A planning approach to the automated synthesis of template-based process models

The design-time specification of flexible processes can be time-consuming and error-prone, due to the high number of tasks involved and their context-dependent nature. Such processes frequently suffer from potential interference among their constituents, since resources are usually shared by the process participants and it is difficult to foresee all the potential tasks interactions in advance. Concurrent tasks may not be independent from each other (e.g., they could operate on the same data at the same time), resulting in incorrect outcomes. To tackle these issues, we propose an approach for the automated synthesis of a library of template-based process models that achieve goals in dynamic and partially specified environments. The approach is based on a declarative problem definition and partial-order planning algorithms for template generation. The resulting templates guarantee sound concurrency in the execution of their activities and are reusable in a variety of partially specified contextual environments. As running example, a disaster response scenario is given. The approach is backed by a formal model and has been tested in experiment

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.

Leveraging Large Language Models (LLMs) for Process Mining (Technical Report)

This technical report describes the intersection of process mining and large language models (LLMs), specifically focusing on the abstraction of traditional and object-centric process mining artifacts into textual format. We introduce and explore various prompting strategies: direct answering, where the large language model directly addresses user queries; multi-prompt answering, which allows the model to incrementally build on the knowledge obtained through a series of prompts; and the generation of database queries, facilitating the validation of hypotheses against the original event log. Our assessment considers two large language models, GPT-4 and Google's Bard, under various contextual scenarios across all prompting strategies. Results indicate that these models exhibit a robust understanding of key process mining abstractions, with notable proficiency in interpreting both declarative and procedural process models. In addition, we find that both models demonstrate strong performance in the object-centric setting, which could significantly propel the advancement of the object-centric process mining discipline. Additionally, these models display a noteworthy capacity to evaluate various concepts of fairness in process mining. This opens the door to more rapid and efficient assessments of the fairness of process mining event logs, which has significant implications for the field. The integration of these large language models into process mining applications may open new avenues for exploration, innovation, and insight generation in the field

A Landscape of First-Order Linear Temporal Logics in Infinite-State Verification and Temporal Ontologies

We provide an overview of the main attempts to formalize and reason about the evolution over time of complex domains, through the lens of first-order temporal logics. Different communities have studied similar problems for decades, and some unification of concepts, problems and formalisms is a much needed but not simple task

Context-aware Knowledge-based Systems: A Literature Review

Context awareness systems, a subcategory of intelligent systems, are concerned with suggesting relevant products/services to users' situations as smart services. One key element for improving smart services’ quality is to organize and manipulate contextual data in an appropriate manner to facilitate knowledge generation from these data. In this light, a knowledge-based approach, can be used as a key component in context-aware systems. Context awareness and knowledge-based systems, in fact, have been gaining prominence in their respective domains for decades. However, few studies have focused on how to reconcile the two fields to maximize the benefits of each field. For this reason, the objective of this paper is to present a literature review of how context-aware systems, with a focus on the knowledge-based approach, have recently been conceptualized to promote further research in this area. In the end, the implications and current challenges of the study will be discussed

Context-aware Process Management for the Software Engineering Domain

Historically, software development projects are challenged with problems concerning budgets, deadlines and the quality of the produced software. Such problems have various causes like the high number of unplanned activities and the operational dynamics present in this domain. Most activities are knowledge-intensive and require collaboration of various actors. Additionally, the produced software is intangible and therefore difficult to measure. Thus, software producers are often insufficiently aware of the state of their source code, while suitable software quality measures are often applied too late in the project lifecycle, if at all. Software development processes are used by the majority of software companies to ensure the quality and reproducibility of their development endeavors. Typically, these processes are abstractly defined utilizing process models. However, they still need to be interpreted by individuals and be manually executed, resulting in governance and compliance issues. The environment is sufficiently dynamic that unforeseen situations can occur due to various events, leading to potential aberrations and process governance issues. Furthermore, as process models are implemented manually without automation support, they impose additional work for the executing humans. Their advantages often remain hidden as aligning the planned process with reality is cumbersome. In response to these problems, this thesis contributes the Context-aware Process Management (CPM) framework. The latter enables holistic and automated support for software engineering projects and their processes. In particular, it provides concepts for extending process management technology to support software engineering process models in their entirety. Furthermore, CPM contributes an approach to integrate the enactment of the process models better with the real-world process by introducing a set of contextual extensions. Various events occurring in the course of the projects can be utilized to improve process support and activities outside the realm of the process models can be covered. That way, the continuously growing divide between the plan and reality that often occurs in software engineering projects can be avoided. Finally, the CPM framework comprises facilities to better connect the software engineering process with other important aspects and areas of software engineering projects. This includes automated process-oriented support for software quality management or software engineering knowledge management. The CPM framework has been validated by a prototypical implementation, various sophisticated scenarios, and its practical application at two software companies

Adaptive Process Management in Cyber-Physical Domains

The increasing application of process-oriented approaches in new challenging cyber-physical domains beyond business computing (e.g., personalized healthcare, emergency management, factories of the future, home automation, etc.) has led to reconsider the level of flexibility and support required to manage complex processes in such domains. A cyber-physical domain is characterized by the presence of a cyber-physical system coordinating heterogeneous ICT components (PCs, smartphones, sensors, actuators) and involving real world entities (humans, machines, agents, robots, etc.) that perform complex tasks in the “physical” real world to achieve a common goal. The physical world, however, is not entirely predictable, and processes enacted in cyber-physical domains must be robust to unexpected conditions and adaptable to unanticipated exceptions. This demands a more flexible approach in process design and enactment, recognizing that in real-world environments it is not adequate to assume that all possible recovery activities can be predefined for dealing with the exceptions that can ensue. In this chapter, we tackle the above issue and we propose a general approach, a concrete framework and a process management system implementation, called SmartPM, for automatically adapting processes enacted in cyber-physical domains in case of unanticipated exceptions and exogenous events. The adaptation mechanism provided by SmartPM is based on declarative task specifications, execution monitoring for detecting failures and context changes at run-time, and automated planning techniques to self-repair the running process, without requiring to predefine any specific adaptation policy or exception handler at design-time

Process Mining Handbook

This is an open access book. This book comprises all the single courses given as part of the First Summer School on Process Mining, PMSS 2022, which was held in Aachen, Germany, during July 4-8, 2022. This volume contains 17 chapters organized into the following topical sections: Introduction; process discovery; conformance checking; data preprocessing; process enhancement and monitoring; assorted process mining topics; industrial perspective and applications; and closing