Business documents for inter-organizational business processes

Abstract

Papierbasierte Prozesse zwischen Unternehmen werden zunehmend durch automatisierte, papierlose Interaktionen abgelöst. Die Durchführung einer automatischen Interaktion erfordert üblicherweise zweierlei bindende Entscheidungen durch die beteiligten Geschäftspartner. Einerseits müssen sich beide Geschäftspartner auf die einheitliche Abfolge für den inter-organisationalen Prozess einigen - die sogenannte Prozesschoreographie. Andererseits muss festgelegt werden, welche exakte Dokumentenstruktur innerhalb dieser Prozesschoreographie ausgetauscht wird. Die Forschungsfrage lautet daher, wie notwendige Methoden für die eindeutige Definition von Geschäftsdokumenten im interorganisationalen Umfeld bereitgestellt werden können. Klassische Ansätze, wie sie vor allem im intraorganisationalen Umfeld verwendet werden, lassen sich nur teilweise auf die interorganisationale Domäne anwenden. Dies liegt einerseits an der Vielzahl von unterschiedlichen Stakeholdern, welche am Prozess beteiligt sind und deren spezifischen Anforderungen, und andererseits daran, dass Entscheidungen nicht von einer einheitlichen, zentralen Instanz getätigt werden. Für die Definition von interorganisationalen Geschäftsdokumenten setzt der Ansatz in dieser Arbeit auf top-down und bottom-up Standards auf. Dabei werden geeignete Methoden für die eindeutige Definition und das Mapping von Dokumentenstandards sowie für die Ableitung von XML Schema Artefakten von Geschäftsdokumentenstandards zur Verfügung gestellt. Des Weiteren wird der aktuelle Stand der Forschung im Bereich von Geschäftsdokumenten für interorganisationale Geschäftsprozesse vorgestellt. In Kapitel 1 wird der Übergang vom dokumentenzentrierten elektronischen Datenaustausch (EDI) hin zu automatisierten Business-to-Business (B2B) Geschäftstransaktionen vorgestellt. Dabei wird vor allem auf die spezifischen Anforderungen für die Definition von Geschäftsdokumenten eingegangen, die sich durch die geänderten Bedingungen des B2B ergeben. Die einzelnen Kapitel dieser Arbeit verwenden ein durchgehendes Beispiel aus der Abfalltransportdomäne, welches in Kapitel 2 vorgestellt wird. Eine Übersicht über aktuelle Geschäftsdokumentenstandards wird in Kapital 3 gegeben. Die Core Component Technologie von UN/CEFACT, die ein elementarer Bestandteil dieser Arbeit ist, wird in Kapitel 4 erläutert.<br />Core Components sind wieder verwendbare Bausteine zur eindeutigen Definition von Geschäftsdokumenten, die allerdings nur in einer implementierungsneutralen Form vorliegen. Dadurch wird zurzeit eine größere Verbreitung des Standards noch verhindert. In dieser Arbeit stellen wir drei verschiedene Repräsentationsmechanismen für Core Components vor: ein UML Profil für Core Components (Kapitel 5), eine domänenspezifische Sprache für Core Components (Kapitel 6) und eine OWL (Web Ontology Language) Repräsentation für Core Components (Kapitel 7).<br />Die Ableitung von XML Schema Artefakten von Core Component Modellen wird in Kapitel 8 behandelt. Um eine weitere Verbreitung der Core Component Technologie zu unterstützen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Core Component Registry Meta-Modell entwickelt, welches in Kapitel 9 vorgestellt wird. Der zweite Teil dieser Dissertation behandelt bottom-up Standards. Die Definition von domänenspezifischen Erweiterungen für bottom-up Standards wird in Kapitel 10 vorgestellt.<br />Ein Mapping eines XML basierten bottom-up Standards zu einem in UML definierten top-down Core Component Modell wird in Kapitel 11 vorgestellt. Die Integration von UML basierten interorganisationalen Geschäftsprozess- und Geschäftsdokumentmodellen ist Gegenstand von Kapitel 12. Bereits bestehende Arbeiten auf dem Gebiet von interorganisationalen Geschäftsdokumenten und eine Abgrenzung zur vorliegenden Arbeit werden in Kapitel 13 vorgestellt. Abgeschlossen wird diese Arbeit mit Kapitel 14, wo eine Zusammenfassung der Arbeit und eine Auflistung von noch offenen Forschungsfragen erfolgt. Zusammenfassend liefert die vorliegende Arbeit folgende sieben Beiträge zum Stand der Forschung im Bereich von interorganisationalen Geschäftsdokumenten: (1) einen Überblick über aktuelle Geschäftsdokumentenstandards, basierend auf Standard-Clustern; (2) drei Referenzrepräsentationen für Core Components basierend auf UML, domänenspezifischen Sprachen und OWL (Web Ontology Language); (3) eine eindeutige Ableitung von XML Schema Artefakten von UML basierten Core Component Modellen; (4) ein Meta-Modell für eine Core Component Registry; (5) domänenspezifische Erweiterungen für einen XML basierten bottom-up Geschäftsdokumentenstandard; (6) ein Mapping von bottom-up Geschäftsdokumentenstandards zu top-down Geschäftsdokumentenstandards; (7) eine Integration von UML basierten Core Component Modellen in UML basierte Prozesschoreographiemodellen. Dementsprechend liefert diese Dissertation einen Ansatz, welcher die Definition von interorganisationalen Geschäftsdokumenten erleichtert und ihre Wiederverwendbarkeit durch geeignete Methoden fördert.<br />

Automated business-to-business (B2B) interactions between companies are constantly superseding old paper-based processes. This automation of inter-organizational processes requires a two-fold agreement between the participating business partners. First of all, business partners must agree on a common process choreography, unambiguously defining the exact exchange order of business documents in an inter-organizational business process. Consequently, business partners must agree on the structure of the exchanged business information as well. The two main business document paradigms, which are we elaborate on in this thesis, are top-down business document standards and bottom-up business document standards. The research question, this thesis aims to solve, is how to provide appropriate methods for the definition of business documents for inter-organizational business processes. Due to their special characteristics, such as the involvement of various stakeholders from different companies, the definition of business documents for inter-organizational business processes is not as straightforward as the definition of business documents for intra-organizational business processes. For the definition of inter-organizational business documents we employ two different approaches - a top-down approach and a bottom-up approach. For both approaches we provide appropriate methods for the definition of business documents, the mapping between different business document definitions, and the derivation of XML-based deployment artifacts from business document definitions. We thoroughly cover state-of-the art in the domain of inter-organizational business documents and inter-organizational business processes. This thesis starts by giving an introduction to the domain of Electronic Data Interchange (EDI) and shows the transition of data-centric EDI solutions to modern B2B systems in Chapter 1. Thereby, the specific requirements for B2B interactions are elaborated - in particular in regard to the definition of the exchanged business information. We motivate the findings of this thesis using an accompanying example from the domain of pan-European waste transport, which is introduced in Chapter 2. In Chapter 3 we provide a survey of current state-of-the-art in business documents standards. Chapter 4 provides an introduction to UN/CEFACT's Core Components, a top-down business document standard which is key to this thesis. In a nutshell, core components are implementation neutral building blocks for assembling business documents. Although this implementation neutrality is one of the strengths of core components, it hinders a broad diffusion of the standard, since no common representation format for core components is available. To address this issue, this thesis provides three reference representation formats for core components: (i) a UML Profile for Core Components (Chapter 5), (ii) a Domain Specific Language for Core Components (Chapter 6), (iii) and a Web Ontology Language representation for Core Components (Chapter 7). The derivation of XML Schema artifacts from core components, which may be deployed to IT systems, is covered in Chapter 8. A successful diffusion of core Components may only be achieved if a broad user community has access to the necessary core component definitions. Consequently, we provide a registry meta-model for core components in Chapter 9. Bottom-up business document standards are subject to discussion in the second part of this thesis. Thereby, domain specific extensions to bottom-up document standards are introduced in Chapter 10. Consequently, we examine how to map bottom-up standard definitions to core component based top-down standard definitions in Chapter 11. Finally, we show how to combine business choreography models and business document models in Chapter 12.<br />Related work is discussed in Chapter 13 and Chapter 14 concludes the contributions of this thesis. In summary this thesis provides the following seven contributions: (1) An overview of business document standards, based on standard clusters; (2) three reference representation formats for core components using the Unified Modeling Language, Domain Specific Languages, and Web Ontology Language for Core Components; (3) an unambiguous derivation of XML Schema artifacts from UML based core component models; (4) a registry meta-model for a core component registry; (5) domain specific extensions for an XML based bottom-up business document standard; (6) a mapping of bottom-up business document standards to top-down business documents standards; (7) an integration of UML based core component models in UML based business choreography models. In short the overall approach facilitates the definition of business documents in an inter-organizational context and fosters reuse of existing business document definitions.