Embedding Requirements within the Model Driven Architecture

The Model Driven Architecture (MDA) brings benefits to software development, among them the potential for connecting software models with the business domain. This paper focuses on the upstream or Computation Independent Model (CIM) phase of the MDA. Our contention is that, whilst there are many models and notations available within the CIM Phase, those that are currently popular and supported by the Object Management Group (OMG), may not be the most useful notations for business analysts nor sufficient to fully support software requirements and specification. Therefore, with specific emphasis on the value of the Business Process Modelling Notation (BPMN) for business analysts, this paper provides an example of a typical CIM approach before describing an approach which incorporates specific requirements techniques. A framework extension to the MDA is then introduced; which embeds requirements and specification within the CIM, thus further enhancing the utility of MDA by providing a more complete method for business analysis

A Process Modelling Framework Based on Point Interval Temporal Logic with an Application to Modelling Patient Flows

This thesis considers an application of a temporal theory to describe and model the patient journey in the hospital accident and emergency (A&E) department. The aim is to introduce a generic but dynamic method applied to any setting, including healthcare. Constructing a consistent process model can be instrumental in streamlining healthcare issues. Current process modelling techniques used in healthcare such as flowcharts, unified modelling language activity diagram (UML AD), and business process modelling notation (BPMN) are intuitive and imprecise. They cannot fully capture the complexities of the types of activities and the full extent of temporal constraints to an extent where one could reason about the flows. Formal approaches such as Petri have also been reviewed to investigate their applicability to the healthcare domain to model processes. Additionally, to schedule patient flows, current modelling standards do not offer any formal mechanism, so healthcare relies on critical path method (CPM) and program evaluation review technique (PERT), that also have limitations, i.e. finish-start barrier. It is imperative to specify the temporal constraints between the start and/or end of a process, e.g., the beginning of a process A precedes the start (or end) of a process B. However, these approaches failed to provide us with a mechanism for handling these temporal situations. If provided, a formal representation can assist in effective knowledge representation and quality enhancement concerning a process. Also, it would help in uncovering complexities of a system and assist in modelling it in a consistent way which is not possible with the existing modelling techniques. The above issues are addressed in this thesis by proposing a framework that would provide a knowledge base to model patient flows for accurate representation based on point interval temporal logic (PITL) that treats point and interval as primitives. These objects would constitute the knowledge base for the formal description of a system. With the aid of the inference mechanism of the temporal theory presented here, exhaustive temporal constraints derived from the proposed axiomatic system’ components serves as a knowledge base. The proposed methodological framework would adopt a model-theoretic approach in which a theory is developed and considered as a model while the corresponding instance is considered as its application. Using this approach would assist in identifying core components of the system and their precise operation representing a real-life domain deemed suitable to the process modelling issues specified in this thesis. Thus, I have evaluated the modelling standards for their most-used terminologies and constructs to identify their key components. It will also assist in the generalisation of the critical terms (of process modelling standards) based on their ontology. A set of generalised terms proposed would serve as an enumeration of the theory and subsume the core modelling elements of the process modelling standards. The catalogue presents a knowledge base for the business and healthcare domains, and its components are formally defined (semantics). Furthermore, a resolution theorem-proof is used to show the structural features of the theory (model) to establish it is sound and complete. After establishing that the theory is sound and complete, the next step is to provide the instantiation of the theory. This is achieved by mapping the core components of the theory to their corresponding instances. Additionally, a formal graphical tool termed as point graph (PG) is used to visualise the cases of the proposed axiomatic system. PG facilitates in modelling, and scheduling patient flows and enables analysing existing models for possible inaccuracies and inconsistencies supported by a reasoning mechanism based on PITL. Following that, a transformation is developed to map the core modelling components of the standards into the extended PG (PG*) based on the semantics presented by the axiomatic system. A real-life case (from the King’s College hospital accident and emergency (A&E) department’s trauma patient pathway) is considered to validate the framework. It is divided into three patient flows to depict the journey of a patient with significant trauma, arriving at A&E, undergoing a procedure and subsequently discharged. Their staff relied upon the UML-AD and BPMN to model the patient flows. An evaluation of their representation is presented to show the shortfalls of the modelling standards to model patient flows. The last step is to model these patient flows using the developed approach, which is supported by enhanced reasoning and scheduling

Advanced Techniques for Assets Maintenance Management

16th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing INCOM 2018 Bergamo, Italy, 11–13 June 2018. Edited by Marco Macchi, László Monostori, Roberto PintoThe aim of this paper is to remark the importance of new and advanced techniques supporting decision making in different business processes for maintenance and assets management, as well as the basic need of adopting a certain management framework with a clear processes map and the corresponding IT supporting systems. Framework processes and systems will be the key fundamental enablers for success and for continuous improvement. The suggested framework will help to define and improve business policies and work procedures for the assets operation and maintenance along their life cycle. The following sections present some achievements on this focus, proposing finally possible future lines for a research agenda within this field of assets management

Data in Business Process Models. A Preliminary Empirical Study

Traditional activity-centric process modeling languages treat data as simple black boxes acting as input or output for activities. Many alternate and emerging process modeling paradigms, such as case handling and artifact-centric process modeling, give data a more central role. This is achieved by introducing lifecycles and states for data objects, which is beneficial when modeling data-or knowledge-intensive processes. We assume that traditional activity-centric process modeling languages lack the capabilities to adequately capture the complexity of such processes. To verify this assumption we conducted an online interview among BPM experts. The results not only allow us to identify various profiles of persons modeling business processes, but also the problems that exist in contemporary modeling languages w.r.t. The modeling of business data. Overall, this preliminary empirical study confirms the necessity of data-awareness in process modeling notations in general

Ontology-based patterns for the integration of business processes and enterprise application architectures

Increasingly, enterprises are using Service-Oriented Architecture (SOA) as an approach to Enterprise Application Integration (EAI). SOA has the potential to bridge the gap between business and technology and to improve the reuse of existing applications and the interoperability with new ones. In addition to service architecture descriptions, architecture abstractions like patterns and styles capture design knowledge and allow the reuse of successfully applied designs, thus improving the quality of software. Knowledge gained from integration projects can be captured to build a repository of semantically enriched, experience-based solutions. Business patterns identify the interaction and structure between users, business processes, and data. Specific integration and composition patterns at a more technical level address enterprise application integration and capture reliable architecture solutions. We use an ontology-based approach to capture architecture and process patterns. Ontology techniques for pattern definition, extension and composition are developed and their applicability in business process-driven application integration is demonstrated

Architectural Alignment of Access Control Requirements Extracted from Business Processes

Geschäftsprozesse und IT-Systeme sind einer ständigen Evolution unterworfen und beeinflussen sich in hohem Maße gegenseitig. Dies führt zu der Herausforderung, Sicherheitsaspekte innerhalb von Geschäftsprozessen und Enterprise Application Architectures (EAAs) in Einklang zu bringen. Im Besonderen gilt dies für Zugriffskontrollanforderungen, welche sowohl in der IT-Sicherheit als auch im Datenschutz einen hohen Stellenwert haben. Die folgenden drei Ziele der Geschäftsebene verdeutlichen die Bedeutung von Zugriffskontrollanforderungen: $1)$ Identifikation und Schutz von kritischen und schützenswerten Daten und Assets. $2)$ Einführung einer organisationsweiten IT-Sicherheit zum Schutz vor cyberkriminellen Attacken. $3)$ Einhaltung der zunehmenden Flut an Gesetzen, welche die IT-Sicherheit und den Datenschutz betreffen. Alle drei Ziele sind in einem hohen Maß mit Zugriffskontrollanforderungen auf Seiten der Geschäftsebene verbunden. Aufgrund der Fülle und Komplexität stellt die vollständige und korrekte Umsetzung dieser Zugriffskontrollanforderungen eine Herausforderung für die IT dar. Hierfür muss das Wissen von der Geschäftsebene hin zur IT übertragen werden. Die unterschiedlichen Terminologien innerhalb der Fachdomänen erschweren diesen Prozess. Zusätzlich beeinflussen die Größe von Unternehmen, die Komplexität von EAAs sowie die Verflechtung zwischen EAAs und Geschäftsprozessen die Fehleranfälligkeit im Entwurfsprozess von Zugriffsberechtigungen und EAAs. Dieser Zusammenhang führt zu einer Diskrepanz zwischen ihnen und den Geschäftsprozessen und wird durch den Umstand der immer wiederkehrenden Anpassungen aufgrund von Evolutionen der Geschäftsprozesse und IT-Systeme verstärkt. Bisherige Arbeiten, die auf Erweiterungen von Modellierungssprachen setzen, fordern einen hohen Aufwand von Unternehmen, um vorhandene Modelle zu erweitern und die Erweiterungen zu pflegen. Andere Arbeiten setzen auf manuelle Prozesse. Diese erfordern viel Aufwand, skalieren nicht und sind bei komplexen Systemen fehleranfällig. Ziel meiner Arbeit ist es, zu untersuchen, wie Zugriffskontrollanforderungen zwischen der Geschäftsebene und der IT mit möglichst geringem Mehraufwand für Unternehmen angeglichen werden können. Im Speziellen erforsche ich, wie Zugriffskontrollanforderungen der Geschäftsebene, extrahiert aus Geschäftsprozessen, automatisiert in Zugriffsberechtigungen für Systeme der rollenbasierten Zugriffskontrolle (RBAC) überführt werden können und wie die EAA zur Entwurfszeit auf die Einhaltung der extrahierten Zugriffskontrollanforderungen überprüft werden kann. Hierdurch werden Sicherheitsexperten beim Entwerfen von Zugriffsberechtigungen für RBAC Systeme unterstützt und die Komplexität verringert. Weiterhin werden Enterprise-Architekten in die Lage versetzt, die EAA zur Entwurfszeit auf Datenflüsse von Services zu untersuchen, welche gegen die geschäftsseitige Zugriffskontrollanforderungen verstoßen und diese Fehler zu beheben. Die Kernbeiträge meiner Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: $\textbf{I)}$ Ein Ansatz zur automatisierten Extraktion von geschäftsseitigen Zugriffskontrollanforderungen aus Geschäftsprozessen mit anschließender Generierung eines initialen Rollenmodells für RBAC. $\textbf{II)}$ Ein Ansatz zum automatisierten Erstellen von architekturellen Datenfluss-Bedingungen aus Zugriffskontrollanforderungen zur Identifikation von verbotenen Datenflüssen in Services von IT-Systemen der EAA. $\textbf{III)}$ Eine Prozessmodell für Unternehmen über die Einsatzmöglichkeiten der Ansätze innerhalb verschiedener Evolutionsszenarien. $\textbf{IV)}$ Ein Modell zur Verknüpfung relevanter Elemente aus Geschäftsprozessen, RBAC und EAAs im Hinblick auf die Zugriffskontrolle. Dieses wird automatisiert durch die Ansätze erstellt und dient unter anderem zur Dokumentation von Entwurfsentscheidungen, zur Verbesserung des Verständnisses von Modellen aus anderen Domänen und zur Unterstützung des Enterprise-Architekten bei der Auflösung von Fehlern innerhalb der EAA. Die Anwendbarkeit der Ansätze wurden in zwei Fallstudien untersucht. Die erste Studie ist eine Real-Welt-Studie, entstanden durch eine Kooperation mit einer staatlichen Kunsthalle, welche ihre IT-Systeme überarbeitet. Eine weitere Fallstudie wurde auf Basis von Common Component Modeling Example (CoCoME) durchgeführt. CoCoME ist eine durch die Wissenschaftsgemeinde entwickelte Fallstudie einer realistischen Großmarkt-Handelskette, welche speziell für die Erforschung von Software-Modellierung entwickelt wurde und um Evolutinsszenarien ergänzt wurde. Aufgrund verschiedener gesetzlicher Regularien an die IT-Sicherheit und den Datenschutz sowie dem Fluss von sensiblen Daten eignen sich beide Fallstudien für die Untersuchung von Zugriffskontrollanforderungen. Beide Fallstudien wurden anhand der Goal Question Metric-Methode durchgeführt. Es wurden Validierungsziele definiert. Aus diesen wurden systematisch wissenschaftliche Fragen abgleitet, für welche anschließend Metriken aufgestellt wurden, um sie zu untersuchen. Die folgenden Aspekte wurden untersucht: $\bullet$ Qualität der generierten Zugriffsberechtigungen. $\bullet$ Qualität der Identifikation von fehlerhaften Datenflüssen in Services der EAA. $\bullet$ Vollständigkeit und Korrektheit des generierten Modells zur Nachverfolgbarkeit von Zugriffskontrollanforderungen über Modelle hinweg. $\bullet$ Eignung der Ansätze in Evolutionsszenarien von Geschäftsprozessen und EAAs. Am Ende dieser Arbeit wird ein Ausblick gegeben, wie sich die vorgestellten Ansätze dieser Arbeit erweitern lassen. Dabei wird unter anderem darauf eingegangen, wie das Modell zur Verknüpfung relevanter Elemente aus Geschäftsprozessen, RBAC und EAAs im Hinblick auf die Zugriffskontrolle, um Elemente aus weiteren Modellen der IT und der Geschäftsebene, erweitert werden kann. Weiterhin wird erörtert wie die Ansätze der Arbeit mit zusätzlichen Eingabeinformationen angereichert werden können und wie die extrahierten Zugriffskontrollanforderungen in weiteren Domänenmodellen der IT und der Geschäftsebene eingesetzt werden können

Architectural Alignment of Access Control Requirements Extracted from Business Processes

Business processes and information systems evolve constantly and affect each other in non-trivial ways. Aligning security requirements between both is a challenging task. This work presents an automated approach to extract access control requirements from business processes with the purpose of transforming them into a) access permissions for role-based access control and b) architectural data flow constraints to identify violations of access control in enterprise application architectures

Developing System Security through Business Process Modelling

Äriprotsesside arusaam ja modelleerimine on üks olulisematest aspektidesttänapäevases süsteemiarenduses. Infosüsteemide modeleerimiseks on loodud erinevaid käsitlusi ning äriprotsesside modeleerimisnotatsioon on üks nendest. On teada, et BPMN aitab äriprotsesse kirjeldada, modelleerida ja optimeerida. Keerulisem on mõista kuidas saab selle käsitluse raames juhtida äriprotsesside turvalisust ning analüüüsida infosüsteemi turvariske. See aspekt muutub kaasaegsetes infosüsteemides veel komplitseeritumaks, kuna turvatud süsteemi loomiseks peavad nii äriprotsessid kui ka selle turvalisuse küsimused olema vaadeldud parallellselt, see tähendab koostoimes. Käesoleva uurimistöö eesmärgiks on analüüsida BPMN ja infosüsteemi turvariskide juhtimise vastastikkust koosmõju. BPMN’i võtmeaspektide väljaselgitamiseks ja antud modelleerimissüsteemi turvanäitajate, riskide ja riskide juhtimise mõistmiseks on antud töös kasutatud struktureeritud lähenemist. Töös uuritakse kuidas modelleerija saab BPMN’i abil väljastada turvatud süsteemi komponente, riske või riskide juhtimist. Töös ühtlustatakse BPMN keele põhikonstruktsioonid ISSRM mudeli kontseptiga. Antud uurimistöös on BPMN-i käsitluse rakendausvõimalusi vaadeldud ühe internetikaupluse näitel. Meie uurimistöö pakkub infosüsteemi analüütikule või arhitektile võimalust mõista äriprotsesse ja turvakomponente ühe modelleerimiskeele abil. Analüüs on tehtud ainult esimese keele, Descriptive modelling, tasemel. Sellega avatakse uurijale võimalus tuua paralelle erinevate modeleerimiskeelte vahel, et uurida mustreid ISSRM perekonda kuuluvate mudelite loomises.Business process modelling is one of the major aspects in the modern system development. Recently business process model and notation (BPMN) has become a standard technique to support this activity. Although BPMN is a good approach to understand business processes, there is a limited work to understand how it could deal with business security and security risk management. This is a problem, since both business processes and security concerns should be understood in parallel to support a development of the secure systems. In this paper we analyse BPMN with respect to the domain model of the IS security risk management (ISSRM). We apply a structured approach to understand key aspects of BPMN and how modeller could express secure assets, risks and risk treatment using BPMN. We align the main BPMN constructs with the key concepts of the ISSRM domain model. We show applicability of our approach on a running example related to the Internet store. Our proposal would allow system analysts to understand how to develop security requirements to secure important assets defined through business processes. In addition we open a possibility for the business and security model interoperability and the model transformation between several modelling approaches (if these both are aligned to the ISSRM domain model)

Construct redundancy in process modelling grammars: Improving the explanatory power of ontological analysis

Conceptual modelling supports developers and users of information systems in areas of documentation, analysis or system redesign. The ongoing interest in the modelling of business processes has led to a variety of different grammars, raising the question of the quality of these grammars for modelling. An established way of evaluating the quality of a modelling grammar is by means of an ontological analysis, which can determine the extent to which grammars contain construct deficit, overload, excess or redundancy. While several studies have shown the relevance of most of these criteria, predictions about construct redundancy have yielded inconsistent results in the past, with some studies suggesting that redundancy may even be beneficial for modelling in practice. In this paper we seek to contribute to clarifying the concept of construct redundancy by introducing a revision to the ontological analysis method. Based on the concept of inheritance we propose an approach that distinguishes between specialized and distinct construct redundancy. We demonstrate the potential explanatory power of the revised method by reviewing and clarifying previous results found in the literature