Semantische Ereignisgesteuerte Prozessketten

Die Ereignisgesteuerte Prozesskette (EPK) ist eine in Wissenschaft und Unternehmenspraxis weit verbreitete Modellierungssprache zur Beschreibung von Geschäftsprozessen. Sie wird im Umfeld der Unternehmensmodellierung zur Visualisierung, Analyse und Simulation von Geschäftsprozessen eingesetzt. Dieser Beitrag beschreibt eine semantische Erweiterung von EPK-Modellen, mit Hilfe derer die in den Bezeichnern von Modellelementen formulierte natürlichsprachige Semantik durch formale Konzepte einer Ontologie repräsentiert werden kann. Dazu wird von den Autoren ein mehrstufiger Ansatz entwickelt, der eine Ontologieschicht umfasst, eine Ebene der semantischen Metamodellierung der EPK sowie eine Repräsentationsform für eine semantische EPK – kurz sEPK – in RDF. Durch den vorgestellten Ansatz werden die Suche und Navigation in Prozessdatenbanken verbessert, eine fortgeschrittene semantische Validierung der Modelle ermöglicht sowie die Ausführbarkeit der Prozessmodelle erleichtert. Mit Hilfe von Inferenzmechanismen können darüber hinaus neue Fakten geschlossen werden, die nicht ursprünglich in den Prozessmodellen gespeichert wurden. Schlüsselwörter: Geschäftsprozessmanagement, Unternehmensmodellierung, Geschäftsprozessmodellierung, Modellierungssprachen, Ereignisgesteuerte Prozesskette, Semantic Web, Ontologien 1 Semantische Beschreibung von Geschäftsprozessen Die Ereignisgesteuerte Prozesskette ist eine semiformale Modellierungssprache zur Beschreibung von Geschäftsprozessen [KNS92]. Sie wird im Umfeld des Geschäftsprozessmanagements zur Planung, Visualisierung und Analyse von Geschäftsprozessen eingesetzt. EPK-Modelle bestehen im Wesentlichen aus Funktionen und Ereignissen und dem zwischen diesen Elementen bestehenden Kontrollfluss. Eingesetzt werden EPKModelle zum einen, um Prozesse aus einer fachlichen Sicht zu beschreiben. Zum anderen, um bei der Einführung oder Anpassung prozessorientierter Informationssysteme als Ausgangspunkt für die Implementierung zu dienen [STA05]. Untersuchungen zur Semantik der EPK haben sich bislang hauptsächlich auf die formale Semantik der zur Verfügung stehenden Sprachkonstrukte konzentriert [LSW98, Al99, 206 O. Thomas, M. Fellmann NR02, RA03, Ki06] . Die Bezeichner der einzelnen Elemente eines EPK-Modells wurden in diesen Untersuchungen bisher nicht berücksichtigt. Diese werden vom Konstrukteur eines Modells in einer natürlichen Sprache hinzugefügt. Ein wesentlicher Teil der Semantik eines EPK-Modells ist somit an die natürliche Sprache gebunden, die mit ihren Mehrdeutigkeiten ein hohes Maß an Interpretationsspielräumen zulässt. Solange ein Modell nur von einem Individuum erstellt und gelesen wird, ist dies weniger problematisch. Werden jedoch Modelle verschiedener Modellierer zusammengeführt, durchsucht und übersetzt, oder soll die in den Modellen enthaltene Semantik automatisch validiert und zur Konfiguration eines Informationssystems herangezogen werden, ist eine klar definierte Semantik eines jeden Modellelementes erforderlich. Diese Problemstellung kann durch eine Verknüpfung der Elemente eines EPK-Modells mit Konzepten aus einer Ontologie gelöst werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt die dazu erforderlichen Schritte und Werkzeuge. Zunächst wird in Abschnitt 2 die EPK als Sprache kurz eingeführt. Anschließend werden in Abschnitt 3 Ontologien und Ontologiekonstruktionen für das semantische Geschäftsprozessmanagement skizziert. Nach diesen Einführungen wird in Abschnitt 4 detailliert die semantische Erweiterung von EPK-Modellen zu sEPK-Modellen beschrieben. Gegenstand des Abschnitts 5 sind die Potenziale einer IT-Unterstützung der dadurch entstehenden semantischen Geschäftsprozessmodellierung. Der Beitrag schließt mit der Analyse verwandter Arbeiten in Abschnitt 6 und der Diskussion der Ergebnisse in Abschnitt 7. 2 Die EPK als Modellierungssprache Die Ereignisgesteuerte Prozesskette ist eine in Wissenschaft und Praxis weit verbreitete Modellierungssprache zur Repräsentation von Geschäftsprozessen. Sie wurde am Institut für Wirtschaftsinformatik (IWi), Universität des Saarlandes, Saarbrücken, in Zusammenarbeit mit der SAP AG entwickelt [KNS92] und ist Bestandteil des ARIS-Toolset der IDS Scheer AG (2003) sowie des Business Engineering und Customizing des SAP R/3-Systems [KT99]. In graphentheoretischer Terminologie ist ein EPK-Modell ein gerichteter und zusammenhängender Graph, dessen Knoten Ereignisse, Funktionen und Verknüpfungsoperatoren sind [Ru99]. Abbildung 1 zeigt ein EPK-Beispielmodell der Kundenauftragsprüfung. Es beschreibt den Ablauf zur Prüfung eines Kundenauftrags. Die grundlegenden Sprachkonstrukte der EPK sowie ihre Repräsentationsformen werden nachfolgend anhand dieses Beispiels eingeführt. Semantische Ereignisgesteuerte Prozessketten 207 Auftrag liegt vor Auftrag prüfen Auftrag angenommen Auftragsbestätigung senden Rückmeldung erfolgt Auftrag abgelehnt Auftragsablehnung senden XOR XOR Abb. 1: EPK-Modell einer Kundenauftragsprüfung Die Grundelemente der Modellierungssprache EPK sind Ereignisse, Funktionen, Kontrollflusskanten und Verknüpfungsoperatoren. Ereignisse sind die passiven Elemente der EPK und werden durch Sechsecke dargestellt. Funktionen, die durch an den Ecken abgerundete Rechtecke repräsentiert werden, sind die aktiven Elemente der EPK. Der Funktionsbegriff wird in der EPK mit dem der Aufgabe gleichgesetzt [KNS92]. Im Gegensatz zu einer Funktion, die ein zeitverbrauchendes Geschehen ist, ist ein Ereignis auf einen Zeitpunkt bezogen. Während zur Bezeichnung der Funktionen in der Literatur (z.B. [HKS92], S. 5) vorgeschlagen wird, das jeweilige Objekt der Bearbeitung und ein Verb im Infinitiv zur Kennzeichnung der zu verrichtenden Tätigkeit zu verwenden (z.B. Auftrag prüfen, vgl. Abbildung 1), wird für Ereignisse empfohlen, das Objekt, das eine Zustandsänderung erfährt, mit einem Verb im Partizip Perfekt zu verbinden, das die Art der Änderung beschreibt (z.B. Auftrag abgelehnt, vgl. Abbildung 1). Ereignisse lösen Funktionen aus und sind deren Ergebnis. Diese beiden Beziehungen zwischen Funktionen und Ereignissen werden durch Kontrollflusskanten, die durch Pfeile repräsentiert werden, dargestellt. Um auszudrücken, dass Funktionen durch ein oder mehrere Ereignisse gestartet werden bzw. eine Funktion ein oder mehrere Ereignisse als Ergebnis erzeugen kann, werden Verknüpfungsoperatoren (Konnektoren) eingeführt. Dabei wird in Anlehnung an die Terminologie der Aussagenlogik zwischen konjunktiven, adjunktiven und disjunktiven Verknüpfungen unterschieden (vgl. Abbildung 1). Die entsprechenden Konnektoren werden vereinfacht als AND-, ORbzw. XOROperatoren bezeichnet. 3 Ontologien für das semantische Geschäftsprozessmanagement 3.1 Ontologien – Terminologie und bestehende Ansätze Der Begriff der Ontologie stammt ursprünglich aus der Philosophie und steht dort für die Lehre vom Sein, genauer „von den Möglichkeiten und Bedingungen des Seienden“ ([He02], S. 477). In der Informatik wird der Begriff der Ontologie ebenfalls verwendet und steht dort für die Beschreibung von Sachverhalten und Zusammenhängen mittels einer formalen Sprache. Die wohl am häufigsten zitierte Definition ist die von Tom Gruber: „an ontology is an explicit, formal specification of a shared conceptualization“ ([Gr93], S. 199) – frei übersetzt also das formal explizierte, von einer Gruppe von Individuen geteilte Verständnis über Sachverhalte und Zusammenhänge einer Domäne. 208 O. Thomas, M. Fellmann Zur expliziten und formalen Repräsentation einer Ontologie existieren prinzipiell verschiedene Sprachen wie z.B. CML, Conceptual Representation, CycL, KIF, Loom, OIL und OWL. Die Web Ontology Language (OWL) [SWM04] ist ein Standard des World Wide Web Consortiums (W3C), der aus der Verschmelzung von DARPA und OIL hervorgegangen ist. Aufgrund der wachsenden Akzeptanz und damit verbunden der guten Unterstützung der Ontologiesprache durch Softwarebibliotheken und -werkzeuge wird im Rahmen dieses Beitrags OWL als Sprache zur Repräsentation von Ontologien verwendet. OWL steht in drei Varianten zur Verfügung: OWL-Lite, OWL-DL und OWLFull. Für die Zwecke des semantischen Geschäftsprozessmanagements werden hier Ontologien der Stufen Lite und DL verwendet, da somit im Gegensatz zu OWL-Full die Berechenbarkeit (computational completeness) erhalten bleibt. Über die reine Ontologiesprache hinaus existieren bereits fertige OWL-Ontologien, die für das semantische Geschäftsprozessmanagement herangezogen werden können. Bezogen auf ein gesamtes Unternehmen besteht mit BMO (Business Management Ontology) bereits ein Ansatz [Je03]. Einzelne Aspekte betreffend existiert im Bereich der Finanzen mit „SUMO Finance Ontologies“ eine Ontologie, die von der in KIF beschriebenen Top-level Ontologie SUMO (Suggested Upper Merged Ontology) abgeleitet wurde [PNL02]. Zur Klassifikation von Produkten und Dienstleistungen existiert mit eclassOWL eine Portierung des eCl@ss-Standards nach OWL Lite [He05a]. Für das Auffinden und die Kommunikation mit Geschäftspartnern wurden im Umfeld der WebServices-Technologien bereits Teile einiger etablierter und auch neuer Standards in OWL-Ontologien überführt, wie beispielsweise ebXML [Do05], RosettaNet Ontology und WS-Agreement [An05]. Es können weiter Ontologien herangezogen werden, die (noch) nicht in OWL vorliegen, wie beispielsweise die Enterprise Ontology [Us98] und TOVE (TOronto Virtual Enterprise) [Fo92], und im Bereich der Organisation KRSL [Le94]. Neben der Verwendung von Ontologien als Ganzes können auch Teilbereiche bestehender Ontologien genutzt werden. So besitzt die Top-level-Ontologie CYC (abgeleitet 1 http://www.bpiresearch.com/Resources/RE_OSSOnt/re_ossont.htm. 2 http://lsdis.cs.uga.edu/projects/meteor-s/downloads/index.php?page=6. 3 http://www.ontologyportal.org/. 4 http://www.heppnetz.de/eclassowl/. 5 http://www.ebxml.org/. 6 RosettaNet Ontology und WS-Agreement wurden ebenfalls vom METEOR-S-Projekt entwickelt, vgl. Fn. 2. 7 http://www.aiai.ed.ac.uk/project/enterprise/enterprise/ontology.html. 8 http://www.eil.utoronto.ca/. 9 http://www.aiai.ed.ac.uk/~bat/krsl-plans.html. 10 http://www.cyc.com/cyc/technology/whatiscyc_dir/whatdoescycknow. Semantische Ereignisgesteuerte Prozessketten 209 vom englischen enCYClopedia) u.a. einen Bereich „Business & Commerce“, der für Geschäftsprozesse relevante Konzepte enthält [Ma06]. Sind ein oder mehrere Ontologien gefunden, die dazu geeignet sind, die Semantik eines Geschäftsprozesses zu beschreiben, so können diese durch einen Prozess der Ontologiekonstruktion so miteinander verschmolzen werden, dass diese schließlich als einheitliche Ontologie zur Verfügung stehen. Zur Integration verschiedener Ontologien stellt OWL vordefinierte Sprachkonstrukte bereit, wie etwa owl:imports oder zur Beschreibung von Äquivalenzen oder Verschiedenheiten owl:equivalentClass, owl:equivalentProperty, owl:sameAs, owl:differentFrom, sowie owl:allDifferent. Die (teil-) automatisierte Zusammenführung von Ontologien ist darüber hinaus aktueller Forschungsgegenstand ([MIG00]; [Su04]; [SGH04]). 3.2 Repräsentation von Ontologien In den folgenden Ausführungen und Beispielen wird für die grafische Repräsentation einer Ontologie eine einfache Notation gewählt, die Abbildung 2 zeigt. Beschriftungen werden mit den durch rdfs:label-Elemente gegebenen Bezeichnern gezeigt, die Konzepten einer Ontologie für die Anzeige in Editoren hinzugefügt werden können. Die XML-Repräsentationen hingegen enthalten die innerhalb der Ontologie vergebenen Namen. Als Pfeil dargestellte Eigenschaften bezeichnen Objekteigenschaften (ObjectProperties) in OWL, die Instanzen von Klassen zueinander in Beziehung setzen. Vererbungsbeziehungen beziehen sich auf das in OWL nutzbare Sprachkonstrukt rdfs:subClassOf, das durch RDF Schema definiert wird. Restriktionen beziehen sich auf Wertebereichsbeschränkungen (Range-Restrictions) von Objekteigenschaften, die in OWL mit Hilfe des Konstrukts owl:Restriction definiert werden können. 11 Für weiterführende Informationen sei auf den „OWL Guide“ des W3C verwiesen (Smith, Welty, McGuiness 2004). 12 Siehe auch ein Portal zu diesem Thema, http://www.ontologymatching.org. 210 O. Thomas, M. Fellmann