DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2025.127571
تاريخ النشر: 2025-04-11
المؤلف: Rob Bemthuis وآخرون
الموضوع الرئيسي: نمذجة وتحليل العمليات التجارية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على دمج نمذجة الوكلاء والمحاكاة (ABMS) مع تعدين العمليات، مع تسليط الضوء على أهميتها في تحليل الأنظمة الاجتماعية التقنية المعقدة. يتم تعزيز ABMS بشكل متزايد من خلال الأساليب المعتمدة على البيانات، وخاصة من خلال تعدين العمليات، الذي يستخدم بيانات الأحداث لمهام مثل اكتشاف العمليات، والتحقق من التوافق، وتعزيز العمليات. تستعرض الدراسة الأدبيات بشكل منهجي لتقييم كيفية دمج هاتين المنهجين لمعالجة التحديات القائمة.
من اختيار أولي لـ 189 منشورًا، قام المؤلفون بتقطير 20 ورقة رئيسية، مناقشين مساهماتهم ومحددين الفجوات وفرص البحث المستقبلية. على الرغم من الزيادة الملحوظة في المنشورات عند تقاطع تعدين العمليات وABMS، يستنتج المؤلفون أن هذا المجال لا يزال غير متطور ويحتاج إلى مزيد من البحث لتعزيز التقدم التآزري في الأنظمة الاجتماعية التقنية. تعتبر النتائج دليلًا أساسيًا للاستفسارات المستقبلية في هذا المجال المتكامل.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على الحاجة إلى تقنيات نمذجة ومحاكاة متقدمة لإدارة الزيادة المتوقعة في البيانات الضخمة، كما أبرزها كيم وكيم (2020) وأولاه (2019). تركز الدراسة على دمج تعدين العمليات – وهي تقنية معتمدة على البيانات – ضمن نمذجة الوكلاء والمحاكاة (ABMS)، والتي كانت فعالة في فهم الأنظمة الاجتماعية التقنية المعقدة (باكيرو وآخرون، 2009؛ ماكال ونورث، 2014). يشير المؤلفون إلى أن الجمع بين تعدين العمليات وABMS يسمح باستكشاف أعمق لكيفية تأثير سلوكيات الأفراد على أنماط النظام، مع معالجة التعقيدات المتأصلة في كلا المنهجين.
تهدف الورقة إلى مراجعة منهجية للحالة الحالية للبحث عند تقاطع تعدين العمليات وABMS، مع تحديد القضايا المفتوحة واقتراح اتجاهات البحث المستقبلية. تحفز هذه المراجعة الشعبية المتزايدة لدمجهم والفوائد المحتملة الملحوظة في مجالات متنوعة، بما في ذلك الرعاية الصحية، واللوجستيات، والمالية. يجادل المؤلفون بأنه على الرغم من أن الأدبيات الحالية قد تناولت جوانب من كلا المجالين، إلا أن الفحص المركّز لتطبيقهم المشترك لا يزال غير مستكشف بشكل كافٍ. تشمل المساهمات الرئيسية للورقة مراجعة شاملة للأدبيات، وتحديد التحديات، وتوصيات للبحث المستقبلي، مما يوفر فهمًا دقيقًا للتآزر بين تعدين العمليات وABMS.
الطرق
تلتزم منهجية هذه الدراسة بإطار مراجعة الأدبيات المنظم الذي وضعه كيتشام (2004) وكيتشام وآخرون (2009). بدأت عملية المراجعة ببحث في قواعد بيانات سكوبس وويب أوف ساينس باستخدام الاستعلام (“تعدين العمليات” و”وكيل*”)، مما أسفر عن 142 و47 ورقة، على التوالي. بعد التخلص من التكرارات وتطبيق معايير الاستبعاد – مثل اللغة، والتوافر، ونوع المحتوى – تم الاحتفاظ بـ 113 ورقة. ركزت عملية الفرز الإضافية بناءً على معايير الإدراج على صلة تعدين العمليات وتكنولوجيا الوكلاء، مما أدى إلى مراجعة مفصلة لـ 62 ورقة، مما ضيق الاختيار في النهاية إلى 20 مقالة تلبي معايير الجودة التي وضعتها يانغ وآخرون (2021).
تشير النتائج إلى أنه بينما تستكشف الأدبيات الحالية بشكل أساسي تقنيات نمذجة الوكلاء والمحاكاة (ABMS) بالتزامن مع تعدين العمليات، هناك فجوة ملحوظة في الأبحاث التي تعالج التفاعلات البديلة بين هذه المجالات. تسلط الدراسة الضوء على الإمكانية التي توفرها ABMS لتحسين جودة نماذج العمليات وتقترح أن الاستكشاف الإضافي للتأثيرات التآزرية يمكن أن يتم توجيهه من خلال إطار التصنيف الذي تم مناقشته في القسم 4. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الأبحاث على الحاجة إلى تحسين الخوارزميات التي تسهل اكتشاف نماذج الوكلاء من سجلات الأحداث، فضلاً عن تطبيق تعدين العمليات في طرق تحسين المحاكاة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحديد أكثر فعالية لمتغيرات الإدخال لمحاكاة الوكلاء، مما يعزز أدائها ويفهم الأنظمة المعقدة بشكل أفضل.
النتائج
في هذا القسم، يصنف المؤلفون الأدبيات المستخرجة حول تعدين العمليات ونمذجة الوكلاء والمحاكاة (ABMS)، مع تسليط الضوء على مجالات التطبيق المتنوعة التي تم تحديدها ضمن الدراسات. تعمل التصنيف على تنظيم الأبحاث الحالية وتوضيح التقاطعات بين تعدين العمليات وABMS، مما يسهل فهمًا أوضح لتأثيرهم المشترك عبر مجالات مختلفة.
علاوة على ذلك، يناقش المؤلفون نتائج جديدة مهمة من الدراسات المنشورة بعد تاريخ قطع مراجعتهم المنهجية للأدبيات. لا يسلط هذا المنظور الضوء فقط على الطبيعة المتطورة للبحث في هذا المجال، بل يشير أيضًا إلى الاتجاهات والرؤى الناشئة التي يمكن أن تؤثر على التحقيقات والتطبيقات المستقبلية لتعدين العمليات وABMS.
المناقشة
في قسم المناقشة من الورقة البحثية، يستكشف المؤلفون دمج نمذجة الوكلاء والمحاكاة (ABMS) مع تعدين العمليات، مع تسليط الضوء على الإمكانية لسلوكيات النظام الناشئة الناتجة عن تفاعلات الوكلاء الفردية. تتميز ABMS بالوكلاء الذين يتخذون قرارات بناءً على بيئتهم وأهدافهم، مما يؤدي إلى سلوكيات على مستوى الماكرو يمكن تحليلها من خلال تقنيات تعدين العمليات. يؤكد المؤلفون أن ABMS يمكن أن تتعامل بفعالية مع تعقيدات تحليل البيانات، مثل سجلات الأحداث، التي تعتبر حاسمة لتعدين العمليات. يحددون ثلاثة مكونات رئيسية لـ ABMS: الوكلاء، والبيئة، وقواعد التفاعل، مؤكدين على أهمية هذه العناصر في فهم ديناميات النظام.
تحدد الورقة أيضًا تقنيات تعدين العمليات المختلفة، بما في ذلك اكتشاف العمليات، والتحقق من التوافق، والتحسين، التي تسهل مجتمعة تحليل العمليات الواقعية من خلال سجلات الأحداث. يصنف المؤلفون التفاعل بين تعدين العمليات وABMS إلى ستة أنواع، تتراوح من التكرارات المتداخلة إلى التفاعلات المعقدة، موضحين كيف يمكن أن تكمل هذه المنهجيات بعضها البعض. يشيرون إلى أنه بينما لا يزال هذا المجال يتطور، هناك مجموعة متزايدة من الأدبيات التي تشير إلى التطبيق المثمر لتعدين العمليات بالتزامن مع ABMS، مع معالجة كل من التحديات الحالية واتجاهات البحث المستقبلية. يختتم المؤلفون بالتأكيد على الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف لهذا التآزر لتعزيز دقة النمذجة وأداء النظام.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2025.127571
Publication Date: 2025-04-11
Author(s): Rob Bemthuis et al.
Primary Topic: Business Process Modeling and Analysis
Overview
This section provides an overview of the integration of agent-based modeling and simulation (ABMS) with process mining, highlighting its significance in analyzing complex socio-technical systems. ABMS is increasingly enhanced by data-driven approaches, particularly through process mining, which utilizes event data for tasks such as process discovery, conformance checking, and process enhancement. The study systematically reviews the literature to assess how these two methodologies are combined to tackle existing challenges.
From an initial selection of 189 publications, the authors distilled 20 key papers, discussing their contributions and identifying gaps and future research opportunities. Despite a noted increase in publications at the intersection of process mining and ABMS, the authors conclude that the field remains underdeveloped and necessitates further research to foster synergistic advancements in socio-technical systems. The findings serve as a foundational guide for future inquiries in this integrated domain.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the need for advanced modeling and simulation techniques to manage the anticipated surge in big data, as highlighted by Kim & Kim (2020) and Ullah (2019). The study focuses on the integration of process mining—a data-driven technique—within agent-based modeling and simulation (ABMS), which has been effective in understanding complex sociotechnical systems (Baqueiro et al., 2009; Macal & North, 2014). The authors note that the combination of process mining and ABMS allows for a deeper exploration of how individual behaviors influence system-level patterns, addressing the complexities inherent in both methodologies.
The paper aims to systematically review the current state of research at the intersection of process mining and ABMS, identifying open issues and suggesting future research directions. This review is motivated by the increasing popularity of their integration and the potential benefits observed in various domains, including healthcare, logistics, and finance. The authors argue that while existing literature has touched on aspects of both fields, a focused examination of their combined application remains underexplored. Key contributions of the paper include a comprehensive review of the literature, identification of challenges, and recommendations for future research, thereby providing a nuanced understanding of the synergies between process mining and ABMS.
Methods
The methodology of this study adheres to the structured literature review framework established by Kitchenham (2004) and Kitchenham et al. (2009). The review process commenced with a search of the Scopus and Web of Science databases using the query (“process mining” AND “agent*”), yielding 142 and 47 papers, respectively. After eliminating duplicates and applying exclusion criteria—such as language, availability, and content type—113 papers were retained. Further screening based on inclusion criteria focused on the relevance of process mining and agent technology led to a detailed review of 62 papers, ultimately narrowing the selection to 20 articles that met quality standards set by Yang et al. (2021).
The findings indicate that while existing literature primarily explores agent-based modeling simulation (ABMS) techniques in conjunction with process mining, there is a notable gap in research addressing alternative interactions between these fields. The study highlights the potential for ABMS to enhance process model quality and suggests that further exploration of synergetic effects could be guided by the categorization framework discussed in Section 4. Additionally, the research emphasizes the need for improved algorithms that facilitate the discovery of agent models from event logs, as well as the application of process mining in simulation optimization methods. This could lead to more effective identification of input variables for agent-based simulations, thereby optimizing their performance and enhancing the understanding of complex systems.
Results
In this section, the authors classify the extracted literature on process mining and agent-based modeling and simulation (ABMS), highlighting the diverse application domains identified within the studies. The classification serves to organize the existing research and elucidate the intersections between process mining and ABMS, thereby facilitating a clearer understanding of their combined impact across various fields.
Furthermore, the authors discuss significant new findings from studies published after the cutoff date of their systematic literature review. This outlook not only underscores the evolving nature of research in this area but also points to emerging trends and insights that could influence future investigations and applications of process mining and ABMS.
Discussion
In the discussion section of the research paper, the authors explore the integration of agent-based modeling and simulation (ABMS) with process mining, highlighting the potential for emergent system behaviors derived from individual agent interactions. ABMS is characterized by agents that make decisions based on their environment and objectives, leading to macro-level behaviors that can be analyzed through process mining techniques. The authors assert that ABMS can effectively handle the complexities of data analytics, such as event logs, which are crucial for process mining. They identify three main components of ABMS: agents, an environment, and interaction rules, emphasizing the importance of these elements in understanding system dynamics.
The paper also delineates various process mining techniques, including process discovery, conformance checking, and enhancement, which collectively facilitate the analysis of real-world processes through event logs. The authors categorize the interaction between process mining and ABMS into six types, ranging from nested iterations to complex interactions, illustrating how these methodologies can complement each other. They note that while the field is still developing, there is a growing body of literature that indicates the fruitful application of process mining in conjunction with ABMS, addressing both current challenges and future research directions. The authors conclude by emphasizing the need for further exploration of this synergy to enhance modeling accuracy and system performance.