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Integration of Planning and
                                   Scheduling with BPM for the
                              Management of E-learning Centers


                                        Diploma de Estudios Avanzados
                                                          30 Junio 2008

Tutores:
Dr. Luis Castillo Vidal
Dr. Juan Fernández Olivares                   Arturo González Ferrer
Descripción del problema
●   Se puede definir como:
    –   La necesidad de integrar tecnologías de Planning & Scheduling
        con Business Process Management, de modo que sea posible
        beneficiarse de las funcionalidades ofrecidas por ambas
        tecnologías dentro de un marco común, aplicando el resultado
        obtenido para gestionar de modo inteligente entornos
        empresariales.
    –   De modo específico, sería deseable poder aplicar lo obtenido
        dentro de un escenario de gestión de proyectos de trabajo en
        grupo: la asignación de recursos humanos y servicios web para el
        desarrollo cooperativo de cursos on-line en un centro de
        enseñanza virtual.
Definiciones
●   Tecnología de Workflow
    –   Automatización total o parcial de un proceso de negocio durante el cual
        documentos, información o tareas se pasan de un participante a otro, para
        entrar en acción de acuerdo a un conjunto de reglas y procedimientos.
●   Planning and Scheduling (P & S)
    –   Posibilidad de generar representaciones de comportamiento futuro (planes), con
        objeto de restringir o controlar dicho comportamiento de un modo anticipado. El
        resultado es un conjunto de acciones, con restricciones temporales y de otros
        tipos, para ser ejecutadas por un conjunto de agentes.
●   Business Process Management (BPM)
    –   Visión holística de la gestión de procesos de negocio, cuyo ciclo de vida permite
        la especificación de objetivos, análisis del entorno, diseño, implementación,
        ejecución, monitorización y evaluación de procesos de negocio. Puede
        considerarse un modelo evolucionado de la tecnología de Workflow.
¿Qué es BPM?
¿Qué es BPM?
Te c n o l o g í a           Know-How
 Modelado                    Definición problemas
 Workflow                    Descomposición de
 Reglas de negocio           procesos
 Integración
 SOA
                         +   Desarrollar casos de uso
                             Medidas de calidad
 Gestión de datos            Modelar “As-Is”/“To-Be”
 Informes y Análisis         Desarrollo de procesos
 Monitorización              Simular y optimizar
 Planning & Scheduling       Planificación procesos
¿Qué es P&S?
Un problema de planning clásico es el “mundo de bloques”, que simula el
comportamiento del brazo de un robot que tiene que c o g e r y apilar los bloques
desde una situación inicial hasta que se alcanza una c o n f gu ra c ió n
d e s e a d a.




                                         Usando este ejemplo, podemos describir que el bloque "B" está encima
                                        de otro llamado "A" haciendo uso del predicado (ontop B A), y que el
                                        bloque llamado "C" está en la mesa con (ontop C table). La
                                        transformación de un estado a otro viene dada por una serie de
                                        precondiciones y efectos, que se reflejan en una lista de operadores,
                                        cuya ejecución modifica el estado del mundo.
¿Qué es P&S?
Te c n o l o g í a            Know-How
 Lógica Primer Orden          Definición de escenarios de
 Tareas y Objetivos           P&S
 Precondiciones               Generación de planes
 Efectos
 Deadlines                +   Temporización de planes
                              Asignación de recursos
                              Composición Web Services
 Temporal landmarks
 Búsqueda                     Simplificar su modelado
 Razonamiento                 Aprovechar modelos
                              existentes para P&S
 Business Process
 Management                   Facilitar su introducción en
                              entorno empresarial
Objetivos
●   Establecer las bases para un nuevo modo de modelar
    problemas de planificación y scheduling, evitando así la
    formación de ingenieros en lenguajes complejos como PDDL.
●   Desarrollar un método de transformación de diagramas BPM
    en una representación de planificación HTN, basado en el
    concepto de “workflow patterns”.
●   Introducir la tecnología de P&S a bajo coste dentro de una suite
    BPM, para sacar máximo provecho de un modelo de procesos
    ya existente, pudiendo así gestionar y planificar de forma
    anticipada, incluyendo la asignación de tareas y recursos en el
    tiempo como nueva funcionalidad.
●   Aplicar todo lo obtenido dentro de un caso real, como es la
    gestión de proyectos en un centro de e-learning.
Motivación Inicial
Utilizar P&S para la generación automática de 'Learning Designs'




                                                                              COMPLETADO

“Knowledge engineering and planning for the automatic synthesis of customized learning designs”
     Proceedings of 12th CAEPIA Conference, Springer LNAI 4788 , Salamanca, 2007.
Cooperación en Proyectos
                  E-learning
                                                           Diseño
                                                           Gráf co
                                                              i
Roles internos                        Departmento
                                      Training
                        Desarrollo
                        HTML                                               Control de
                                                                           Calidad

                 Atención
                 al Usuario                               Administración
                                                          LMS




                                          Tutores                                       Roles externos
                     Autores de           On-line
                     Contenidos                             Estudiantes



     ¿Cómo coordinar todo el trabajo y planificarlo en el tiempo?
                      “Workflow Planning for E-learning Center Management”,
                 Proceedings of 8th IEEE ICALT Conference , Santander, 2008.
Arquitectura propuesta
(:durative-action A1                                   (:init
           :parameters(?w - participant)                          (belongs_to_lane Emilio training)
           :duration (= ?duration 20) ;; in hours                 (belongs_to_lane Chesco html)
           :condition(belongs_to_lane ?w training)                (belongs_to_lane Meri html)
           :effect (completed a1))
                                                       )
                                                                  (belongs_to_lane Jab graphic)
                                                                                                            Módulo Software
(:durative-action A2
            :parameters(?w - participant)              (:tasks-goal
                                                         :tasks(
                                                                                                            de Transformación
            :duration (= ?duration 100) ;; in hours
            :condition(belongs_to_lane ?w authoring)                         (PSplitA1P2P3)
            :effect (completed a2))                        )
           ...                                                        ...




               Planificador Inteligente HTNP




                                                                                                      WORKFLOW PATTERNS TREE
XPDL
●   XML Process Definition Language

                            ● Creado por la WfMC para almacenar e
                            intercambiar diagramas de procesos.
                            ● Ofrece un formato XML que representa
                            la notación BPMN 1.0.
                            ● Es usado por más de 70 herramientas
                            de modelado.
                            ● No es tan complejo como BPEL, que
                            necesita conocimientos de desarrollador
                            y está pensado para ejecución.
                            ●  Permite el enlace de tareas con
                            servicios web a través de WSDL.
HTN Planning
“The cortex's hierarchical structure stores a model of the hierarchical structure of the real world”,
                                 Jeff Hawkins, “On Intelligence”, 2004.

          Las notas musicales se combinan para dar lugar a intervalos
         Los intervalos se combinan para dar lugar a fraseos melódicos
         Los fraseos melódicos se combinan para dar lugar a canciones


                     Las letras se combinan para formar sílabas
                   Las sílabas se combinan para formar palabras
                 Las palabras se combinan para formar sentencias


“El mundo es como una canción. Cada objeto en el mundo está compuesto de una colección de objetos
        más pequeños, y la mayoría de los objetos son parte de otros más grandes”, Jeff Hawkins.
HTN Planning
●   El paradigma de planificación HTN (Hierarchical Task Network) sigue
    exactamente esta filosofía:
     –   Las acciones primitivas pueden agruparse en una acción compuesta
     –   Las acciones compuestas pueden agruparse en otras acciones compuestas
     –   Estas acciones compuestas pueden agruparse para formar un plan


●   Si enfocamos esto desde el punto de vista de BPM:
     –   Las actividades pueden agruparse en patrones o workflow patterns
     –   Los workflow patterns pueden agruparse formando subprocesos
     –   Los subprocesos pueden agruparse para definir un proceso completo



                  ¿Qué son los “workflow patterns”?
Workflow Patterns
●   Workflow Patterns (Van der Aalst, 2003)
    –   Iniciativa de Eindhoven University of Technology y Queensland
        University of Technology
    –   En 2003 se publica un conjunto de 20 patrones que describen la
        perspectiva de flujo de control de los sistemas de workflow.
    –   Pueden ser considerados “comportamientos comunes” que se
        encuentran en las definiciones de modelos de procesos. Los más
        básicos son:
         ●   Sequencia de actividades
         ●   Ejecución paralela de dos o más actividades
         ●   Elección entre múltiples actividades
         ●   Sincronización de dos o más actividades
         ●   Convergencia de dos o más actividades en una
Workflow Patterns Tree
●   Nuestra propuesta es :
    –   descomponer el diagrama de procesos definido con ayuda de una suite
        BPM en un árbol de descomposición de “workflow patterns”.
Workflow Patterns Tree
●   Nuestra propuesta es :
    –   Transformar dicho árbol de descomposición de “workflow patterns” en
        una representación HTN, lo cual se realiza de forma bastante intuitiva:


                                                  Acciones compuestas


                                                               Acciones primitivas

                                                  Precondiciones
                                                        y
                                                     Efectos
                                                                       Objetivos


                                                   Deadlines
                                                                       Temporal
                                                                      Landmarks


                                               Representación HTN-PDDL
Traducción a HTN-PDDL
                                         (:durative-action A1                                   (:init
                                                    :parameters(?w - participant)                          (belongs_to_lane Emilio training)
                                                    :duration (= ?duration 20) ;; in hours                 (belongs_to_lane Chesco html)
                                                    :condition(belongs_to_lane ?w training)                (belongs_to_lane Meri html)
                                                    :effect (completed a1))                                (belongs_to_lane Jab graphic)
                                                                                                )
●   Actividades -> Acciones Primitivas   (:durative-action A2
                                                     :parameters(?w - participant)              (:tasks-goal
                                                     :duration (= ?duration 100) ;; in hours      :tasks(
                                                     :condition(belongs_to_lane ?w authoring)                         (PSplitA1P2P3)
     –   Participantes -> Objetos                    :effect (completed a2))
                                                    ...
                                                                                                    )
                                                                                                               ...

     –   Lanes -> Objetos
     –   Restricciones -> Predicados
                                                        Planificador Inteligente HTNP
●   Patterns -> Acciones compuestas
     –   () para expresar sequencia
     –   [ ] para expresar paralelismo
●   Act. Sets -> Acciones compuestas
utilidad en otros entornos
                            construcción de edificios




                          proyectos de trabajo en grupo
                              donde sea necesario
                           planificar y asignar recursos
construcción de aviones
Conclusiones
Trabajo Futuro
Gracias por su atención



     Arturo González Ferrer
        arturogf@ugr.es

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Presentación Diploma Estudios Avanzados

  • 1. Integration of Planning and Scheduling with BPM for the Management of E-learning Centers Diploma de Estudios Avanzados 30 Junio 2008 Tutores: Dr. Luis Castillo Vidal Dr. Juan Fernández Olivares Arturo González Ferrer
  • 2. Descripción del problema ● Se puede definir como: – La necesidad de integrar tecnologías de Planning & Scheduling con Business Process Management, de modo que sea posible beneficiarse de las funcionalidades ofrecidas por ambas tecnologías dentro de un marco común, aplicando el resultado obtenido para gestionar de modo inteligente entornos empresariales. – De modo específico, sería deseable poder aplicar lo obtenido dentro de un escenario de gestión de proyectos de trabajo en grupo: la asignación de recursos humanos y servicios web para el desarrollo cooperativo de cursos on-line en un centro de enseñanza virtual.
  • 3. Definiciones ● Tecnología de Workflow – Automatización total o parcial de un proceso de negocio durante el cual documentos, información o tareas se pasan de un participante a otro, para entrar en acción de acuerdo a un conjunto de reglas y procedimientos. ● Planning and Scheduling (P & S) – Posibilidad de generar representaciones de comportamiento futuro (planes), con objeto de restringir o controlar dicho comportamiento de un modo anticipado. El resultado es un conjunto de acciones, con restricciones temporales y de otros tipos, para ser ejecutadas por un conjunto de agentes. ● Business Process Management (BPM) – Visión holística de la gestión de procesos de negocio, cuyo ciclo de vida permite la especificación de objetivos, análisis del entorno, diseño, implementación, ejecución, monitorización y evaluación de procesos de negocio. Puede considerarse un modelo evolucionado de la tecnología de Workflow.
  • 5. ¿Qué es BPM? Te c n o l o g í a Know-How Modelado Definición problemas Workflow Descomposición de Reglas de negocio procesos Integración SOA + Desarrollar casos de uso Medidas de calidad Gestión de datos Modelar “As-Is”/“To-Be” Informes y Análisis Desarrollo de procesos Monitorización Simular y optimizar Planning & Scheduling Planificación procesos
  • 6. ¿Qué es P&S? Un problema de planning clásico es el “mundo de bloques”, que simula el comportamiento del brazo de un robot que tiene que c o g e r y apilar los bloques desde una situación inicial hasta que se alcanza una c o n f gu ra c ió n d e s e a d a. Usando este ejemplo, podemos describir que el bloque "B" está encima de otro llamado "A" haciendo uso del predicado (ontop B A), y que el bloque llamado "C" está en la mesa con (ontop C table). La transformación de un estado a otro viene dada por una serie de precondiciones y efectos, que se reflejan en una lista de operadores, cuya ejecución modifica el estado del mundo.
  • 7. ¿Qué es P&S? Te c n o l o g í a Know-How Lógica Primer Orden Definición de escenarios de Tareas y Objetivos P&S Precondiciones Generación de planes Efectos Deadlines + Temporización de planes Asignación de recursos Composición Web Services Temporal landmarks Búsqueda Simplificar su modelado Razonamiento Aprovechar modelos existentes para P&S Business Process Management Facilitar su introducción en entorno empresarial
  • 8. Objetivos ● Establecer las bases para un nuevo modo de modelar problemas de planificación y scheduling, evitando así la formación de ingenieros en lenguajes complejos como PDDL. ● Desarrollar un método de transformación de diagramas BPM en una representación de planificación HTN, basado en el concepto de “workflow patterns”. ● Introducir la tecnología de P&S a bajo coste dentro de una suite BPM, para sacar máximo provecho de un modelo de procesos ya existente, pudiendo así gestionar y planificar de forma anticipada, incluyendo la asignación de tareas y recursos en el tiempo como nueva funcionalidad. ● Aplicar todo lo obtenido dentro de un caso real, como es la gestión de proyectos en un centro de e-learning.
  • 9. Motivación Inicial Utilizar P&S para la generación automática de 'Learning Designs' COMPLETADO “Knowledge engineering and planning for the automatic synthesis of customized learning designs” Proceedings of 12th CAEPIA Conference, Springer LNAI 4788 , Salamanca, 2007.
  • 10. Cooperación en Proyectos E-learning Diseño Gráf co i Roles internos Departmento Training Desarrollo HTML Control de Calidad Atención al Usuario Administración LMS Tutores Roles externos Autores de On-line Contenidos Estudiantes ¿Cómo coordinar todo el trabajo y planificarlo en el tiempo? “Workflow Planning for E-learning Center Management”, Proceedings of 8th IEEE ICALT Conference , Santander, 2008.
  • 11. Arquitectura propuesta (:durative-action A1 (:init :parameters(?w - participant) (belongs_to_lane Emilio training) :duration (= ?duration 20) ;; in hours (belongs_to_lane Chesco html) :condition(belongs_to_lane ?w training) (belongs_to_lane Meri html) :effect (completed a1)) ) (belongs_to_lane Jab graphic) Módulo Software (:durative-action A2 :parameters(?w - participant) (:tasks-goal :tasks( de Transformación :duration (= ?duration 100) ;; in hours :condition(belongs_to_lane ?w authoring) (PSplitA1P2P3) :effect (completed a2)) ) ... ... Planificador Inteligente HTNP WORKFLOW PATTERNS TREE
  • 12. XPDL ● XML Process Definition Language ● Creado por la WfMC para almacenar e intercambiar diagramas de procesos. ● Ofrece un formato XML que representa la notación BPMN 1.0. ● Es usado por más de 70 herramientas de modelado. ● No es tan complejo como BPEL, que necesita conocimientos de desarrollador y está pensado para ejecución. ● Permite el enlace de tareas con servicios web a través de WSDL.
  • 13. HTN Planning “The cortex's hierarchical structure stores a model of the hierarchical structure of the real world”, Jeff Hawkins, “On Intelligence”, 2004. Las notas musicales se combinan para dar lugar a intervalos Los intervalos se combinan para dar lugar a fraseos melódicos Los fraseos melódicos se combinan para dar lugar a canciones Las letras se combinan para formar sílabas Las sílabas se combinan para formar palabras Las palabras se combinan para formar sentencias “El mundo es como una canción. Cada objeto en el mundo está compuesto de una colección de objetos más pequeños, y la mayoría de los objetos son parte de otros más grandes”, Jeff Hawkins.
  • 14. HTN Planning ● El paradigma de planificación HTN (Hierarchical Task Network) sigue exactamente esta filosofía: – Las acciones primitivas pueden agruparse en una acción compuesta – Las acciones compuestas pueden agruparse en otras acciones compuestas – Estas acciones compuestas pueden agruparse para formar un plan ● Si enfocamos esto desde el punto de vista de BPM: – Las actividades pueden agruparse en patrones o workflow patterns – Los workflow patterns pueden agruparse formando subprocesos – Los subprocesos pueden agruparse para definir un proceso completo ¿Qué son los “workflow patterns”?
  • 15. Workflow Patterns ● Workflow Patterns (Van der Aalst, 2003) – Iniciativa de Eindhoven University of Technology y Queensland University of Technology – En 2003 se publica un conjunto de 20 patrones que describen la perspectiva de flujo de control de los sistemas de workflow. – Pueden ser considerados “comportamientos comunes” que se encuentran en las definiciones de modelos de procesos. Los más básicos son: ● Sequencia de actividades ● Ejecución paralela de dos o más actividades ● Elección entre múltiples actividades ● Sincronización de dos o más actividades ● Convergencia de dos o más actividades en una
  • 16. Workflow Patterns Tree ● Nuestra propuesta es : – descomponer el diagrama de procesos definido con ayuda de una suite BPM en un árbol de descomposición de “workflow patterns”.
  • 17. Workflow Patterns Tree ● Nuestra propuesta es : – Transformar dicho árbol de descomposición de “workflow patterns” en una representación HTN, lo cual se realiza de forma bastante intuitiva: Acciones compuestas Acciones primitivas Precondiciones y Efectos Objetivos Deadlines Temporal Landmarks Representación HTN-PDDL
  • 18. Traducción a HTN-PDDL (:durative-action A1 (:init :parameters(?w - participant) (belongs_to_lane Emilio training) :duration (= ?duration 20) ;; in hours (belongs_to_lane Chesco html) :condition(belongs_to_lane ?w training) (belongs_to_lane Meri html) :effect (completed a1)) (belongs_to_lane Jab graphic) ) ● Actividades -> Acciones Primitivas (:durative-action A2 :parameters(?w - participant) (:tasks-goal :duration (= ?duration 100) ;; in hours :tasks( :condition(belongs_to_lane ?w authoring) (PSplitA1P2P3) – Participantes -> Objetos :effect (completed a2)) ... ) ... – Lanes -> Objetos – Restricciones -> Predicados Planificador Inteligente HTNP ● Patterns -> Acciones compuestas – () para expresar sequencia – [ ] para expresar paralelismo ● Act. Sets -> Acciones compuestas
  • 19. utilidad en otros entornos construcción de edificios proyectos de trabajo en grupo donde sea necesario planificar y asignar recursos construcción de aviones
  • 22. Gracias por su atención Arturo González Ferrer arturogf@ugr.es