Sicherung von Semantik in Geschäftsprozessverfeinerungen

Verschiedene Abstraktionsstufen werden benötigt um die Geschäftsprozesse eines Unternehmens zu definieren und kommunizieren. Geschäftsprozess-modellierung und -implementierung besteht somit meistens aus einer schrittweisen Verfeinerung bis hin zu einer ausführbaren Spezifikation. Leider gibt es bis heute keine formale Garantie, dass während dieser Verfeinerungsschritte die ursprüngliche Semantik erhalten bleibt - im Besonderen an den Übergängen zwischen Verfeinerungsstufen oder unterschiedlichen Sichten. Im Rahmen des beantragten Projektes planen wir, dieses Problem mit Hilfe von Abstract State Machines zu lösen. Als erstes soll eine allgemeine "High-Level" Geschäftsprozessspezifikation erstellt werden, die für Erweiterungen in Richtung Schnittstellen und Persistenzmechanismen offen ist. Dabei sind in erster Linie Dialoge als Schnittstellen und Datenbanken für Persistenzsicherung angedacht. Zweitens soll eine Methode entwickelt werden, die diese horizontalen Erweiterungen unterstützt. Dann soll auf derselben formalen Basis für die vertikale Verfeinerung (bis hin zu ausführbaren Spezifikationen) eine Methodik erarbeitet werden. Bei einem erfolgreichen Projektabschluss könnte eine Geschäftsprozess-spezifikations- und - implementierungsmethode vorgestellt werden, die formal abgesichert garantiert, dass während der Verfeinerungsschritte die ursprüngliche Semantik erhalten bleibt. Eine große Fehlerquelle bei der Implementierung von Geschäftsprozessen könnte beseitigt werden.

Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten umfassen im Wesentlichen folgende Aspekte: (i) Erstellung eines formalen Geschäftsprozessmodells auf der Basis von Abstract State Machines (ASMs) sowie Validierung dieses ASM Ground Models gegenüber den (informalen) Anforderungen der BPMN 2.0 Spezifikation und (ii) die horizontale und (iii) vertikale Verfeinerung des ASM Ground Models unter Bewahrung der operationalen Semantik während der einzelnen Verfeinerungsschritte. Ausgehend von textuellen Beschreibungen in der BPMN 2.0 Spezifikation wurde in enger Zusammenarbeit mit dem langjährigen Forschungsprojekt Vertikal Model Integration (VMI) am SCCH jedes BPMN Element auf eine entsprechende ASM Transition-Regel abgebildet. Dabei wurden diverse Unklarheiten in der Spezifikation hinsichtlich der Semantik von dynamischen Modellen (Messaging, inklusiver Merge (OR), Konzept der Instanziierung, etc.) durch die mathematische Exaktheit von ASMs als formale Basis bereinigt. Die horizontale Verfeinerung des ASM Ground Models impliziert die Erweiterung der BPMN Spezifikation um Benutzerinteraktionen, Dialoge und Daten. Dafür wurden in erster Linie Aktivitäten, der Kontrollfluss in Diagrammen und Kommunikationsaspekte betrachtet. Die Erweiterung basiert auf einem typisierten, technologieunabhängigen Ansatz zur Integration von Workflowdefinitionen und Anwendungsprogrammierung (Workflow Charts). Die Semantik von Workflow Charts wurde durch ASMs formalisiert und validiert. Das Konzept der ASM-Verfeinerung dient auch als formale Grundlage für die vertikale Verfeinerung des Ground Models bis hin zur ausführbaren Spezifikation. Dadurch kann die Ersetzung von Spezifikationen auf höherer Ebene durch konkretere Spezifikationen ohne eine Änderung der Semantik der höheren Ebene garantiert werden. Die vertikale Verfeinerung wurde dann für den Control- und Eventflow entwickelt, die beiden wichtigsten Teile der BPMN-Spezifikationen in Richtung eines minimalen, exekutierbaren Workflows. Wesentliche Implikationen der Projektergebnisse sind vor allem im technologischen Bereich zu erwarten. Die umfassende und exakte Geschäftsprozessspezifikationsmethode kann dazu beitragen, eine große Fehlerquelle bei der Implementierung von Geschäftsprozessen zu beseitigen. Technologien und Werkzeuge können dementsprechend angepasst werden, sodass die ursprüngliche Semantik von Geschäftsprozessen während Verfeinerungsschritten weder verloren noch verändert werden kann. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten stellen somit definitiv einen großen Schritt in Richtung semantisch korrekter Geschäftsprozessimplementierungen dar.