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Modellierung, Visualisierung und Ausführung wissensintensiver Prozesse unter Verwendung Semantischer Technologien
Eric Rietzke
PhD-Thesis, Universität Trier, 11/2021.
Abstract
In vielen Branchen und vor allem in großen Unternehmen gehört eine Unterstützung von Geschäftsprozessen durch Workflow-Management-Systeme zum gelebten Alltag. Im Zentrum steht dabei die Steuerung kontrollflussorientierter Abläufe, während Prozesse mit einem Schwerpunkt auf Daten, Informationen und Wissen meist außen vor bleiben. Solche wissensintensive Prozesse (engl.: knowledge intensive processes) (KiPs) sind Untersuchungsgegenstand in vielen aktuellen Studien, welche ein derzeit aktives Forschungsgebiet formen.
Im Vordergrund solcher KiPs steht dabei das durch die mitwirkenden Personen eingebrachte Wissen, welches in einem wesentlichen Maß die Prozessausführung beeinflusst, hierdurch jedoch die Bearbeitung komplexer und meist hoch volatiler Prozesse ermöglicht. Hierbei handelt es sich zumeist um entscheidungsintensive Prozesse, Prozesse zur Wissensakquisition oder Prozesse, die zu einer Vielzahl unterschiedlicher Prozessabläufe führen können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ansatz entwickelt und vorgestellt, der sich der Modellierung, Visualisierung und Ausführung wissensintensiver Prozesse unter Verwendung Semantischer Technologien widmet. Hierzu werden als die zentralen Anforderungen zur Ausführung von KiPs Flexibilität, Adaptivität und Zielorientierung definiert. Daran anknüpfend werden drei zentrale Grundprinzipien der Prozessmodellierung identifiziert, welche in der ersten Forschungsfrage aufgegriffen werden: „Können die drei Grundprinzipien in einem einheitlichen datenzentrierten, deklarativen, semantischen Ansatz (welcher mit ODD-BP bezeichnet wird) kombiniert werden und können damit die zentralen Anforderungen von KiPs erfüllt werden?”
Die Grundlage für ODD-BP bildet ein Metamodell, welches als Sprachkonstrukt fungiert und die Definition der angestrebten Prozessmodelle erlaubt. Darauf aufbauend wird mit Hilfe von Inferenzierungsregeln ein Verfahren entwickelt, welches das Schlussfolgern von Prozesszuständen ermöglicht und somit eine klassische Workflow-Engine überflüssig macht. Zudem wird eine Methodik eingeführt, die für jede in einem Prozess mitwirkende Person eine maßgeschneiderte, adaptive Prozessvisualisierung ermöglicht, um neben dem Freiheitsgrad der Flexibilität auch eine fundierte Prozessunterstützung bei der Ausführung von KiPs leisten zu können. All dies erfolgt innerhalb einer einheitlichen Wissensbasis, die zum einen die Grundlage für eine vollständige semantische Prozessmodellierung bildet und zum anderen die Möglichkeit zur Integration von Expertenwissen eröffnet. Dieses Expertenwissen kann einen expliziten Beitrag bei der Ausführung wissensintensiver Prozesse leisten und somit die Kollaboration von Mensch und Maschine durch Technologien der symbolischen KI ermöglichen. Die zweite Forschungsfrage greift diesen Aspekt auf: „Kann in dem ODD-BP Ansatz ontologisches Wissen so integriert werden, dass dieses in einer Prozessausführung einen Beitrag leistet?”
Das Metamodell sowie die entwickelten Methoden und Verfahren werden in einem prototypischen, generischen System realisiert, welches grundsätzlich für alle Anwendungsgebiete mit KiPs geeignet ist. Zur Validierung des ODD-BP Ansatzes erfolgt eine Ausrichtung auf den Anwendungsfall einer Notrufabfrage aus dem Leitstellenumfeld. Im Zuge der Evaluation wird gezeigt, wie dieser wissensintensive Ablauf von einer flexiblen, adaptiven und zielorientierten Prozessausführung profitiert. Darüber hinaus wird medizinisches Expertenwissen in den Prozessablauf integriert und es wird nachgewiesen, wie dieses zu verbesserten Prozessergebnissen beiträgt.
Wissensintensive Prozesse stellen Unternehmen und Organisationen in allen Branchen und Anwendungsfällen derzeit vor große Herausforderungen und die Wissenschaft und Forschung widmet sich der Suche nach praxistauglichen Lösungen. Diese Arbeit präsentiert mit ODD-BP einen vielversprechenden Ansatz, indem die Möglichkeiten Semantischer Technologien dazu genutzt werden, eine eng verzahnte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine bei der Ausführung von KiPs zu ermöglichen. Die zur Evaluation fokussierte Notrufabfrage innerhalb von Leitstellen stellt zudem einen höchst relevanten Anwendungsfall dar, da in einem akuten Notfall in kürzester Zeit Entscheidungen getroffen werden müssen, um weitreichenden Schaden abwenden und Leben retten zu können. Durch die Berücksichtigung umfassender Datenmengen und das Ausnutzen verfügbaren Expertenwissens kann so eine schnelle Lagebewertung mit Hilfe der maschinellen Unterstützung erreicht und der Mensch beim Treffen von richtigen Entscheidungen unterstützt werden.