Eine Methode zur Entwicklung dynamischer Geschäftsprozesse auf Basis von Ereignisverarbeitung

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Konzeption und Umsetzung einer Methode zur Modellierung und Ausführung dynamischer Geschäftsprozesse basierend auf Konzepten der Ereignisverarbeitung.

Die noch junge Disziplin der Ereignisverarbeitung, englisch Complex Event Processing (CEP), liefert ein geeignetes Konzept zur Dynamisierung von Geschäftsprozessen. Im Kern realisiert diese die Echtzeitverarbeitung von auftretenden Ereignissen, um bedeutsame Beziehungen innerhalb einer Vielzahl von Ereignissen zu identifizieren und unmittelbar darauf zu reagieren. Hierfür werden die Ereignisverarbeitungsregeln derart definiert, dass alle eingehenden Ereignisse in Echtzeit nach sogenannten Ereignismustern analysiert werden, welche jeweils relevante Situationen repräsentieren und die Generierung weiterer Ereignisse als unmittelbare Reaktion auslösen. Somit können Geschäftsprozessmodelle mit dynamischen Eigenschaften ausgestattet werden, indem sie mit Ereignisverarbeitung angereichert werden. Für diesen kombinierten Fachbereich hat sich im englischen Sprachgebrauch der Begriff Event-Driven Business Process Management (EDBPM) etabliert.

Trotz einiger existierender Ansätze in diesem Umfeld steht bisher allerdings keine umfassende Methode zur Verfügung, die eine modellbasierte Entwicklung von dynamischen Geschäftsprozessen auf Grundlage von Konzepten der Ereignisverarbeitung bis hin zu deren automatisierter Ausführung ermöglicht. Ziel dieser Arbeit ist daher die Konzeption und Umsetzung einer solchen Methode, wobei in erster Linie fachlich orientierte Experten und nur in geringerer Priorisierung IT-Entwickler adressiert werden. Neben einem Vorgehen mit verantwortlichen Rollen behandelt diese Arbeit vornehmlich das zugrunde liegende Ereignisverarbeitungsmodell sowie dessen automatische Transformation in ausführbaren Code.

Das Vorgehen zur Modellierung und Ausführung dynamischer Geschäftsprozesse auf Basis von Ereignisverarbeitung beruht auf einem Top-Down-Ansatz. Demnach werden zunächst im Geschäftsprozessmodell die Stellen mit den erforderlichen dynamischen Eigenschaften identifiziert, die auf Wirkungen von Ereignissen zur Laufzeit zurückzuführen sind, und als sogenannte Dynamikeinheiten modelliert. Anschließend werden die entsprechenden Ereignisverarbeitungsregeln und das zugehörige Ereignismodell spezifiziert.

Mit der sogenannten EPMN (Event Processing Model and Notation) wird ein neuartiges Modell für die Echtzeitverarbeitung von Ereignissen und insbesondere von komplexen Beziehungen zwischen mehreren Ereignissen eingeführt. Für die EPMN wird ein Metamodell definiert, mit dem die verfügbaren Elemente sowie die Syntax ihrer Verknüpfungen zu Ereignisverarbeitungsregeln formal beschrieben werden. Das Metamodell basiert auf dem Eclipse Modeling Framework (EMF), das sich auf die plattformunabhängigen Technologien XML und Java stützt und eine umfassende Werkzeugkette für die modellbasierte Softwareentwicklung zur Verfügung stellt. Die EPMN enthält auch eine grafische Notation, mit der die Ereignisverarbeitungsregeln letztlich modelliert werden. Um eine möglichst nahtlose Integration mit dem Geschäftsprozessmodell zu gewährleisten, orientiert sich die Notation visuell an der BPMN (Business Process Model and Notation), die in der Version 2.0 als ausführbares Geschäftsprozessmodell eingesetzt werden kann.

Zur Spezifizierung der Ereignisse, welche innerhalb der Ereignisverarbeitungsregeln zum Einsatz kommen, wird ein frei definierbares Ereignismodell basierend auf XML Schema vorgeschlagen. Die Entwicklung des Ereignismodells wird im Rahmen der konzipierten Methode dermaßen unterstützt, dass die in den Ereignisverarbeitungsregeln genutzten Ereignisattribute jeweils automatisch extrahiert werden und für die Definition des Ereignismodells zur Verfügung stehen.

Der modellbasierten Entwicklung folgend kann das Ereignisverarbeitungsmodell, welches in EPMN plattformunabhängig definiert wird, in eine plattformspezifische Ereignisverarbeitungssprache transformiert werden, um als Code direkt in einer Ereignisverarbeitungsplattform ausführbar zu sein. Dies entspricht der Transformation eines plattformunabhängigen Modells in eine plattformspezifische Implementierung. Da in dieser Arbeit die frei verfügbare und weitverbreitete Ereignisverarbeitungsplattform Esper als Ausführungsumgebung vorgesehen ist, werden die erforderlichen Transformationsschablonen für deren spezifische Ereignisverarbeitungssprache definiert und umgesetzt.

Das Vorgehen mit dem zugrunde liegenden Modell dynamischer Geschäftsprozesse wird durch prototypisch entwickelte Softwarewerkzeuge unterstützt. Hierbei handelt es sich einerseits um ein webbasiertes Modellierungswerkzeug und andererseits um eine Ausführungsumgebung.

Die Ergebnisse dieser Arbeit werden anhand eines Anwendungsfalls aus der Luftfahrt bewertet, indem die konzipierte Methode im Rahmen des Managements von Echtzeitversorgungsketten im Catering eingesetzt wird.

This thesis covers the design and realization of a method for modeling and execution of dynamic business processes based on event processing concepts.

The emerging discipline of Complex Event Processing (CEP) provides a suitable concept for dynamizing business processes. Basically, it realizes the real-time processing of occurring events in order to identify meaningful relations within a multitude of events and react on them immediately. For this purpose, event processing rules are defined such that all incoming events are analyzed in realtime for so-called event patterns which represent relevant situations each and initiate the generation of additional events as immediate reactions. Thus, business process models may be equipped with dynamic capabilities by enriching them with event processing. For this combined discipline, the term Event-Driven Business Process Management (EDBPM) has established itself.

Despite some existing approaches in this context, no comprehensive method is available yet offering model-driven development of dynamic business processes resting upon concepts of event processing right up to their automated execution. Therefore, the goal of this thesis is to design and realize such a method, whereas business experts are addressed above all while IT developers are on a lower priority. Beside a procedure with responsible roles, this thesis especially covers the underlying event processing model as well as its automated transformation into executable code.

The procedure for modeling and execution of dynamic business processes resting upon event processing is based on a top-down approach. Thus, the positions with required dynamic capabilities within the business process model are identified at first, which are impacts of events at runtime, and so-called dynamic entities are modeled. Subsequently, the corresponding event processing rules and the related event model are specified.

With the so-called EPMN (Event Processing Model and Notation), a novel model for the real-time processing of events and particularly of complex relations between several events is introduced. A meta-model for the EPMN is defined describing formally the available elements as well as the syntax of their connections into event processing rules. The meta-model is based on the Eclipse Modeling Framework (EMF), which rests upon the platform-independent technologies XML and Java and provides a comprehensive toolset for model-driven software development. The EPMN also offers a graphical notation being used for the actual modeling of the event processing rules. In order to ensure an as seamless as possible integration with the business process model, the notation is visually oriented towards the BPMN (Business Process Model and Notation), which in version 2.0 is usable as an executable business process model.

For the specification of the events being used within the event processing rules, a freely definable event model based on XML schema is proposed. The development of the event model within the scope of the designed method is supported such that the event attributes used in the event processing rules are extracted automatically each and are available for the definition of the event model.

Following the model-driven development approach, the event processing model being defined in a platform-independent way with EPMN may be transformed into a platform-specific Event Processing Language in order to be directly executable in an event processing platform. This corresponds to the transformation of a Platform-Independent Model into a Platform-Specific Implementation. As in this thesis, the freely available and wide-spread event processing platform Esper is envisaged as the execution environment, the required transformation templates for its specific Event Processing Language are defined and implemented.

The procedure with the underlying model of dynamic business processes is supported by prototypically developed software tools. These are on the one hand a web-based modeling tool and on the other hand an execution environment.

The results of this thesis are evaluated with an use case from the aviation industry by utilizing the designed method for the management of real-time supply chains for catering.