Modellbasierte Entwicklung betrieblicher Informationssysteme Von by xiaohuicaicai

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									Ringvorlesung: Modellbasierte Softwareentwicklung

       Modellbasierte Entwicklung
   betrieblicher Informationssysteme:
   Von der Workflow-Anwendung zur




                                                    Institut
            Produktmaschine

                Andreas Oberweis

        Institut für Angewandte Informatik
   und Formale Beschreibungsverfahren (AIFB)

            Universität Karlsruhe (TH)

                    Juli 2004
Gliederung des Vortrags




                              AIF
    •   Motivation
    •   Digitale Produkte
    •   Produktmodellierung
    •   Produktmaschine
    •   Laufende Projekte
    •   Ausblick




                               2
Historie der Informationssystementwicklung




                                                                       AIF
                     Trend: Herauslösung spezifischer Aufgaben
                                aus dem Anwendungsprogramm
    Appl.

                                 DBMS
                       Appl.
     OS                                 UIMS




                                                DBMS
   1965-
   1975                     OS          Appl.
                        1975-                            UIMS




                                                              DBMS
                                                       WFMS

                                                               Appl.
                        1985              OS
                                        1985-
                                        1995
                                                              OS
                                                          1995-
(nach Van der Aalst 2002)                                 2005          3
Was kommt nach Workflow-Management?




                                                        AIF
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


                                                         4
Produktentwicklung im




                                                                  AIF
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
                                                                   5
Produkt-Life-Cycle




                                                 AIF
       Marketing                     Kunde



                 Produkt-
      Produkt-
                 ent-       Fertigung Vertrieb
      planung
                 wicklung




          Entwicklungsingenieure /
          Produktentwickler                       6
Besonderheiten digitaler Produkte




                                                                   AIF
z.B. • 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                                  7
Digitale Produkte




                             AIF
    •   Multimediale Daten
    •   Informationen
    •   Verträge
    •   Tarif
    •   Lizenz




                              8
Produktmaschine




                                                   AIF
   • Softwaresystem zur schemabasierten
     Erzeugung digitaler Produkte
   • Schema beschreibt Struktur und Verhalten
   • Produktmaschine interpretiert Produktschema
   • Kunde kann Produktschema in vorgegebenen
     Grenzen individualisieren



                                                    9
Produktmaschine: State of the Art




                                                  AIF
  • 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?
    …                                             10
Produktmaschine: State of the Art




                                                                                  AIF
• Entwicklungsumgebung für Versicherungsprodukte




                                                                                  11
                   (http://www.login-systems.com/insurance_system_software.htm)
Produktmaschine: State of the Art




                                                          AIF
• Produktkonfigurator




                                                          12
                                    (http://www.bmw.de)
Produktmaschine: State of the Art




                                    AIF
                                    13
Produktmaschine: State of the Art




                                                  AIF
                                    usw. usw. …
                                                  14
Produktmaschine: State of the Art




                                    AIF
                                    15
Individualisierung traditioneller Güter




                                                   AIF
• Variantenvielfalt
• Mass-Customization

• Unterschied zu digitalen Gütern:
   – Physische Güter durch materialbezogene
     Restriktionen nicht beliebig flexibel
   – Nach Herstellung nur noch begrenzt änderbar




                                                   16
Digitale Produkte




                                                    AIF
  hier gemeint im Sinne von:
  nicht-materielle Güter im Dienstleistungssektor



  Beschrieben durch:
  • Struktur / statische Eigenschaften
  • Verhalten / Lebenszyklus
     – Deklarativ
     – Prozedural


                                                    17
Sprachen zur Produktmodellierung




                                                  AIF
• 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!         18
Beispiel: Stückliste Fahrrad




                                                                      AIF
(http://www.datasystems.at/presse/Bilder/jetorbit/_stueckliste.jpg)




                                                                      19
Modelle Digitaler Produkte




                                                     AIF
• 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




                                                     20
High-Level Petri Netze zur




                                                    AIF
Produktmodellierung


• Präzise Beschreibung statischer und dynamischer
  Eigenschaften

• Nähe zu Datenbanken
• Datenmodell flexibel integrierbar




                                                    21
Integration von High-Level Petri-Netzen




                                                  AIF
und Datenbanken




           Filter A
Database                             Filter C
Schema A                 Condition


              Filter B                      Database
                                            Schema C
      Database
      Schema B                                    22
High Level Petri Netze und Datenbanken




                                                                           AIF
Prädikate/Transitionen-Netze integrieren das relationale
Datenmodell und Petri-Netze:

• Stelle (Prädikat)
                  LV-ANTRAG(ANTRAGSTELLER,V-SUMME,TARIF,BEGINN,BERATER)
                    ANTRAG-    V-SUMME        TARIF     BEGINN BERATER
                    STELLER
• Markierung
                   Hansen        10000        LK25      01.06.04   Mayer
  einer Stelle
                   Schmitz       250000       LR10      01.05.04   Mayer
                    Mann         100000       LK20      01.03.04 Schulte
                    Graf
                     234          30000       LR15      01.02.04 Hesse

                                        <A,V,T,BN,BR>
• Transition

                 Erfasse Antragsdaten                        LV-ANTRAG
                                                                           23
Beispiel: Registrierung eines
Lebensversicherungsantrages




                                                                                                               AIF
                                                          V-NEHMER V-SUMME   TARIF   BEGINN     BEITRAG
ANTRAG-   V-SUMME   TARIF     BEGINN     BERATER            Krieger 100000   LK20    01.06.04       2500,00
STELLER
Hansen                                                    Schröder  250000   LR10    01.05.04       700,00
            10000   LK25      01.06.04   Mayer
Schmitz    250000   LR10      01.08.04   Mayer              Werner   10000   LK20    01.03.04        250,00
 Mann      100000   LK20      01.07.04   Schulte             Mey     30000   LR15    01.02.04        90,00
 Graf       30000   LR15      01.06.04    Hesse             Herzog  100000   LK20    01.03.04       2500,00
                                                           Schäfer   15000   LR15    01.02.04        45,00


                                 <A,V,T,BN,BR>                   <A,V,T,BN,BG>
          LV-ANTRAG                                                                       VERTRAGSDATEN
                                                    BG=V*BS
                                                                            <BR,P1>            PROVISIONS-
   PRODUKTDATEN                                    P2=P1+(V*PS)                                 DATEN
                                 <T,PS,BS>          LV-Antrags-        <BR,P2>
                                                    registrierung
          PROVISIONS-       BEITRAGS-
 TARIF    SATZ              SATZ                                                         BERATER        PROVISION
 LK20        0.01            0,025                                                        Schulte         1028,00
 LK25         0,009          0,020
                                                                                          Mayer           1648,00
 LK30        0,008           0,018                                                        Hesse           2569,00
 LR05        0,0012          0,0024
 LR10        0,0014          0,0028                                                                                 24
 LR15        0,0015          0,0030
High-Level Petri-Netze und XML




                                                               AIF
• 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      25
XML-Netze




                                                     AIF
• 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

                                                     26
Operationstypen




                                                        AIF
• 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
                                                        27
Preismodell eines E-Learning Providers




                                                                                                 AIF
               learner


    ID account no.       grp . membership
                                                       LE
                                                                                     LA

          solved test                           LID   AN     GM
          sheet                                                                 AN        BA

           *
   ID solution learner ID
         static price model ID                        BA'=BA – f(D)


                                                       debit
                                STS                                                  account
                                                      account
                        *
                                LID SPM-ID                                 account no. balance

   static price model
                                                                           LA
                            *
   ID metadata determinant                            SPM
                                                                      AN        BA'
                                                             *
   name value dim. weight.                   SPM-ID          D
                                                                                                 28
 Schaltregel für XML-Netze




                                                                  AIF
• 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 eingefügt
   entsprechend den jeweiligen instanziierten Kantenbeschriftungen.
                                                                 29
Austauschbarkeit des




                            AIF
Daten-/Dokumentenmodells


 •   Relationenmodell
 •   NF2-Relationenmodell
 •   SGML
 •   XML
 •   …




                            30
Aktuelle Projekte




                                                                 AIF
• 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



                                                                 31
Projekt: Fachinformations-




                                                                     AIF
system Informatik



   Portal Exports               DXF Import    DBLP


                                               CS      io-port-
Datensäuberung                  Produktions            Daten-
                                Datenbank     LeaBib
                                                       management-
                                                       system
                                              CCSB
               Crawler Import

                    Crawler




                                                                     32
Projekt: Fachinformations-




                                                                                                   AIF
system Informatik

         Web-Service                    Benutzerschnittstelle (WWW)



                                                                                    io-port-
                                 Anwendungsfälle /
                                  Geschäftslogik                                    Portalsystem


                            Generische Anfragekomponente

    Anfragekomponente   Anfragekomponente   Anfragekomponente   Anfragekomponente
       Querybroker       PortalDatenbank     Retrievalsystem          CMS




       QueryBroker
                              Portal                             Themenseiten
                                                   Index
                            Datenbank




external DB
(u.a. CONF)
                                                                                                   33
Projekt: Flexible Abrechnungssysteme




                                                                  AIF
für elektronische Märkte


                                               Abrechnungs-
                         Preismaschine            system
      Preismodell


                          Produkt-            Elektronischer
                          maschine            Marktplatz für
                                              digitale Produkte

• 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.           34
Preismodell




                                                   AIF
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)                         35
Projekt: Studierendenverwaltungssystem




                                                       AIF
• 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
                                                       36
Individualisierung von Lernprogrammen




                                                        AIF
kommerzieller E-Learning-Provider

          reference                   learning object
           program                       provider


                      customization

           learning
           program                       learner

                      personalization

           learning
          schedule                       learner
                      arrangement /
                      adaptation
           learning
             object
          schedule
                                                        37
Zusammenfassung




                                                     AIF
• Modellbasierte Informationssystementwicklung für
  elektronische Märkte
             Produktmodell


            Produktmaschine


                               DBMS
    Appl.




                                       Datenmodell
                WFMS



              WF-Modell
                                                     38
Ausblick




                                                    AIF
 • Generierung von Prozessmodellen aus
   Produktmodellen

 • Abgleich von Produktmodellen

 • Implementationsarbeiten:
   Werkzeugumgebung für die Produktmaschine
       • Editoren
       • Repository
       • Interpreter/Simulator für Produktmodelle
                                                    39

								
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