Investigating business process elements: a journey from the field of Business Process Management to ontological analysis, and back

Business process modelling languages (BPMLs) typically enable the representation of business processes via the creation of process models, which are constructed using the elements and graphical symbols of the BPML itself. Despite the wide literature on business process modelling languages, on the comparison between graphical components of different languages, on the development and enrichment of new and existing notations, and the numerous definitions of what a business process is, the BPM community still lacks a robust (ontological) characterisation of the elements involved in business process models and, even more importantly, of the very notion of business process. While some efforts have been done towards this direction, the majority of works in this area focuses on the analysis of the behavioural (control flow) aspects of process models only, thus neglecting other central modelling elements, such as those denoting process participants (e.g., data objects, actors), relationships among activities, goals, values, and so on. The overall purpose of this PhD thesis is to provide a systematic study of the elements that constitute a business process, based on ontological analysis, and to apply these results back to the Business Process Management field. The major contributions that were achieved in pursuing our overall purpose are: (i) a first comprehensive and systematic investigation of what constitutes a business process meta-model in literature, and a definition of what we call a literature-based business process meta-model starting from the different business process meta-models proposed in the literature; (ii) the ontological analysis of four business process elements (event, participant, relationship among activities, and goal), which were identified as missing or problematic in the literature and in the literature-based meta-model; (iii) the revision of the literature-based business process meta-model that incorporates the analysis of the four investigated business process elements - event, participant, relationship among activities and goal; and (iv) the definition and evaluation of a notation that enriches the relationships between activities by including the notions of occurrence dependences and rationales

Koostööäriprotsesside läbiviimine plokiahelal: süsteem

Tänapäeval peavad organisatsioonid tegema omavahel koostööd, et kasutada ära üksteise täiendavaid võimekusi ning seeläbi pakkuda oma klientidele parimaid tooteid ja teenuseid. Selleks peavad organisatsioonid juhtima äriprotsesse, mis ületavad nende organisatsioonilisi piire. Selliseid protsesse nimetatakse koostööäriprotsessideks. Üks peamisi takistusi koostööäriprotsesside elluviimisel on osapooltevahelise usalduse puudumine. Plokiahel loob detsentraliseeritud pearaamatu, mida ei saa võltsida ning mis toetab nutikate lepingute täitmist. Nii on võimalik teha koostööd ebausaldusväärsete osapoolte vahel ilma kesksele asutusele tuginemata. Paraku on aga äriprotsesside läbiviimine selliseid madala taseme plokiahela elemente kasutades tülikas, veaohtlik ja erioskusi nõudev. Seevastu juba väljakujunenud äriprotsesside juhtimissüsteemid (Business Process Management System – BPMS) pakuvad käepäraseid abstraheeringuid protsessidele orienteeritud rakenduste kiireks arendamiseks. Käesolev doktoritöö käsitleb koostööäriprotsesside automatiseeritud läbiviimist plokiahela tehnoloogiat kasutades, kombineerides traditsioonliste BPMS- ide arendusvõimalused plokiahelast tuleneva suurendatud usaldusega. Samuti käsitleb antud doktoritöö küsimust, kuidas pakkuda tuge olukordades, milles uued osapooled võivad jooksvalt protsessiga liituda, mistõttu on vajalik tagada paindlikkus äriprotsessi marsruutimisloogika muutmise osas. Doktoritöö uurib tarkvaraarhitektuurilisi lähenemisviise ja modelleerimise kontseptsioone, pakkudes välja disainipõhimõtteid ja nõudeid, mida rakendatakse uudsel plokiahela baasil loodud äriprotsessi juhtimissüsteemil CATERPILLAR. CATERPILLAR-i süsteem toetab kahte lähenemist plokiahelal põhinevate protsesside rakendamiseks, läbiviimiseks ja seireks: kompileeritud ja tõlgendatatud. Samuti toetab see kahte kontrollitud paindlikkuse mehhanismi, mille abil saavad protsessis osalejad ühiselt otsustada, kuidas protsessi selle täitmise ajal uuendada ning anda ja eemaldada osaliste juurdepääsuõigusi.Nowadays, organizations are pressed to collaborate in order to take advantage of their complementary capabilities and to provide best-of-breed products and services to their customers. To do so, organizations need to manage business processes that span beyond their organizational boundaries. Such processes are called collaborative business processes. One of the main roadblocks to implementing collaborative business processes is the lack of trust between the participants. Blockchain provides a decentralized ledger that cannot be tamper with, that supports the execution of programs called smart contracts. These features allow executing collaborative processes between untrusted parties and without relying on a central authority. However, implementing collaborative business processes in blockchain can be cumbersome, error-prone and requires specialized skills. In contrast, established Business Process Management Systems (BPMSs) provide convenient abstractions for rapid development of process-oriented applications. This thesis addresses the problem of automating the execution of collaborative business processes on top of blockchain technology in a way that takes advantage of the trust-enhancing capabilities of this technology while offering the development convenience of traditional BPMSs. The thesis also addresses the question of how to support scenarios in which new parties may be onboarded at runtime, and in which parties need to have the flexibility to change the default routing logic of the business process. We explore architectural approaches and modelling concepts, formulating design principles and requirements that are implemented in a novel blockchain-based BPMS named CATERPILLAR. The CATERPILLAR system supports two methods to implement, execute and monitor blockchain-based processes: compiled and interpreted. It also supports two mechanisms for controlled flexibility; i.e., participants can collectively decide on updating the process during its execution as well as granting and revoking access to parties.https://www.ester.ee/record=b536494

The CHORCH Approach: How to Model B2Bi Choreographies for Orchestration Execution

The establishment and implementation of cross-organizational business processes is an implication of today's market pressure for efficiency gains. In this context, Business-To-Business integration (B2Bi) focuses on the information integration aspects of business processes. A core task of B2Bi is providing adequate models that capture the message exchanges between integration partners. Following the terminology used in the SOA domain, such models will be called choreographies in the context of this work. Despite the enormous economic importance of B2Bi, existing choreography languages fall short of fulfilling all relevant requirements of B2Bi scenarios. Dedicated B2Bi choreography standards allow for inconsistent outcomes of basic interactions and do not provide unambiguous semantics for advanced interaction models. In contrast to this, more formal or technical choreography languages may provide unambiguous modeling semantics, but do not offer B2Bi domain concepts or an adequate level of abstraction. Defining valid and complete B2Bi choreography models becomes a challenging task in the face of these shortcomings. At the same time, invalid or underspecified choreography definitions are particularly costly considering the organizational setting of B2Bi scenarios. Models are not only needed to bridge the typical gap between business and IT, but also as negotiation means among the business users of the integration partners on the one hand and among the IT experts of the integration partners on the other. Misunderstandings between any two negotiation partners potentially affect the agreements between all other negotiation partners. The CHORCH approach offers tailored support for B2Bi by combining the strengths of both dedicated B2Bi standards and formal rigor. As choreography specification format, the ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) standard is used. ebBP provides dedicated B2Bi domain concepts such as so-called BusinessTransactions (BTs) that abstractly specify the exchange of a request business document and an optional response business document. In addition, ebBP provides a format for specifying the sequence of BT executions for capturing complex interaction scenarios. CHORCH improves the offering of ebBP in several ways. Firstly, the execution model of BTs which allows for inconsistent outcomes among the integration partners is redefined such that only consistent outcomes are possible. Secondly, two binary choreography styles are defined as B2Bi implementation contract format in order to streamline implementation projects. Both choreography styles are formalized and provided with a formal execution semantics for ensuring unambiguity. In addition, validity criteria are defined that ensure implementability using BPEL-based orchestrations. Thirdly, the analysis of the synchronization dependencies of complex B2Bi scenarios is supported by means of a multi-party choreography style combined with an analysis framework. This choreography style also is formalized and standard state machine semantics are reused in order to ensure unambiguity. Moreover, validity criteria are defined that allow for analyzing corresponding models for typical multi-party choreography issues. Altogether, CHORCH provides choreography styles that are B2Bi adequate, simple, unambiguous, and implementable. The choreography styles are B2Bi adequate in providing B2Bi domain concepts, in abstracting from low-level implementation details and in covering the majority of real-world B2Bi scenarios. Simplicity is fostered by using state machines as underlying specification paradigm. This allows for thinking in the states of a B2Bi scenario and for simple control flow structures. Unambiguity is provided by formal execution semantics whereas implementability (for the binary choreography styles) is ensured by providing mapping rules to BPEL-based implementations. The validation of CHORCH's choreography styles is performed in a twofold way. Firstly, the implementation of the binary choreography styles based on Web Services and BPEL technology is demonstrated which proves implementability using relatively low-cost technologies. Moreover, the analysis algorithms for the multi-party choreography styles are validated using a Java-based prototype. Secondly, an abstract visualization of the choreography styles based on BPMN is provided that abstracts from the technicalities of the ebBP standard. This proves the amenability of CHORCH to development methods that start out with visual models. CHORCH defines how to use BPMN choreographies for the purpose of B2Bi choreography modeling and translates the formal rules for choreography validity into simple composition rules that demonstrate valid ways of connecting the respective modeling constructs. In summary, CHORCH allows integration partners to start out with a high-level visual model of their interactions in BPMN that identifies the types and sequences of the BusinessTransactions to be used. For multi-party choreographies, a framework for analyzing synchronization dependencies then is available. For binary choreographies, an ebBP refinement can be derived that fills in the technical parameters that are needed for deriving the implementation. Finally, Web Services and BPEL based implementations can be generated. Thus, CHORCH allows for stepwise closing the semantic gap between the information perspective of business process models and the corresponding implementations. It is noteworthy that CHORCH uses international standards throughout all relevant layers, i.e., BPMN, ebBP, Web Services and BPEL, which helps in bridging the heterogeneous IT landscapes of B2Bi partners. In addition, the adoption of core CHORCH deliverables as international standards of the RosettaNet community give testament to the practical relevance and promise dissemination throughout the B2Bi community.Betriebsübergreifende Geschäftsprozessintegration ist eine logische Konsequenz allgegenwärtigen Wettbewerbsdrucks. In diesem Kontext fokussiert Business-To-Business integration (B2Bi) auf die Informationsaustausche zwischen Unternehmen. Eine B2Bi-Kernanforderung ist die Bereitstellung adäquater Modelle zur Spezifikation der Nachrichtenaustausche zwischen Integrationspartnern. Diese werden im Rahmen dieser Arbeit in Anlehnung an Service-orientierte Architekturen (SOA)-Terminologie Choreographien genannt. Bestehende Choreographiesprachen decken die Anforderungen an B2Bi-Choreographien nicht vollständig ab. Dedizierte B2Bi-Choreographiestandards definieren inkonsistente Austauschprozeduren für grundlegende Interaktionen und nur unvollständige Semantiken für fortgeschrittene Interaktionen. Formale oder Technik-getriebene Choreographiesprachen bieten die benötigte Präzision, lassen aber Domänenkonzepte vermissen oder operieren auf einer niedrigen Abstraktionsebene. Angesichts solcher Mängel wird die Spezifikation valider und vollständiger B2Bi-Choreographien zu einer echten Herausforderung. Gleichzeitig sind mangelhafte Choreographiemodelle gerade im B2Bi-Bereich besonders problematisch, da diese nicht nur zwischen Fach- und IT-Abteilung, sondern auch über Unternehmensgrenzen hinweg eingesetzt werden. Der CHORCH-Ansatz schafft an dieser Stelle mittels maßgeschneiderter Choreographien Abhilfe, welche die Vorteile von B2Bi-Choreographien und von formalen Ansätzen kombinieren. Als Ausgangspunkt wird das ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) verwendet, das als B2Bi-Choreographiestandard Domänenkonzepte wie zum Beispiel sogenannte BusinessTransactions (BTs) bietet. Eine BT ist der Basisbaustein von B2Bi-Choreographien und spezifiziert den Austausch eines Geschäftsdokuments sowie eines optionalen Antwortdokuments. Darüber hinaus bietet ebBP ein Format zur Spezifikation von BT-Kompositionen zur Unterstützung komplexer Interaktionen. CHORCH erweitert ebBP wie folgt. Erstens, das Ausführungsmodell für BTs wird neu definiert, um inkonsistente Ergebniszustände zu eliminieren. Zweitens, für Entwicklungsprojekte werden zwei binäre Choreographieklassen definiert, die als B2Bi-Implementierungskontrakt dienen sollen. Die Formalisierung beider Klassen sowie formale operationale Semantiken gewährleisten Eindeutigkeit, während Validitätskriterien die Ausführbarkeit entsprechender Modelle mittels BPEL-basierter Orchestrationen garantieren. Drittens, zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen komplexer B2Bi-Szenarien wird eine Multi-Party-Choreographieklasse nebst Analyseframework definiert. Wiederum wird für diese Klasse eine Formalisierung definiert, die mittels Standard-Zustandsautomatensemantik Eindeutigkeit gewährleistet. Ferner garantieren Validitätskriterien die Anwendbarkeit der definierten Analysealgorithmen. Insgesamt bieten die Choreographieklassen des CHORCH-Ansatzes ein B2Bi-adäquates, einfaches, eindeutiges und implementierbares Modell der Nachrichtenaustausche zwischen B2Bi-Partnern. B2Bi-Adäquatheit wird durch Verwendung von B2Bi-Domänenkonzepten, Abstraktion von rein technischen Kommunikationsdetails und Abdeckung der meisten praktisch relevanten B2Bi-Szenarien gewährleistet. Einfachheit ist ein Ausfluss der Verwendung eines Zustandsmaschinen-basierten Modellierungsparadigmas, das die Definition des Interaktionsfortschritts in Form von Zuständen sowie einfache Kontrollflussstrukturen ermöglicht. Eindeutigkeit wird durch die Verwendung formaler Semantiken garantiert, während Implementierbarkeit (für die beiden binären Choreographieklassen) durch Angabe von Mapping-Regeln auf BPEL-Orchestrationen sichergestellt wird. Die Validierung der CHORCH-Choreographieklassen erfolgt in zweierlei Hinsicht. Erstens, die Implementierbarkeit der binären Choreographieklassen mit Hilfe von Web Services und BPEL wird durch die Definition entsprechender Mappingregeln belegt. Weiterhin wird das Analyseframework der Multi-Party-Choreographieklasse als Java-Prototyp implementiert. Zweitens, für alle Choreographieklassen wird eine abstrakte Visualisierung auf BPMN-Basis definiert, die von diversen technischen Parametern des ebBP-Formats abstrahiert. Damit wird die Integrierbarkeit der CHORCH-Choreographieklassen in Entwicklungsansätze, die ein visuelles Modell als Ausgangspunkt vorsehen, belegt. CHORCH definiert, wie sogenannte BPMN-Choreographien zum Zweck der B2Bi-Choreographiemodellierung zu verwenden sind und übersetzt die Validitätskriterien der CHORCH-Choreographieklassen in einfache Modell-Kompositionsregeln. In seiner Gesamtheit bietet CHORCH somit einen Ansatz, mit Hilfe dessen B2Bi-Partner zunächst die Typen und zulässigen Reihenfolgen ihrer Geschäftsdokumentaustausche auf Basis eines abstrakten visuellen BPMN-Modells identifizieren können. Im Fall von Multi-Party-Choreographien steht dann ein Framework zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen zwischen den Integrationspartnern zur Verfügung. Im Fall von binären Choreographien können ebBP-Verfeinerungen abgeleitet werden, welche die Modelle um technische Parameter anreichern, die zur Ableitung einer Implementierung benötigt werden. Diese ebBP-Modelle sind in Web Services- und BPEL-basierte Implementierungen übersetzbar. Damit erlaubt CHORCH die schrittweise Überbrückung der semantischen Lücke zwischen der Informationsaustauschperspektive von Geschäftsprozessmodellen und den zugehörigen Implementierungen. Ein beachtenswerter Aspekt des CHORCH-Ansatzes ist die Verwendung einschlägiger internationaler Standards auf allen Abstraktionsebenen, im Einzelnen BPMN, ebBP, Web Services und BPEL. Die Verwendung von Standards trägt dem heterogenen Umfeld von B2Bi-Szenarien Rechnung. Zusätzlich wurden Kernergebnisse des CHORCH-Ansatzes als internationale Standards der RosettaNet-B2Bi-Community veröffentlicht. Dies belegt die praktische Relevanz des Ansatzes und fördert die Verbreitung innerhalb der B2Bi-Community