Nicolas Denz - Promotionsprojekt

Prozessorientierte Analyse und Validierung agentenbasierter Simulationen

Agentenbasierte Simulationen besitzen eine komplexe Dynamik. Ihre Analyse und Validierung ist eine schwierige Aufgabe, für die sowohl formelle als auch qualitative Techniken nur beschränkt nutzbar sind. Zunehmend werden daher semi-automatische explorative Techniken aus dem Data Mining zur Verhaltensanalyse eingesetzt. Die mit Hilfe dieser Techniken aus Simulations- oder Realdaten rekonstruierten Metamodelle liefern eine abstrahierte Beschreibung des beobachteten Verhaltens, welche sowohl formell ist, als auch qualitative Aspekte (z.B. bestimmte organisatorische Muster) erfassen kann.

Der Einsatz von Data Mining-Techniken im Rahmen der agentenbasierten Simulation und angrenzender Gebiete zeichnet sich jedoch bislang durch drei wesentliche Einschränkungen aus:

  1. Es handelt sich oft um Einzelarbeiten, die auf eine bestimmte Technik sowie ein bestimmtes Anwendungsszenario fokussiert sind. Die systematische Nutzung solcher Techniken im Rahmen des gesamten Modellbildungszyklus wird (mit wenigen Ausnahmen) kaum betrachtet.
  2. Die rekonstruierten Metamodelle repräsentieren oft eine quantitative oder regelbasierte Sicht auf das untersuchte System. Die für die agentenbasierte Simulation typische prozess- und organisationsorientierte Sichtweise wird nur selten eingenommen
  3. Auch hinsichtlich der Werkzeugunterstützung findet kaum eine hinreichende Integration der komplexen Analysetechniken in gängige Modellier- und Experimentierumgebungen statt.

 

Ausgehend von dieser Bestandsaufnahme untergliedert sich der Beitrag meines Promotionsvorhabens in drei Aspekte, deren gemeinsamer Nenner in einem Methodentransfer von Techniken und Werkzeugen der Geschäftsprozessanalyse in die agentenbasierte Simulation besteht. Dabei kommen insbesondere Techniken des Process Mining zur Rekonstruktion von Prozessmodellen aus Ablaufprotokollen, sowie Konzepte der wissenschaftlichen Workflows zum Zwecke der Werkzeugintegration und Anwenderunterstützung zum Einsatz.

  1. Zunächst wird auf Grundlage der Literatur ein konzeptueller Rahmen für den systematischen Einsatz von Data- und Process Mining-Techniken im Rahmen eines Modellbildungszyklus entworfen. Dieser betrachtet die sowohl im Process Mining als auch in der Agentenorientierung relevanten Analyseperspektiven im Licht verschiedener Anwendungsszenarien innerhalb von Simulationsstudien. Darüber hinaus werden simulationsspezifische Anforderungen und Randbedingungen an die einzusetzenden Techniken definiert. Zudem wird ein Ansatz zur (Teil-)formalisierung der Analyseperspektiven und Anwendungsszenarien mit Hilfe der am Arbeitsbereich TGI entwickelten Referenznetz-basierten Agentenarchitektur MULAN vorgeschlagen, welcher eine Grundlage der Operationalisierung bildet.
  2. Im zweiten Schritt werden Techniken des Process Mining anhand eines Anwendungsbeispiels aus der agentenbasierten Logistiksimulation (Kurierdienste) auf ihre Eignung zur Unterstützung der Simulationsanalyse untersucht. Den Schwerpunkt bildet dabei die Analyse des Ablaufs von Interaktionsprotokollen (externe Kontrollperspektive) im Rahmen von Verhandlungen. Dabei werden bestehende Techniken kombiniert und um erweiterte Techniken zur Rekonstruktion von hierarchischen und Multicast-Protokollen, sowie zum Umgang mit mehrfachen Replikationen von Simulationsläfen und nichtstationären Prozessen ergänzt.
  3. Abschließend werden die Techniken im Rahmen des verbreiteten Process Mining-Werkzeugs PROM implementiert und in eine generische Simulationsumgebung auf Grundlage der Eclipse-Plattform integriert. In Kombination mit dem Petrinetz-Simulator RENEW entsteht ein prototypisches 'prozessorientiertes' Experimentiersystem, in dem komplexe Analyse- und Experimentier-Szenarien explizit durch Referenznetze repräsentiert und ausgeführt werden können.