estudo. A figura 7 ilustra o esquema elaborado para a solução proposta. 9

10 Figura 7 Esquema para Criação do PNML por meio do XPDL Na primeira etapa, ilustrada por meio da figura 7, será identificado as entidades Activity na especificação XPDL que são do tipo: Implementation Task que serão convertidas para as entidades Transition na especificação PNML. A representação gráfica deste elemento em RdP também foi ilustrada na figura 7. Em seguida, na segunda etapa, são identificadas as entidades Activity no XPDL que são do tipo: Event. Três tipos de eventos podem estar definidos na especificação XPDL, são eles: a) Start Event representa o estado inicial do processo; b) Intermediate Event representa o estado intermediário do processo. Este evento ocorre entre as atividades; c) End Event representa o estado final do processo. Os eventos da especificação XPDL serão convertidos para as entidades Place na especificação PNML. Na terceira etapa é necessário interligar os eventos às atividades de origem e destino. Para isto serão identificadas as entidades Transition na especificação XPDL que possui as informações a respeito do fluxo de seqüência das atividades e eventos. As entidades Transition serão convertidas para as entidades Arc na especificação PNML. Por fim, na quarta etapa, serão identificadas as entidades Activity do tipo: Route na especificação XPDL para a criação das condições existentes no processo na especificação PNML. Estas condições serão traduzidas baseadas na representação formal das WF-Nets, ilustradas na figura Análise e Resultados da Solução Proposta Para analisar a eficácia da solução proposta, será utilizada a definição de um processo de negócio básico, a definição de um processo de compra de produtos pela internet. O modelo é ilustrado na figura 8. Figura 8 Modelo BPMN Processo de Compras pela Internet A figura 8 ilustra a representação gráfica do modelo básico de um processo de compras pela internet. A notação gráfica utilizada para a elaboração do modelo é o BPMN e a ferramenta de modelagem é o Bizagi (BIZAGI, 2008). A ferramenta Bizagi é uma entre as diversas ferramentas de modelagem BPMN que existem e que possui recursos de importação exportação para o padrão XPDL. 10

11 A fim de permitir uma identificação mais apurada dos elementos que compõe o processo, o modelo foi desenhado utilizando siglas no início do nome de cada objeto gráfico. A relação destas siglas e os elementos XPDL são apresentados na tabela 3. Sigla Objeto Gráfico Elemento XPDL Descrição do Elemento ES <Activity> <Event> <StartEvent/> Evento de início do Processo </Event> </Activity> A <Activity> <Implementation> <Task/> Atividade do Processo </Implementation > </Activity> <Activity> EI <Event> Evento intermediário, entre as <Intermediate/> atividades do Processo </Event> </Activity> R <Activity> <Route/> Condições do Processo </Activity> EE <Activity> <Event> <EndEvent/> </Event> </Activity> Evento final do Processo Tabela 3 Relação das Siglas dos Objetos Gráficos x Elementos XPDL Para a validação da solução proposta foi desenvolvido um plug-in com a linguagem Java que implementou as etapas sugeridas pela solução. O plug-in realiza a leitura do arquivo padrão XPDL, executa as etapas definidas pela solução e gera o arquivo PNML com a especificação do modelo de processo de negócio. Como o arquivo PNML é o padrão especificado para a utilização dos modelos em RdP, o arquivo gerado pelo plug-in poderá ser aberto, analisado e simulado em qualquer ferramenta de RdP compatível com o padrão. O modelo RdP gerado para o processo de compras pela internet é ilustrado na figura 9. 11

12 6. Considerações Finais Figura 9 Modelo RdP gerado em PNML Embora a modelagem em RdP seja considerada mais eficiente para a análise e validação do fluxo de um processo de negócio, a sua utilização no ambiente organizacional ainda é pouco comum. No entanto, no meio acadêmico a prática já está bem disseminada e se tornou bastante comum para modelagem de processos de negócio. Um dos fatores, que pode ser uma das determinantes para a seleção da técnica de modelagem pelos especialistas das empresas, é a comprovação da aplicação das técnicas em ambientes organizacionais e também a disponibilidade de ferramentas que suportem e auxiliem na fase de análise e modelagem. Além disso, seria necessário um tempo maior para dedicação no estudo da notação RdP, para que tanto usuários de negócios quanto usuários de TI conseguissem elaborar e modelar os processos corretamente. Com base neste cenário e tendo como suporte a padronização da definição dos processos de negócios, o presente trabalho apresentou que é possível permitir aos usuários a modelagem de seus processos de negócios em ferramentas e notações diversas e ainda possuir o apoio de uma técnica formal para a validação de seus modelos. A solução proposta pelo trabalho mostrou-se eficaz na tradução da especificação XPDL para a especificação PNML e, além de permitir a validação do modelo em RdP, possibilita que a análise seja realizada em qualquer ferramenta de RdP compatível com o padrão PNML. Por fim, como sugestão de trabalhos futuros pode-se aperfeiçoar o plug-in desenvolvido para que possa realizar o inverso da operação, gerar um arquivo XPDL por meio de um arquivo PNML e possibilitar aos usuários utilizar o modelo validado / alterado com a notação de sua preferência. Referências AALST, Will M.P. van der & HEE, K. V. Workflow Management Models, Methods, and Systems. MIT press, Cambridge, MA, AALST, Will M.P. van der. Challenges in Business Process Management: Verification of business processes 12

13 using Petri nets. Bulletin of the EATCS, 80: , AALST, Will M.P. van der; WESKE, Mathias; WIRTZ, Guido. Advanced Topics in Workflow Management: Issues, Requirements, and Solutions. Journal of Integrated Design and Process Science, 7(3):49-77, BILLINGTON, Jonathan et al. The Petri Net Markup Language: Concepts, Technology and Tools. Verlag, Berlin, Heidelberg, BIZAGI. Bizagi Process Modeler. Disponível em: < Acesso em: 20 jul BPMI Business Process Management Initiative. Business Process Modeling Notation BPMN. Disponível em: < Acesso em: 20 jul ISO/JTC1/SC7/WG19. Software and Systems Engineering - High-level Petri Nets Part 2: Transfer Format. FCD , v , ISO/IEC, June MAGALHÃES, A.; et al. Uma estratégia para a gestão integrada de processos e tecnologia da informação através da modelagem de processos de negócio em organizações. MP2Tec Núcleo de Pesquisa e Prática em Tecnologia da Universidade do Rio de Janeiro: UNIRIO, SANTOS, R. P.; et al. O que são BPMS: sistemas de suporte às tarefas para gestão de processos. XXVII ENEGEP, Foz do Iguaçu, PR, Brasil:2007. WEBER, Michael & KINDLER, Ekkard. The Petri Net Markup Language. In: EHRIG., H. et al. (Ed.). Petri net technology for communication-based systems- advances in petri nets. Berlin : Springer. p (Lecture Notes in Computer Science, 2472) WFMC Workflow Management Coalition. Workflow Process Definition Interface - XML Process Definition Language (WFMC-TC-1025). Technical report, Workflow Management Coalition, October 10, WOHED, P; et al. On the Suitability of BPMN for Business Process Modelling. International Conference on Business Process Management, volume 4102, pp Springer-Verlag, Berlin, ZHA, Haiping; YANG, Yun; WANG, Jianmin & WEN, Lijie. Transforming XPDL to Petri Nets, Proceedings of the Workshop on Collaborative Business Processes (CBP 2007), Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4928, pages , Springer-Verlag,