[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种基于OWL的BPMN本体，以实现业务流程的形式化、语义丰富的建模，证明了BPMN模型可通过共享的本体概念系统地转换为面向主体的BPM（S-BPM）。主要贡献在于一个概念验证转换管道，以及一个支持跨不同符号体系执行的微服务工作流管理系统（WfMS）架构。

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.

研究动机与目标

• 通过基于OWL的本体正式化BPMN标准，以实现精确的概念建模。
• 通过共享的本体基础，实现不同业务流程建模符号体系之间的语义互操作性。
• 通过本体映射，证明BPMN模型可系统性地转换为S-BPM模型。
• 设计一种现代化、可扩展的基于微服务的工作流管理系统（WfMS）架构，支持执行多种流程符号体系。
• 通过重新评估多引擎支持和云原生部署等能力，弥补当前对现代WfMS设计研究的不足。

提出的方法

• 为BPMN 2.0标准开发了一个全面的OWL本体，以正式表示其核心概念。
• 实现了一款软件工具，可将任意BPMN-XML文件序列化为基于OWL的模型，以支持语义分析。
• 通过共享的本体原语，建立了BPMN与S-BPM之间的概念映射，重点聚焦于基于角色的流程建模。
• 设计了一个两步转换管道：BPMN-XML → 基于BPMN本体的OWL → 基于S-BPM本体的OWL，通过本体对齐实现。
• 提出了一种基于微服务的工作流管理系统参考架构，其中工作流引擎被封装为可插拔、可互换的服务。
• 通过一个概念验证应用程序，使用一个示例BPMN模型验证了转换过程，确认了结构和语义的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否有效利用形式化本体以机器可处理的方式定义和分析BPMN建模符号？
• RQ2 是否可以通过共享的本体基础，系统性地将BPMN模型转换为S-BPM模型？
• RQ3 哪些架构原则能够使工作流管理系统原生支持多种业务流程建模符号？
• RQ4 本体分析如何支持为非专家设计更直观且可执行的流程建模语言？
• RQ5 现代工作流管理系统架构在多大程度上可利用微服务来支持松耦合、多企业业务流程？

主要发现

• BPMN标准可被完整形式化为OWL本体，从而实现对业务流程模型的语义增强和机器推理。
• 通过共享的本体概念，BPMN与S-BPM之间的概念映射是可行的，可实现模型的系统性转换。
• 概念验证转换管道成功地将一个示例BPMN模型转换为等价的S-BPM OWL模型，证实了该方法的技术可行性。
• 所提出的基于微服务的工作流管理系统架构支持多种符号体系的模型执行，因为工作流引擎是解耦且可插拔的。
• 本体作为建模符号的知识库非常有效，可支持形式化概念化、语义分析，以及不同范式之间的转换。
• 基于角色的S-BPM范式为非技术用户提供了更直观且形式化基础更强的替代方案，同时不牺牲表达能力。