Computer Supported Cooperative Work Applications for the Design of Buildings based on an integrated Building Model Management

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption und prototypische Umsetzung von Techniken des Computer Supported Cooperative Work (CSCW) im Rahmen einer integrierten objektorientierten und dynamischen Bauwerksmodellverwaltung zur Unterstützung der Bauwerksplanung. Die Planung von Bauwerken ist durch einen hohen Grad an Arbeitsteiligkeit, aber auch durch eine schwache Strukturierung der ablaufenden Prozesse gekennzeichnet. Besonders durch den Unikatcharakter des Planungsgegenstands \'Bauwerk\' ergeben sich signifikante Unterschiede zum Entwurf anderer, durch Serienfertigung produzierter Industriegüter. Zunehmend wird die Planung von Bauwerken in Virtual Enterprises ausgeführt, die sich durch eine dynamische Organisationsstruktur, geographische Verteilung der Partner, schwer normierbare Informationsflüsse und eine häufig stark heterogene informationstechnische Infrastruktur auszeichnen. Zur rechnerinternen Repräsent! ation des Planungsgegenstands haben sich objektorientierte Bauwerksmodelle bewährt. Aufgrund der Veränderlichkeit der Bauwerke und deren rechnerinterner Repräsentation im Laufe des Bauwerkslebenszyklus ist eine dynamische Anpassung der Modelle unumgänglich. Derartige in Form von Taxonomien dargestellte dynamische Bauwerksmodellstrukturen können gemeinsam mit den in Instanzform vorliegenden konkreten Projektinformationen in entsprechenden Modellverwaltungssystemen (MVS) gehandhabt werden. Dabei wird aufgrund der Spezialisierung und Arbeitsteilung im Planungsprozess von einer inhaltlich verknüpften Partialmodellstruktur, die räumlich verteilt sein kann, ausgegangen. Die vorgeschlagenen Methoden zur Koordinierung der Teamarbeit in der Bauwerksplanung beruhen auf der Nutzung von CSCW–Techniken für \'Gemeinsame Informationsräume\' und \'Workgroup Computing\', die im Kontext der als Integrationsbasis fungierenden Modellverwaltungssysteme umgesetzt werden. Dazu werden die zur d! ynamischen Bauwerksmodellierung erforderlichen Metaebenenfunk! tionalitäten sowie Ansätze zur Implementierung von Modellverwaltungskernen systematisiert. Ebenso werden notwendige Basistechniken für die Realisierung von MVS untersucht und eine Architektur zur rollenspezifischen Präsentation dynamischer Modellinhalte vorgestellt. Da klassische Schichtenmodelle nicht auf die Verhältnisse in Virtual Enterprises angewendet werden können, wird eine physische Systemarchitektur mit einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients vorgestellt. Ebenso werden Techniken zur Sicherung des autorisierten Zugriffs sowie des Dokumentencharakters beschrieben. Zur Unterstützung der asynchronen Phasen der Kooperation wird der gemeinsame Informationsraum durch Mappingtechniken zur Propagation und Notifikation von Änderungsdaten bezüglich relevanter Modellinformationen ergänzt. Zur Unterstützung synchroner Phasen werden Techniken zur Schaffung eines gemeinsamen Kontexts durch relaxierte WYSIWIS–Präsentationen auf Basis der Modellinformationen! verbunden mit Telepresence–Techniken vorgestellt. Weiterhin werden Methoden zur Sicherung der Group–Awareness für alle Kooperationsphasen betrachtet.The thesis covers the conceptual design and the prototypical realisation of Computer Supported Cooperative Work (CSCW)– techniques within the scope of an integrated, object-oriented, dynamic model management system for the support of building planning activities. The planning of buildings is characterised by a high degree of collaboration but by a weak structuring of the processes, too. Significant differences between the design of buildings and industrial goods produced by series production are implied by the uniqueness of a building. Increasingly, the planning of buildings is accomplished by Virtual Enterprises. These are characterised by a dynamic organisation structure, geographic dispersion of the involved planning experts, information flows, which are hard to standardise, and a frequently very heterogeneous information-technology infrastructure. Object oriented building models have proven to be a suitable base for! the binary representation of planning subject information. Due to the changeability of both building structures and their binary representation during the building life cycle, a dynamical adaptation of the models is indispensable. Dynamic building models, which are represented by taxonomic information, can be handled together with actual project information, which is stored in taxonomy instances within an appropriate model management system. Due to the specialisation and the division of labour in the planning process, a semantic linked but spatial distributed partial model structure is applied. The recommended methods for the coordination of teamwork in the planning process are based on the application of CSCW-techniques for \'Shared Information Spaces\' and \'Workgroup Computing\' in the context of model management systems acting as an foundation for planning information integration. The required meta level functionalities for dynamic building modelling and appropriate! implementation approaches for modelling kernels are systemat! ised. The necessary base techniques for the realisation of model management systems are explored. An architecture for the role specific presentation of dynamic model content is introduced, too. Due to the inadequacy of conventional multi-tier models for an application in Virtual Enterprises, an appropriate physical system architecture with a central project server, domain servers and domain clients is introduced. The thesis covers techniques, which ensure the authorised access to information and the authenticity of planning documents, too. For an adequate support of the asynchronous phases of collaboration, the Shared Information Space is supplied with mapping mechanisms for the propagation and user notification of changes in the relevant planning information. Synchronous collaboration can be performed by means of relaxed WYSIWIS-presentations connected with telepresence mechanisms in order to create a shared context for the planners. Furthermore, methods for the provis! ion of group-awareness for all co-operation phases are treated

Verbundprojekt PoliFlow : Abschlußbericht

In den letzten Jahren fanden Groupware- und Workflow-Systeme ein große Beachtung bei Herstellern, Anwendern und Wissenschaftlern. Nach anfänglich unkritischer Euphorie wurden in den letzten Jahren jedoch auch einige Schwachstellen der noch jungen Technologien erkannt. Von der Behebung dieser Schwachstellen wird die weitere Entwicklung maßgeblich beeinflußt werden. In der Förderinitiative POLIKOM wurde untersucht, wie diese Technologien im Anwendungsbereich der öffentlichen Verwaltung effektiv und effizient eingesetzt werden können. Im Projekt PoliFlow wurden Mechanismen und Modelle entworfen, mit denen einige existentiellen Mängel in den Bereichen Sicherheit und Flexibilität behoben werden konnten. Hierbei wurden die Beschreibungsmodelle für Workflows um spezifische Aspekte und die Ausführungsmodelle um entsprechende Funktionalitäten erweitert. Um diese erweiterte Funktionalität in verschiedene bestehende Systeme integrieren zu können, wurden Referenzarchitekturen entworfen, die auf eine Vielzahl bestehender Modelle und Systeme übertragbar sind. Weitere erfolgreiche Konzepte wurden zur Integration von Workflow und synchroner Telekooperation sowie zur zuverlässigen Ausführung langlebiger Prozesse entwickelt. Eine weitere Schwachstelle der Technologie war die mangelnde Unterstützung heterogener System- und Anwendungsumgebungen. Um eine große Verbreitung dieser strategischen und hoch integrierten Informationssysteme zu erreichen, müssen die beteiligten Personen von unterschiedlichen Rechnern und Netzen eine entsprechende Zugangsmöglichkeit erhalten. Mit der Realisierung des Stuttgarter Workflow- und Telekooperationssystems (SWATS), bei dem neueste Intra-/Internet-Technologien (wie Java und CORBA) berücksichtigt wurden, konnten auch diese Anforderungen erfüllt werden. Darüber hinaus bildete das Grundsystem von SWATS die Basis zur Integration der Prototypen aus den oben genannten Arbeitsbereichen

Mentale und formale Modellbildung in der Produktentstehung - als Beitrag zum integrierten Produktentstehungs-Modell (iPeM). Mental and formal modelling, a contribution to the integratet product development model (iPeM)

In der Produktentwicklung besteht ein permanentes Spannungsfeld zwischen den Leitparadigmen Qualität, Zeit und Kosten und dem Bestreben Lösungen mit hohen Innovationspotential in einem kreativen Gestaltungsprozess zu realisieren. Dies ist das Dilemma zwischen der handlungsorientierten Entwicklungsmethodik und den ergebnisorientierten Stage-Gate-Ansätzen. Aufbauend auf der wissenschaftstheoretische Grundlage, zeigt die Arbeit eine Modellbildungslogik und -sprache auf, dieses Dilemma zu lösen

Flexible Kommunikation in effizient entwickelten adaptiven vernetzten Dienste- und Gerätesystemen

Die fortschreitende Miniaturisierung der IT-Landschaft und die zunehmende Mobilität durch die Ausbreitung von Funkstandards schufen Voraussetzungen um im Sinne des Internet der Dinge Geräte des Alltags miteinander zu vernetzen und so IT-basierte Systeme zu erschaffen, die unterstützend in Situationen des menschlichen Lebens eingreifen. Diese Umgebungen werden im allgemeinen als ambiente Systeme bezeichnet. Für die Integration von Geräten und Diensten unterschiedlicher Hersteller und Anwendungsgebiete werden Domänen übergreifende Frameworks benötigt, die dem Nutzer unabhängig von der Hardware das komfortable und effiziente Entwickeln ambienter Systeme ermöglicht. Die vorliegende Arbeit beschreibt dafür die wichtigsten Anforderungen und stellt einige existierende Frameworks vor. Für den Ansatz der OSGi Remote Services wird die vom Autor realisierte Middleware Comoros vorgestellt, die den Standard mit dem Devices Profile for Web Services kombiniert. Dadurch entsteht eine standardkonforme Lösung, welche die Dynamik der OSGi-Plattform mit der Webservice basierten Kommunikation für Kleinstgeräte kombiniert. Von dieser Lösung ausgehend wurde Comoros um Bereiche erweitert, die für die Entwicklung verteilter ambienter Systeme notwendig sind. Neben einem dynamischen und komfortablen Ansatz für das Daten-Marshaling umfasst die Comoros-Erweiterung auch eine Event-basierte Kommunikation und eine umfassende und einfache Integration von Altsystemen. Weiterhin wird die Hersteller unabhängige Integration von Geräten in die Service-Plattform beschrieben, die für den Einsatz im IoT-Umfeld eine besondere Bedeutung hat. Um auf wechselnde Anforderungen dynamisch reagieren zu können setzt Comoros zudem etablierte Management-Standards um und kann so an die jeweils gültige Anforderung adaptiert werden. Um die Umsetzung der definierten Anforderungen von Comoros zu belegen wurde eine umfangreiche Evaluierung durchgeführt. Der Fokus dieser Evaluierung liegt dabei auf der Vermessung der Effizienz und Leistungsfähigkeit der Middleware, Eigenschaften, die bei einem Einsatz in Ressourcen beschränkten Umgebungen von besonderem Interesse sind. Zusätzlich wurde auch der Entwicklungskomfort vermessen, der Indikator für eine hohe Benutzerakzeptanz ist

Modeling and Control of a Cooperative Road Traffic by means of Petri-Nets and Consensus-Algorithms

Die vorliegende Arbeit behandelt die Konzeption eines zukünftigen automatisierten Straßenverkehrs für Autobahnen auf Basis von fahrzeuglokalen Entscheidungsmechanismen und Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation. Der derzeitige Straßenverkehr zeichnet sich durch unterschiedliches und deviantes Fahrzeug- bzw. Fahrerverhalten aus, dessen Konsequenz Phänomene wie Staus und Verkehrsunfälle sind. Die Homogenisierung des Fahrzeugverhaltens soll diese negativen Phänomene eliminieren und durch autonom fahrende Fahrzeuge, die untereinander kommunizieren können, realisiert werden. Hierzu ist der Entwurf einer fahrzeuglokalen homogenen Regelbasis erforderlich, die das spezifizierte Verkehrsverhalten realisiert. Zu diesem Zweck wird der Straßenverkehr als ein Objektsystem auf Basis von Petrinetzen mit zwei Ebenen modelliert. Die Straßennetzebene bildet das globale Verhalten einer Fahrzeuggruppe ab, während die Formationsnetzebene die Interaktionen zwischen den Fahrzeugen repräsentiert. Durch Kombination von Straßen- und Formationsnetzen werden verschiedene Verkehrssituationen generiert. Mit den jeweils assoziierten Formationsnetzen wird eine Erreichbarkeitsanalyse durchgeführt. In jedem Erreichbarkeitsgraphen werden anschließend Zielzustände identifiziert und ein Pfad zu diesen ermittelt, der ein definiertes Gütemaß minimiert und konsekutiven Interaktionen der Fahrzeuge entspricht. Mittels der Analyse fahrzeuglokaler Umgebungsparameter werden die jeweiligen Aktionen der Fahrzeuge zu einer fahrzeuglokalen Regelbasis kombiniert. Zur Koordination der beteiligten Fahrzeuge wird auf dieser Basis ein Kommunikationsprotokoll definiert, das um Konsens-Algorithmen ergänzt wird, welche die Stabilisierung der Formationen sicherstellen. Resultat sind eine Regelbasis und ein Kommunikationsprotokoll, die als verteiltes Regelungssystem ein Verkehrsverhalten erzeugen, das die Straßenkapazität bestmöglich ausnutzt und Unfälle inhärent vermeidet. Ein Rahmenwerk ermöglicht neben der Unterstützung beim Entwurf der Regelbasis auch eine fahrphysikalische Simulation von Fahrzeuggruppen auf begrenzten Fahrbahnabschnitten, sodass das hieraus resultierende Verkehrsverhalten erkennbar wird.This contribution presents a concept of a future automated road traffic for highways, based on vehicle-local decision-making and car2car communication. Present road traffic is characterized by varying and deviant vehicles' and drivers' behavior, that results in phenomena as traffic jams and accidents. A homogenization of the vehicles' behavior shall be a remedy against this, by means of autonomous driving and communicating vehicles. Main objective is the development of a vehicle-local homogenous rule-base realizing a specified traffic behavior. For this purpose road traffic is modeled as an object system by means of Petri Nets, consisting of a system net and an object net. The system net represents the road network, whereas an object net is a representation of a vehicle formation. This concept is used to model different traffic scenarios. For each associated formation net the reachability graph is calculated and analyzed regarding target states and their shortest paths minimizing the predefined cost function. The shortest paths are equivalent to consecutive vehicle interactions, which are furthermore mapped to vehicle-local environmental parameters to construct a well-defined rule-base. For the coordination between the vehicles an associated communication protocol is generated and combined with consensus-algorithms to ensure stability of the vehicle formations. Result is a rule-base realizing a distributed vehicle control which inherently avoids accidents while utilizing full road capacity. According to this, a framework offers, besides support at the rule-base generation, the simulation of the resulting collective behavior of a scalable vehicle formation in certain traffic scenarios with high physical insight

Der Offenbacher Ansatz: Zur Theorie der Produktsprache

Die Theorie der Produktsprache stellte einen Paradigmenwechsel in der Designtheorie dar. An der Hochschule für Gestaltung (HfG) Offenbach in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt, erweiterte sie das funktionalistische Verständnis von Produkten hinsichtlich ihrer Zeichenhaftigkeit und Bedeutungsdimension. Dieser Band macht wichtige historische Dokumente aus dieser Zeit wieder zugänglich und kontextualisiert sie mit Interviews und Stellungnahmen von Zeitzeugen. Die Aktualität der Produktsprache, auch als wesentlicher Bestandteil der Lehre im Design, wird von Expertinnen und Experten aus Theorie und Praxis diskutiert. Als Ausblick werden aktuelle Forschungsfragen im Zusammenhang mit einer Weiterentwicklung der Theorie der Produktsprache formuliert