Strukturbasierte Verifikation von BPMN-Modellen (eBook)

Jens Müller promovierte im Fach Informatik an der Eberhard Karls Universität Tübingen bei Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Rosenstiel und Prof. Dr.-Ing. Wilhelm G. Spruth und arbeitet als Softwareentwickler in einem internationalen IT- und Beratungsunternehmen.

Danksagung 7
Inhaltsverzeichnis 8
Abbildungsverzeichnis 11
Listings 14
Zusammenfassung 15
1. Einleitung 16
1.1. Problemstellung 16
1.2. Lösungsansatz und Szenario 17
1.3. Aufbau der Arbeit 19
2. Grundlagen 21
2.1. Modellgetriebene Softwareentwicklung 21
2.1.1. Metamodellierung 21
2.2. Geschäftsprozessmanagement 22
2.2.1. Geschäftsprozess-, Workflowund Business-Process-Management 23
2.2.2. Geschäftsprozessund Workflow-Modellierung 24
2.2.3. Business Process Modeling Notation 25
2.2.3.1. Modellierungskonstrukte 25
2.3. Methoden wissensbasierter Systeme 27
2.3.1. Wissensbasierte Systeme und Expertensysteme 27
2.3.2. Formen der Inferenz 28
2.3.3. Logikbasierte Wissensrepräsentation 28
2.3.3.1. Semantisches Web 28
2.3.3.2. Resource Description Framework und Web Ontology Language 29
2.3.3.3. Reasoner und Abfragesprachen 29
2.3.4. Regelbasierte Systeme 30
3. Szenario: Modellierung und Adaption von Geschäftsprozessmodellen im Rahmen der Flugzeugwartung 31
3.1. Organisation und Ablauf der Flugzeugwartung am Beispiel eines mittelgroßen luftfahrttechnischen Betriebs 32
3.2. Teile zweifelhafter Herkunft 35
3.3. RFID-basierte Authentifikation von Flugzeugteilen 35
3.4. Szenariobeschreibung 36
3.4.1. Modellierung von Prozessmodellen im Rahmen der Flugzeugwartung 37
3.4.2. Adaption von Prozessmodellen im Rahmen der Flugzeugwartung 38
3.5. Probleme durch Verletzung von Anforderungen bei der Modellierung und Adaption 39
3.6. Anforderungen an eine Softwarelösung zur Erkennung von Problemen bei der Modellierung und Adaption 41
4. Semantische Geschäftsprozessmodellierung auf Basis von BPMN und MOF 43
4.1. Vergleich zwischen (Meta-) Modellen und Ontologien 45
4.1.1. Gemeinsamkeiten 46
4.1.2. Unterschiede 46
4.2. Repräsentation von Ontologien auf Basis von MOF 49
4.2.1. Ontology Definition Metamodel 49
4.2.2. Zugriff auf OWL-Ontologien im Process Composer 50
4.3. Interne Repräsentation semantischer Anreicherungen 51
4.4. Implementierung 53
4.4.1. OWLund ExtendedBPMN-Metamodell 53
4.4.2. Graphisches Modellierungswerkzeug für OWL-Ontologien 54
4.4.3. Modifikation des Modellierungswerkzeugs 54
4.5. Stand der Wissenschaft und Technik 55
5. Modellierung von Anforderungen an BPMN-Modelle 59
5.1. Methode zur Modellierung von Anforderungen 60
5.1.1. Modellierung struktureller Muster 61
5.1.2. Modellierung von Bedingungsausdrücken 62
5.2. Process Pattern Modeling Language 64
5.2.1. Generische Tasks 65
5.2.2. Generische Ereignisse 67
5.2.3. Generische Gateways 68
5.2.4. Divergierender exklusiver Gateway 69
5.2.5. Verbindungsobjekte 69
5.2.5.1. Sequenzflüsse 69
5.2.5.2. Bedingte Sequenzflüsse 70
5.2.5.3. Flexible Sequenzflüsse 71
5.2.6. Einund ausgehende Musterkonnektoren 73
5.2.7. Musterreferenz 75
5.3. Process Constraint Modelling Language 76
5.3.1. Existenzielle Bedingungen 77
5.3.2. Temporale Bedingungen 79
5.3.3. Logische Operatoren 82
5.4. Implementierung 82
5.4.1. Pattern Composer 82
5.4.2. Constraint Composer 84
5.4.3. Verknüpfung von BPMN-Modellen mit Bedingungsausdrücken 85
5.5. Stand der Wissenschaft und Technik 86
6. Suche nach Instanzen struktureller Muster in BPMN-Modellen 89
6.1. Verwendung der MOIN Query Language 92
6.2. Verwendung regelbasierter Systeme 95
6.2.1. Transformation von PPML-Modellen in Drools-Regeln 97
6.2.1.1. Einund ausgehende Musterkonnektoren 97
6.2.1.2. Generische Tasks 98
6.2.1.3. Generische Ereignisse und generische Gateways 99
6.2.1.4. Sequenzflüsse 100
6.2.1.5. Bedingte Sequenzflüsse 101
6.2.1.6. Flexible Sequenzflüsse 101
6.2.1.7. Erzeugung der Konklusion von Drools-Regeln 103
6.2.2. Ablauf der musterbasierten Suche 104
6.3. Verwendung von Techniken aus dem Bereich des semantischen Webs 104
6.3.1. Transformation von BPMN-Modellen in OWL-Ontologien 104
6.3.2. Transformation von PPML-Modellen in konjunktive Anfragen 106
6.3.2.1. Generische Tasks 107
6.3.2.2. Sequenzflüsse und flexible Sequenzflüsse 109
6.3.3. Bestimmung von Einund Ausgangsobjekten 109
6.3.4. Ablauf der musterbasierten Suche 110
6.4. Implementierung: Mustertransformatoren und Mustersucher 110
6.5. Stand der Wissenschaft und Technik 111
7. Auswertung musterbasierter Bedingungen an BPMN-Modelle 113
7.1. Auswertung existenzieller Bedingungen 113
7.2. Auswertung temporaler Bedingungen 114
7.2.1. Transformation von BPMN-Modellen in PROMELA-Programme 115
7.2.1.1. Sequenzflüsse 116
7.2.1.2. Tasks und Ereignisse 117
7.2.1.3. Exklusive Gateways 117
7.2.1.4. Zusammenführungen (exklusiver Pfade) 118
7.2.1.5. Parallele Gateways 119
7.2.1.6. Zusammenführungen (paralleler Pfade) 120
7.2.2. Transformation musterbasierter Bedingungen in LTL-Formeln 121
7.2.3. Direktnachfolger, Direktvorgänger und (negierte) Direktabfolge 125
7.2.4. Optimierungsmaßnahmen bei der Generierung von PROMELA-Programmen 125
7.3. Auswertung von Bedingungsausdrücken 127
7.4. Implementierung: Constraint Checker 128
7.4.1. Komponente: Constraint Checker 128
7.4.2. Komponente: Modellprüfer (Spin) 130
7.5. Stand der Wissenschaft und Technik 134
8. Validierung 137
8.1. Anwendung der entwickelten Konzepte im Rahmen des Szenarios 137
8.1.1. Erstellung einer Ontologie zur Beschreibung von Konzepten im Bereich der Flugzeugwartung 138
8.1.2. Modellierung musterbasierter Bedingungen an Geschäftsprozessmodelle im Bereich der Flugzeugwartung 138
8.1.3. Modellierung und automatische Verifikation von Geschäftsprozessmodellen im Bereich der Flugzeugwartung 142
8.1.4. Adaption von Geschäftsprozessmodellen im Bereich der Flugzeugwartung 151
8.2. Leistungsmessung 155
8.2.1. Vorgehensweise 155
8.2.2. Testsystem 156
8.2.3. Ergebnisse 156
8.3. Externe Veröffentlichung und interne Verwertung der Ergebnisse 160
9. Fazit 161
9.1. Zusammenfassung und wissenschaftlicher Beitrag 161
9.2. Ausblick 164
A. Zusätzliche Abbildungen 165
A.1. BPMN-Metamodell 165
A.2. OWL-Metamodell 166
A.3. ExtendedBPMN-Metamodell 167
A.4. Process Constraint Definition Metamodel 168
A.5. Übersetzung generischer Ereignisse und Gateways 171
A.6. Begleitpapiere 172
Akronyme 173
Literaturverzeichnis 175
Internetseitenverzeichnis 186