Orientadores: Claudia Maria Bauzer Medeiros, André Santanchè

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação

Resumo: Sistemas de Gerenciamento de Workflows (WfMS -- em inglês) são usados para gerenciar a execução de processos, melhorando eficiência e eficácia de procedimentos em uso. As forças motrizes por trás da adoção e do desenvolvimento de um WfMS são aplicações científicas e de negócios. Esforços...

Resumo: Sistemas de Gerenciamento de Workflows (WfMS -- em inglês) são usados para gerenciar a execução de processos, melhorando eficiência e eficácia de procedimentos em uso. As forças motrizes por trás da adoção e do desenvolvimento de um WfMS são aplicações científicas e de negócios. Esforços conjuntos de ambos resultaram em mecanismos consolidados, além de padrões e protocolos consensuais. Em particular, um WfMS científico (SWfMS -- \textit{Scientific WfMS}) auxilia cientistas a especificar e executar experimentos distribuídos. Ele fornece diferentes recursos que suportam atividades em um ambiente experimental, como prover flexibilidade para mudar o projeto de workflow, manter a proveniência e suportar reproducibilidade de experimentos. Por outro lado, apesar de poucas iniciativas de pesquisa, WfMSs não fornecem suporte apropriado à personalização dinâmica e baseada em contexto durante a execução; adaptações em tempo de execução normalmente requerem intervenção do usuário. Esta tese se concentra em superar essa deficiência, fornecendo a WfMSs um mecanismo de ciente do contexto para personalizar a execução de workflows. Como resultado, foi projetado e desenvolvido o DynFlow -- uma arquitetura de software que permite tal personalização aplicada a um domínio: planejamento de saúde. Este domínio foi escolhido por ser um ótimo exemplo de personalização sensível ao contexto. Procedimentos de saúde constantemente sofrem mudanças que podem ocorrer durante um tratamento, como a reação de um paciente a um medicamento. Para suprir a demanda, a pesquisa em planejamento de saúde desenvolveu técnicas semi-automáticas para suportar mudanças rápidas dos passos de fluxos de tratamento, de acordo com o estado e a evolução do paciente. Uma dessas técnicas é \textit{Computer-Interpretable Guidelines} (CIG), cujo membro mais proeminente é \textit{Task-Network Model} (TNM) -- uma abordagem baseada em regras capaz de construir um plano em tempo de execução. Nossa pesquisa nos levou a concluir que CIGs não suportam características necessárias por profissionais de saúde, como proveniência e extensibilidade, disponíveis em WfMSs. Em outras palavras, CIGs e WfMSs têm características complementares e são direcionadas à execução de atividades. Considerando os fatos citados, as principais contribuições desta tese são: (a) especificação e desenvolvimento do DynFlow, cujo modelo associa características de TNMs e WfMS; (b) caracterização das principais vantagens e desvantagens de modelos CIGs e WfMSs; (c) implementação de um protótipo, baseado em ontologias e aplicadas ao domínio da saúde e enfermagem

Abstract: Workflow Management Systems (WfMS) are used to manage the execution of processes, improving efficiency and efficacy of the procedure in use. The driving forces behind the adoption and development of WfMSs are business and scientific applications. Associated research efforts resulted in...

Abstract: Workflow Management Systems (WfMS) are used to manage the execution of processes, improving efficiency and efficacy of the procedure in use. The driving forces behind the adoption and development of WfMSs are business and scientific applications. Associated research efforts resulted in consolidated mechanisms, consensual protocols and standards. In particular, a scientific WfMS helps scientists to specify and run distributed experiments. It provides several features that support activities within an experimental environment, such as providing flexibility to change workflow design and keeping provenance (and thus reproducibility) of experiments. On the other hand, barring a few research initiatives, WfMSs do not provide appropriate support to dynamic, context-based customization during run-time; on-the-fly adaptations usually require user intervention. This thesis is concerned with mending this gap, providing WfMSs with a context-aware mechanism to dynamically customize workflow execution. As a result, we designed and developed DynFlow ¿ a software architecture that allows such a customization, applied to a specific domain: healthcare planning. This application domain was chosen because it is a very good example of context-sensitive customization. Indeed, healthcare procedures constantly undergo unexpected changes that may occur during a treatment, such as a patient¿s reaction to a medicine. To meet dynamic customization demands, healthcare planning research has developed semi-automated techniques to support fast changes of the careflow steps according to a patient¿s state and evolution. One such technique is Computer-Interpretable Guidelines (CIG), whose most prominent member is the Task-Network Model (TNM) -- a rule based approach able to build on the fly a plan according to the context. Our research led us to conclude that CIGs do not support features required by health professionals, such as distributed execution, provenance and extensibility, which are available from WfMSs. In other words, CIGs and WfMSs have complementary characteristics, and both are directed towards execution of activities. Given the above facts, the main contributions of the thesis are the following: (a) the design and development of DynFlow, whose underlying model blends TNM characteristics with WfMS; (b) the characterization of the main advantages and disadvantages of CIG models and workflow models; and (c) the implementation of a prototype, based on ontologies, applied to nursing care. Ontologies are used as a solution to enable interoperability across distinct SWfMS internal representations, as well as to support distinct healthcare vocabularies and procedures