Software component development for parallel gateways detection and quality assessment in bpmn models using fuzzy logic

Abstract

The quality of business process models is a critical factor in ensuring the correctness, efficiency, and maintainability of information systems. Within the BPMN notation, which is nowadays a standard of business processes modeling, parallel (AND) gateways are of particular importance. Errors in their implementation, such as incorrect synchronization or termination of parallel branches, are common and difficult to detect by traditional metrics such as the Number of Activities (NOA) or Control-Flow Complexity (CFC). In this paper, we propose a method for evaluating the correctness of AND-gateways based on fuzzy logic using Gaussian membership functions. The proposed approach is implemented as a software component that analyzes BPMN models, provided in XML format, identifies all AND-gateways, and extracts structural characteristics, i.e. the numbers of incoming and outgoing sequence flows. This features are evaluated using “soft” modeling rules based on fuzzy membership functions. Additionally, an activation function with the 0.5 threshold is used to generate binary quality indicators and calculate an integral quality assessment measure. Якість моделей бізнес-процесів є критично важливим фактором для забезпечення коректності, ефективності та підтримуваності інформаційних систем. У нотації BPMN, яка сьогодні є стандартом моделювання бізнес-процесів, особливе значення мають паралельні (AND) шлюзи. Помилки в їх реалізації, такі як неправильна синхронізація або завершення роботи паралельних гілок процесу, є поширеними і їх важко виявити за допомогою традиційних метрик, таких як Number of Activities (NOA) або Control-Flow Complexity (CFC). У цій статті пропонується метод оцінки коректності роботи AND-шлюзів на основі нечіткої логіки з використанням функцій приналежності Гаусса. Запропонований підхід реалізовано у вигляді програмного компонента, який аналізує BPMN-моделі, надані у форматі XML, ідентифікує всі AND-шлюзи та виокремлює структурні характеристики, тобто кількість вхідних та вихідних потоків послідовностей. Ці характеристики оцінюються за допомогою «м’яких» правил моделювання, заснованих на нечітких функціях належності. Додатково використовується функція активації з порогом 0,5 для формування бінарних показників якості та обчислення інтегральної оцінки якості.