Domeniul de activitate OMiLAB: Modelarea Conceptuală

Prof. univ. dr. Robert Andrei Buchmann- Departamentul de Informatică Economică al FSEGA

Domeniul de interes științific vizat de laboratorul OMiLAB@UBB-FSEGA este Modelarea Conceptuală, o disciplină a cărei denumire s-a diluat de-a lungul timpului prin diversificarea ariilor de utilizare. Aceasta poate fi înțeleasă cel mai ușor făcând trimitere la latura sa aplicativă, consacrată prin prisma standardelor în domeniu pe care le utilizăm fără să ne punem întrebări cu privire la proveniența lor. E vorba de standarde folosite cu precădere în cadrul unor discipline de Informatică, Business sau la frontiera dintre cele două – acolo unde analiza de dependențe și cerințe de aliniere business-IT folosește inevitabil Modelarea Conceptuală.

Studenții care urmează astfel de programe de studii cel mai probabil folosesc Modelarea Conceptuală pentru a proiecta baze de date (modelare ER), sisteme software (modelare UML), pentru a analiza procese de afaceri (modelare BPMN) sau alinierea business-IT (modelare Archimate), însă obișnuiesc să atribuie respectivele metode producătorului instrumentarului software folosit (de exemplu Microsoft Visio) și nu autorilor standardelor deschise operaționalizate prin acele instrumente.

Poate tocmai datorită statutului de standarde, utilizatorii acestora nu chestionează natura și funcția cognitivă a respectivelor metode de modelare, însă acestea constituie obiect de studiu pentru comunități științifice dedicate:

în jurul modelării ER s-a agregat încă din anii 70 conferința anuală ER (https://er2023.inesc-id.pt/), evoluând spre preocupări actuale legate de ontologii, grafuri de cunoștințe și modelarea contextului unei întreprinderi;
în jurul modelării UML s-a agregat în anii 90 conferința MODELS (https://conf.researchr.org/home/models-2023 ), evoluând spre ceea ce azi numim programare low-code și limbaje cu specific de domeniu;
în jurul modelării proceselor de afaceri s-a agregat la începutul anilor 2000 conferința BPM (https://bpm2023.sites.uu.nl/ ), dirijând cercetarea privind descoperirea, simularea și automatizarea proceselor de afaceri.

Acestea sunt complementate de comunități chiar mai specializate tematic, adesea în jurul unor workshop-uri, instrumente software, metodologii sau comunități de bune practici – în această categorie încadrându-se și rețeaua OMiLAB din care face parte nodul OMiLAB@UBB-FSEGA (https://econ.ubbcluj.ro/omilab/index.php ), alături de alte 18 noduri în universități din 9 țări (la data elaborării acestui material) – vezi https://www.omilab.org/nodes/ .

OMiLAB NPO: think tank privind rolul Modelării Conceptuale în Digitalizare

Adesea standardele de Modelare Conceptuală sunt gestionate de consorții ce îndeplinesc și o funcție de “think tank” prin aceea că guvernează specificații și metodologii, le dirijează evoluția, stimulând adopția și standardizarea. Object Management Group (https://www.omg.org/ ), Workflow Management Coalition (https://wfmc.org/ ), The Open Group (https://www.opengroup.org/ ) sunt câteva exemple notabile de astfel de organizații.

Rețeaua OMiLAB se diferențiază de consorțiile menționate prin câteva caracteristici:

nu e formată în jurul unui standard anume, ci al unei metodologii prin care orice standard poate fi adaptat specificului unui domeniu de activitate ori unui context tehnologic dat; rezultatul uzual e un așa-numit “limbaj cu specific de domeniu” (DSL) capabil să asigure descrieri mai bogate ale situației sau sistemului modelat;
asigură și suport software în sprijinul respectivei metodologii, astfel încât oricine să își poată crea propriul instrument de modelare pliat pe nevoi specifice sau experimentale, pentru orice domeniu de activitate și orice nivel de detaliere – de la schițarea superficială a unei idei (Mind Mapping) până la așa-numiții “gemeni digitali” (Digital Twins) sau “grafuri de cunoștințe” (Knowledge Graphs);
aceste facilități sunt subordonate unei preocupări generale pentru investigarea metodelor de Modelare Conceptuală în sprijinul Inovării și Transformării Digitale.

Inovarea și Transformarea Digitală nu sunt fenomene ad-hoc declanșate de o idee strălucită venită de nicăieri și gata de pus în practică de către o echipă entuziastă, ci implică un proces de rafinare cognitivă- de la o idee nestructurată până la o implementare guvernabilă, eventual externalizabilă. Această rafinare cognitivă trece prin faze deservite de o formă sau alta de Modelare Conceptuală: la nivel strategic sau tehnic, al serviciilor digitale sau al infrastructurii necesare prestării lor, al proceselor de afaceri sau al versiunilor lor digitalizate, al resurselor specifice domeniului de activitate.

Modelele rezultate constituie “know-how”-ul inovării și totodată inventarul “activelor” supuse transformării digitale, ori al dependențelor prin care se propagă transformarea respectivă. La fel de importantă ca modelele este și activitatea de modelare în sine, prin efectele colaterale de descoperire, clarificare și descompunere a problemei/soluției la nivelul de detaliu permis de metoda adoptată – tocmai aceste limite metodologice fac obiectul de investigare științifică al comunității OMiLAB.

În acest context, activitățile de “think tank” ale rețelei OMiLAB pot fi rezumate prin misiunile formulate în continuare:

a propune și testa noi metode de modelare (în cadrul unor articole științifice sau teze academice);
a populariza astfel de metode ca rezultate științifice (în cadrul unor școli de vară, tutoriale și ateliere de lucru în funcție de nivelul de maturitate al rezultatului);
a oferi sprijin educațional (software și conținut didactic) pentru metodele consacrate, dar și pentru cele experimentale – în sprijinul proiectelor studențești care nu se limitează la simpla utilizare, ci adoptă și o perspectivă de cercetare;
a dezvolta expertiză de care poate beneficia și mediul de afaceri în activități precum: analiza de business, ateliere Design Thinking, modelarea de procese și de arhitecturi enterprise, proiectarea de grafuri de cunoștințe, proiectarea de gemeni digitali.

Nodurile rețelei OMiLAB tind să se specializeze în una sau alta dintre aceste direcții în funcție de disponibilitatea resursei umane, însă dorim ca la OMiLAB@UBB- FSEGA să construim un portofoliu care să acopere toate aceste puncte.

OMiLAB ca ecosistem științific

Statutul de ecosistem digital al OMiLAB e dat de instrumentarul asigurat, metodele, contribuitorii activi și canalele de diseminare în sprijinul activitățile științifice și didactice ale acelor contribuitori.

Cercetarea științifică în aria Modelării Conceptuale se desfășoară pe patru paliere deservite de instrumentarul OMiLAB:

Observațional, pur empiric: observarea efortului cognitiv de modelare sau interpretare a modelelor de către subiecți umani, măsurarea adecvării modelelor pentru anumite scopuri și contexte;
Constructivist, prescriptiv la nivel metodologic: îmbunătățirea sau extinderea standardelor de modelare, propunerea de noi metode și limbaje de modelare cu specific de domeniu (DSL);
Constructivist la nivel instrumental: realizarea de componente software, de obicei ca sprijin sau demonstrație pentru o contribuție metodologică subordonată palierului anterior;
Aplicativ: adoptarea unei metode de modelare pentru analiza unor studii de caz.

Cercetătorii lucrează pe unul sau altul dintre aceste paliere, în funcție de domeniul științific în care activează: spre exemplu palierul 3 este mai adecvat pentru un doctorat în informatică, palierul 1 pentru business sau științe cognitive, palierul 4 pentru business, iar un proiect cu echipe multidisciplinare le poate acoperi pe toate. Adesea cercetarea în această zonă este iterativă și cumulativă – rezultate ale unui studiu de pe palierul 1 pot motiva o inițiativă de cercetare pe palierul 2 ș.a.m.d.

Această diversitate de abordări poate fi observată și în evenimentele științifice sau canalele de diseminare ale comunității OMiLAB: Școala de Vară NEMO găzduită de Universitatea Viena (https://nemo.omilab.org/), workshop-uri și tutoriale OMILAB atașate conferințelor științifice în domeniu (https://www.omilab.org/activities/events/caise2023_kg4sdse/ ) sau seria de volume Springer care prezintă instrumente de modelare rezultate din proiecte de cercetare sau disertații academice ale comunității (https://www.omilab.org/activities/books/ ).

OMiLAB ca ecosistem educațional

Instrumentele asigurate de OMiLAB sunt menite să demonstreze versatilitatea Modelării Conceptuale în a produce structuri informaționale ce pot fi interpretate atât de cogniția umană (în contexte precum analiza de business), cât și de către mașini (în contexte precum automatizarea).

În cadrul FSEGA, instrumentarul OMiLAB e adoptat la masteratul în limba engleză Business Modeling and Distributed Computing (https://econ.ubbcluj.ro/programe/bmdc/index.php ), unde anumite cursuri beneficiază deja sau vor fi adaptate pentru a exploata resursele OMiLAB – de la capitole privind modelarea proceselor de afaceri și a arhitecturilor enterprise până la cele legate automatizare cu ajutorul Internet of Things și a grafurilor de cunoștințe.

Principalele instrumente OMiLAB sunt:

BEE-UP: software de modelare pentru metode consacrate (BPMN, UML, ER, EPC, Petri Nets și altele), dar totodată deschis la modificări și extensii experimentale ale standardelor (https://bee-up.omilab.org/activities/bee-up/ );
ADOxx: platforma care permite construirea de noi limbaje grafice de tip DSL și extinderea BEE-UP pentru domenii de activitate și scopuri specifice;
Dispozitive robotice (Dobot, Mbot) coordonate de servere Raspberry Pi, completate cu componente software ce asigură interoperabilitatea între instrumentele de modelare, dispozitivele robotice și alte instrumente care pot exploata conținutul modelelor (GraphDB);
Scene2Model: instrument de storyboarding pentru sesiuni Design Thinking folosind figurinele SAP Scenes (https://www.omilab.org/nodes/design-thinking/ );
O colecție cumulativă de instrumente de modelare deja realizate de membrii rețelei OMiLAB, în diferite stadii de maturitate, deschise reutilizării, extinderii și în general experimentării (https://austria.omilab.org/psm/exploreprojects ).

La acestea se adaugă și alte resurse aflate la dispoziția nodului FSEGA – o licență GraphDB pentru stocarea grafurilor de cunoștințe, un număr de dispozitive Raspberry Pi pe care studenții să își poată dezvolta propriile proiecte Internet of Things, licențe academice pentru instrumente Process Mining sau Enterprise Architecture.

OMiLAB@UBB-FSEGA ca sursă de expertiză pentru servicii

În sensul unei orientări spre servicii pentru comunitate, laboratorul OMiLAB@UBB-FSEGA are expertiza necesară pentru a acorda consultanță în:

modelarea și analiza proceselor de afaceri (folosind BPMN, EPC);
extracția de procese (process mining);
Design Thinking (folosind SAP Scenes);
modelare de arhitecturi de întreprindere (folosind Archimate, TOGAF);
proiectare și implementare de grafuri de cunoștințe (knowledge graphs) sau gemeni digitali bazați pe astfel de grafuri.

La acestea se poate adăuga expertiza de inginerie a limbajelor DSL și de extindere a standardelor de modelare, însă astfel de eforturi contribuie preponderent la nivel metodologic și nu sub formă de servicii cu operaționalizare imediată, având mai degrabă o miză științifică în sprijinul proiectelor de cercetare. În aceeași categorie, cu relevanță pentru colaborări în proiecte R&D, intră și componentele robotice ce pot fi utilizate în dezvoltarea experimentală a unor demonstratoare de fezabilitate pentru diverse mecanisme de tip model-driven.

***

“Geamănul digital” (digital twin) este o reprezentare digitală interoperabilă a unui sistem sau obiect fizic, suficient de detaliată încât să surprindă toate proprietățile relevante analizei sau operării (reale sau simulate) respectivului sistem/obiect. Adesea geamănul digital este realizat înainte să existe corespondentul său fizic, fiind considerat o implementare a principiului “inversării ontologice” – când rolul unui model e să determine fenomenul modelat, nu doar să îl descrie [1].

În accepțiunea originală [2], noțiunea de geamăn digital era limitată la obiecte ale căror proprietăți fizice trebuiau simulate sau monitorizate în contextul proceselor de producție digitizate, spre exemplu în context Industry 4.0. Ulterior noțiunea a fost extinsă – sub numele “enterprise digital twin” [3-4] – pentru a descrie și sisteme de business (servicii, lanțuri de aprovizionare, procese de afaceri etc.) în detalii suficient de bogate încât să permită urmărirea sau automatizarea operațiunilor acestora.

Această accepțiune extinsă este adoptată și de către OMiLAB [5], unde mijloacele de reprezentare digitală sunt date de Modelarea Conceptuală – în speță modelele cu specific de domeniu (DSM) sau grafurile de cunoștințe (“Knowledge Graphs”), dotate cu mecanisme de interoperabilitate și interogare a conținutului acestora.

Referințe:

[1] Baskerville, R. L., Myers, M. D., Yoo, Y. (2020) Digital First: The Ontological Reversal and New Challenges for Information Systems Research, MIS Quarterly 44(2):509-523

[2] Grieves, M. (2019) Virtually Intelligent Product Systems: Digital and Physical Twins, in Complex Systems Engineering: Theory and Practice, S. Flumerfelt, et al. (eds.), American Institute of Aeronautics and Astronautics. pp. 175-200.

[3] Dietz, M., Pernul, G. (2020) Digital Twin: Empowering Enterprises Towards a System-of-Systems Approach. Business & Information Systems Engineering 62(2):179-184.

[4] McKinsey Digital, Digital twins: the foundation of the enterprise metaverse, https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/digital-twins-the-foundation-of-the-enterprise-metaverse

[5] Karagiannis, D., Buchmann, R.A. & Utz, W. (2022) The OMiLAB Digital Innovation environment: Agile conceptual models to bridge business value with Digital and Physical Twins for Product-Service Systems development. Computers in Industry, 138, 103631.

*** Fotografia a fost pusă la dispoziție de prof. univ. dr. Robert Andrei Buchmann.