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Process Mining / Process Analytics
Benjamin Aunkofer

Ist Process Mining in Summe zu teuer?

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Celonis, Signavio (SAP). UiPath, Microsoft, Software AG, Mehrwerk, process.science und viele weitere Process Mining Tool-Anbieter mehr… der Markt rund um Process Mining ist stark umkämpft. Trotz der hohen Vielfalt an Tools, gilt Process Mining in der Einführung und Durchführung als teuer. Viele Unternehmen verzeichnen zwar erste Erfolge mit dieser Analysemethodik und den dafür geschaffenen Tools, hadern jedoch mit den hohen Kosten für Lizensierung und Betrieb.

Process Mining / Process AnalyticsDabei gibt es viele Hebel für Unternehmen, die Kosten für diese Analysen deutlich zu reduzieren, dabei gesamtheitlicher analysieren zu können und sich von einzelnen Tool-Anbietern unabhängiger zu machen. Denn die Herausforderung beginnt bereits mit denen eigentlichen Zielen von Process Mining für ein Unternehmen, und diese sind oft nicht einmal direkt finanziell messbar.

Process Mining bitte nicht nur auf Prozesskosten reduzieren

Tool-Anbieter werben tendenziell besonders mit der potenziellen Reduktion von Prozesskosten und und mit der Working Capital Optimierung. Bei hohen Lizenzierungskosten für die Tools, insbesondere für die Cloud-Lösungen der Marktführer, ist dies die erfolgversprechendste Marketing-Strategie. Typische Beispiele für die Identifikation von Kostensenkungspotenzialen sind Doppelarbeiten und unnötige Prozessschleifen sowie Wartezeiten in Prozessen. Working Capital- und Cash- Kosten sind in den Standardprozessen Order-to-Cash (z. B. Verspätete Zahlungen) und Procure-to-Pay (z. B. zu späte Zahlungen, nicht realisierte Rabatte) zu finden.

Diese Anwendungsfälle sind jedoch analytisch recht trivial und bereits mit einfacher BI (Business Intelligence) oder dedizierten Analysen ganz ohne Process Mining bereits viel schneller aufzuspüren. Oft bieten bereits ERP-Systeme eine eigene Erkennung hierfür an, die sich mit einfach gestrikter BI leicht erweitern lässt.

Richtige Wirkung, die so eigentlich nur Process Mining mit der visuellen Prozessanalyse erzeugen kann, zeigt sich vor allem bei der qualitativen Verbesserung von Prozessen, denn oft frustrieren eingefahrene Unternehmensprozesse nicht nur Mitarbeiter, Lieferanten und Partner, sondern auch Kunden. Dabei geht es z. B. um die Verbesserung von Prozessen in der Fertigung und Montage, in der Logistik, dem Einkauf, Sales und After Sales. Diese Anwendungszwecke dienen zur zeitlichen Beschleunigung oder Absicherung (Stabilisierung) von Prozessen, und damit zur Erhöhung des Kundennutzens. Jede qualitative Verbesserung wird sich letztendlich auch im quantitativen, finanziellen Maße auswirken, wenn auch nicht so einfach messbar.

Die Absicherung von Prozessen aus der Compliance-Perspektive ist eines der typischen Einsatzgebiete, für die Process Mining prädestiniert ist. Audit Analytics und Betrugserkennung gehören zu den häufigsten Anwendungsgebieten. Das senkt zwar grundsätzlich keine Prozesskosten, ist jedoch in Anbetracht immer komplexerer Prozessketten bittere Notwendigkeit.

Prozess Mining kann ferner auch zur Dokumentation von Geschäftsprozessen genutzt werden, als Vorlage für Sollprozesse. Die Analyse von bestehenden Prozessen kann dann dabei helfen, den aktuellen Zustand eines Prozesses zu dokumentieren und Unternehmen können diese Informationen nutzen, um Prozessdokumentationen zu aktualisieren und zu verbessern. Mit Process Mining können Vor- und Nachher-Vergleiche durchgeführt sowie situative Worst- und Best-Practise herausextrahiert werden. Dies bietet sich insbesondere vor und nach Migrationen von ERP-Systemen an.

Process Mining muss nicht (zu) teuer sein

Bei hohen Kosten für Process Mining ist der Druck einer Organisation sehr hoch, diese Kosten irgendwie mit hohen potenziellen (!) Einsparungen zu rechtfertigen. Die Prozesse mit dem höchsten Kostensenkungsversprechen erhalten dadurch den Vorzug, oft auch dann, obwohl andere Prozesse die nötige Prozesstransparenz eigentlich noch viel nötiger hätten.

Zumindest der Einstieg in Process Mining kann mit den richtigen Tools sehr leichtfüßig und günstig erfolgen, aber auch die Etablierung dieser Analysemethodik im weltweiten Konzern kann mit einigen Stellhebeln erheblich günstiger und (in Anbetracht der hohen Dynamik unter den Tool-Anbietern) nachhaltiger realisiert werden, als wie es von den größeren Anbietern vorgeschlagen wird.

Unabhängiges und Nachhaltiges Data Engineering

Die Arbeit hinter Process Mining kann man sich wie einen Eisberg vorstellen. Die sichtbare Spitze des Eisbergs sind die Reports und Analysen im Process Mining Tool. Das ist der Teil, den die meisten Analysten und sonstigen Benutzer des Tools zu Gesicht bekommen. Der andere Teil des Process Minings ist jedoch noch viel wesentlicher, denn es handelt sich dabei um das Fundament der Analyse: Die Datenmodellierung des Event Logs. Diese Arbeit ist der größere, jedoch unter der Oberfläche verborgene Teil des Eisbergs.

Jedes Process Mining Tool benötigt pro Use Case mindestens ein Event Log. Dabei handelt es sich um ein Prozessprotokoll mit universeller Mindestanforderung: Case, Activity, Timestamp

Diese Event Logs in einem Process Mining Tool zu modellieren und individuell anzupassen, ist langfristig keine gute Idee und erinnert an die Anfänge der Business Intelligence, als BI-Analysten Daten direkt in Tools wie Qlik Sense oder Power BI luden und für sich individuell modellierten.

Wie anfangs erwähnt, haben Unternehmen bei der Einführung von Process Mining die Qual der Wahl. Oft werden langwierige und kostenintensive Auswahlprozesse für die jeweiligen Tools angestoßen, damit die Wahl auf der augenscheinlich richtige Tool fällt.

Eine bessere Idee ist es daher, Event Logs nicht in einzelnen Process Mining Tools aufzubereiten, sondern zentral in einem dafür vorgesehenen Data Warehouse zu erstellen, zu katalogisieren und darüber auch die grundsätzliche Data Governance abzusichern. Die modellierten Daten können dann jedem Process Mining Tool zur Verfügung gestellt werden. Während sich Process Mining Tools über die Jahre stark verändern, bleiben Datenbanktechnologien für Data Warehousing über Jahrzehnte kompatibel und können in ihnen aufbereitete Event Logs allen Tools zur Verfügung stellen. Und übrigens lässt sich mit diesem Ansatz auch sehr gut eine gesamtheitlichere Verknüpfung realisieren und die Perspektive dynamisch verändern, was neuerdings als Object-centric Process Mining beworben wird, mit der richtigen Datenmoedellierung in einem Process Mining Data Warehouse für jedes Tool zu erreichen ist.

Nicht alles um jeden Preis in die Public Cloud

Unter der häufigen Prämisse, dass alle ERP-Rohdaten in eine Cloud geladen werden müssen, entstehen Kosten, die durchaus als überhöht und unnötig angesehen werden können. Daten-Uploads in eine Cloud-Lösung für Process Mining sollten nach Möglichkeit minimal ausfallen und lassen sich durch genaueres Anforderungsmanagement in den meisten Fällen deutlich reduzieren, verbunden mit Einsparungen bei Cloud-Kosten. Idealerweise werden nur fertige Event-Logs bzw. objekt-zentrische Datenmodelle in die Cloud geladen, nicht jedoch die dafür notwendigen Rohdaten.

Für besonders kritische Anwendungsfälle kann es von besonderem Stellenwert sein, einen Hybrid-Cloud-Ansatz anzustreben. Dabei werden besonders kritische Daten in ihrer granularen Form in einer Private Cloud (i.d.R. kundeneigenes Rechenzentrum) gehalten und nur die fertigen Event Logs in die Public Cloud (z. B. Celonis Process Mining) übertragen.

Mit AI ist mehr möglich als oft vermutet

Neben den einfachen Anwendungsfällen, die einige Tool-Anbieter bereits eingebaut haben (z. B. Matching von Zahlungsdaten zur Doppelzahlungserkennung oder die Vorhersage von Prozesszeiten), können mit Machine Learning bzw. Deep Learning auch anspruchsvollere Varianten-Cluster und Anomalien erkannt werden.

Unstrukturierte Daten können dank AI in Process Mining mit einbezogen werden, dazu werden mit Named Entity Recognition (NER, ein Teilgebiet des NLP) Vorgänge und Aktivitäten innerhalb von Dokumenten (z. B. Mails, Jira-Tickets) extrahiert und gemeinsam mit den Meta-Daten (z. B. Zeitstempel aus dem Dokument) in ein strukturiertes Event Log für Process Mining transformiert. Ähnliches lässt sich mit AI für Computer Vision übrigens auch auf Abläufe aus Videoaufnahmen durchführen. Dank AI werden damit noch viel verborgenere Prozesse sichtbar. Diese AI ist in noch keiner Process Mining Software zu finden, kann jedoch bausteinartig dem Process Mining Data Warehouse vorgeschaltet werden.

Fazit

Nicht all zu selten ist Process Mining den anwenden Unternehmen in Summe zu teuer, denn bereits einige Unternehmen sind über die Kosten gestolpert. Andere Unternehmen begrenzen die Kosten mit dem restriktiven Umgang mit Benuter-Lizenzen oder Anwendungsfällen, begrenzen damit jedoch auch den Analyseumfang und schöpfen nicht das volle Potenzial aus. Dies muss jedoch nicht sein, denn Kosten für Data Loads, Cloud-Hosting und Benutzerlizenzen für Process Mining lassen sich deutlich senken, wenn Process Mining als die tatsächliche Analyse-Methode verstanden und nicht auf ein bestimmtes Tool reduziert wird.

Zu Beginn kann es notwendig sein, Process Mining in einer Organisation überhaupt erst an den Start zu bringen und erste Erfolge zu erzielen. Unternehmen, die Process Mining und die damit verbundene Wirkung in Sachen Daten- und Prozesstransparenz, erstmals erlebt haben, werden auf diese Analysemethodik so schnell nicht mehr verzichten wollen. Schnelle erste Erfolge lassen sich mit nahezu jedem Tool erzielen. Nach Pilot-Projekten sollte der konzernweite Rollout jedoch in Sachen Performance, Kosten-Leistungsverhältnis und spätere Unabhängigkeit überdacht werden, damit Process Mining Initiativen langfristig mehr wirken als sie kosten und damit Process Mining auch bedenkenlos und ohne Budget-Engpässe qualitative Faktoren der Unternehmensprozesse verbessern kann.

Mit den richtigen Überlegungen fahren Sie die Kosten für Process Mining runter und den Nutzen hoch.

Benjamin Aunkofer

6 Faktoren, wie Process Mining Projekte zum Erfolg werden

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Zuerst wollte ich diesen Artikel mit “6 Gründe, warum Process Mining Projekt scheitern” betiteln, das würde dann aber doch etwas zu negativ klingen. Kein Process Mining Projekt muss scheitern oder überhaupt in Verzögerungen geraten, denn das lässt sich mit etwas Erfahrung und der richtigen Einstellung zum Projekt immer verhindern.

Process Mining - Process Flow ChartNach dutzenden Process Mining Projekten mit unterschiedlichen Rahmenbedingungen gebe ich hier nun sechs handfeste Hinweise, wie Process Mining Projekte generell zum Erfolg werden:

1. Richtige Erwartungshaltung setzen und kommunizieren

Dieser Punkt mag banal klingen, das ist jedoch nicht der Fall. Ich habe schon einige Process Mining Projekte gesehen, die deswegen gescheitert sind, weil dem Vorstand oder anderen Entscheidern gegenüber falsche Versprechungen abgegeben wurden. Tatsächlich werden Process Mining Projekte oft mit ambitionierten Zielen gestartet, wie dem Herabsenken von Prozesskosten um konkrete 10% oder dem Reduzieren der Durchlaufzeit eines bestimmten Prozesses um 20%. Es sei den Entscheidern nicht zu verübeln, dass Budgets gestrichen und Projekte eingestampft werden, wenn diese konkreten Versprechen nicht realisiert werden können.

Dabei können exakt diese Ziele oftmals doch erreicht werden, nur nicht gleich bei den ersten Projektiterationen, denn oft fehlen Datenpunkte, die wichtige Prozessaktivitäten in operativen Prozessketten dokumentieren. Das Event Log kann anfangs – gerade für exotischere Prozesse in weniger verbreiteten IT-Systemen – oft noch nicht sofort vollständig erstellt werden.

Aber eben genau diese Lücken in der Prozessdatenerfassung sind ein “Finding”, denn sie zeigen erst auf, an welchen Stellen es blinde Flecken in der Daten- und Prozesstransparenz noch gibt. Somit ist im Process Mining auch der Weg der datenbasierten Prozesstransparenz ein oder sogar DAS große Ziel.

Konkretes Beispiel: Eine Krankenversicherung wollte die Prozesse der Reha-Bewilligung für ihre Versicherte analysieren. Unter Einsatz eines umfangreichen Process Mining Tools sollten die Prozesse tiefgehend analysiert und unnötige Prozessschleifen identifizieren, aber auch den Prozess abkürzen, indem Ausschlusspunkte frühzeitig im Prozess entdeckt werden. Das war das Versprechen an den Vorstand, der das Budget einfror, auf Grund nicht erreichter Ziele.

In der Tat gab es bei der Rekonstruktion der Prozesse aus den Legacy-Systemen, die über Jahrzehnte von der IT der Krankenkasse selbst entwickelt wurden, viele Lücken in den Daten und somit blinde Flecken in der Prozessen. Die Aufdeckung aber genau dieser Lücken führt dazu, dass diese geschlossen werden können und die vollständige Transparenz über Daten damit erst hergestellt wird. Erst dann, im zweiten Schritt, können die Prozesse ausführlich genug auf Optimierungspotenziale untersucht werden.

Process Mining nicht zu betreiben, weil die Prozesse nicht lückenlos getrackt werden, ist im Grunde unterlassene Hilfeleistung gegenüber des Unternehmens.

2. Process Mining als Methode, nicht als Tool verstehen

Viele Process Mining Projekte drehen sich vor allem um die Auswahl und die Einführung der richtigen Process Mining Tools. Auf das richtige Tool zu setzen, ist natürlich ein wichtiger Aspekt im Process Mining Projekt. Abhängig davon, ob es sich beim Vorhaben der Prozessanalyse um eine einmalige Angelegenheit oder ein tägliches Monitoring von Prozessen handelt, kommen unterschiedliche Tools in die Vorauswahl. Auch ob beispielsweise bereits ein BI-System etabliert ist und ob ein ausgeklügeltes Berechtigungskonzept für die Prozessanalysen notwendig ist, spielen für die Auswahl eine Rolle, sowie viele weitere Faktoren.

Dennoch sollte nicht vergessen werden, dass Process Mining in erster Linie kein Tool, sondern eine Analysemethodik ist, bei der es im ersten Abschnitt um die Rekonstruktion der Prozesse aus operativen IT-Systemen in ein resultierendes Prozessprotokoell (Event Log) geht, im zweiten Schritt um eine (im Kern) Graphenanalyse zur Visualisierung der Prozessflüsse mit weiteren Analyse-/Reporting-Elementen. Wird diese Perspektive auf Process Mining nicht aus den Augen verloren, können Unternehmen viele Kosten sparen, denn es erlaubt die Konzentration auf lösungsorientierte Konzepte.

Konkretes Beispiel: Ein Unternehmen plante die Einführung von Process Mining über einen marktführenden Tool-Anbieter. Nahezu alle Ressourcen wurden für die Tool-Einführung allokiert, das eigentliche Vorhaben schien rein in der Tool-Einführung aufgehen zu müssen, bis Projektanforderungen sogar zu Gunsten des auserwählten Tools angepasst wurden, um es realisieren zu können.
Zudem kann das Unternehmen noch vor der umfangreichen Tool-Einführung, erste Schritte oder Zumindest erste Machbarkeitstests mit einem günstigeren Tool durchführen, oder sogar gänzlich kostenlos z. B. mit PM4Py (Python Package für Process Mining).

Oftmals sind die Tools der Marktführer auf Grund der Preismodelle schädlich für die Durchdringung von Process Mining im Unternehmen, denn nicht alle Abteilungen verfügen über die notwendigen Budgets und gerade experimentelle Projekte finden keinen Sponsor. Umso wichtiger ist es, diese Analysetechnik als Methodik zu verstehen, die auch mit einem Tool-Mix funktionieren kann. Ich kenne mehrere Unternehmen, die aus verschiedenen Gründen nicht ein, nicht zwei, sondern gleich mehrere Tools im Unternehmen im Einsatz haben.

3. Auf Unabhängigkeit und Wiederverwendbarkeit setzen

Wie zuvor bereits erwähnt, kann für ein Unternehmen ein Mix aus mehreren Tools infrage kommen und eigentlich sollte dieser Punkt sich um die richtige Tool-Auswahl drehen. Der Markt für Process Mining Software Tools in einem turbulenten Umfeld, die Tools, Funktionsumfänge und Konditionen ändern sich häufig und sind noch nicht vollends ausgereift. Viele der höherpreisigen Process Mining Tools wollen die Erstellung des Event Logs übernehmen und setzen dabei meistens auf vorgefertigte SQL-Skripte, die in der Plattform (also dem Tool) laufen und dort an kundenindividuelle Prozesse (z. B. durch ERP-Customizing) angepasst werden können.

Wie bereits erwähnt, besteht das Verfahren für Process Mining aus zwei Abschnitten, der erste ist die Erstellung des Event Logs, der zweite die eigentliche Analyse im Process Mining Tool, in welches das Event Log geladen wird. Soll das Tool auch den ersten Abschnitt übernehmen, steckt viel unternehmensindividuelles Prozess-Know-How im Tool, welches nicht für andere Tools verwendet werden kann. Es entsteht eine Abhängigkeit vom Tool, eine Migration zu einem anderen Tool wird schwieriger.

Konkretes Beispiel: Ein Unternehmen starten einen Proof of Concept für die Einführung eines Process Mining Tools, dabei wird ein Budget i.H.v. hundertausenden bereit gestellt, um drei Tools von unterschiedlichen Software-Herstellern gegeneinander antreten zu lassen. Die Tools sollen jeweils eine Gesamtlösung darstellen und Process Mining komplett liefern können, inklusive Event Logs.

Das Unternehmen könnte sich den Proof of Concept zum überwiegenden Teil sparen, wenn der erste Abschnitt des Process Minings – die Erstellung der Event Logs – vom Unternehmen selbst durchgeführt werden würde. Die Tools der Anbieter würden dann nur noch der eigentlichen Analyse der Event Logs dienen, die Anforderungen verringern sich und die Tools werden austauschbarer.

Unternehmen können Event Logs selbst herstellen und in ein Data Warehouse speisen, die dann alle Process Mining Tools mit Prozessdaten versorgen können. Die investierten Aufwände in Process Mining würden somit nachhaltiger (weil länger nutzbar) werden und die Abhängigkeit von bestimmter Software würde sich auf ein Minimum reduzieren, wir riskieren keinen neuen Aufwand für Migration von einem Anbieter zum nächsten. Übrigens können die Event Logs dann auch in andere Tools z. B. für Business Intelligence (BI) geladen und anderweitig analysiert werden.

4. Den richtigen Fokus setzen

Für Process Mining sollte nicht nur im Generellen eine realistische Erwartungshaltung kommuniziert werden, sondern auch im Speziellen, durch Selektion der besten Prozesse für den Start der Process Mining Vorhaben. Auf den ersten Blick sind das sicherlich die Prozesse, die aus Führungssicht als besonders kritisch betrachtet werden, für manche Unternehmen mögen das besondere Prozesse der Logistik sein, der Wareneinkauf bzw. die Materialbereitstellung, bei anderen Unternehmen vielleicht bestimmte Verwaltungs- oder Genehmigungsprozesse. Es sind meistens Prozesse, die entweder eine besondere Kostenbedeutung für das Unternehmen haben oder für die Kundenbindung wichtig sind. Da ist es verständlich, dass erste Projekte sich exakt diesen Prozessen widmen.

Konkretes Beispiel: Ein Unternehmen der Werkzeugmaschinen-Branche plant einen erstmaligen Einsatz von Process Mining. Der für das Unternehmen besonders kritische Prozess ist die Fertigung und Montage von Maschinen, denn hier liegen die größten Potenziale verborgen. Das Vorhaben gerät jedoch schnell ins Stocken, denn die Erhebung der Daten nicht nur aus ERP- und MES-Systemen, sondern auch von Machinen und Arbeitsplätzen erweist sich als zeitaufwändig.

Das Unternehmen startet eine zweite Kampagne zur Untersuchung eines Einkaufsprozesses, das zwar geringere Potenziale bietet, jedoch schneller und reibungsloser durchführbar ist. Das Projekt wird zum Erfolg und motiviert die Geschäftsführung, mehr Aufwände für Process Mining auch für schwieriger zu untersuchende Prozesse freizugeben.

Sofern Process Mining noch nicht im Unternehmen etabliert ist, sollten Sie die “low hanging Fruits” finden, damit Ihre Initiative zu einem nachhaltigen Erfolg für das ganze Unternehmen werden kann, beginnen Sie möglichst nicht gleich mit der größten “Baustelle”.

5. Datenanforderung und Datenrestriktionen frühzeitig klären

Dass der Erfolg Ihrer Process Mining Initiative auch vom zu analysierenden Prozess abhängt und damit auch die Datenverfügbarkeit vorab untersucht worden sein sollte, hatten wir schon erörtert. Aber selbst für gängigere Prozesse verzögern sich Process Mining Vorhaben auf eigentlich vermeidbarer Weise, weil die Anforderung an die Daten nicht vorab festgelegt worden sind. In der Tat ist die Definition der Datenanforderung, also welche Datentabellen mit Filterung auf Spalten und Zeilen für das Event Log benötigt werden, vorab manchmal gar nicht so einfach, besonders bei exotischeren Quellsystemen. Es sollte zumindest jedoch die grobe Anforderung beschrieben werden, unter Nennung der Datenbanken und einer Metabeschreibung, um welche Daten es geht. Auch deswegen, um den Datenschutzbeauftragten und sonstige Genehmiger frühzeitig einbinden zu können. Bei gängigen Quellsystemen und Standardprozessen (z. B. Procure to Pay oder Order to Cash eines SAP ERPs) kann die Anforderung bereits früh auf hohem Detaillevel vorab geschehen.

Konkretes Beispiel: Ein Unternehmen hat gerade sein Process Mining Projekt gestartet, steckt jedoch seit Tagen in der Datenbeschaffung fest. Die IT-Systemintegratoren weigern sich, Daten ohne genaue Anforderung aus den Quellsystemen zu exportieren oder einen API-Zugang bereit zu stellen und die Freigabe des Datenschutzbeauftragten sowie der IT-Sicherheit fehlen.

Neben der Anforderungsdefinition sollte also auch die Kommunikation mit den Administratoren der Quellsysteme frühzeitig erfolgen.

6. Das Big Picture vor Augen haben

Insbesondere wenn Process Mining nicht nur eine einmalige Ad-Hoc Analyse bleiben, sondern unternehmensweit eingeführt werden soll, sollte eine verlässliche, integrative und nachhaltige Architektur überlegt werden. Process Mining ist – wir wiederholen uns – eine Methodik, die mit Business Intelligence, Data Science (Machine Learning) und RPA in Verbindung gebracht werden kann.

Konkretes Beispiel: Eine Fachabteilung eines Unternehmens führte ein Process Mining Tool als eigenständige Lösung ein, um Prozesse hinsichtlich ihrer Automatisierbarkeit zu untersuchen. Dabei werden NLP-Algorithmen aus dem Machine Learning bei der Datenextraktion aus Texten eine Rolle spielen. Das ausgewählte Process Mining Tool wurde auch auf Grund seiner inhouse-Lösung für Machine Learning ausgesucht. In einer benachbarten Abteilung ist bereits ein RPA-Tool im Einsatz und auf der globalen Unternehmensebene ist ein bestimmtes BI-Tool der Standard für Reporting und Datenanalysen.

Statt vieler Einzellösungen, könnte die Fachabteilung das konzernweite BI-Tool mit Process Mining Erweiterung (Plugin zum BI-Tool, z. B. für Qlik Sense oder Power BI erhältlich) nutzen und dabei auch die RPA-Lösung mit dieser verbinden. Ein Data Warehouse für BI ist ebenfalls vorhanden und könnte ggf. zu einem für Process Mining erweitert werden. Für den Einsatz von Machine Learning können Data Scientists die Daten im Process Mining Data Warehouse zum Training verwenden und Prädiktionsergebnisse direkt in dieses zurückspielen.

Achten Sie auf die Gesamtarchitektur. Process Mining kann für sich alleine stehen, es kann jedoch auch sinnvoll sein, eine Datenstrategie zu entwickeln, die das Projekt im Kontext vorhandener Daten-Initiativen betrachtet und einen integrativen Ansatz erlaubt.

Benjamin Aunkofer

Was ist eigentlich Apache Spark?

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Viele Technologieanbieter versprechen schlüsselfertige Lösungen für Big Data Analytics, dabei kann keine proprietäre Software-Lösung an den Umfang und die Mächtigkeit einiger Open Source Projekten heranreichen.

Seit etwa 2010 steht das Open Source Projekt Hadoop, ein Top-Level-Produkt der Apache Foundation, als einzige durch Hardware skalierbare Lösung zur Analyse von strukturierten und auch unstrukturierten Daten. Traditionell im Geschäftsbereich eingesetzte Datenbanken speichern Daten in einem festen Schema ab, das bereits vor dem Laden der Daten definiert sein muss. Dieses Schema-on-Write-Prinzip stellt zwar sicher, dass Datenformate bekannt und –konflikte vermieden werden. Es bedeutet jedoch auch, dass bereits vor dem Abspeichern bekannt sein muss, um welche Daten es sich handelt und ob diese relevant sind. Im Hadoop File System (HDFS) wird ein Schema für erst bei lesenden Zugriff erstellt.

Apache Spark ist, ähnlich wie Hadoop, dank Parallelisierung sehr leistungsfähig und umfangreich mit Bibliotheken (z. B. für Machine Learning) und Schnittstellen (z. B. HDFS) ausgestattet. Allerdings ist Apache Spark nicht für jede Big Data Analytics Aufgabe die beste Lösung, Als Einstiegslektüre empfiehlt sich das kostenlose Ebook Getting Started with Spark: From Inception to Production. Wer jedoch erstmal wissen möchte, erfährt nachfolgend die wichtigsten Infos, die es über Apache Spark zu wissen gilt.

Was ist Apache Spark?

Apache Spark ist eine Allzweck-Tool zur Datenverarbeitung, eine sogenannte Data Processing Engine. Data Engineers und Data Scientists setzen Spark ein, um äußerst schnelle Datenabfragen (Queries) auf große Datenmengen im Terabyte-Bereich ausführen zu können.

Spark wurde 2013 zum Incubator-Projekt der Apache Software Foundation, eine der weltweit wichtigsten Organisationen für Open Source. Bereits 2014 es wie Hadoop zum Top-Level-Produkt. Aktuell ist Spark eines der bedeutensten Produkte der Apache Software Foundation mit viel Unterstützung von Unternehmen wie etwa Databricks, IBM und Huawei.

Was ist das Besondere an Spark?

Mit Spark können Daten transformiert, zu fusioniert und auch sehr mathematische Analysen unterzogen werden.
Typische Anwendungsszenarien sind interactive Datenabfragen aus verteilten Datenbeständen und Verarbeitung von fließenden Daten (Streaming) von Sensoren oder aus dem Finanzbereich. Die besondere Stärke von Spark ist jedoch das maschinelle Lernen (Machine Learning) mit den Zusätzen MLib (Machine Learning Bibliothek) oder SparkR (R-Bibliotheken direkt unter Spark verwenden), denn im Gegensatz zum MapReduce-Algorithmus von Hadoop, der einen Batch-Prozess darstellt, kann Spark sehr gut iterative Schleifen verarbeiten, die für Machine Learning Algorithmen, z. B. der K-Nearest Neighbor Algorithmus, so wichtig sind.spark-stack

Spark war von Beginn an darauf ausgelegt, Daten dynamisch im RAM (Arbeitsspeicher) des Server-Clusters zu halten und dort zu verarbeiten. Diese sogenannte In-Memory-Technologie ermöglicht die besonders schnelle Auswertung von Daten. Auch andere Datenbanken, beispielsweise SAP Hana, arbeiten In-Memory, doch Apache Spark kombiniert diese Technik sehr gut mit der Parallelisierung von Arbeitsschritten über ein Cluster und setzt sich somit deutlich von anderen Datenbanken ab. Hadoop ermöglicht über MapReduce zwar ebenfalls eine Prallelisierung, allerdings werden bei jedem Arbeitsschrit Daten von einer Festplatte zu einer anderen Festplatte geschrieben. Im Big Data Umfeld kommen aus Kostengründen überwiegend noch mechanisch arbeitende Magnet-Festplatten zum Einsatz, aber selbst mit zunehmender Verbreitung von sehr viel schnelleren SSD-Festplatten, ist der Arbeitsspeicher hinsichtlich der Zeiten für Zugriff auf und Schreiben von Daten unschlagbar. So berichten Unternehmen, die Spark bereits intensiv einsetzen, von einem 100fachen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Hadoop MapReduce.

Spark kann nicht nur Daten im Terabyte, sondern auch im Petabyte-Bereich analysieren, ein entsprechend großes Cluster, bestehend aus tausenden physikalischer oder virtueller Server, vorausgesetzt. Ähnlich wie auch bei Hadoop, skaliert ein Spark-Cluster mit seiner Größe linear in seiner Leistungsfähigkeit. Spark ist neben Hadoop ein echtes Big Data Framework.
Spark bringt sehr viele Bibliotheken und APIs mit, ist ferner über die Programmiersprachen Java, Python, R und Scala ansprechbar – das sind ohne Zweifel die im Data Science verbreitetsten Sprachen. Diese Flexibilität und geringe Rüstzeit rechtfertigt den Einsatz von Spark in vielen Projekten. Es kann sehr herausfordernd sein, ein Data Science Team mit den gleichen Programmiersprachen-Skills aufzubauen. In Spark kann mit mehreren Programmiersprachen gearbeitet werden, so dass dieses Problem teilweise umgangen werden kann.spark-runs-everywhere

In der Szene wird Spark oftmals als Erweiterung für Apache Hadoop betrachtet, denn es greift nahtlos an HDFS an, das Hadoop Distributed File System. Dank der APIs von Spark, können jedoch auch Daten anderer Systeme abgegriffen werden, z. B. von HBase, Cassandra oder MongoDB.

Was sind gängige Anwendungsbeispiele für Spark?

  • ETL / Datenintegration: Spark und Hadoop eignen sich sehr gut, um Daten aus unterschiedlichen Systemen zu filtern, zu bereinigen und zusammenzuführen.
  • Interaktive Analyse: Spark eignet sich mit seinen Abfragesystemen fantastisch zur interaktiven Analyse von großen Datenmengen. Typische Fragestellungen kommen aus dem Business Analytics und lauten beispielsweise, welche Quartalszahlen für bestimmte Vertriebsregionen vorliegen, wie hoch die Produktionskapazitäten sind oder welche Lagerreichweite vorhanden ist. Hier muss der Data Scientist nur die richtigen Fragen stellen und Spark liefert die passenden Antworten.
  • Echtzeit-Analyse von Datenströmen: Anfangs vor allem zur Analyse von Server-Logs eingesetzt, werden mit Spark heute auch Massen von Maschinen- und Finanzdaten im Sekundentakt ausgewertet. Während Data Stream Processing für Hadoop noch kaum möglich war, ist dies für Spark ein gängiges Einsatzgebiet. Daten, die simultan von mehreren Systemen generiert werden, können mit Spark problemlos in hoher Geschwindigkeit zusammengeführt und analysiert werden.
    In der Finanzwelt setzen beispielsweise Kreditkarten-Unternehmen Spark ein, um Finanztransaktionen in (nahezu) Echtzeit zu analysieren und als potenziellen Kreditkartenmissbrauch zu erkennen.
  • Maschinelles Lernen: Maschinelles Lernen (ML – Machine Learning) funktioniert desto besser, je mehr Daten in die ML-Algorithmen einbezogen werden. ML-Algorithmen haben in der Regel jedoch eine intensive, vom Data Scientist betreute, Trainingsphase, die dem Cluster viele Iterationen an Arbeitsschritten auf die großen Datenmengen abverlangen. Die Fähigkeit, Iterationen auf Daten im Arbeitsspeicher, parallelisiert in einem Cluster, durchführen zu können, macht Spark zurzeit zu dem wichtigsten Machine Learning Framework überhaupt.
    Konkret laufen die meisten Empfehlungssysteme (beispielsweise von Amazon) auf Apache Spark.

 

Dr. Dietrich Wettschereck

Toolkits & Services für Semantische Textanalysen

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Named Entity Recognition ist ein Teilgebiet von Information Extraction. Ziel von Information Extraction ist die Gewinnung semantischer Informationen aus Texten (im Gegensatz zum verwandten Gebiet des Information Retrieval, bei dem es um das möglichst intelligente Finden von Informationen, die u.U. vorab mit Information Extraction gewonnen wurden, geht). Named Entity Recognition (kurz NER) bezeichnet die Erkennung von Entitäten wie z.B. Personen, Organisationen oder Orten in Texten.

[box]Beispiel:
“Albert Einstein war ein theoretischer Physiker, der am 14. März 1879 in Ulm geboren wurde. Er erhielt 1921 den Nobelpreis für Physik. Isaac Newton, Einstein und Stephen Hawking werden oft als die größten Physiker seit der Antike bezeichnet.”[/box]

Die Disambiguierung von Entitäten ist ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem semantischen Verständnis von Texten. Wenn man so in obigem Text erkennen kann, dass “Albert Einstein“, “Er” und “Einstein” die gleiche Person bezeichnen, so kann ein Analyseverfahren z.B. daraus schließen, dass in diesem Text Einstein eine wichtigere Rolle spielt, als Newton, der nur einmal erwähnt wurde. Die Hyperlinks hinter den jeweiligen Entitäten zeigen eine Möglichkeit der semantischen Anreicherung von Texten an – in diesem Fall wurden die Entitäten mit entsprechenden Einträgen bei DBpedia automatisch verlinkt.

Named Entity Recognition dient vorrangig zwei Zwecken:

  • Anreicherung von Texten mit Metadaten
  • Abstraktion von Texten zur besseren Erkennung von Mustern

Punkt 1 dient direkt dem Information Retrieval. Anwender können so z.B. gezielt nach bestimmten Personen suchen, ohne alle möglichen Schreibweisen oder Berufsbezeichnungen auflisten zu müssen.

Punkt 2 dient der Vorverarbeitung von Texten als Input für Machine Learning Verfahren. So ist es (je nach Anwendung!) oft nicht von Bedeutung, welche Person, welcher Ort oder auch welche Uhrzeit in einem Text steht sondern nur die Tatsache, dass Personen, Orte oder Zeiten erwähnt wurden.

Sirrus Shakeri veranschaulicht die zentrale Bedeutung semantischer Analyse in seinem Beitrag From Big Data to Intelligent Applications:

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Abbildung 1: Von Big Data zu Intelligent Applications von Cirrus Shakeri

Sein “Semantic Graph” setzt voraus, dass Entitäten mittels “Natural Language Processing” erkannt und zueinander in Beziehung gesetzt wurden.

Es ist interessant zu vermerken, dass Natural Language Processing und Data Mining / Machine Learning über viele Jahre als Alternativen zueinander und nicht als Ergänzungen voneinander gesehen wurden. In der Tat springen die meisten Vorgehensmodelle heutzutage von “Data Preparation” zu “Machine Reasoning”. Wir argumentieren, dass sich in vielen Anwendungen, die auf unstrukturierten Daten basieren, signifikante Qualitätsverbesserungen erzielen lassen, wenn man zumindest NER (inklusive Disambiguierung) in die Pipeline mit einbezieht.

Toolkits und Services für NER

Es existiert eine Vielzahl von Toolkits für Natural Language Processing, die Sie mehr oder weniger direkt in Ihre Programme einbinden können. Exemplarisch seien drei Toolkits für Java, Python und R erwähnt:

Diese Toolkits enthalten Modelle, die auf Korpora für die jeweils unterstützten Sprachen trainiert wurden. Sie haben den Vorteil, dass sie auch vollkommen neue Entitäten erkennen können (wie z.B. neue Politiker oder Fernsehstars, die zur Trainingszeit noch unbekannt waren). Je nach Einstellung haben diese Systeme aber auch eine relativ hohe Falsch-Positiv-Rate.

Wer NER nur ausprobieren möchte oder lediglich gelegentlich kleinere Texte zu annotieren hat, sei auf die folgenden Web Services verwiesen, die auch jeweils eine REST-Schnittstelle anbieten.

DBpedia

Das DBpedia Projekt nutzt die strukturierten Informationen der verschieden-sprachigen Wikipedia Sites für den Spotlight Service. Im Unterschied zu den reinen Toolkits nutzen die nun genannten Werkzeuge zusätzlich zu den trainierten Modellen eine Wissensbasis zur Verringerung der Falsch-Positiv-Rate. Die mehrsprachige Version unter http://dbpedia-spotlight.github.io/demo zeigt die Möglichkeiten des Systems auf. Wählen Sie unter “Language” “German“) und dann über “SELECT TYPES…” die zu annotierenden Entitätstypen. Ein Beispieltext wird automatisch eingefügt. Sie können ihn natürlich durch beliebige andere Texte ersetzen. Im folgenden Beispiel wurden “Organisation”, “Person”, und “Place“ ausgewählt:

DBprediaSpotlight

Abbildung 2: DBpedia Demo (de.dbpedia.org)

Die erkannten Entitäten werden direkt mit ihren DBpedia Datenbankeinträgen verlinkt. Im Beispiel wurden die Orte Berlin, Brandenburg und Preußen sowie die Organisationen Deutsches Reich, Deutsche Demokratische Republik, Deutscher Bundestag und Bundesrat erkannt. Personen wurden in dem Beispieltext nicht erkannt. Die Frage, ob man “Sitz des Bundespräsidenten” als Ort (Sitz), Organisation (das Amt des Bundespräsidenten) und / oder Person (der Bundespräsident) bezeichnen sollte, hängt durchaus vom Anwendungsszenario ab.

OpeNER

Das OpeNER Projekt ist das Ergebnis eines europäischen Forschungsprojekts und erweitert die Funktionalität von DBpedia Spotlight mit weiteren semantischen Analysen. Die Demo unter http://demo2-opener.rhcloud.com/welcome.action (Tab “Live Analysis Demo“, “Named Entity Recognition and Classification” und “Named Entity Linking” auswählen und “Analyse” drücken, dann auf der rechten Seite das Tab “NERC” anwählen) ergibt für den gleichen Beispieltext:

opeNER-projekt

Abbildung 3: OpeNER Projekt (opener-project.eu)

Organisationen sind blau hinterlegt, während Orte orange markiert werden. Auch hier werden erkannte Entitäten mit ihren DBpedia Datenbankeinträgen verknüpft. Die Bedeutung dieser Verknüpfung erkennt man wenn man auf das Tab “Map” wechselt. Berlin wurde als Ort erkannt und über die Geo-Koordinaten (geo:long = 13.4083, geo.lat = 52.5186) im DBpedia Eintrag von Berlin konnte das Wort “Berlin” aus obigem Text automatisch auf der Weltkarte referenziert werden.

Es gibt eine Vielzahl weiterer Services für NLP wie z.B. OpenCalais. Einige dieser Services bieten bestimmte Funktionalitäten (wie z.B. Sentiment Analysis) oder andere Sprachen neben Englisch nur gegen eine Gebühr an.

Listen Tagger

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass in den meisten Anwendungsszenarien die oben genannten Werkzeuge durch sogenannte Listen-Tagger (englisch Dictionary Tagger) ergänzt werden. Diese Tagger verwenden Listen von Personen, Organisationen oder auch Marken, Bauteilen, Produktbezeichnern oder beliebigen anderen Gruppen von Entitäten. Listen-Tagger arbeiten entweder unabhängig von den oben genannten statistischen Taggern (wie z.B. dem Standford Tagger) oder nachgeschaltet. Im ersten Fall markieren diese Tagger alle Vorkommen bestimmter Worte im Text (z.B. „Zalando“ kann so direkt als Modemarke erkannt werden). Im zweiten Fall werden die Listen genutzt, um die statistisch erkannten Entitäten zu verifizieren. So könnte z.B. der Vorschlag des statistischen Taggers automatisch akzeptiert werden wenn die vorgeschlagene Person auch in der Liste gefunden wird. Ist die Person jedoch noch nicht in der Liste enthalten, dann könnte ein Mitarbeiter gebeten werden, diesen Vorschlag zu bestätigen oder zu verwerfen. Im Falle einer Bestätigung wird die neu erkannte Person dann in die Personenliste aufgenommen während sie im Falle einer Ablehnung in eine Negativliste übernommen werden könnte damit dieser Vorschlag in Zukunft automatisch unterdrückt wird.

Regular Expression Tagger

Manche Entitätstypen folgen klaren Mustern und können mit hoher Zuverlässigkeit durch reguläre Ausdrücke erkannt werden. Hierzu zählen z.B. Kreditkarten- oder Telefon- oder Versicherungsnummern aber auch in vielen Fällen Bauteilbezeichner oder andere firmeninterne Identifikatoren.

Fazit

Natural Language Processing und insbesondere Named Entity Recognition und Disambiguierung sollte Teil der Werkzeugkiste eines jeden Anwenders bei der Analyse von unstrukturierten Daten sein. Es existieren mehrere mächtige Toolkits und Services, die allerdings je nach Anwendungsgebiet kombiniert und verfeinert werden müssen. So erkennt DBpedia Spotlight nur Entitäten, die auch einen Wikipedia Eintrag haben, kann für diese aber reichhaltige Metadaten liefern. Der Stanford Tagger hingegen kann auch vollkommen unbekannte Personennamen aus dem textuellen Kontext erkennen, hat aber bei manchen Texten eine relativ hohe Falsch-Positiv-Rate. Eine Kombination der beiden Technologien und anwendungsspezifischen Listen von Entitäten kann daher zu qualitativ sehr hochwertigen Ergebnissen führen.