Nghiên cứu phương pháp kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình quy trình nghiệp vụ xây dựng bằng BPMN 2 0

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HÀ THỊ HỒNG SƠN

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP KIỂM CHỨNG
TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MÔ HÌNH QUY TRÌNH
NGHIỆP VỤ XÂY DỰNG BẰNG BPMN 2.0

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HÀ THỊ HỒNG SƠN

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP KIỂM CHỨNG
TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MÔ HÌNH QUY TRÌNH
NGHIỆP VỤ XÂY DỰNG BẰNG BPMN 2.0

Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm
Mã số: 60480103

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRƢƠNG ANH HOÀNG

TS. NGUYỄN NHƢ SƠN

Hà Nội - 2015


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá
nhân tôi, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận
văn, những điều đã trình bày là của cá nhân tôi hoặc là được tôi tổng hợp từ
nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các nguồn tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng và
được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin chịu toàn bộ trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
cho lời cam đoan của tôi.
Hà Nội, tháng 05 năm 2015

Hà Thị Hồng Sơn


4

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của PGS.TS.
Trương Anh Hoàng – người đã đưa ra định hướng khoa học và luôn quan tâm,
động viên, thông cảm, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình
thực hiện luận văn. Đồng thời, tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn đến TS.
Nguyễn Như Sơn – người đồng hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa Công
nghệ thông tin trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng
dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tác giả trong suốt

khóa học.
Tác giả cũng xin được cảm ơn các tác giả của các công trình nghiên cứu, tài
liệu đã được tác giả sử dụng, trích dẫn trong luận văn vì đã cung cấp nguồn tư
liệu quý báu và các kiến thức liên quan để tác giả thực hiện luận văn.
Đặc biệt, tác giả xin được cảm ơn gia đình, bạn bè và các anh chị em đồng
nghiệp – những người đã luôn động viên, hỗ trợ về mặt tinh thần và giúp đỡ, tạo
điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn đúng kế hoạch.
Hà Nội, ngày 26 tháng 05 năm 2015
Hà Thị Hồng Sơn


5

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................3
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................9
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................10
Chƣơng 1. Giới thiệu ....................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Quản lý quy trình nghiệp vụ ................................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Vị trí và vai trò của kiểm chứng mô hình quy trình nghiệp vụ trong BPMS Error!
Bookmark not defined.
1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan ...................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Hướng tiếp cận của luận văn .................................. Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết .............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1. BPMN 2.0 ............................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Các thành phần của BPMN 2.0 .................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Ví dụ ........................................................... Error! Bookmark not defined.

2.1.3. Đánh giá tần suất sử dụng các ký pháp trong BPMN 2.0 Error! Bookmark
not defined.
2.2. Tính đúng đắn của BPMN ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Tính đúng đắn của mô hình quy trình nghiệp vụ...... Error! Bookmark not
defined.
2.2.2. Các dạng lỗi cấu trúc của mô hình quy trình ............ Error! Bookmark not
defined.
Chƣơng 3. Kiểm chứng tính đúng đắn BPMN dựa trên dấu vết nhân quả ..... Error!
Bookmark not defined.
3.1. Cú pháp trừu tượng của BPMN 2.0 ........................ Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Định nghĩa 1 (Core BPMN Process) .......... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Định nghĩa 2 (Well-formed BPMN) ........... Error! Bookmark not defined.


6

3.2. Dấu vết nhân quả .................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Định nghĩa 3 (Causality Graph).................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Định nghĩa 4 (Causal Footprint) ................. Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Định nghĩa 5 (Causal Closure) ................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Sinh dấu vết nhân quả từ BPMN ............................ Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Ánh xạ các thành phần từ BPMN sang đồ thị nhân quả .. Error! Bookmark
not defined.
3.3.2. Sinh dấu vết nhân quả từ đồ thị nhân quả của BPMN..... Error! Bookmark
not defined.
3.4. Phát hiện lỗi cấu trúc trong BPMN dựa trên dấu vết nhân quả ... Error! Bookmark
not defined.
3.4.1. Lỗi tắc nghẽn (Deadlock Pattern) ............... Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Lỗi nhiều điểm kết thúc (Multiple Termination Pattern) Error! Bookmark
not defined.

3.4.3. Lỗi lặp (Trap Pattern) ................................. Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 4. Thực nghiệm và đánh giá............................. Error! Bookmark not defined.
4.1. Yêu cầu ................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Thiết kế và cài đặt................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3. Kết quả thử nghiệm ................................................ Error! Bookmark not defined.
4.4. Đánh giá .................................................................. Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................11


7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ viết đầy đủ

Diễn giải

BP

Business Process

Quy trình nghiệp vụ

BPEL

Business Process Excution
Language

Ngôn ngữ thực thi quy trình
nghiệp vụ

BPM

Business Process Management

Quản lý quy trình nghiệp vụ

BPMN

Business Process Management
Notaion

Ký pháp mô hình hóa quy trình
nghiệp vụ

BPMS

Business Process Management
System

Hệ thống quản lý quy trình
nghiệp vụ

EPC

Event - Driven Process Chain

Chuỗi quy trình điều khiển theo

sự kiện


8

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Kết quả đánh giá tầm quan trọng của các chủ đề trong BPM ..... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4.1. Danh sách các plugin và package được sử dụngError! Bookmark not
defined.


9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các thành phần của một BPMS .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.2. Vòng đời của BPM ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3. Mô hình quy trình bán hàng ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4. Công cụ chuyển đổi từ BPMN sang Petri Net ... Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.5. Chuyển đổi từ EPC sang dấu vết nhân quả ........ Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.6. Chuyển đổi từ Petri Net sang dấu vết nhân quả . Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.7. Lỗi tắc nghẽn trên EPC, Petri Net và trên dấu vết nhân quả ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.8. Lỗi nhiều điểm kết thúc....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9. Vòng tròn luẩn quẩn của EPC và thể hiện trên dấu vết nhân quả Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.1. Phân loại các thành phần của BPMN .. Error! Bookmark not defined.

Hình 2.2. Các kiểu Event của BPMN ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Ví dụ một ad-hoc process.................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4. Trạng thái thu gọn và mở rộng của một quy trình con ................ Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.5. Ví dụ quy trình có AND-Split và AND-Join Gateway ................ Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.6. Ví dụ mô hình quy trình báo giá du lịch ............ Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.7. Quy trình mua hàng phối hợp ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8. Tần suất sử dụng các thành phần trong mô hình quy trình của BPMN
2.0.................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Lỗi Deadlock trong BPMN ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Lỗi nhiều điểm kết thúc trong BPMN.............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.11. Lỗi vòng lặp vô hạn trong BPMN ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Ánh xạ các thành phần BPMN sang đồ thị nhân quả .................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.2. Lỗi tắc nghẽn trong BPMN và dấu vết nhân quả của nó ............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.3. Lỗi nhiều điểm kết thúc trong BPMN và dấu vết nhân quả ........ Error!
Bookmark not defined.


10

Hình 3.4. Lỗi lặp đơn và dấu vết nhân quả ......... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Lỗi lặp chung và dấu vết nhân quả ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.1. Sơ đồ ca sử dụng tổng thể của hệ thống kiểm chứng BPMN ...... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.2. Cấu trúc của hệ thống kiểm chứng BPMN ........ Error! Bookmark not

defined.
Hình 4.3. Phát hiện lỗi tắc nghẽn trong BPMN bằng dấu vết nhân quả ...... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.4. Phát hiện lỗi nhiều điểm kết thúc trong BPMN bằng dấu vết nhân quả
....................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.5. Phát hiện lỗi lặp đơn trong BPMN bằng dấu vết nhân quả ......... Error!
Bookmark not defined.


11

MỞ ĐẦU
Các hệ thống quản lý quy trình nghiệp vụ (Bussiness Process Management
System - BPMS) ra đời và ngày càng phát triển đã giúp các tổ chức, doanh
nghiệp xử lý các quy trình một cách tự động, nhanh chóng, tiết kiệm và hiệu
quả. Song song với sự phát triển của các BPMS là sự phát triển của các ngôn
ngữ mô hình hóa quy trình, từ các ngôn ngữ hình thức như Petri Net đến các
ngôn ngữ định nghĩa như EPC, BPMN hay các ngôn ngữ thực thi quy trình như
BPEL. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để kiểm tra được tính đúng đắn của các mô
hình quy trình nghiệp vụ. Việc kiểm chứng tính đúng đắn của các mô hình quy
trình nghiệp vụ có vai trò rất quan trọng vì nó giúp sớm phát hiện các lỗi về cấu
trúc và cú pháp của các quy trình trước khi đưa vào triển khai, áp dụng, làm
giảm chi phí và thời gian phát triển, triển khai quy trình.
Các phương pháp kiểm chứng tính đúng đắn của các mô hình quy trình
nghiệp vụ lần lượt ra đời theo các ngôn ngữ mô hình hóa: sử dụng kiểm chứng
mô hình (Model Checking), phương pháp hình thức (Formal Method) hay lý
thuyết về đồ thị, mà hầu hết là áp dụng với ngôn ngữ hình thức như Petri Net.
BPMN là ngôn ngữ mô hình hóa hiện đại, được coi là chuẩn của các ngôn ngữ
mô hình hóa, phiên bản mới nhất 2.0 năm 2011, gần gũi với ngôn ngữ tự nhiên,
bộ ký pháp đầy đủ, rõ ràng, dễ hiểu đối với nhiều đối tượng người dùng, ngày

càng phổ biến và được áp dụng nhiều trong các BPMS. Luận văn dựa trên lý
thuyết về “dấu vết nhân quả” [7] được trình bày trong bài báo của các tác giả
B.F. van Dongen, J. Mendling và W.M.P. van der Aalst để tìm hiểu phương
pháp kiểm chứng tính đúng đắn của các mô hình quy trình nghiệp vụ dựa trên
khái niệm dấu vết nhân quả và áp dụng đối với ngôn ngữ mô hình hóa BPMN
2.0, đồng thời tiến hành thực nghiệm kiểm chứng tính đúng đắn của các mô hình
xây dựng dựa trên BPMN 2.0 bằng cách chuyển đổi sang dấu vết nhân quả để
xác định các loại lỗi cấu trúc của quy trình.
Luận văn được tổ chức như sau:
Chương 1: Giới thiệu về các hệ thống quản lý quy trình nghiệp vụ, vai trò và
vị trí bài toán kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình quy trình nghiệp vụ, trình
bày một số công trình nghiên cứu liên quan và hướng tiếp cận của luận văn.
Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết về BPMN 2.0 đi kèm một số ví dụ minh
họa cho việc sử dụng các ký pháp, khái niệm tính đúng đắn của BPM và các loại
lỗi cấu trúc thường gặp trong mô hình quy trình.
Chương 3: Trình bày thuật toán chuyển đổi từ BPMN sang dấu vết nhân quả,
áp dụng dấu vết nhân quả vào để phát hiện các dạng lỗi cấu trúc cơ bản (lỗi tắc


12

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phan Thanh Đức (2010), "BPM giải pháp công nghệ đầy hứa hẹn cho các
doanh nghiệp", Tạp chí kinh doanh, 6/2011.
Tiếng Anh
2. Aalst W.M.P. van der (2013), "Business Process Management: A
Comprehen-sive Survey", ISRN Software Engineering 2013, Vol. 2013.
3. Aalst W.M.P. van der (1999), "Formalization and Verification of Eventdriven Process Chains", Information and Software Technology, Vol. 41, pp.
639–650.

4. Aalst, W.M.P. van der. (2000), Workflow Verification: Finding Control-Flow
Errors Using Petri-Net-Based Techniques.
5. Awad, Ralf Laue and Ahmed (2009), Proceedings of the First International
Workshop on Visual Formalisms for Patterns, Visualization of Business Process
Modeling Anti Patterns, Vol. X.
6. Dirk Fahlanda, Ce'dric Favreb, Jana Koehler, Niels Lohmannd, Hagen
Volzer, Karsten Wofl. Berlin (2009), Analysis on Demand: Instantaneous
Soundness Checking of Industrial Business Process Models.
7. Dongen B.F. van, Mendling J., Aalst W.M.P. van der (2006), "Structural
Patterns for Soundness of Business Process Models", Proceedings of the 10th
IEEE International Enterprise Distributed Objec tComputing Conference E
(DOC’06).
8. James, Chang F. (2006), Business Process Management System - Strategy
and Implementation, Auerbach Publications.
9. Marina Mongiello, Daniela Castelluccia (2006), Modelling and verification
of BPEL business processes.
10. Mathias Weske (2007), Business
Languages, Architectures, Springer.

Process

Management

Concepts,

11. OMG (2011), Business Process Model and Notation (BPMN) Version 2.0,
Object Management Group (OMG).
12. Recker, Michael Zur Muehlen and Jan (2008), How Much Language is
Enough? Theoretical and Practical Use of the Business Process Modeling
Notation, CAISE '08. 2008, Vol. volume 5074, pp. 465-479.

13. Remco M. Dijkman, Marlon Dumas, and Chun Ouyang (2007), Formal
Semantics and Automated Analysis of BPMN Process Models.


13

14. Suite, Bizagi (2014), BPMN by Example, Bizagi.
Website
15. ProM Tools. [Online] />