[論文レビュー] An Ontological Analysis of Business Process Modeling and Execution

Robert Singer|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Business Process Modeling and Analysis参考文献 68被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、BPMNの形式的で意味論的に豊かなモデル化を可能にするOWLベースのオントロジーを提案し、BPMNモデルが共有されるオントロジカルな概念を通じて、Subject-Oriented BPM (S-BPM) に体系的に変換可能であることを示している。主な貢献は、プロトタイプ変換パイプラインと、複数の表記法で実行可能なマイクロサービスアーキテクチャに基づくWfMSアーキテクチャの設計である。

ABSTRACT

This work presents a fully elaborated ontology, defined via the Ontology Web Language (OWL), of the Business Process Model and Notation (BPMN) standard to define business process models, and we demonstrate that any BPMN model can be serialized as OWL file. Based on ontological analysis and a corresponding definition of a modeling notation as ontology we show that business process models can be transformed from one notation into another one as long as there are common underlying concepts; this is demonstrated with the case of an actor based, or subject-oriented, view on business processes. Furthermore, a reference architecture for Workflow Management Systems (WfMS) based on microservices is discussed which is capable of executing actor based business process models. As a transformation of BPMN models into the actor based view is generally possible, also BPMN models could be enacted. As a result, we can conclude that the actor system is a promising way to stimulate new ways to design workflow management systems and to design business process modeling languages which are more comfortable to use by non-experts without losing necessary expressiveness. Another result is that an ontology is a productive way to define a modeling notation as it can be used as knowledge base, it is a formal conceptualization of the underlying notions, and can be semantically enriched for further use.

研究の動機と目的

• BPMN標準をOWLベースのオントロジーを用いて形式化し、正確な概念的モデリングを可能にする。
• 共有されるオントロジカルな基盤を通じて、ビジネスプロセスモデリング表記法間の意味的相互運用性を実現する。
• オントロジカルマッピングを用いて、BPMNモデルをS-BPMモデルに変換する可能性を実証する。
• 複数のプロセス表記法を実行可能な、現代的で拡張性のあるWfMSアーキテクチャをマイクロサービスに基づいて設計する。
• WfMS設計に関する最近の研究の不足に対処し、複数エンジン対応やクラウドネイティブデプロイメントといった能力を再評価する。

提案手法

• BPMN 2.0標準の核心的概念を形式的に表現できる包括的なOWLオントロジーを設計した。
• 任意のBPMN-XMLファイルをOWLベースのモデルにシリアル化するソフトウェアツールを実装し、意味的分析を可能にした。
• アクター中心のプロセスモデリングに焦点を当て、共有されるオントロジカルプリミティブを用いてBPMNとS-BPMの概念的マッピングを確立した。
• 2段階の変換パイプラインを設計した：BPMN-XML → OWL（BPMNオントロジー） → OWL（S-BPMオントロジー） にオントロジー整合性を介して変換する。
• ワークフローエンジンをプラグイン可能で交換可能なサービスとしてカプセル化したマイクロサービスベースのWfMSレファレンスアーキテクチャを提案した。
• サンプルBPMNモデルを用いたプロトタイプアプリケーションにより変換プロセスを検証し、構造的および意味論的整合性を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 形式的オントロジーは、機械処理可能な方法でBPMNモデリング表記を定義・分析するために効果的に利用可能だろうか？
• RQ2 共有されるオントロジカルな基盤を通じて、BPMNモデルを体系的にS-BPMモデルに変換することは可能だろうか？
• RQ3 WfMSが複数のビジネスプロセスモデリング表記法をネイティブにサポートするためのアーキテクチャ的原則は何か？
• RQ4 オントロジカル分析は、非専門家向けのより直感的で実行可能なプロセスモデリング言語の設計をどのように支援できるか？
• RQ5 現代のWfMSアーキテクチャは、マイクロサービスを活用することで、緩く結合された多企業プロセスをどの程度までサポートできるか？

主な発見

• BPMN標準は完全にOWLオントロジーとして形式化可能であり、これによりビジネスプロセスモデルに対する意味的拡張と機械推論が可能になる。
• 共有されるオントロジカルな概念を通じて、BPMNとS-BPMの間の概念的マッピングが可能であり、モデルの体系的変換が実現できる。
• プロトタイプ変換パイプラインは、サンプルBPMNモデルを同等のS-BPM OWLモデルに成功裏に変換し、本アプローチの技術的妥当性を確認した。
• 提案されたマイクロサービスベースのWfMSアーキテクチャは、ワークフローエンジンが分離され、プラグイン可能であるため、複数の表記法からのモデル実行をサポートする。
• オントロジーは、モデリング表記法のための効果的な知識ベースとして機能し、形式的かつ概念的モデリング、意味的分析、および異なるパラダイム間の変換を可能にする。
• アクター中心のS-BPMパラダイムは、表現力に欠かず、非技術的ユーザーにとってより直感的で形式的根拠のある代替手段を提供する。