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«Masterarbeit Entwurf und Implementierung von Prozesssteuerungskomponenten in service-orientierten Umgebungen Autor: Hagen Ulrich Johannes Overdick ...»

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Universität Potsdam

Hasso-Plattner-Institut für

Softwaresystemtechnik GmbH

Business Process Technology

Prof. Dr. M. Weske

Masterarbeit

Entwurf und Implementierung von Prozesssteuerungskomponenten in

service-orientierten Umgebungen

Autor: Hagen Ulrich Johannes Overdick

Begonnen am: 11.03.2004

Abgegeben am: 18.01.2005

Gutachter: Prof Dr. M. Weske

Jens Hündling

Zusammenfassung

Heutige Unternehmen stehen vor enormen Herausforderungen. Globalisierung und

Vernetzung schaffen eine Markttransparenz, wie sie so noch nie existiert hat. Daraus folgt ein Wettbewerbs- und Anpassungsdruck, dessen Folgen wir täglich in den Medien verfolgen können. Doch nicht jede Entwicklung ist schlecht, sie birgt auch Chancen. Die jetzige Chance besteht darin, aus der Vernetzung eine Integration zu schaffen und aus dieser Integration heraus neue Wertschöpfungsketten zu bilden. In der Service-orientierten Architektur stellt sich diese Integration als Komposition von interorganisationellen Servicen dar.

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein integriertes Prozessmetamodell für Planung und Ausführung von Prozessen. Dieses dient als Grundlage zur automatisierten Service-Komposition in Service-orientierten Umgebungen. Weiterhin wird basierend auf diesem Prozessmetamodell ein Design für eine Ausführungskomponente vorgestellt und implementiert. Dabei wurde insbesondere der Augenmerk auf eine hohe Flexibilisierung, Erweiterbarkeit und optimale Integration mit einer Planungskomponente gelegt.

Abstract Today, organizations are facing enormous challenges. Globalization and networking create a never before seen market transparency. Consequently, there is a market pressure and a force to adaptation, causing consequences we can all watch in the news on a daily basis. But, not every development is bad; there is always a chance for the better. The current chance is to use networking to create integration leading to new value creation chains. In the Service Oriented Architecture, this integration is realized by composition of inter-organizational services.

The thesis on hand describes an integrated meta-model for planning and execution of processes. This is the foundation for automatic service-composition in service-oriented environments. Based on this meta-model, a design for an execution engine is given and implemented. Special attention was given to a high degree of flexibility, extensibility, and optimal integration with a planning component.

Danksagung Mein Dank gilt zunächst Herrn Prof. Dr. Weske, der mich zum Studium am HPI ermutigt hat und meine Arbeit betreut. Weiterhin danke ich Jens Hündling und Hilmar Schuschel für die Betreuung des Plængine-Projektes, ohne ihren Ansporn wäre diese Arbeit nicht zustande gekommen. Ich möchte mich auch bei Harald Meyer bedanken.

Unsere Zusammenarbeit war immer von dem Streben nach der besseren Lösung geprägt und im Resultat sehr ergiebig.

Schliesslich möchte ich meinen Freunden, Kollegen und meiner Familie danken. Insbesondere gilt der Dank meinen Eltern, die mich immer gefördert haben, ohne zu fordern, und meiner Lebensgefährtin, Constanze Gebhardt: es ist endlich geschafft!

–  –  –

VIII

1. Einleitung Heutige Unternehmen stehen vor enormen Herausforderungen. Globalisierung und Vernetzung schaffen eine Markttransparenz, wie sie so noch nie existiert hat. Daraus folgt ein Wettbewerbs- und Anpassungsdruck, dessen Folgen wir täglich in den Medien verfolgen können. Doch nicht jede Entwicklung ist schlecht, sie birgt auch Chancen. Die jetztige Chance besteht darin, aus der Vernetzung eine Integration zu schaffen und aus dieser Integration heraus neue Wertschöpfungsketten zu bilden.

Das Internet hat endgültig den Alltag erreicht und verändert die Geschäftswelt. Unternehmen wie ebay und Amazon seien hier als einleuchtende Beispiele genannt. Viele Veränderungen sind subtiler, schwerer auszumachen.

Gleichzeitig verändert sich auch die Art und Weise, wie Software entwickelt wird.

Diese Entwicklung verläuft phasenweise. Am Anfang standen grosse monolithische Systeme, in denen jede Anwendung vom Punkte Null an entwickelt wurde. Über die Jahre wurden immer wieder Teile als redundant und allgemeingültig identifiziert und durch Modularisierung aus dem Entwicklungsprozess einer Anwendung herausgenommen und zur Infrastruktur hinzugefügt.

Zuerst kamen die Betriebsysteme, die die Kommunikation zwischen Hardware und Software übernahmen, die Resourcen (z.B. Rechenzeit, Speicher, Ein- und Ausgabemedien) verwalteten und eine enorme Entlastung für den Anwendungsentwickler darstellen. Heutzutage ist ein Rechner ohne Betriebsystem völlig undenkbar.

In einer zweiten Welle kamen Datenbanken, die den immer wiederkehrenden Prozess der strukturierten Informationsverwaltung, Informationssuche und -verknüpfung übernahmen. Diese Entwicklung ist für den normalen Endanwender nicht ganz so offensichtlich, da eine Datenbank nie direkt wahrgenommen wird, sondern Basis für Anwendungen ist.

Die dritte Entwicklung ist die Vernetzung. Sie entstand innerhalb der Firmen. Zuerst wurden mehrere Terminals an einen Mainframe angeschlossen, um diesen mehreren Nutzern gleichzeitig zur Verfügung zu stellen. Mit dem PC wurden die Terminals intelligent und konnten Teile der Anwendung selbst ausführen. Heute ist eine dreischichtige Architektur - Datenhaltung, Anwendungs- bzw. Geschäftslogik, Präsentation - Stand der Technik. Erst eine solche Architektur ermöglicht eine ausreichende Flexibilisierung und Skalierbarkeit.





Diese komplexen Architekturen sind durchaus in der Lage, moderne Geschäftsprozesse abzubilden. Da Geschäftsprozesse aber flexibel sind und einen hohen Dokumentationsbedarf haben, hat sich in den letzten Jahren der Trend etabliert, die in den Systemen enthaltenden Geschäftsprozesse explizit zu modellieren. In der Wirtschaftsinformatik spricht man von Business Process Engineering. Die entsprechenden technischen Systeme werden Workflow Management Systeme genannt. Diese sind aber klar auf Prozesse innerhalb der Unternehmen gerichtet.

Listings

Nachdem der Blick lange nach innen gerichtet war, ist durch Globalisierung und Internet jetzt der Fokus auf die Vernetzung nach aussen, also mit externen Partnern gerichtet. Diese Entwicklung, gestützt durch das Paradigma der Service-Orientierung, begründet die Service-orientierte Architektur. Die Begrifflichkeiten sind noch vage, das World Wide Web Consortium definiert einen Service [HHAB] als... an

Abstract

resource that represents a capability of performing tasks that form a coherent functionality from the point of view of providers entitites and requesters entities. A service description is a set of documents that describe the interface to and semantics of a service.

Ein Service beinhaltet also eine in sich vollständige Funktionalität (oder einen Arbeitsschritt) und wird durch eine syntaktisch und semantisch beschriebene Schnittstelle zwischen Dienstleister und Dienstnehmer definiert.

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Die bedeutendste Neuerung des Service-Konzeptes ist die semantische Beschreibung, die über die syntaktische Beschreibung bisheriger Komponenten-Architekturen hinausgeht. In der Service-orientierten Architektur (Abbildung 1.1) wird diese Eigenschaft von Services dazu genutzt, eine Entkopplung von Dienstleister und Dienstnehmer durch ein Dienstverzeichnis (Service Repository) zu schaffen. Der Dienstnehmer braucht keine exakte (syntaktische) Definition eines Services, sondern kann über einen Anforderungskatalog sich eine Auswahl vorher registrierter Services vom Dienstverzeichnis geben lassen und aus diesen dynamisch das richtige Angebot auswählen und nutzen.

1.1. Motivation Internet und Globalisierung üben einen Zwang zur Veränderung, dem auch in Serviceorientieren Umgebungen Rechnung getragen werden muss. Einzelne Services können mittels Service-Komposition zu neuen, komplexen Services zusammengefasst werden.

All das klingt in der Theorie sehr verlockend, ist jedoch mit einem hohen Verwaltungsaufwand verbunden. Wenn ein einziges Unternehmen bereits dynamisch ist, kann dies für eine Menge von Unternehmen nur um so mehr gelten.

Diese Überlegungen führen zu der Idee, die Techniken des Workflow Management zur Service-Komposition zu nutzen, also die Prozesse aus den Grenzen eines einzelnen Unternehmens zu befreien und interorganisationelle Prozesse auf Services aufzubauen.

Ein erster Schritt, der hilft, die Komplexität der Service-Komposition beherrschbar zu machen.

Um wirklich flexibel zu sein, müssen die Service-Kompositionen schnell und häug erzeugt und angepasst werden. Im zweiten Schritt soll die Komposition durch Planungsalgorithmen der künstlichen Intelligenz unterstützt werden. Konzeptionell haben Services eine semantische Beschreibung. Achtet man darauf, dass diese Beschreibung umfangreich genug für einen Planungsalgorithmus ist, so ist die automatische Service-Komposition mittels Planungsalgorithmen möglich.

Tritt man einen Schritt von solchen Überlegungen zurück, stellt man fest, dass eine Integration von Planung und Ausführung in der Informatik bisher nicht gegeben ist.

Gängige Planungssprachen [Comb] enthalten keine Möglichkeit, die notwendigen Informationen für eine Ausführung abzubilden. Selbst moderne Ausführungssprachen [Tea03] enthalten keine Planungsaspekte.

Plængine Projekt Die vorliegende Arbeit gliedert sich in ein grösseres Forschungsprojekt ein, dem Plængine Projekt [GMO04]. Plængine ist ein Workflow Management System für die Service-orientierte Architektur, das Prozessplanung und -ausführung integriert. Plængine zeichnet sich dadurch aus, dass die Modellierung von Prozessen sowohl manuell als auch automatisiert von Komponenten des Systems durchgeführt werden kann.

Dabei bewegt sich das Plængine-Projekt in den Gebieten Workflow Management und Service-Komposition und bildet die Grundlage für Prozess-Komposition in Service-orientierten Architekturen. Dabei werden einige Aspekte der genannten Felder weniger

berücksichtigt:

• Im Bereich des Workflow Management ist das primär der Aspekt der manuellen Aktivitäten und wie diese über Rollen Personen zugeordnet werden. Nicht manuelle Aktiväten, sondern Service-Aufrufe sollen zu Prozessen zusammengefasst werden.

• Im Bereich der Service-Komposition ist primär die Heterogenität von ServiceBeschreibungen zu nennen. Innerhalb des Plængine-Projektes muss eine homoMotivation gene, planbare Beschreibung der Services vorliegen. Die Heterogenität ist eher in der Kommunikation des Plængine-Projektes mit der Aussenwelt zu suchen.

Das heisst nicht, dass diese Aspekte in zukünftigen Projektphasen in Betracht gezogen werden können; insbesondere die Service-Heterogenität ist eine wichtige, zukünftige Erweiterung. Plængine bildet somit eine Grundlage für flexible Planung und Ausführung von Prozessen in Service-orientierten Umgebungen, die nachfolgenden Projekten als Grundlage dienen soll. Abbildung 1.2 zeigt die Architektur von Plængine, wobei die einzelnen Teilkomponenten in drei Arbeiten betrachtet werden: Die Planungskomponente (Planer) wird von Harald Meyer [Mey04] bearbeitet, die Integrationsumgebung (CaseDirector) von Christian Günther [Gün04]. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Ausführungskomponente (Engine).

–  –  –

1.2. Ziel dieser Arbeit Aus der Vision des Plængine-Projektes lassen sich die Ziele dieser Arbeit herleiten. Aufgabe ist es, eine Ausführungskomponente für Prozesse zu entwickeln, die auf die speziellen Anforderungen ausgelegt ist, Servicekomposition mittels Workflow-Technologien

durchzuführen. Dabei sind folgende Teilaufgaben zu erledigen:

Entwurf eines integrierten Metamodells für Planungs- und Prozesssteuerungskomponenten Zentraler Aspekt einer Integration von Planungs- und Prozesssteuerungskomponenten ist die Servicespezifikation. Die Anforderungen an eine Servicespezifikation sind recht unterschiedlich aus Planungs- und Ausführungssicht, gleichwohl muss es ein einheitliches Metamodell geben, um die Integration zu ermöglichen.

Entwurf und Entwicklung der Prozesssteuerungskomponenten Auf Basis des Metamodells ist die Architektur der Prozesssteuerungskomponenten zu entwerfen und diese dann zu implementieren.

Maximierung der Flexibilisierung und Erweiterbarkeit Keine Workflowsprache kann einen Universalanspruch erheben. Deshalb soll das zu schaffende System und das dazugehörende Metamodell so flexibel wie möglich sein und Erweiterungspunkte bieten, um zukünftige Entwicklungen abbilden zu können.

Ein Kriterium für die Ausdrucksmächtigkeit sind Workflow Patterns [vdAtHKB03].

Das fertige System soll möglichst viele Patterns unterstützen.

Unterstützung der Service-orientierten Architektur Services zeichnen sich unter anderem durch spätes Auflösen und spätes Binden aus.

Mit anderen Worten, die auszuführenden Prozesse sind nur sehr lose mit den darunter liegenden Services gekoppelt. Diesen speziellen Eigenschaften muss Rechnung getragen werden.

Aufbau der Arbeit

1.3. Aufbau der Arbeit Nachdem bereits der Kontext der Arbeit vorgestellt worden ist, wird im nächsten Kapitel eine Einführung in das Gebiet der computergestützten Prozesssteuerung gegeben.

Anhand dieser werden weitere Anforderungen an die zu entwickelnden Prozesssteuerungskomponenten herausgearbeitet.

Der Entwurf der Prozesssteuerungskomponenten wird in Kapitel 3 dargestellt. Ausgehend vom Metamodell, das ausführlich beschrieben werden soll, werden die verschiedenen Bestandteile ganz im Sinne der Service-orientierten Architektur als Services definiert.

Anschliessend wird in Kapitel 4 eine Implementierung dieses Designs vorgenommen. Dabei werden auch die eingesetzten Bibliotheken vorgestellt und evaluiert, um ihren Einsatz zu begründen. Schliesslich wird in Kapitel 5 eine Wertung und Einordnung des erreichten Ergebnisses gegeben sowie ein Ausblick auf mögliche weiterführende Arbeiten eröffnet. Im Anhang findet sich das Literaturverzeichnis, das Glossar und die Javadocs der Implementierung.



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