Minería de procesos
Fundamentos y metodología de aplicación
Hugo Santiago Aguirre Mayorga
RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS
© Pontificia Universidad Javeriana
Primera edición: marzo de 2016 Bogotá, D. C. ISBN: 978-958-716-915-7 Número de ejemplares: 400 Impreso y hecho en Colombia Printed and made in Colombia
Editorial Pontificia Universidad Javeriana Carrera 7 núm. 37-25, oficina 1301 Edificio Lutaima Teléfono: 287 06 91 http://www.javeriana.edu.co/editorial Bogotá, D. C. |
CORRECCIÓN DE ESTILO: Ella Suárez
DISEÑO DE PÁGINAS INTERIORES: Magdalena Monsalve
DIAGRAMACIÓN: Marcela Godoy
DISEÑO DE CUBIERTA: Magdalena Monsalve
MONTAJE DE CUBIERTA: Claudia Rodríguez
DESARROLLO EPUB: Lápiz Blanco S.A.S |
Aguirre Mayorga, Hugo Santiago, autor
Minería de procesos : fundamentos y metodología de aplicación : libro de investigación / Hugo Santiago Aguirre Mayorga. -- Primera edición. -- Bogotá : Editorial Pontificia Universidad Javeriana, 2016. (Colección laureata)
150 páginas : ilustraciones, diagramas, gráficas y tablas ; 24 cm
Incluye referencias bibliográficas.
ISBN : 978-958-716-915-7
1. MINERÍA DE DATOS. 2. SISTEMAS DE INFORMACIÓN. 3. MINERÍA DE DATOS – METODOLOGÍA. I. Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ciencias Políticas y Relaciones Internacionales
CDD 005.74 edición 21
Catalogación en la publicación - Pontificia Universidad Javeriana. Biblioteca Alfonso Borrero Cabal, S.J.
inp Marzo 14 / 2016
Prohibida la reproducción total o parcial de este material, sin autorización por escrito de la Pontificia Universidad Javeriana.
Figura 1. Marco metodológico de la investigación
Figura 2. Contenido del libro
Figura 3. Esquema de la minería de procesos
Figura 4. Proceso detallado seguido para el diseño de la metodología
Figura 5. Análisis comparativo de los desarrollos previos
Figura 6. Importancia de las características de la metodología
Figura 7. Calificación de los aspectos que debe incluir la metodología
Figura 8. Árbol de funciones de la metodología
Figura 9. Matriz de funciones y componentes
Figura 10. Metodología propuesta preliminar
Figura 11. Pasos de la metodología aplicados caso de estudio 1
Figura 12. Pasos de la metodología aplicados caso de estudio 2
Figura 13. Pasos de la metodología aplicados caso de estudio 3
Figura 14. Percepción de los usuarios con respecto a la planeación, pasos y técnicas
Figura 15. Metodología para la aplicación de minería de procesos
Figura 16. Descripción del problema del caso de estudio ejemplo
Figura 17. Alcance del proceso del caso de estudio ejemplo
Figura 18. Flujo del proceso del caso de estudio ejemplo
Figura 19. Análisis de brechas del caso de estudio ejemplo
Figura 20. Objetivos del proyecto del caso de estudio ejemplo
Figura 21. Descripción del registro de eventos del caso de estudio ejemplo
Figura 22. Formato requerido para el análisis con minería de procesos
Figura 23. Descubrimiento del proceso para el caso de estudio ejemplo
Figura 24. Verificación de cumplimiento para el caso de estudio ejemplo
Figura 25. Análisis de desempeño del caso de estudio ejemplo
Figura 26. Análisis de la red social del caso de estudio ejemplo
Figura 27. Evaluación de alternativas en el caso de estudio ejemplo
Tabla I. Ejemplo de un registro de eventos
Tabla 2. Grado de madurez de los registros de eventos
Tabla 3. Análisis comparativo de los desarrollos previos
Tabla 4. Relevancia de las tareas para la definición de requerimientos IEEE P1220*
Tabla 5. Definición del producto y de los usuarios
Tabla 6. Características de la metodología
Tabla 7. Preguntas que debe responder la metodología que se va a diseñar
Tabla 8. Requerimientos funcionales de la metodología
Tabla 9. Requerimientos de desempeño de la metodología
Tabla 10. Sistemas de los que se puede extraer la información
Tabla 11. Impacto de las variables para el diseño de los casos de estudio
Tabla 12. Descripción de los casos de estudio
Tabla 13. Definición del proyecto en el caso de estudio 1
Tabla 14. Preparación de los datos del caso de estudio 1
Tabla 15. Registro de eventos caso de estudio 1
Tabla 16. Análisis del proceso y hallazgos caso de estudio 1
Tabla 17. Definición del proyecto en el caso de estudio 2
Tabla 18. Preparación de los datos del caso de estudio 2
Tabla 19. Registro de eventos caso de estudio 2
Tabla 20. Análisis del proceso y hallazgos caso de estudio 2
Tabla 21. Preparación de los datos del caso de estudio 3
Tabla 22. Registro de eventos caso de estudio 3
Tabla 23. Análisis del proceso y hallazgos caso de estudio 3
Tabla 24. Resultados de la evaluación de la metodología por parte de los usuarios
Tabla 25. Evaluación de los usuarios de la metodología con respecto a los requerimientos
Tabla 26. Características de la metodología
Tabla 27. Características del caso de estudio ejemplo
Tabla 28. Descripción de datos principales y secundarios para el análisis con minería de procesos
Tabla 29. Aspectos que se consideran en la extracción de datos y su relación con el nivel de madurez del registro de eventos
Tabla 30. Factores a consideraren la extracción de los datos
Tabla 31. Estrategias para asegurar la calidad de los datos
Tabla 32. Registro de eventos del proceso del caso de estudio ejemplo
Tabla 33. Algoritmos, técnicas, herramientas y su uso en el descubrimiento del proceso
Tabla 34. Algoritmos, técnicas, herramientas y su uso en la verificación de cumplimiento
Tabla 35. Algoritmos, técnicas, herramientas y su uso en el análisis de desempeño del proceso
Tabla 36. Algoritmos, técnicas, herramientas y su uso en el análisis de la red social
Tabla 37. Resumen de los hallazgos del caso de estudio ejemplo
Tabla 38. Herramientas para la identificación de causas de los problemas
Tabla 39. Análisis de causas del caso de estudio ejemplo
Tabla 40. Posibles alternativas para el mejoramiento de procesos
Tabla 41. Determinación de alternativas de mejora en el caso de estudio ejemplo
Tabla 42. Criterios a considerar para evaluar las alternativas de mejora
Tabla 43. Aspectos que se consideran en la implantación de las soluciones de mejora
A mis padres, Hugo y Bertha,
por su amor incondicional.
A mi esposa Alexandra y mis hijos Nicolás y David,
que son la razón de mi felicidad.
Los sistemas de información se han convertido en la columna vertebral de las organizaciones y sin ellos las compañías no podrían vender los productos o servicios, comprar los insumos, pagar a sus proveedores o presentar sus declaraciones de impuestos. Algunos estudios [1]-[3] coinciden en que las principales razones que motivaron a las organizaciones a la adopción de estos aplicativos son: la necesidad de estandarizar los procesos, mejorar la oportunidad de la información para la toma de decisiones, integrar las áreas de la organización y aumentar la productividad.
Los resultados de la implantación de los sistemas de información y de automatización han sido diversos, dado que algunas empresas consiguieron los objetivos esperados. Pese a esto, estudios como el de Rolland y Pakrash [4] revelan que en muchos casos estos sistemas no se aprovechan en su máximo potencial y se han limitado al registro de la parte transaccional de los procesos, por lo que esta información no ha servido para el mejoramiento de los procesos y como apoyo a la toma de decisiones.
Uno de los valores agregados de estos sistemas de información está relacionado con el aprovechamiento de toda la información histórica que se registra sobre la ejecución real de los procesos de negocio, donde se encuentran las actividades, sus ejecutores, los tiempos de inicio y finalización de cada paso y los datos asociados con cada caso. Esta información se extrae de los registros de eventos (event logs) del sistema y puede emplearse para analizarla con técnicas de minería de datos con el objetivo de generar conocimiento, para que las organizaciones puedan entender, descubrir, monitorear y mejorar sus procesos. Lo anterior se denomina minería de procesos (process mining) [5].
La minería de procesos está compuesta por herramientas y técnicas basadas en la minería de datos para analizar procesos de negocio cuyo registro de eventos de ejecución real se encuentran disponibles en sistemas de información denominados Process Aware Information Systems (PAIS), como son los sistemas Enterprise Resource Planning (ERP), Customer Relationship Management (CRM), Workflow, Business Process Management Systems (BPMS) o sistemas legados [6]. Por ejemplo, el sistema SAP ERP, aplicado en un proceso de compras, registra las actividades del proceso (solicitud, aprobación, envío orden de compra, etc.), cuando inicia y termina cada actividad, y la persona que ejecutó la actividad. De esta forma, se puede reconstruir la secuencia de los procesos basada en su ejecución real.
Las preguntas que se pueden responder de la minería de procesos son:
Parte de los beneficios de la minería de procesos es que se analiza basándose en datos reales y no en la percepción de las personas, que puede llegar a ser subjetiva. Estas técnicas, algoritmos y aplicaciones especializadas de software se empezaron a desarrollar en la academia a principios de la década pasada y, paulatinamente, se han transferido a las empresas mediante casos de estudio y proyectos de minería de procesos que han permitido a las organizaciones diagnosticar, analizar y mejorar los procesos, basándose en el análisis de los datos de ejecución real de los procesos.
Actualmente, se podría considerar que las técnicas y herramientas de la minería de procesos han madurado; sin embargo, en su desarrollo se han presentado retos como:
La investigación descrita en este libro contribuye con este último reto, para lo cual se siguió un método de diseño de ingeniería que permitió desarrollar una metodología que facilita a las organizaciones la aplicación de la minería de procesos con el objetivo de descubrir, analizar y mejorar sus procesos de negocio.
En el 2010, el autor encontró la necesidad de aplicar técnicas de minería de procesos en un proyecto de mejoramiento en una organización que respalda sus procesos en un sistema ERP. Al iniciar el proyecto se evidenció que era preciso contar con una aproximación metodológica para su desarrollo. A partir de esto se realizó una extensa revisión del estado del arte y se encontró que la mayor parte de publicaciones de aplicación de la minería de procesos se centran en el diagnóstico y análisis, pero no se especifica cómo se debe plantear el proyecto, la relación entre las preguntas que se van a responder y la extracción de los datos; tampoco llegan hasta el rediseño de procesos e implantación de los cambios, lo que cierra el ciclo de un proyecto de mejoramiento de procesos.
Esto se debe en parte a la etapa de desarrollo en que se encuentra la minería de procesos, dado que en la última década los esfuerzos de los investigadores han estado encaminados a desarrollar y probar algoritmos para superar las limitaciones y problemas técnicos encontrados en la minería de procesos, por lo que algunos autores [5], [8], [9] han hecho hincapié en la necesidad de tener más estudios prácticos para probar los beneficios de estas herramientas en casos reales.
En la literatura sobre el tema se encontraron seis aproximaciones metodológicas para la aplicación de minería de procesos, que se analizan en detalle y se comparan en el capítulo 3. Maruster y Van Beest [10] proponen una metodología en la cual se combina la simulación y la minería de procesos y se explican los pasos que se deben seguir a partir de tres casos de estudio. Si bien esta metodología es un avance, se centra en el análisis de los procesos (as-is) y en la combinación con técnicas de simulación para el rediseño (to-be). En esta no se especifican los pasos para iniciar un proyecto de rediseño basado en minería de procesos, como son establecimiento de los objetivos, alcance de los procesos, análisis de entradas y salidas, entre otros; tampoco se especifican los pasos para la extracción y limpieza de los registros de eventos.
Rebuge y Ferreira [11] plantean una aproximación metodológica para el análisis de procesos en procesos del sector de la salud. Esta es específica para el caso analizado y está centrada en la aplicación de técnicas de clúster para el análisis de procesos del servicio de urgencias de un hospital, por lo que la propuesta metodológica difícilmente se puede extrapolar para otros casos donde se requieran aplicar otras técnicas de análisis. En esta aproximación tampoco se especifican los pasos para el rediseño de los procesos basados en el análisis. Bozkaya, Gabriels y van der Werf [8] proponen un método para el diagnóstico de procesos con minería de procesos y lo aplican para un caso de estudio, pero se centran únicamente en el análisis y diagnóstico de los procesos.
Por otro lado, Van der Aalst, quien es el autor con mayor número de publicaciones en el área, propone en su libro Process Mining: Discovery, Conformance and Enhancement of Business Process [12] un ciclo de vida de un proyecto con unas fases generales para la aplicación de minería de procesos, lo que constituye un punto de partida para este trabajo. Sin embargo, estas fases son generales y no llegan a definir, por ejemplo, el procedimiento para extraer los datos dependiendo del sistema de información. Tampoco define los pasos específicos que se deben seguir para ejecutar un proyecto de minería de procesos.
El desarrollo más cercano a una metodología de minería de procesos lo propone Van der Heijden [13] en su tesis de maestría que se publicó en el 2012. Heijden propone fases y pasos para un proyecto de minería de procesos, y a pesar de que tiene un mayor detalle respecto a lo propuesto por Van der Aalst, no llega a profundizar en aspectos clave como son la planeación del proyecto y la preparación y extracción de los datos de los diferentes sistemas de información.
Recientemente, Weerdt et al. [9] propusieron un marco para la aplicación de la minería de procesos mediante un caso de estudio en una empresa del sector financiero. Esta metodología se centra en la preparación y exploración de los datos, pero no propone una fase inicial para definir el alcance del proceso o para plantear los objetivos de la minería de procesos. Tampoco hace hincapié en los métodos para la extracción de los datos. Un aspecto que se destaca es que separa la fase de análisis en descubrimiento del proceso y análisis profundo. En este último se verifica cómo se cumple el proceso con las reglas de negocio.
Por otro lado, en el primer Process Mining Manifesto [5], publicado en septiembre del 2011 por el grupo de trabajo en minería de procesos del Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) (task force on process mining), los autores identificaron once retos para el avance de la minería de procesos. El primer reto se refiere a la necesidad de tener “mejores herramientas y metodologías” para seleccionar, extraer y limpiar los registros de eventos y para poder manejar registros de distintas características, debido a la diversidad de sistemas de información [5]. También se pone el relieve en la importancia de incrementar el entendimiento de la minería de procesos y de su usabilidad por parte de no expertos.
Lo anterior llevó a plantear la siguiente pregunta de investigación: ¿qué pasos se deben seguir para aplicar las técnicas de minería de procesos para el rediseño y el mejoramiento de los procesos? Y teniendo en cuenta la pregunta anterior y las brechas investigativas se plantean los siguientes cuestionamientos que se desarrollan en este libro:
Para el diseño de la metodología de aplicación de minería de procesos se siguieron como marco metodológico los pasos y los lineamientos que propone la Alianza de Industrias Electrónicas (EIA, por su sigla en inglés): Process for Engineering a System [14]. Este estándar define un enfoque sistemático para la ingeniería de un sistema, donde sistema se entiende como un producto, método, software que satisface las necesidades de unas partes interesadas. El estándar EIA propone las siguientes etapas para el desarrollo de un sistema: gerencia técnica, aprovisionamiento, diseño del sistema, realización del producto y evaluación técnica.
En cada uno de estos procesos, el estándar EIA define unos requerimientos, los cuales se seleccionaron y adaptaron; mientras que para la investigación se determinó el marco metodológico que se presenta en la figura 1.
El estándar EIA fue usado como marco conceptual general; sin embargo, se encontró la necesidad de complementarlo con otros marcos conceptuales específicos para el análisis de requerimientos, diseño de la solución y los casos de estudio, los que se especifican a continuación:
Se tomó como base un análisis comparativo de los estudios previos y de metodologías anteriormente desarrolladas. Luego se estudiaron los requerimientos, donde se determinaron los de los usuarios, los funcionales y los de desempeño. Con base en estos requerimientos se realizó el diseño conceptual, en el cual se determinaron las funciones y los componentes de la metodología. El análisis comparativo de los desarrollos previos se tuvo en cuenta en conjunto con el diseño conceptual para llevar a cabo una primera versión de la metodología. Esta se aplicó en tres casos de estudio, que sirvieron para afinar, ajustar y complementar la metodología de aplicación de minería de procesos que se describe de manera detallada en el capítulo 5.
Figura 1. Marco metodológico de la investigación
Fuente: [elaboración propia].