Realisierung flexibler, unternehmensweiter
Workflow-Anwendungen mit ADEPT
1
Manfred Reichert ⋅ Thomas Bauer ⋅ Thomas Fries ⋅ Peter Dadam
Universität Ulm
Fakultät für Informatik, Abt. Datenbanken und Informationssysteme
Email: {reichert, bauer, fries, dadam}@informatik.uni-ulm.de
Zusammenfassung
Die Unterstützung unternehmensweiter und -übergreifender Geschäftsprozesse stellt für Workflow-
Management-Systeme (WfMS) eine besondere Herausforderung dar: Es sind sehr viele Organisations-
einheiten (auch externe) involviert, die Prozesse können langlaufend sein (Wochen, Monate), sie müs-
sen rasch an neue Gegebenheiten anpassbar sein, und bei Bedarf muss im Einzelfall spontan vom ge-
planten Ablauf abgewichen werden können (z. B. Auslassen, Einfügen oder Verschieben von Prozess-
schritten). Prozessorientierte Anwendungssysteme müssen – auch im Fall von Ad-hoc-Abweichungen
– für EDV-Laien einfach bedienbar sein, sie müssen robust und stabil laufen und das WfMS muss
auch bei einer großen Anzahl von Benutzern und Prozessinstanzen performant sein. Im Rahmen des
ADEPT-Projektes arbeiten wir seit 1994 intensiv an den technologischen Grundlagen und der Entwick-
lung eines WfMS der nächsten Generation, das alle diese Aspekte ganzheitlich und sehr grundlegend
adressiert. Der realisierte ADEPT-WfMS-Prototyp weist die Implementierbarkeit und das Zusammen-
spiel der entwickelten Konzepte nach und zeigt, dass Flexibilität, Robustheit und Effizienz keine
Widersprüche sein müssen. Der Beitrag erläutert die zugrundeliegende Problemstellung, die
technologischen Herausforderungen sowie die Einsatzperspektiven für ein solches System.
1 Einleitung
Mit E-Business entstehen neue Spielregeln im Markt, worauf sich die Unternehmen rasch mit geeig-
neten Strategien einstellen müssen. Auf ständig neue Trends und Herausforderungen müssen sie mit
immer neuen Produkt- und Serviceangeboten reagieren und diese schnell in die betrieblichen Abläufe
integrieren (vgl. Abbildung 1). Die optimale Gestaltung und Beherrschung der Geschäftsprozesse
sowie die Fähigkeit, diese rasch und kostengünstig an neue Gegebenheiten anzupassen, wird in
diesem Kontext für viele Unternehmen zur Überlebensfrage.
Die rasche Anpassbarkeit von Geschäftsprozessen wird auch deshalb immer wichtiger, weil andere
Rationalisierungspotenziale für Unternehmen weitgehend ausgereizt sind und sie sich deshalb gegen-
über dem Wettbewerb kaum mehr über den Preis differenzieren können. In dieser Situation werden
Qualitätsaspekte zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Vieles, was derzeit im Kontext von
E-Business diskutiert wird, wie Customer Relationship Management (CRM), Supply Chain
1
Die Arbeit wurde teilweise im Rahmen des Projektes „Skalierbarkeit in adaptiven Workflow-Management-
Systemen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erstellt.
Erschienen in: P. Horster (Hrsg.): Proc. Elektronische Geschäftsprozesse – Grundlagen, Sicherheits-
aspekte, Realisierungen, Anwendungen, Klagenfurt, September 2001, S. 217-228
218 Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT
Management (SCM) oder E-Procurement, zeigt bereits in diese Richtung und deutet an, was in
Zukunft an Marktdynamik auf Unternehmen zukommen wird.
Für den schnellen und erfolgreichen Einstieg ins E-Business genügt es aber nicht, die Prozesse an
bereitgestellte IT-Funktionen (z. B. SAP R/3) anzupassen. Die Unternehmen müssen vielmehr auf die
sich ständig ändernde Wettbewerbssituation durch rasche Umgestaltung ihrer Geschäftsprozesse
reagieren können. Sie müssen in der Lage sein, in kurzer Zeit – unter Umständen sogar innerhalb von
Tagen oder Stunden – auf Aktionen der Mitbewerber zu reagieren und ihre Geschäftsprozesse sowie
die sie unterstützenden Anwendungssysteme entsprechend rasch anzupassen oder sogar neu zu
implementieren. Wenn sich ein Prozess ändert, wollen Nutzer allerdings nicht jedes Mal aufwendige
Programmierarbeit leisten, sondern sie möchten ihre Abläufe möglichst rasch und einfach neu
strukturieren bzw. definieren können. Dabei sind sowohl zugekaufte Systeme (z. B. ERP-Anwen-
dungen) als auch historisch gewachsene Applikationen (Legacy Systems) auf Daten-, Funktions-
und Prozessebene zu integrieren.
Dies erfordert ein radikales Umdenken hinsichtlich der IT-seitigen Unterstützung der Geschäftspro-
zesse. Es gilt, die rein funktions- und datenzentrierten Sichten, bei der die prozessorientierte Ver-
knüpfung der Anwendungsfunktionen weitgehend in den Köpfen der Mitarbeiter oder „hart ver-
drahtet“ in den Anwendungsprogrammen vorhanden ist, konsequent zu erweitern [DaRK00]. Pro-
zessänderungen sind in diesem Umfeld extrem fehlerträchtig und nur mit sehr hohem Aufwand an
Personal, Kosten und Zeit zu bewerkstelligen [RDMK00].
Aus diesen Gründen müssen prozessorientierte Anwendungen in Zukunft rasch im „Plug & Play“-Stil
entwickelt sowie an neue Gegebenheiten angepasst werden können (vgl. Abbildung 2). Um dies zu
ermöglichen, wird eine Software-Technologie benötigt, die in umfassender, ganzheitlicher Weise
unternehmensweite und –übergreifende Geschäftsprozesse ausführen, verwalten und überwachen
kann. Es muss ferner möglich sein, notwendige Prozessänderungen rasch einzubringen und sie auto-
matisch „per Knopfdruck“ auf schon laufende Prozesse zu übertragen. Darüber hinaus dürfen Pro-
zesse niemals „starr“ implementiert sein. Im Bedarfsfall müssen Anwender ad hoc vom vorgeplanten
Ablauf abweichen können, wenn beispielsweise eine nicht vorhergesehene Ausnahmesituation einge-
M-Commerce
B2B
E-Commerce
CRM
Web-Shops
elektronische
Marktplätze
E-Procurement
...
externe
Dienste
Interne Abläufe
Ständig neue Trends erfordern von Unternehmen ... ... ständige neue Produkt- und Serviceangebote,
die in existierende Abläufe integriert werden
müssen
Abb. 1: Neue Herausforderungen durch E-Business
Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT 219
treten ist [DaRK00]. Die Unterstützung einer solchen Flexibilität ist für viele Anwendungen
unterlässlich. Sie bedingt aber auch, dass systemseitig geprüft und sichergestellt werden kann, dass
bei Ad-hoc-Änderungen im weiteren Verlauf des betroffenen Prozesses keine Inkonsistenzen
auftreten [ReDa98, Reic00].
Für die elektronische Unterstützung von Geschäftsprozessen wichtige, von derzeitigen Workflow-
Management-Systemen (WfMS) aber bisher kaum oder gar nicht betrachtete Anforderungen sind:
• Konsequente Trennung von Ablauflogik und Anwendungscode
• Rapid Prototyping durch „Plug & Play“-Techniken
• Intensive Korrektheitsprüfungen bereits zur Modellierungszeit
• Unterstützung von Ad-hoc-Änderungen einzelner Prozesse mit systemseitiger Konsistenz-
sicherung
• Unterstützung und Überwachung von temporalen Bedingungen
• Rasche Umsetzung von Prozessänderungen durch Prozess-Schemaevolution
• Skalierbarkeit für den unternehmensweiten Einsatz
• Unterstützung übernehmensübergreifender Anwendungen
• Scheduling und Resourcen-Management, Bereitstellung eines „Prozess-Leitstands“
• Fundierte theoretische Basis
Production Workflow Systeme [LeRo00], wie MQSeries Workflow oder Staffware, zeigen im
Prinzip bereits in die richtige Richtung. Prozesslogik und Anwendungsfunktionalität sind hier
voneinander getrennt. Eine große Schwäche dieser Systeme liegt jedoch in ihrer Starrheit, d. h. in
ihrer nicht vorhandenen oder sehr schwach ausgeprägten Fähigkeit, flexibel auf Ausnahmesituationen
Prozess-
Vorlagen Applikations-
Komponenten
Anwender
Prozess-Modellierer /
Prozess-Administrator
...
Prozess 4
Prozess 3
Prozess 2
Prozess 1
Prozess 6
Prozess 5
Prozess 11
Prozess 10
Prozess 9
Prozess 8
Prozess 7
Prozess 14
Prozess 13
Prozess 12
Repository
ADEPT Workflow Management System
Process Execution Engine
Alle Tests
OK!?
Anwendungen / Application Server
Msg Queuing
Time MgmtAuthorization
Client API Web Cl. API
Role Mgmt
Dyn. Change APIModeling API
Admin. API
Recovery Audit Trail ...
ADEPT Process
Composer
Create Process Template
Modify Process Template
Check Process Template
...
Go!
RollbackAdhoc Change
Schema Evol.Distribution
Connect with Applications
Abb. 2: Zukünftige Entwicklung prozessorientierter Anwendungen mittels Plug & Play
220 Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT
zu reagieren [CaCP98, MüRa00, ReDa98, Wesk98]. Dies schränkt, neben anderen wichtigen feh-
lenden Fähigkeiten (s. [JaBS97, Reic00]), ihre breite Einsetzbarkeit ganz erheblich ein [DaRK00].
In diesem Beitrag geben wir einen Überblick zum ADEPT-Projekt. Es wurde 1994 mit dem Ziel
initiiert, alle relevanten Aspekte von WfMS im Zusammenwirken zu untersuchen und eine um-
fassende theoretische und konzeptionelle Grundlage für die ganzheitliche Realisierung eines solchen
Systems zu erarbeiten.
Der Abschnitt 2 erläutert wichtige technologische Herausforderungen für WfMS der nächsten
Generation. In Abschnitt 3 zeigen wir exemplarisch, wie einige von ihnen im ADEPT-Projekt
aufgegriffen werden und welche Konzepte hieraus hervorgegangen sind. Der Beitrag schließt mit
einer kurzen Diskussion (Kapitel 4) und Zusammenfassung (Kapitel 5).
2 Technologische Herausforderungen
Workflow-Management-Systeme (WfMS) müssen in der Lage sein, ein breites Spektrum an Ge-
schäftsprozessen flexibel und effizient zu unterstützen. Wichtige Herausforderungen in diesem
Zusammenhang sind:
1. Das WfMS muss einen ausdrucksstarken Formalismus für die Prozessmodellierung (sog. Pro-
zessmetamodell) bereitstellen, der für Entwerfer verständlich ist und der die konsistente Be-
schreibung aller relevanten Prozessaspekte (Kontroll- und Datenfluss, zeitliche Be-
schränkungen, organisatorische Aspekte, usw.) gestattet.
2. Das WfMS muss ein zuverlässiges und robustes Ausführungsverhalten besitzen. Aus diesem
Grund sollte bereits zur Modellierungszeit ausgeschlossen werden, dass es während der Aus-
führung von Workflow-Instanzen infolge fehlerhafter Prozessmodelle zu ungewollten „Über-
raschungen“ kommen kann. Beispiele hierfür sind Blockierungen, nicht erfüllbare
Zeitconstraints und der Aufruf von Programm-Moduln bei fehlenden oder unvollständigen
Parameterdaten.
3. In vielen Anwendungsumgebungen ist jedes starre System, auch bei ansonsten idealer Pro-
zessunterstützung, zum Scheitern verurteilt. Krankenhausprozesse etwa weisen eine hohe Vari-
abilität und Dynamik auf, so dass üblicherweise nicht alle Prozessvarianten vormodelliert wer-
den können [DaRK00, RDMK00]. Hinzu kommt, dass unvorhersehbare Ausnahmen im
Verlauf der Ausführung von Klinikprozessen eher den Normalfall bilden. Anwender müssen
deshalb im Einzelfall spontan vom geplanten Ablauf, d. h. vom modellierten Prozess, ab-
weichen können, etwa durch Auslassen, Einfügen oder Verschieben von Prozessschritten.
4. Solche Ad-hoc-Änderungen dürfen niemals zu Konsistenz- oder Korrektheitsverletzungen
führen. Das bedeutet, dass prozessorientierte Anwendungen auch im Anschluss an
Änderungen robust und stabil laufen müssen. Die hierzu notwendigen On-the-fly-
Modellanalysen müssen effizient durchführbar sein, was mit zunehmender Ausdrucksmäch-
tigkeit des verwendeten Workflow-Metamodells jedoch immer schwieriger wird.
5. Prozessorientierte Anwendungen müssen – auch im Fall von Ad-hoc-Abweichungen – für
EDV-Laien einfach bedienbar sein. Insbesondere sollte die mit der Festlegung einer Ad-hoc-
Änderung verknüpfte Komplexität vor ihnen verborgen bleiben, etwa in Bezug auf das Re-
Mapping der Ein-/Ausgabeparameter der von der Änderung betroffenen Progamm-Module
Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT 221
oder die Behandlung fehlender Daten nach dem Löschen von Prozessschritten. Ebensowenig
sollte sich der Benutzer um die Anpassung von Prozesszuständen kümmern müssen.
Stattdessen muss das WfMS geeignete Modifikationsoperatoren auf einem hohen Abstrak-
tionsniveau anbieten (kein Pop-Up eines Modell-Editors).
6. Die Unterstützung und Überwachung komplexer Zeitbedingungen (z. B. minimale / maximale
Zeitabstände zwischen Aktivitäten) ist für viele Anwendungen essentiell. Ein WfMS muss des-
halb über Fähigkeiten zur Überwachung von Terminen und Terminabhängigkeiten verfügen.
Die fristgerechte Durchführung von Tätigkeiten muss durch Hinweise auf drohende Terminver-
letzungen unterstützt werden, auch im Kontext von gewünschten Ad-hoc-Abweichungen.
7. Von einem WfMS werden häufig Daten verarbeitet, an die hinsichtlich Datenschutz und
Datensicherheit strenge Maßstäbe angelegt werden müssen. Die Rechte einer Person für den
Zugriff auf diese Daten sind dabei über die Rolle oder Funktion geregelt, welche sie gerade
einnimmt. Bereits im statischen Fall sind die realen Rollenverteilungen und Vertretungs-
regelungen häufig sehr komplex und stellen hohe Anforderungen an das WfMS, insbesondere
im Hinblick auf die Pflege von Organisationsmodellen.
Im dynamischen Fall kommt erschwerend hinzu, dass durch Änderungen des Ablaufgraphen
keine "Datenschutzlücken" entstehen dürfen. Aus diesem Grund muss sehr fein steuerbar sein,
wer in welcher Rolle und in welchen Prozesszuständen welche Änderungen durchführen bzw.
welche Informationen (z. B. Ausführungshistorie, Änderunghistorie usw.) abrufen darf.
Entsprechende Einschränkungen sind auch deshalb sinnvoll, weil einzelne Anwender oft nur
eine eingeschränkte Sichtweise auf Abläufe besitzen. Dadurch können Prozessänderungen, die
aus der Sicht des Einzelnen durchaus sinnvoll erscheinen, im Widerspruch zu übergeordneten
Interessen (Einhaltung von Fristen, organisatorische Regelungen usw.) stehen. Diese Proble-
matik ist bei unternehmensweiten und –übergreifenden Prozessen verstärkt ausgeprägt.
8. Um unternehmensweite und -übergreifende Prozesse [DaRe99] angemessen zu unterstützen,
muss das WfMS auch bei einer großen Anzahl von Benutzern und Prozessintanzen performant
arbeiten.
Obwohl bereits sehr umfangreich, ist diese Liste noch nicht vollständig. Weitere wichtige Anfor-
derungen betreffen die Evolution von Prozessschemata und – soweit sinnvoll und möglich – die Pro-
pagierung dieser Änderungen auf bereits laufende Workflow-Instanzen, die Handhabung von Inter-
Prozess-Abhängigkeiten, die komponentenbasierte Entwicklung von prozessorientierten Anwend-
ungen oder das semantische Rollback von Workflow-Instanzen beim Auftreten logischer Fehler. Zu-
künftige WfMS werden, sofern sie diesen Anforderungen gerecht werden, in vielen anspruchsvollen
Anwendungsdomänen einsetzbar sein. Im Rahmen des ADEPT-Projektes arbeiten wir seit 1994 in-
tensiv an den technologischen Grundlagen und der Entwicklung eines WfMS der nächsten Ge-
neration, das alle diese Aspekte (und noch einige mehr) ganzheitlich und sehr grundlegend adressiert.
3 Realisierung mit dem ADEPT-WfMS
Den skizzierten Anforderungen kann man nicht dadurch gerecht werden, indem man sie isoliert von-
einander betrachtet. In ADEPT versuchen wir deshalb, die verschiedene Facetten prozessorientierter
Anwendungen integriert zu behandeln: Benutzerschnittstellen, Modellierungsfragestellungen und
-werkzeuge, planbare / nicht planbare Ausnahmebehandlungen, Flexibilität und dynamische Prozess-
222 Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT
änderungen, Schemaevolution, temporale Aspekte, Inter-Prozess-Abhängigkeiten und Skalierbar-
keit. Aus Platzgründen können wir an dieser Stelle nicht auf alle diese Aspekte eingehen. Stattdessen
konzentrieren wir uns auf dynamische Prozessänderungen und Skalierbarkeitsfragestellungen.
Weitergehende Informationen findet man in [Baue01, BaDa00, BaRD01, HRB+00, ReDa98,
Reic00].
3.1 Prozessmodellierung
ADEPT stellt für den Prozessmodellierer ein ausdrucksstarkes Prozessmetamodell bereit, das es
erlaubt, Geschäftsprozesse möglichst natürlich und in einer für die Anwender verständlichen Form
abzubilden. Darüber hinaus ist die effiziente Überprüfung bzw. Sicherstellung wichtiger Modelleigen-
schaften möglich, etwa im Hinblick auf die Aktivierbarkeit von Prozessschritten, die
Patientenakte
überprüfen
Daten
sammeln
Patient
aufnehmen
Patient
untersuchen
Medikation
anordnen
Dosis
berechnen
Medikament
herstellen
Dosis
validieren
Labortest
durchführen
Probe
entnehmen
Laborbefund
prüfen
PatientId
Gewicht
+ Grösse
Dosis
Medikament
verabreichen
Patient
nachversorgen
Patient
entlassen
Weiterer
Zyklus?
false
true
LOOP
Prozessvariable
AND-Split AND-Join
externer Termin
max.
Zeitabstand
3 h
Datenfluss Kontrollfluss
Abb. 3: Workflow-Modellierung in ADEPT
Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT 223
Verklemmungsfreiheit des modellierten Prozesses oder die Korrektheit der definierten Datenflüsse.
ADEPT verwendet dazu das graphbasierte Prozessmetamodell ADEPTbase, das die integrierte
Beschreibung der verschiedenen Aspekte eines Prozesses ermöglicht [RDMK00, Reic00]. Für die
Kontrollflussmodellierung wird ein blockbasierter Beschreibungsansatz verfolgt, bei dem Sequenzen,
Verzweigungen und Schleifen als logische Blöcke mit jeweils genau einem Ein- und Ausgangsknoten
modelliert werden. Solche Kontrollblöcke können geschachtelt sein, dürfen sich aber nicht
überlappen. Um die Ausdrucksmächtigkeit des Metamodells zu erhöhen, werden zusätzliche Kon-
strukte angeboten, etwa zur Beschreibung verschiedener Arten von „Wartet-Auf“-Beziehungen zwi-
schen Aktivitäten paralleler Zweige oder zur Vormodellierung ausnahmebedingter Vorwärts- und
Rückwärtssprünge im Kontrollfluss (z. B. partielles Rollback der Workflow-Instanz). Desweiteren
stellt ADEPTbase auch Konstrukte zur Modellierung von Datenflüssen, zeitlichen Einschränkungen
(z. B. Mindest- oder Maximalzeitabstände zwischen Aktivitäten) und organisatorischen Aspekten
bereit. Ein einfaches Beispiel eines ADEPT-Prozessmodells zeigt Abbildung 3.
Auf Ausführungsebene wird jede Workflow-Instanz um Zustandsinformationen angereichert, die von
der ADEPT Process Engine für die Workflow-Steuerung benötigt werden. Zur Unterstützung der
Kontrollflusssteuerung werden den Knoten und Kanten des Ausführungsgraphen einer Workflow-
Instanz entsprechende Zustandsmarkierungen zugeordnet. Für ihre Handhabung gibt es wohldefinier-
te Regeln, die festlegen, unter welchen Graphmarkierungen eine Prozessaktivität aktiviert werden
darf und welche Folgemarkierungen sich im Anschluss an ihre Ausführung ergeben können [Reic00].
Dabei bleiben die Zustandsmarkierungen bereits abgearbeiteter bzw. nicht mehr ausführbarer Be-
reiche des Prozessgraphen beim Fortschreiten der Bearbeitung erhalten, zumindest solange die
entsprechenden Graphregionen nicht wiederholt (z. B. nach Schleifenrücksprüngen) durchlaufen
werden. Dadurch können Informationen zum bisherigen Verlauf der Prozessausführung direkt aus
den aktuellen Graphmarkierungen abgeleitet werden, was für die effiziente Überprüfung der
Anwendbarkeit dynamischer Änderungsoperationen vorteilhaft ist [ReDa98].
3.2 Unterstützung dynamischer Prozessänderungen
Berechtigte Anwender können in ADEPT dynamische Prozessänderungen auf einem hohen Abstrak-
tionsniveau festlegen. Die Grundlage hierfür bildet das ADEPTflex-Kalkül, das einen vollständigen
Satz an Modifikationsoperatoren anbietet, mit denen sich die Struktur, die Attribute oder der Status
von sich in Ausführung befindlichen Workflow-Instanzen abändern lassen [ReDa98].
a)
b)
c)
A
C
B
deleteActivity(..., B, ...)
A
C
A
C
B
A
C
D
B
A
D
B
deleteActivity(..., C, ...) leerer Zweig!
A
C
D
B
A
C
D
B
deleteActivity(..., D, ...)
A
C
D
B
A
C
B
NT=NULL
Abb. 4: Beispiele für das Löschen von Aktivitäten in ADEPT
224 Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT
Unterstützt werden Operationen für das Hinzufügen, Löschen (vgl. Abbildung 4) und Verschieben
einzelner Aktivitäten oder ganzer Kontrollblöcke, für die Abänderung von Datenflüssen, für die Mo-
difikation einzelner Ausführungsattribute (z. B. Ressourcen-/Bearbeiterzuordnungen, Verzweigungs-
prädikate) und für das kontrollierte Zurücksetzen der Prozessbearbeitung. Durch ihre kombinierte
Anwendung können semantisch höherwertige Änderungen realisiert werden, etwa für das
dynamische Einfügen einer Aktivität zwischen zwei Knotenmengen oder für die Umsetzung von Ad-
hoc-Vorwärtssprüngen (z. B. vorzeitige Bearbeitung einer Aktivität mit Nachholen der über-
sprungenen Schritte).
Workflow-Instanz-Änderungen sind in ADEPT nur zulässig, wenn sie die Konsistenz des Prozesses
nicht verletzen. Zur Erfüllung dieser Forderung müssen alle Aspekte des Prozesses und ihre
Wechselwirkungen beachtet werden, selbst wenn sie nicht unmittelbar Gegenstand der be-
absichtigten Modifikation sind. Bei Änderungen der Kontrollflussstruktur sorgt ADEPT z. B.
selbständig dafür, dass die Blockstrukturierung aufrechterhalten bleibt und dass keine Ver-
klemmungssituationen eintreten. Dies wird durch die Vorgabe geeigneter Vor- und Nachbedingungen
für die Anwendung von Änderungsoperationen erreicht. Des weiteren wird bei Anwendung von
Änderungsoperationen, wie dem Einfügen, Löschen oder Verschieben von Aktivitäten (inkl. ihrer
Schreizugriffe auf Prozessvariablen), sichergestellt, dass im weiteren Verlauf der Prozessausführung
keine Inkonsistenzen (z. B. Lost Updates) oder Fehler (z. B. Aufruf von Aktivitätenprogrammen mit
unvollständig versorgten Eingabeparametern) auftreten. Sind z. B. obligate Eingabeparameter einer
Aktivität nach dem Löschen einer Vorgängeraktivität nicht mehr versorgt, muss die Löschoperation
entweder abgebrochen werden oder es sind begleitende Anpassungen vorzunehmen (z. B. kaska-
dierendes Löschen datenabhängiger Schritte, Installation von Nachforderungsdiensten, die bei der
Aktivierung des datenabhängigen Schrittes gerufen werden, usw.).
ADEPTflex sorgt selbständig dafür, dass nach der Anwendung einer dynamischen Änderung wieder
ein Prozess mit konsistentem Zustand resultiert. Um dies sicherzustellen, schränken wir die Anwend-
barkeit von Änderungsoperationen durch den aktuellen Zustand der jeweiligen Workflow-Instanz
(d. h. den Knoten- und Kantenmarkierungen ihres Ausführungsgraphen) ein. Beispielswiese dürfen
bereits abgeschlossene Aktivitäten nicht mehr gelöscht oder ihre Ausführungsattribute nachträglich
verändert werden. Ebensowenig darf eine neue Prozessaktivität in einen bereits abgearbeiteten Teil
eines Ausführungsgraphen eingefügt werden. Entsprechende Statusüberprüfungen werden vor
Anwendung einer Änderungsoperation bzw. -transaktion durchgeführt. Darüber hinaus wird nach
der strukturellen Abänderung eines Ausführungsgraphen sein Status neu bewertet und ggf. angepaßt,
z. B. durch die Zuordnung von Markierungen zu neu eingefügten Knoten und Kanten. Anschließend
kann mit der Prozessausführung in einem konsistenten Zustand fortgefahren werden.
Das ADEPT-WfMS stellt ebenfalls sicher, dass bei der Anwendung einer Änderungstransaktion
wieder ein Prozess mit konsistentem, d.h. erfüllbarem Zeitplan resultiert. Die Einhaltung dieser
Forderung wird nicht nur bei der Änderung von Zeitattributen geprüft, sondern auch in Verbindung
mit Modifikationen der Kontrollflussstruktur. Beispielsweise können sich durch das Einfügen einer
Aktivität (mit bekannter minimaler und maximaler Zeitdauer), die frühesten Anfangszeitpunkte
nachfolgender Aktivitäten nach hinten verschieben. Je nachdem, ob dadurch zuvor festgelegte
Termine noch erfüllbar sind oder nicht, können die notwendigen Anpassungen automatisch durch das
WfMS erfolgen, oder sie müssen in Interaktion mit den Anwendern ermittelt werden.
Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT 225
3.3 Skalierbarkeit durch verteilte Prozesssteuerung
Unternehmensweite, prozessorientierte Anwendungen sind charakterisiert durch eine große Zahl von
Benutzern und gleichzeitig aktiven Workflow-Instanzen [DaRe00]. Dadurch kann die Belastung für
Server sehr groß werden. Bereits die Durchführung einer Prozessaktivität macht die Übertragung
mehrerer Nachrichten zwischen Server und Klienten erforderlich, etwa um Parameterdaten zu trans-
ferieren, Arbeitslisten zu aktualisieren, Programm-Module zu rufen oder Daten zwischen gerufenen
Modulen und externen Datenquellen auszutauschen. Insgesamt kann das zu bewältigende Kommuni-
kationsaufkommen sehr groß werden, was bei zunehmender Anzahl von Workflow-Instanzen zur
Überlastung von Teilnetzen und zu schlechten Antwortzeiten führt. Erschwerend kommt für
unternehmensübergreifende Prozesse hinzu, dass die Kommunikation teilweise über relativ langsame
Weitverkehrsnetze abgewickelt werden muss. Spätestens dann stellt die Belastung des Kom-
munikationssystems einen kritischen Faktor für den Gesamtdurchsatz des Systems dar [Baue01].
Um die im unternehmensweiten Einsatz aufkommende Gesamtlast bewältigen zu können, muss ein
WfMS skalierbar sein. In ADEPT erzielen wir Skalierbarkeit, indem wir die Systemlast auf mehrere
Server verteilen. Zu diesem Zweck haben wir mit ADEPTdistribution ein Ausführungsmodell entwickelt
und implementiert, bei dem die Kontrolle einer Workflow-Instanz ggf. abschnittsweise durch
verschiedene Server erfolgen kann [BaDa00]. Zu diesem Zweck wird der Ablaufgraph einer
Prozessvorlage in Partitionen unterteilt (vgl. Abbildung 5). Jeder Partition wird ein Server
zugeordnet, der zur Laufzeit die Koordination ihrer Aktivitäten übernimmt. Kommt es während der
Ausführung einer Workflow-Instanz zu einem Übergang zwischen zwei Partitionen, so findet eine
Migration statt, bei der ihre Kontrolle vom aktuellen Server an den Server der Zielpartition übertra-
gen wird. Bevor dieser Server mit der Ausführung fortfahren kann, müssen instanzspezifische Daten
(z.B. Informationen zum aktuellen Ausführungsstatus, aktuelle Werte bestimmter Prozessvariablen)
transferiert werden. Durch diesen Ansatz werden die Aktivitäten paralleler Bearbeitungszweige ggf.
nebenläufig durch unterschiedliche Server koordiniert. Um dabei die Kommunikation lokal zu halten,
müssen diese Server in ADEPT nicht notwendigerweise Kenntnis über den Bearbeitungsstatus der
von anderen Servern kontrollierten Teilzweige bzw. Aktivitäten besitzen.
WF Partition 1
WF Partition 2
WF Partition 3
Workflow
Server S
1
Workflow
Server S2
Workflow
Server S3
a
bc
de
f
Abb. 5: Partitionierung von Workflows und Migration der Workflow-Kontrolle
Ein zentrales Anliegen des ADEPTdistribution-Ansatzes ist es, die Partitionierung von Prozessgraphen
und die Zuordnung von Servern so zu wählen, dass das Kommunikationsaufkommen bei der
Prozessausführung minimiert wird. Zu diesem Zweck werden für den Entwickler Verfahren
bereitgestellt, mit denen sich optimale Serverzuordnungen bzw. optimale Partitionierungen
automatisch berechnen lassen. Dazu verwenden wir Kostenformeln, die es uns erlauben, die Güte
226 Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT
einer gewählten Verteilung zu bewerten. Berücksichtigt werden u.a. Kosten für den Transfer von
Parameterdaten, für die Aktualisierung von Arbeitslisten sowie für die Durchführung von
Migrationen. Dabei wird eine Aktivität in den meisten Fällen demjenigen Server zugeordnet, der sich
am nächsten bei den zugehörigen Bearbeitern befindet. Da Migrationen ebenfalls Kommunikations-
kosten verursachen und die Server belasten, werden sie allerdings nur eingesetzt, wenn sie das
Gesamtkommunikationsverhalten verbessern [Baue01].
4 Diskussion
In der Workflow-Literatur gibt es zahlreiche Veröffentlichungen, die sich mit einzelnen Aspekten von
WfMS beschäftigen. Beispiele sind Arbeiten zu Modellierungssprachen (z. B. [Ober96]), zu Ad-
hoc-Änderungen (z. B. [MüRa00, Wesk98]), zu Schemaevolution (z. B. [CaCP98, ElMa97,
JoHe98, KrGe99]) oder zu Skalierbarkeit und verteilter Workflow-Ausführung (u.a. [AMG+95,
MWW+98, ShKo97]). Jedoch gibt es kaum Projekte, welche diese Aspekte gemeinsam
betrachten, insbesondere wird deren Zusammenspiel nicht hinreichend gewürdigt. Es ist nicht das Ziel
dieser Arbeiten, ein bezüglich der Kommunikationskosten effizientes WfMS zu entwickeln, das
funktional mächtig, skalierbar und flexibel ist. Diese Aspekte und ihr Zusammenwirken wurden in
ADEPT erstmalig und in ganzheitlicher Weise untersucht (z. B. [BaRD01, DaRK00]).
WIDE erlaubt dynamische Änderungen eines Workflow-Schemas und deren Propagierung auf
laufende Workflow-Instanzen [CaCP98]. Außerdem werden Workflow-Instanzen verteilt gesteuert
[CGP+96]. Bei MOKASSIN [GJS+99, JoHe98] und WASA [Wesk98] wird die verteilte
Workflow-Ausführung durch die zugrunde liegende CORBA-Infrastruktur realisiert. Außerdem sind
Änderungen auf Schema- und Instanzebene möglich, wobei auch Konsistenzfragestellungen betrach-
tet werden. In INCAs [BaMR96] erfolgt die Steuerung von Workflow-Instanzen auf der Grundlage
von Regeln. Die Regelmenge eines Workflows kann zur Laufzeit modifiziert werden, um dynamische
Änderungen durchzuführen. – Bei all diesen Ansätzen wird aber, im Gegensatz zu ADEPT, nicht
explizit auf das Zusammenspiel der erwähnten Aspekte (z. B. dynamische Änderungen und verteilte
Steuerung) eingegangen.
5 Zusammenfassung
WfMS der nächsten Generation besitzen das Potenzial, die Entwicklung vorgangsorientierter An-
wendungen nachhaltig zu verändern. Faktisch wird durch ihren Einsatz die Realisierung und der Be-
trieb prozessorientierter Anwendungssysteme im größeren Stil überhaupt erst möglich. Dabei sollten,
wie im Fall von ADEPT, die einzelnen Programmbausteine eines Prozesses als isolierte, wiederver-
wendbare Komponenten implementiert werden können, deren Eingabeparameter beim Aufruf von
der Laufzeitumgebung des WfMS versorgt werden und die lediglich dafür sorgen müssen, dass nach
ihrer Beendigung korrekte Werte für Ausgabeparameter erzeugt werden. Alle anderen Aufgaben der
Ablaufsteuerung und -überwachung (inkl. Ausnahme- und Fehlerbehandlungen) sollen durch das
WfMS übernommen werden.
WfMS mit den skizzierten Eigenschaften bieten die Chance, zu einer gänzlich neuen Art der Entwick-
lung verteilter Informationssysteme zu gelangen, bei der Anwendungen durch die (graphische) Be-
schreibung von Prozessvorlagen und durch das Einstecken vorgefertigter Programmbausteine in
Realisierung flexibler, unternehmensweiter Workflow-Anwendungen mit ADEPT 227
diese Vorlagen entwickelt werden. Spätere Prozessänderungen und daraus resultierende Anpassung-
en der Anwendungssysteme können bei diesem Ansatz relativ einfach durchgeführt werden. Wurde
bei der Implementierung der Programmbausteine sorgfältig vorgegangen, kann z.B. die Reihenfolge
der Arbeitsschritte eines Prozesses geändert oder es können neue Schritte hinzugenommen werden,
ohne dass hiervon die bereits existierenden Programmbausteine betroffen sind. Schließlich können
WfMS dazu beitragen, funktionsorientierte Anwendungen prozessorientiert zu integrieren und so eine
gemeinsame Basis für die Verwaltung von Arbeitsabläufen zu schaffen.
Der ADEPT-Prototyp [HRB+00] ist derzeit eines der funktional mächtigsten und flexibelsten
WfMS. Er weist die Implementierbarkeit und das Zusammenspiel der im ADEPT-Projekt entwickel-
ten Konzepte auf eindrucksvolle Weise nach und zeigt, dass Flexibilität, Robustheit und Effizienz
keine Widersprüche sein müssen. Der Prototyp zeigt aber auch, dass solche High-End-WfMS große
Software-Systeme sind, die leicht die Code-Komplexität eines High-End-DBMS erreichen. Die
derzeitige Implementierung des Prototypen umfaßt ca. 130.000 Programmzeilen Java-Code.
WfMS werden in Zukunft im Rahmen der Software-Infrastruktur von Unternehmen eine
Schlüsselrolle einnehmen und sich als unverzichtbare, allgemein nutzbare Middleware-Funktion zur
flexiblen Gestaltung und Steuerung von Geschäftsprozessen erweisen.
Literatur
[AMG+95] Alonso, G.; Mohan, C.; Günthör, R.; Agrawal, D.; El Abbadi, A.; Kamath, M.:
Exotica/FMQM: A Persistent Message-Based Architecture for Distributed Workflow
Management. Proc. IFIP Working Conf on Information Systems for Decentralised
Organisations, Trondheim, August 1995.
[BaDa00] Bauer, T.; Dadam, P.: Efficient Distributed Workflow Management Based on Variable
Server Assignments. Proc. 12
th
Conf on Advanced Information Systems Engineering,
Stockholm, Juni 2000, S. 94-109.
[BaRD01] Bauer, T.; Reichert, M.; Dadam, P.: Adaptives und verteiltes Workflow-Management.
Proc. Datenbanksysteme in Büro, Technik und Wissenschaft (BTW 2001), Oldenburg,
März 2001, S. 47-66
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