The Design of Graphical Process Modeling Languages: from Free Composition to Modular Construction

Un Process Modeling Language (PML) grafico è un linguaggio specializzato per la modellazione di sistemi software in termini di processi. Tale linguaggio è detto grafico perchè la rappresentazione principale dei modelli consiste in diagrammi ottenuti combinando costrutti grafici e componenti precedentemente definiti. Un Process-Aware Information System (PAIS) è un sistema software guidato da modelli di processi con lo scopo di coordinare e supportare gli agenti nello svolgimento delle loro attività. Tale sistema è responsabile della gestione simulatanea di diverse istanze di processo e del bilanciamento delle risorse disponibili. Un PML è l'interfaccia principale di un PAIS ed un aspetto fondamentale della sua progettazione, poichè è utilizzato da utenti finali, consulenti, e sviluppatori al fine di comprendere, implementare ed eseguire processi complessi. L'utilizzo di tecnologie PAIS può essere considerevolmente limitato dalle carenze di un PML nel descrivere casi complessi. Lo scopo principale della tesi è migliorare la progettazione di PML grafici al fine di costruire PAIS più efficaci. Tale obiettivo è perseguito attraverso tre percorsi interconnessi: per prima cosa, i PMLs esistenti e la loro teoria sottostante sono stati analizzati al fine di individuare pregi e difetti; successivamente, una tecnica di verifica molto diffusa in questo campo è stata consolidata ed estesa con una nuova tecnica per la correzione automatica di processi. Infine, una diversa soluzione per il design di PMLs è stata esplorata attraverso la definizione di un nuovo linguaggio, chiamato NestFlow, che migliora la modularità e la comprensibilità attraverso l'adozione di un approccio strutturato alla modellazione di processi. Un approccio modulare è possible solo se gli aspetti legati ai dati sono accettati come aspetto primario nel design di un PML. NestFlow cerca di semplificare l'attività di modellazione fornendo un insieme integrato di costrutti di control-flow e data-flow, promuovendo i secondi come aspetti principali nella modellazione di processi.

A graphical Process Modeling Language (PML) is a language tailored for modeling software systems by means of process models. It is said to be graphical because the primary representation of models are diagrams obtained combining visual constructs and previously defined components. Graphical PMLs are interesting as they open the design space to new geometric representations of complex interrelated aspects like concurrency and interaction. A Process-Aware Information System (PAIS) is a software system driven by explicit process models with the aim to coordinate and support agents in performing their activities. It is responsible for managing several process model instances at the same time balancing the available resources. A PML is the primary interface of a PAIS and a main concern in its design, because it is used by end-users, consultants, and developers for understanding, implementing and enacting complex processes. The adoption of PAIS technology may be severely limited by the weakness of PMLs in describing complex use cases. The overall aim of this thesis is to improve the design of graphical PMLs in order to engineer more effective PAISs. This goal is pursued following three intertwined paths: firstly, mainstream PMLs and their theoretical foundations are analyzed for exposing their features and limits; secondly, a widespread PML verification method is consolidated and then extended with a novel technique for automating process correction; finally, an alternative PML design solution is explored through a proof-of-concept language, called NestFlow, that improves both modularity and comprehensibility by providing a more structured modeling approach. A modular approach is only possible if data-flow dependencies are accepted as a main concern in PML design. NestFlow tries to ease the modeling activity by providing a comprehensive set of tightly integrated control-flow and data-flow constructs, promoting the latter as first-class citizens in process modeling.