Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation

In diesem Open Access-Tagungsband sind die besten Beiträge des 11. Jahreskolloquiums "Kommunikation in der Automation" (KommA 2020) und des 7. Jahreskolloquiums "Bildverarbeitung in der Automation" (BVAu 2020) enthalten. Die Kolloquien fanden am 28. und 29. Oktober 2020 statt und wurden erstmalig als digitale Webveranstaltung auf dem Innovation Campus Lemgo organisiert. Die vorgestellten neuesten Forschungsergebnisse auf den Gebieten der industriellen Kommunikationstechnik und Bildverarbeitung erweitern den aktuellen Stand der Forschung und Technik. Die in den Beiträgen enthaltenen anschauliche Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Automation setzen die Ergebnisse in den direkten Anwendungsbezug

Multi-Agent Systems

A multi-agent system (MAS) is a system composed of multiple interacting intelligent agents. Multi-agent systems can be used to solve problems which are difficult or impossible for an individual agent or monolithic system to solve. Agent systems are open and extensible systems that allow for the deployment of autonomous and proactive software components. Multi-agent systems have been brought up and used in several application domains

On the Modeling and Simulation of Future Energy Systems

The finiteness of fossil fuels and their impact on the global climate call for a transformation of the energy system, in particular the power system. This transformation is driven by new technologies, changing objectives of the actors involved and conditions by political frameworks. A classic means of designing such conditions as well as evaluating strategies for achieving individual objectives is the use of models and their simulation. Just like the systems themselves, the models and the underlying methods are in a state of change, and their applicability must be questioned. As a result, there is a need for new methods and tools for modeling and simulating complex energy systems to represent reality with sufficient accuracy. The present thesis addresses this gap. First, based on a holistic description of the energy and power system, an overview of the current state of research of modeling approaches and their shortcomings is given. Second, the framework MOCES is designed and implemented. Based on Modelica, it allows a holistic simulation of the power system based on the modeling of the individual behavior of each actor as well as the physical systems they act on. Finally, MOCES is applied to simulate the German power system extended by storage systems that pursue the goal to use energy as locally as possible. The model allows, i.a., to evaluate the grid load and stability, the electricity market and the yields of the actors.Die Endlichkeit fossiler Energieträger und deren Einfluss auf das globale Klima erzwingen eine Transformation des Energie- und Stromsystems -- eine Umgestaltung, die getrieben ist durch neue Technologien, veränderte Zielstellungen der Akteure und politische Rahmenbedingungen, die als Bebauungsplan zu verstehen sind. Ein etabliertes Mittel zur Findung der Rahmenbedingungen sowie der Bewertung von Strategien zur Erreichung individueller Ziele ist die Nutzung von Modellen und deren Simulation. Genau wie die Systeme selbst müssen die Modelle und Methoden angepasst werden, um die Realität hinreichend genau abzubilden. Auf diese Forschungsfrage zahlt diese Arbeit mit zwei aufeinander aufbauenden Schwerpunkten ein. Zunächst wird, ausgehend von einer holistischen Beschreibung des Energie- und Stromsystems, ein Überblick zum Forschungsstand von Modellierungsansätzen und Herausforderungen gegeben. Im zweiten Teil wird das Framework MOCES entworfen und implementiert. Basierend auf Modelica erlaubt es eine holistische Simulation des Stromsystems auf Basis der Modellierung des individuellen Verhaltens der einzelnen Akteure sowie der physikalischen Systeme, auf die sie einwirken. MOCES wird genutzt, um ein deutsches Stromsystem zu simulieren, das mit Speichern modifiziert wurde, die dem Ziel folgen, Strom möglichst lokal zu verbrauchen. Das erstellte Modell erlaubt, u.a., den Einfluss auf die Netzlast und -stabilität, den Strommarkt sowie die individuellen Erträge der Akteure zu bewerten

3D-in-2D Displays for ATC.

This paper reports on the efforts and accomplishments of the 3D-in-2D Displays for ATC project at the end of Year 1. We describe the invention of 10 novel 3D/2D visualisations that were mostly implemented in the Augmented Reality ARToolkit. These prototype implementations of visualisation and interaction elements can be viewed on the accompanying video. We have identified six candidate design concepts which we will further research and develop. These designs correspond with the early feasibility studies stage of maturity as defined by the NASA Technology Readiness Level framework. We developed the Combination Display Framework from a review of the literature, and used it for analysing display designs in terms of display technique used and how they are combined. The insights we gained from this framework then guided our inventions and the human-centered innovation process we use to iteratively invent. Our designs are based on an understanding of user work practices. We also developed a simple ATC simulator that we used for rapid experimentation and evaluation of design ideas. We expect that if this project continues, the effort in Year 2 and 3 will be focus on maturing the concepts and employment in a operational laboratory settings

Self-Learning Longitudinal Control for On-Road Vehicles

Reinforcement Learning is a promising tool to automate controller tuning. However, significant extensions are required for real-world applications to enable fast and robust learning. This work proposes several additions to the state of the art and proves their capability in a series of real world experiments

Subject-Oriented Business Process Management

Information Systems Applications (incl.Internet); Business Information Systems; Computer Appl. in Administrative Data Processing; Management of Computing and Information System

A reference model for integrated energy and power management of HPC systems

Optimizing a computer for highest performance dictates the efficient use of its limited resources. Computers as a whole are rather complex. Therefore, it is not sufficient to consider optimizing hardware and software components independently. Instead, a holistic view to manage the interactions of all components is essential to achieve system-wide efficiency. For High Performance Computing (HPC) systems, today, the major limiting resources are energy and power. The hardware mechanisms to measure and control energy and power are exposed to software. The software systems using these mechanisms range from firmware, operating system, system software to tools and applications. Efforts to improve energy and power efficiency of HPC systems and the infrastructure of HPC centers achieve perpetual advances. In isolation, these efforts are unable to cope with the rising energy and power demands of large scale systems. A systematic way to integrate multiple optimization strategies, which build on complementary, interacting hardware and software systems is missing. This work provides a reference model for integrated energy and power management of HPC systems: the Open Integrated Energy and Power (OIEP) reference model. The goal is to enable the implementation, setup, and maintenance of modular system-wide energy and power management solutions. The proposed model goes beyond current practices, which focus on individual HPC centers or implementations, in that it allows to universally describe any hierarchical energy and power management systems with a multitude of requirements. The model builds solid foundations to be understandable and verifiable, to guarantee stable interaction of hardware and software components, for a known and trusted chain of command. This work identifies the main building blocks of the OIEP reference model, describes their abstract setup, and shows concrete instances thereof. A principal aspect is how the individual components are connected, interface in a hierarchical manner and thus can optimize for the global policy, pursued as a computing center's operating strategy. In addition to the reference model itself, a method for applying the reference model is presented. This method is used to show the practicality of the reference model and its application. For future research in energy and power management of HPC systems, the OIEP reference model forms a cornerstone to realize --- plan, develop and integrate --- innovative energy and power management solutions. For HPC systems themselves, it supports to transparently manage current systems with their inherent complexity, it allows to integrate novel solutions into existing setups, and it enables to design new systems from scratch. In fact, the OIEP reference model represents a basis for holistic efficient optimization.Computer auf höchstmögliche Rechenleistung zu optimieren bedingt Effizienzmaximierung aller limitierenden Ressourcen. Computer sind komplexe Systeme. Deshalb ist es nicht ausreichend, Hardware und Software isoliert zu betrachten. Stattdessen ist eine Gesamtsicht des Systems notwendig, um die Interaktionen aller Einzelkomponenten zu organisieren und systemweite Optimierungen zu ermöglichen. Für Höchstleistungsrechner (HLR) ist die limitierende Ressource heute ihre Leistungsaufnahme und der resultierende Gesamtenergieverbrauch. In aktuellen HLR-Systemen sind Energie- und Leistungsaufnahme programmatisch auslesbar als auch direkt und indirekt steuerbar. Diese Mechanismen werden in diversen Softwarekomponenten von Firmware, Betriebssystem, Systemsoftware bis hin zu Werkzeugen und Anwendungen genutzt und stetig weiterentwickelt. Durch die Komplexität der interagierenden Systeme ist eine systematische Optimierung des Gesamtsystems nur schwer durchführbar, als auch nachvollziehbar. Ein methodisches Vorgehen zur Integration verschiedener Optimierungsansätze, die auf komplementäre, interagierende Hardware- und Softwaresysteme aufbauen, fehlt. Diese Arbeit beschreibt ein Referenzmodell für integriertes Energie- und Leistungsmanagement von HLR-Systemen, das „Open Integrated Energy and Power (OIEP)“ Referenzmodell. Das Ziel ist ein Referenzmodell, dass die Entwicklung von modularen, systemweiten energie- und leistungsoptimierenden Sofware-Verbunden ermöglicht und diese als allgemeines hierarchisches Managementsystem beschreibt. Dies hebt das Modell von bisherigen Ansätzen ab, welche sich auf Einzellösungen, spezifischen Software oder die Bedürfnisse einzelner Rechenzentren beschränken. Dazu beschreibt es Grundlagen für ein planbares und verifizierbares Gesamtsystem und erlaubt nachvollziehbares und sicheres Delegieren von Energie- und Leistungsmanagement an Untersysteme unter Aufrechterhaltung der Befehlskette. Die Arbeit liefert die Grundlagen des Referenzmodells. Hierbei werden die Einzelkomponenten der Software-Verbunde identifiziert, deren abstrakter Aufbau sowie konkrete Instanziierungen gezeigt. Spezielles Augenmerk liegt auf dem hierarchischen Aufbau und der resultierenden Interaktionen der Komponenten. Die allgemeine Beschreibung des Referenzmodells erlaubt den Entwurf von Systemarchitekturen, welche letztendlich die Effizienzmaximierung der Ressource Energie mit den gegebenen Mechanismen ganzheitlich umsetzen können. Hierfür wird ein Verfahren zur methodischen Anwendung des Referenzmodells beschrieben, welches die Modellierung beliebiger Energie- und Leistungsverwaltungssystemen ermöglicht. Für Forschung im Bereich des Energie- und Leistungsmanagement für HLR bildet das OIEP Referenzmodell Eckstein, um Planung, Entwicklung und Integration von innovativen Lösungen umzusetzen. Für die HLR-Systeme selbst unterstützt es nachvollziehbare Verwaltung der komplexen Systeme und bietet die Möglichkeit, neue Beschaffungen und Entwicklungen erfolgreich zu integrieren. Das OIEP Referenzmodell bietet somit ein Fundament für gesamtheitliche effiziente Systemoptimierung