Interaction protocols for cross-organisational workflows

Workflow technologies are widely used in industry and commerce to assist in the specification, execution and completion of well defined processes within organisations. As industrial and commercial relations have evolved, based on advances on information and communications technologies, cross-organisational workflow integration has become an important issue. Since organisations can have very different workflows, the creation of compatible workflows so that organisations can collaborate and/or carry out mutual transactions automatically in an integrated fashion can be a very complex and time consuming process. As a consequence, the development of technologies to support the creation and execution of compatible workflows is a most relevant issue. In the present article we introduce the JamSession coordination platform as a tool to implement cross-organisational workflow integration. JamSession is declarative and based on algebraic specification methods, and therefore workflow integration implemented using this platform can profit from formal behavioural analysis, based on which desired features and properties can be verified and/or obtained

An approach to the formal specification of holonic control systems

In the manufacturing world, globalisation leads to a trend towards the reduction of batches and product life cycle, and the increase of part diversity, which are in conflict with other requirements, such as the cost reduction achieved with higher productivity. Thus, the challenge is to develop flexible, agile and intelligent management and control architectures that satisfy the referred requirements. The holonic manufacturing and the agent-based manufacturing approaches allow a new approach to the manufacturing problem, through concepts such as modularity, decentralisation, autonomy and re-use of control software components. ADACOR, one of the holonic architectures recently proposed, defines a set of autonomous and intelligent holons aiming to improve the performance of control system in industrial scenarios characterised by the frequent occurrence of unexpected disturbances. The formal modeling and validation of the specifications of the ADACOR-holons and of the interactions between these holons to implement the manufacturing control functions is of critical importance. In this paper, a formal methodology is introduced and applied to model the dynamic behaviour of the ADACOR-holon classes

Workflow-Net Based Cooperative Multi-Agent Systems

Workflow-nets are mathematical frameworks that are used to formally describe, model and implement workflows. First, we propose critical section workflow nets (abbreviated WFCSnet). This framework allows feedbacks in workflow systems while ensuring the soundness of the workflow. Feedback is generally not recommended in workflow systems as they threaten the soundness of the system. The proposed WFCSnet allows safe feedback and limits the maximum number of activities per workflow as required. A theorem for soundness of WFCSnet is presented. Serializability, Separability, Quasi-liveness and CS-Properties of WFCSnet are examined and some theorems and lemmas are proposed to mathematically formalize them. In this thesis, we define some formal constructs that we then build upon. We define the smallest formal sub-workflow that we call a unit. We propose some mathematical characteristics for the unit and show how it can be used. We study similarities between units and whether two units can be used interchangeably or not. We then use composites out of simple units to build more complex constructs and we study their properties. We define the concept of cooperation and propose a mathematical definition of the concept. We discuss the concept of task coverage and how it affects cooperation. We claim that task coverage is necessary for any task to be achieved and therefore, a necessity for cooperation. We use mathematical methods to determine the task coverage and the candidate cooperative partners based on their capabilities that can contribute to the desired task. Workflow-net based cooperative behaviour among agents is proposed. First, we propose a cooperative algebra, which takes the desired objective of cooperation as a plan and then transforms this plan into a workflow-net structure describing dependencies and concurrency among sub-workflow elements constituting the overall plan. Our proposed cooperative algebra converts the plan into a set of matrices that model the cooperative workflow among agents. We then propose a cooperative framework with operators that assign tasks to agents based on their capabilities to achieve the required task

Reasoning about Goal-Plan Trees in Autonomous Agents: Development of Petri net and Constraint-Based Approaches with Resulting Performance Comparisons

Multi-agent systems and autonomous agents are becoming increasingly important in current computing technology. In many applications, the agents are often asked to achieve multiple goals individually or within teams where the distribution of these goals may be negotiated among the agents. It is expected that agents should be capable of working towards achieving all its currently adopted goals concurrently. However, in doing so, the goals can interact both constructively and destructively with each other, so a rational agent must be able to reason about these interactions and any other constraints that may be imposed on them, such as the limited availability of resources that could affect their ability to achieve all adopted goals when pursuing them concurrently. Currently, agent development languages require the developer to manually identify and handle these circumstances. In this thesis, we develop two approaches for reasoning about the interactions between the goals of an individual agent. The first of these employs Petri nets to represent and reason about the goals, while the second uses constraint satisfaction techniques to find efficient ways of achieving the goals. Three types of reasoning are incorporated into these models: reasoning about consumable resources where the availability of the resources is limited; the constructive interaction of goals whereby a single plan can be used to achieve multiple goals; and the interleaving of steps for achieving different goals that could cause one or more goals to fail. Experimental evaluation of the two approaches under various different circumstances highlights the benefits of the reasoning developed here whilst also identifying areas where one approach provides better results than the other. This can then be applied to suggest the underlying technique used to implement the reasoning that the agent may want to employ based on the goals it has been assigned

Declarative techniques for modeling and mining business processes..

Organisaties worden vandaag de dag geconfronteerd met een schijnbare tegenstelling. Hoewel ze aan de ene kant veel geld geïnvesteerd hebben in informatiesystemen die hun bedrijfsprocessen automatiseren, lijken ze hierdoor minder in staat om een goed inzicht te krijgen in het verloop van deze processen. Een gebrekkig inzicht in de bedrijfsprocessen bedreigt hun flexibiliteit en conformiteit. Flexibiliteit is belangrijk, omdat organisaties door continu wijzigende marktomstandigheden gedwongen worden hun bedrijfsprocessen snel en soepel aan te passen. Daarnaast moeten organisaties ook kunnen garanderen dan hun bedrijfsvoering conform is aan de wetten, richtlijnen, en normen die hun opgelegd worden. Schandalen zoals de recent aan het licht gekomen fraude bij de Franse bank Société Générale toont het belang aan van conformiteit en flexibiliteit. Door het afleveren van valse bewijsstukken en het omzeilen van vaste controlemomenten, kon één effectenhandelaar een risicoloze arbitragehandel op prijsverschillen in futures omtoveren tot een risicovolle, speculatieve handel in deze financiële derivaten. De niet-ingedekte, niet-geautoriseerde posities bleven lange tijd verborgen door een gebrekkige interne controle, en tekortkomingen in de IT beveiliging en toegangscontrole. Om deze fraude in de toekomst te voorkomen, is het in de eerste plaats noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in de operationele processen van de bank en de hieraan gerelateerde controleprocessen. In deze tekst behandelen we twee benaderingen die gebruikt kunnen worden om het inzicht in de bedrijfsprocessen te verhogen: procesmodellering en procesontginning. In het onderzoek is getracht technieken te ontwikkelen voor procesmodellering en procesontginning die declaratief zijn. Procesmodellering process modeling is de manuele constructie van een formeel model dat een relevant aspect van een bedrijfsproces beschrijft op basis van informatie die grotendeels verworven is uit interviews. Procesmodellen moeten adequate informatie te verschaffen over de bedrijfsprocessen om zinvol te kunnen worden gebruikt bij hun ontwerp, implementatie, uitvoering, en analyse. De uitdaging bestaat erin om nieuwe talen voor procesmodellering te ontwikkelen die adequate informatie verschaffen om deze doelstelling realiseren. Declaratieve procestalen maken de informatie omtrent bedrijfsbekommernissen expliciet. We karakteriseren en motiveren declaratieve procestalen, en nemen we een aantal bestaande technieken onder de loep. Voorts introduceren we een veralgemenend raamwerk voor declaratieve procesmodellering waarbinnen bestaande procestalen gepositioneerd kunnen worden. Dit raamwerk heet het EM-BrA�CE raamwerk, en staat voor `Enterprise Modeling using Business Rules, Agents, Activities, Concepts and Events'. Het bestaat uit een formele ontolgie en een formeel uitvoeringsmodel. Dit raamwerk legt de ontologische basis voor de talen en technieken die verder in het doctoraat ontwikkeld worden. Procesontginning process mining is de automatische constructie van een procesmodel op basis van de zogenaamde event logs uit informatiesystemen. Vandaag de dag worden heel wat processen door informatiesystemen in event logs geregistreerd. In event logs vindt men in chronologische volgorde terug wie, wanneer, welke activiteit verricht heeft. De analyse van event logs kan een accuraat beeld opleveren van wat er zich in werkelijkheid afspeelt binnen een organisatie. Om bruikbaar te zijn, moeten de ontgonnen procesmodellen voldoen aan criteria zoals accuraatheid, verstaanbaarheid, en justifieerbaarheid. Bestaande technieken voor procesontginning focussen vooral op het eerste criterium: accuraatheid. Declaratieve technieken voor procesontginning richten zich ook op de verstaanbaarheid en justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Declaratieve technieken voor procesontginning zijn meer verstaanbaar omdat ze pogen procesmodellen voor te stellen aan de hand van declaratieve voorstellingsvormen. Daarenboven verhogen declaratieve technieken de justifieerbaarheid van de ontgonnen modellen. Dit komt omdat deze technieken toelaten de apriori kennis, inductieve bias, en taal bias van een leeralgoritme in te stellen. Inductief logisch programmeren (ILP) is een leertechniek die inherent declaratief is. In de tekst tonen we hoe proces mining voorgesteld kan worden als een ILP classificatieprobleem, dat de logische voorwaarden leert waaronder gebeurtenis plaats vindt (positief event) of niet plaatsvindt (een negatief event). Vele event logs bevatten van nature geen negatieve events die aangeven dat een bepaalde activiteit niet kon plaatsvinden. Om aan dit probleem tegemoet te komen, beschrijven we een techniek om artificiële negatieve events te genereren, genaamd AGNEs (process discovery by Artificially Generated Negative Events). De generatie van artificiële negatieve events komt neer op een configureerbare inductieve bias. De AGNEs techniek is geïmplementeerd als een mining plugin in het ProM raamwerk. Door process discovery voor te stellen als een eerste-orde classificatieprobleem op event logs met artificiële negatieve events, kunnen de traditionele metrieken voor het kwantificeren van precisie (precision) en volledigheid (recall) toegepast worden voor het kwantificeren van de precisie en volledigheid van een procesmodel ten opzicht van een event log. In de tekst stellen we twee nieuwe metrieken voor. Deze nieuwe metrieken, in combinatie met bestaande metrieken, werden gebruikt voor een uitgebreide evaluatie van de AGNEs techniek voor process discovery in zowel een experimentele als een praktijkopstelling.

Engineering framework for service-oriented automation systems

Tese de doutoramento. Engenharia Informática. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 201

A Conceptual Framework for Adapation

This paper presents a white-box conceptual framework for adaptation that promotes a neat separation of the adaptation logic from the application logic through a clear identification of control data and their role in the adaptation logic. The framework provides an original perspective from which we survey archetypal approaches to (self-)adaptation ranging from programming languages and paradigms, to computational models, to engineering solutions