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Inst
itut
AIF
B
Modellbasierte Entwicklung betrieblicher Informationssysteme: Von der Workflow-Anwendung zur
Produktmaschine
Andreas Oberweis
Institut für Angewandte Informatik
und Formale Beschreibungsverfahren (AIFB)
Universität Karlsruhe (TH)
Juli 2004
Ringvorlesung: Modellbasierte Softwareentwicklung
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AIF
BGliederung des Vortrags
• Motivation• Digitale Produkte• Produktmodellierung • Produktmaschine • Laufende Projekte • Ausblick
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3
AIF
BHistorie der Informationssystementwicklung
OS
Appl.
1965-1975 OS
DB
MSAppl.
1975-1985 OS
DB
MS
Appl.
UIMS
1985-1995
OS
DB
MS
WF
MS A
ppl.
UIMS
1995-2005
Trend: Herauslösung spezifischer Aufgaben aus dem Anwendungsprogramm
(nach Van der Aalst 2002)
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AIF
BWas kommt nach Workflow-Management?
Probleme der Prozessorientierung:• Prozessgestaltung üblicherweise "nach innen"
gerichtet (Kosten, Durchlaufzeit werden betrachtet)• Kunde spielt keine (direkte) Rolle, hat keinen
(direkten) Einfluss auf Gestaltung des Produktes• Prozessmodelle i.allg. nicht flexibel genug, um
individuelle Kundenwünsche zu erfüllen• Produkt steht nicht im Mittelpunkt
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AIF
BProduktentwicklung im Dienstleistungsunternehmen
z.B. Versicherungsbranche, Banken,Telekommunikationsbereich, Versorgungswirtschaft,
Informatikindustrie
• Marketing ermittelt Kundenbedürfnisse• Produktentwickler generieren Produktideen, entwerfen Produkte• Systementwickler bauen Softwaresysteme zur Verwaltung der
Produkte
kritisch:• Kommunikation/Abstimmung zwischen den Beteiligten• Time to Market• Personalisierung / Individualisierung der Produkte
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6
AIF
BProdukt-Life-Cycle
Produkt-planung
Produkt-ent-wicklung
Fertigung Vertrieb
Marketing Kunde
Entwicklungsingenieure / Produktentwickler
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AIF
BBesonderheiten digitaler Produkte
• Video-/Audio-Abonnement– Leistungen über ein bestimmtes Zeitintervall hinweg
abrufbar• Versicherungsvertrag, Bausparvertrag, Kredit
– Verschiedene Phasen einer Leistung• Elektronische Tageszeitung
– Personalisierte Leistung wird periodisch zugeschickt• ApplicationServiceProviding-Vertrag
– Leistung wird über ein bestimmtes Zeitintervall in einer bestimmten Qualität bereitgestellt
• Fachinformation– Leistung wird in unterschiedlichen Formaten
bereitgestellt• Handy-Tarif, Stromtarif
– Vielzahl von Varianten
z.B.
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8
AIF
BDigitale Produkte
• Multimediale Daten• Informationen• Verträge• Tarif• Lizenz
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AIF
BProduktmaschine
• Softwaresystem zur schemabasierten Erzeugung digitaler Produkte
• Schema beschreibt Struktur und Verhalten• Produktmaschine interpretiert Produktschema• Kunde kann Produktschema in vorgegebenen
Grenzen individualisieren
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
• Was sagen Praktiker zum Thema Produktmaschine?"Das haben wir alles schon gehabt … und sind gescheitert …"
• Was sagen Betriebswirte?"Das haben wir doch schon für die Fertigungsindustrie, ist also nichts neues" (Produktkonfigurator, Variantenvielfalt)
• Was sagt Google?…
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
• Entwicklungsumgebung für Versicherungsprodukte
(http://www.login-systems.com/insurance_system_software.htm)
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
• Produktkonfigurator
(http://www.bmw.de)
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
usw. usw. …
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AIF
BProduktmaschine: State of the Art
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AIF
BIndividualisierung traditioneller Güter
• Variantenvielfalt• Mass-Customization
• Unterschied zu digitalen Gütern:– Physische Güter durch materialbezogene
Restriktionen nicht beliebig flexibel– Nach Herstellung nur noch begrenzt änderbar
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AIF
BDigitale Produkte
hier gemeint im Sinne von:
nicht-materielle Güter im Dienstleistungssektor
Beschrieben durch:• Struktur / statische Eigenschaften• Verhalten / Lebenszyklus
– Deklarativ– Prozedural
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AIF
BSprachen zur Produktmodellierung
• CAD-Sprachen für technische Produkte– Ziel: Visualisierung für Ingenieure
• Tabellarische Notationen, Stücklisten– Ziel: Optimierung des Produktionsprozesses
• Traditionelle Datenmodelle– Ziel: Speicherung in Datenbanken
• XML-Derivate– Ziel: Standardisierung und Austausch von
Produktdaten
Lücke: Produktkonfiguration durch Kunden!
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AIF
BBeispiel: Stückliste Fahrrad(http://www.datasystems.at/presse/Bilder/jetorbit/_stueckliste.jpg)
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AIF
BModelle Digitaler Produkte
• Medium zur Kommunikation zwischen Entwickler und Kunde
• Schnittstelle zwischen Produktmaschine und Workflow-Managementsystem bzw. sonstigem Anwendungssystem
• Personalisierung eines Referenzmodelles vs. Komposition eines Produktmodelles aus Modellbausteinen
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AIF
BHigh-Level Petri Netze zur Produktmodellierung
• Präzise Beschreibung statischer und dynamischer Eigenschaften
• Nähe zu Datenbanken• Datenmodell flexibel integrierbar
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AIF
BIntegration von High-Level Petri-Netzen und Datenbanken
Database Schema A
Filter A
Condition
Filter B
Database Schema B
Delete-Operation
Delete-Operation Insert-OperationInsert-Operation
Database Schema C
Filter C
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AIF
B
Prädikate/Transitionen-Netze integrieren das relationale Datenmodell und Petri-Netze:
• Stelle (Prädikat)
• Markierung einer Stelle
• Transition
High Level Petri Netze und Datenbanken
234
LV-ANTRAG(ANTRAGSTELLER,V-SUMME,TARIF,BEGINN,BERATER)
ANTRAG-STELLER TARIF BERATER
LK25
LR10
LK20LR15
Schmitz
Hansen
Mann
Graf
01.06.04
01.05.0401.03.04
01.02.04
MayerMayer
SchulteHesse
BEGINNV-SUMME
10000250000
10000030000
Erfasse Antragsdaten LV-ANTRAG
<A,V,T,BN,BR>
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AIF
B
Beispiel: Registrierung eines Lebensversicherungsantrages
LV-ANTRAGLV-ANTRAG
PRODUKTDATENPRODUKTDATEN
VERTRAGSDATENVERTRAGSDATEN
PROVISIONS-PROVISIONS-DATENDATEN
LV-Antrags-LV-Antrags-registrierungregistrierung
<A,V,T,BN,BR>
<T,PS,BS>
<A,V,T,BN,BG>
<BR,P2>
ANTRAG-STELLER TARIF BERATER
LK25LR10LK20LR15
SchmitzHansen
MannGraf
01.06.0401.08.0401.07.0401.06.04
MayerMayer
SchulteHesse
BEGINNV-SUMME
10000250000100000
30000
V-NEHMER TARIF BEITRAG
LK20LR10LK20LR15
SchröderKrieger
WernerMey
01.06.0401.05.0401.03.0401.02.04
2500,00700,00250,0090,00
BEGINNV-SUMME
1000002500001000030000
TARIF
LK25LK20
LK30LR05
0,025
BEITRAGS-SATZ
PROVISIONS-SATZ
0.010,0090,0080,0012
BERATER
MayerSchulte
PROVISION
1028,001648,002569,00
0,0200,0180,0024
LR10LR15
0,00140,0015
0,00280,0030
Hesse
<BR,P1>P2=P1+(V*PS)
LK20LR15
HerzogSchäfer
01.03.0401.02.04
2500,0045,00
10000015000
BG=V*BS
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AIF
B
• XML als Austauschformat für Petri-Netze, z.B. um Austausch zwischen verschiedenen Petri-Netz-Werkzeugen zu ermöglichen – Petri Net Markup Language PNML
http://www.informatik.hu-berlin.de/top/pnml/ – andere Ansätze
http://www.daimi.au.dk/PetriNets/standardisation/
• hier: XML als Modellierungssprache für Dokumente / Objekte in den Stellen (Prädikaten) von High-Level Petri-Netzen:– integrierte Beschreibung von Prozessen und XML-
Dokumenten
XML-Netze
High-Level Petri-Netze und XML
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AIF
B
• Stellen repräsentieren "Container" für XML-Dokumente – jeder Stelle wird eine XML-DTD oder ein
XML-Schema zugewiesen– textuelle oder graphische Darstellung von
XML-DTD / -Schema• Kantenbeschriftung repräsentiert Filter für XML-
Dokumente• Transitionen repräsentieren Operationen auf XML-
Dokumenten
XML-Netze
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AIF
B
• Einfügen eines vollständigen Dokumentes
• Einfügen von Teil-Dokumenten
• Löschen eines vollständigen Dokumentes
• Löschen von Teil-Dokumenten
Zugriff auf Teilstrukturen ist erforderlich:
• Beschriftung der Kanten mit einer Query-by-Example ähnlichen Notation
Operationstypen
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AIF
BPreismodell eines E-Learning Providers
LA
account
*
solved test sheet
learner ID solution ID
static price model ID
*
*
debit account
static price model
*
ID determinant
weight. value
metadata
name dim.
learner
grp . membership
ID account no.
balance account no.
LE
LID AN GM
SPM
D SPM-ID
STS
LID SPM-ID
BA'=BA – f(D)
LA
BA' AN
BA AN
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AIF
B
• Eine Transition t ist aktiviert für eine gegebene Markierung M und eine Instanziierung I der Variablen in seiner Umgebung, wenn– die entsprechenden Input-Dokumente von t in M existieren,– die entsprechenden Output-Dokumente von t noch nicht in M
existieren und– die Transitionsinschrift von t wahr ist für I.
• Eine aktivierte Transition kann schalten.
• Wenn eine Transition schaltet, werden– (Teil-)Dokumente aus den Eingangsstellen entfernt und – (Teil-)Dokumente in die Ausgangsstellen eingefügtentsprechend den jeweiligen instanziierten Kantenbeschriftungen.
Schaltregel für XML-Netze
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AIF
BAustauschbarkeit des Daten-/Dokumentenmodells
• Relationenmodell• NF2-Relationenmodell• SGML• XML• …
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AIF
BAktuelle Projekte
• Entwicklung eines Fachinformationsystems Informatik (GI gemeinsam mit FIZ Karlsruhe, TU München, Uni Trier, Uni Karlsruhe; finanziert durch BMBF)
• Teilprojekt "Flexible Abrechnungssysteme für Elektronische Märkte" an der Universität Frankfurt/Main (im Rahmen des vom BMBF finanzierten Internetökonomie-Projektes)
• Generierung eines Studierendenverwaltungssystems zu einer gegebenen Prüfungsordnung
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32
AIF
BProjekt: Fachinformations-system Informatik
io-port-Daten-management-system
Datensäuberung
DXF Import
Crawler Import
Portal Exports
ProduktionsDatenbank
Crawler
DBLP
CS
LeaBib
CCSB
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AIF
BProjekt: Fachinformations-system Informatik
io-port-Portalsystem
PortalDatenbank
Generische Anfragekomponente
Benutzerschnittstelle (WWW)
AnfragekomponenteRetrievalsystem
AnfragekomponentePortalDatenbank
AnfragekomponenteCMS
AnfragekomponenteQuerybroker
Anwendungsfälle /Geschäftslogik
Web-Service
Index
QueryBroker
external DB(u.a. CONF)
Themenseiten
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AIF
BProjekt: Flexible Abrechnungssysteme für elektronische Märkte
• Ziel: Beschleunigung des Prozesses für die Entwicklung eines Abrechnungssystems ausgehend von einem neuen Preismodell.
• Es wird eine formale Beschreibungssprache für Preismodelle entwickelt und dazu eine Preismaschine konzipiert, die entsprechend beschriebene Preismodelle umsetzt in ein passendes Abrechnungssystem.
• Künftige Abrechnungssysteme als Bestandteile elektronischer Marktplätze sollen so schnell und mit verhältnismäßig wenig Aufwand an neue Preismodelle angepasst werden können.
Elektronischer Marktplatz für digitale Produkte
Abrechnungs-systemPreismaschine
Produkt-maschine
Preismodell
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35
AIF
BPreismodell
Statische Komponente (XML Schema)
Dokumente: z.B. Tarife, Verträge ...
Daten: z.B. Gesprächsdauern, Geodaten ...
Dynamische Komponente (höheres Petri-Netz)– Abläufe zur flexiblen Ermittlung der Preise– mit der Zeit veränderliche Parameter
(z.B. Aktualitätsgrade)– umgebungsabhängige Parameter
(z.B. Netzauslastung)
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AIF
BProjekt: Studierendenverwaltungssystem
• Abläufe in der Prüfungsordnung werden modelliert als XML-Netze
• Dokumente werden in XML beschrieben
• Produktmaschine generiert daraus ein Studierendenverwaltungssystem– Auskunft über Studienstatus– Prüfungsverwaltung– Erstellung individualisierter Studienpläne– Simulation unterschiedlicher Studienverläufe je
nach gewählter Option
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AIF
BIndividualisierung von Lernprogrammenkommerzieller E-Learning-Provider
learner
learning object provider
reference program
learning program
learning schedule
learning object
schedule
customization
personalization
arrangement / adaptation
learner
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AIF
BZusammenfassung
• Modellbasierte Informationssystementwicklung für elektronische Märkte
Produktmaschine
WFMS DB
MS
Datenmodell
Produktmodell
WF-Modell
App
l.
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AIF
BAusblick
• Generierung von Prozessmodellen aus Produktmodellen
• Abgleich von Produktmodellen
• Implementationsarbeiten:
Werkzeugumgebung für die Produktmaschine• Editoren• Repository• Interpreter/Simulator für Produktmodelle