Analyse von OODBMS für die technische Modellierung

Im Rahmen des Projekts POWER (Product modelling in object-oriented Databases with efficient Methods for Retrieval) werden die Anforderungen an eine integrierte, umfassende Produktdatenmodellierung untersucht und richtungsweisende Konzepte für ganzheitliche, bereichsübergreifende Informationssysteme im CAD/CAM-Bereich entwickelt. Im Rahmen dieser Studienarbeit werden objektorientierte Datenbankmanagementsysteme (OODBMS) daraufhin untersucht, inwieweit sie für die technische Modellierung geeignet sind. Zunächst werden die Anforderungen an eine Produktmodellierung untersucht. Aufgrund der Komplexität technischer Objekte besteht die Notwendigkeit, Objekte nicht nur geometrisch zu modellieren, wie es bei herkömmlichen CAD-Systemen der Fall ist. Zusätzlich müssen die technischen Aspekte modelliert werden, wie z.B. Beziehungen und Funktionen zu anderen Objekten. Ein Lösungsansatz bietet das Konzept der technischen Modellierung, das hier vorgestellt wird. Anhand eines Szenarios aus dem Bereich der technischen Modellierung wird eine Baugruppe konkret modelliert, dabei ist das Szenario stellvertretend für technische Anwendungen anzusehen. Die Baugruppe umfaßt eine Metallscheibe mit einer durchgehenden, mittigen Bohrung und einen symmetrischen, konzentrischen Bohrkranz, sowie eine zugehörige Achse. Trotz der Einfachheit der Baugruppe existieren Beziehungen und Abhängigkeiten der Objekte untereinander. Für die Verwaltung der aus dem Produktmodell entstehenden komplexen Daten werden geeignete Datenbanksysteme benötigt. Im darauffolgenden Kapitel erfolgt eine Einführung in Datenbanksysteme (DBS). Vorgestellt werden die Konzepte von relationalen und objektorientierten DBS. Relationale Datenbanken haben sich im Verwaltungsbereich bewährt. Im technischen Bereich jedoch, wo es sich meist um komplexe Objkete handelt, reichen sie zur Beschreibung dieser nicht aus. Deshalb wird nun eine neue Generation von DBS – die objektorientierten DBS - untersucht. Sie sollen die Unzulänglichkeiten der relationalen DBS beheben. In Kapitel 4 werden die Anforderungen der technischen Modellierung an Datenbanksysteme anhand des Szenarios ermittelt. Die DBS sind u.A. auf Datenstrukturmöglichkeiten, Versions- und Variantenbildung, Darstellung von Beziehungen von Objekten, etc. zu untersuchen. Im Anschluß daran werden diese erarbeiteten Anforderungen in den beiden ausgewählten Datenbanken - Postgres und OBST - evaluiert. Das Ergebnis dieser Analyse ergibt die Bewertung der Eignung und Leistungsfähigkeit der beiden DBS für die technische Modellierung. Abschließend werden die beiden Datenbanken gegenübergestellt und Stärken und Schwächen der Systeme herausgestellt. Die Durchführung der Arbeit erfolgt an HP-Workstations der Serie 9000/700. Zur Verfügung standen die Versionen Postgres 4.01 und OBST 3-4

Evaluation von Technologien zur Reduktion des Entwicklungs- und Wartungsaufwandes von auf Webtechnologien basierenden Anwendungen für die Plattformen Web und Mobile durch Verwendung einer gemeinsamen Codebasis und JavaScript-Transpiler

Die Entwicklung von mobilen Anwendungen und Web-Anwendungen ist aufgrund der großen Zahl von Zielplattformen aufwendig. Gegenstand dieser Arbeit ist die Evaluation von Technologien zur Erstellung von mobilen und Web-Anwendungen aus derselben Codebasis mit Hilfe von Webtechnologien und die Erweiterung der JavaScript-Syntax durch Transpiler. Dabei wird das Ziel verfolgt, Anwendungen aus Perspektive der Wartbarkeit zu konstruieren. Der Begriff der Wartbarkeit im Rahmen der Softwareentwicklung wird geklärt und bildet zusammen mit einem Anforderungskatalog eine Liste von Kriterien, welche zur Auswahl einer geeigneten Technologie verwendet wird. Es wird eine prototypische Anwendung implementiert, anhand der die ausgewählte Technologie hinsichtlich ihrer Eignung evaluiert wird.Due to the high number of target platforms development of mobile applications and web applications is expensive. Object of this work is to evaluate technologies which enable the creation of mobile and web applications from the same codebase using web technologies and transpilers to extend the syntax of JavaScript. The overall objective is to construct applications with regard to their maintainability. This work clarifies the term maintainability. Maintainability and a catalog of requirements form a list of criteria, which are used to select am appropriate technology. A prototype application is being implemented, which serves to evaluate the selected technology in regard to their suitability

Werkzeuggestützte Individualisierung des objektorientierten Leitstands ooL

Die Einführung elektronischer Leitstände wird in zahlreichen Unternehmen durch die Notwendigkeit, die Software an unternehmensindividuelle Bedürfnisse anzupassen, z.T. erheblich erschwert und verteuert. Die Nutzung objektorientierte Softwaretechnologie ist eine Möglichkeit zur Verringerung des Anpassungsaufwands. Dieser Beitrag beschreibt die Individualisierungsmöglichkeiten des objektorientierten Leitstands "ooL". Anhand der Architektur des Systems werden die Anpassungen bezüglich der Oberfläche, des Objektmodells und der Datenbank beschrieben und anhand von Beispielen veranschaulicht.<br

Entwicklung und Erprobung eines Instruments zur Messung informatischer Modellierungskompetenz im fachdidaktischen Kontext

Die Auswertung der Ergebnisse internationaler Vergleichsstudien haben Mängel am deutschen Bildungssystem aufgedeckt. In diesem Zusammenhang rückte die Vermittlung von Kompetenzen in das Zentrum bildungspolitischer Lösungsstrategien. Um die Qualität des deutschen Bildungssystems zu sichern, wird die Entwicklung nationaler Bildungsstandards gefordert, die verbindliche Anforderungen an das Lehren und Lernen in der Schule darstellen. Diese Bildungsstandards sollen sich nach Vorgaben des Bildungsministeriums für Bildung und Forschung auf wissenschaftlich fundierte Kompetenzmodelle stützen, die in Zusammenarbeit von Fachdidaktikern, Fachwissenschaftlern und Psychologen entwickelt werden. Ebenso wird hier explizit die Einbeziehung und Entwicklung entsprechender Verfahren zur Testentwicklung gefordert.In Anbetracht dieser bildungspolitischen Umstände, beschreibt die vorliegende Dissertationsschrift die Entwicklung eines wissenschaftlich fundierten Kompetenzstrukturmodells und eines Kompetenzmessinstruments für einen zentralen Teilbereich der informatischen Bildung, der objektorientierten Modellierung. Um die Bedeutung des Gegenstandsbereichs zu verdeutlichen, wird die Relevanz der Modellierung für die Informatik aus fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer Perspektive erörtert. Im weiteren Verlauf wird dargestellt, wie die Gestaltung eines Kompetenzstrukturmodells in zwei Schritten erfolgen kann. Zunächst erfolgt eine normativ theoretische Ableitung von Kompetenzdimensionen und -komponenten anhand von einschlägiger Fachliteratur. In einem weiteren Schritt findet die empirische Verfeinerung des theoretischen Rahmenmodells durch eine Expertenbefragung (durchgeführt in 2009 und 2010), bei der Fachwissenschaftler, Fachdidaktiker und Fachleiter für das Fach Informatik befragt wurden, statt. Auf Grundlage des wissenschaftlich fundierten Kompetenzmodells wirdBased on the outcomes of international studies, which show the inadequateness of the German education system, fostering learners' competencies becomes increasingly relevant. In order to further improve the quality of the German education system, educational policy requires the education system to implement national educational standards. These standards delineate how learning and teaching in schools should take place. Teaching and learning should be based on empirically-grounded competence models that should be developed by domain experts and psychologists cooperatively. For the evaluation of these competence models, educational policy demands the development of appropriate instruments to measure relevant competencies as well. In order to fulfill these demands, the development of an empirically-grounded competence model and a respective instrument will be described for the domain of computer science modeling. First, the relevance of object-oriented modeling for computer science education will be shown. Hereafter, the development of an empirically-grounded competence model and an associated test instrument will be shown.The development of the competence model requires two intermediate steps: In the first step it will be shown how the dimensions and components of the model can be derived theoretically. In a second step, the competence model will be refined empirically by referring to the results of the qualitative content analysis of experts interviews conducted in 2009 and 2010. In the interviews, three groups of experts have been interviewed: (1) experts of computer science, (2) experts of computer science education and (3) expert computer science teachers.Based on the empirically-grounded competence model, the development of an instrument for measuring competencies will be described. Here, the creation of items to prove the respective competencies covered in the competence model will be illustrated.Tag der Verteidigung: 05.06.2013Paderborn, Univ., Diss., 201

Domänenübergreifende Anwendungskommunikation im IP-basierten Fahrzeugbordnetz

In heutigen Premiumfahrzeugen kommunizieren bis zu 80 Steuergeräte über bis zu sechs verschiedene Vernetzungstechnologien. Dabei öffnet sich die Fahrzeugkommunikation nach außen: Das Fahrzeug kommuniziert auch mit dem Smartphone des Fahrers und dem Internet. Für die Kommunikation über verschiedene Anwendungsdomänen im Fahrzeug müssen heute Gateways eingesetzt werden, die zwischen den nicht-kompatiblen Protokollen übersetzen. Deswegen geht der Trend auch in der Fahrzeugkommunikation zum Internet Protocol (IP), das für technologie- und domänenübergreifende Kommunikation entwickelt wurde. Neben dem durchgängigen Protokoll auf der Vermittlungsschicht ist für die effiziente Entwicklung eines komplexen, verteilten Systems wie einem Fahrzeug auch eine entsprechende Kommunikationsmiddleware notwendig. Die Kommunikation in einem Fahrzeug stellt spezielle Anforderungen an die Kommunikationsmiddleware. Zum einen werden in Fahrzeugen unterschiedliche Kommunikationsparadigmen genutzt, beispielsweise signalbasierte und funktionsbasierte Kommunikation. Zum anderen können sich die Kommunikationspartner in einem Fahrzeug hinsichtlich ihrer Ressourcen und ihrer Komplexität erheblich unterscheiden. Keine existierende IP-basierte Kommunikationsmiddleware erfüllt die in der vorliegenden Arbeit identifizierten Anforderungen für den Einsatz im Fahrzeug. Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Kommunikationsmiddleware zu konzipieren, die für den Einsatz im Fahrzeug geeignet ist. Die vorgestellte Lösung sieht mehrere interoperable Ausprägungen der Middleware vor, die den Konflikt zwischen unterschiedlichen funktionalen Anforderungen einerseits und den sehr heterogenen Kommunikationspartnern andererseits auflösen. Ein weiterer elementarer Teil der Lösung ist die Umsetzung der im Fahrzeug erforderlichen Kommunikationsparadigmen. Das funktionsbasierte Paradigma wird durch einfache Remote Procedure Calls implementiert. Das signalbasierte Paradigma wird durch ein darauf aufbauendes Notification-Konzept implementiert. Somit wird eine stärker am aktuellen Informationsbedarf orientierte Umsetzung ermöglicht, als dies im heutigen Fahrzeugbordnetz durch das einfache Verteilen von Daten der Fall ist. Es wird gezeigt, dass sich prinzipiell beide Kommunikationsparadigmen durch einen einzigen Mechanismus abbilden lassen, der abhängig von den beteiligten Ausprägungen mit dynamischen oder nur statischen Daten operiert. Ein skalierbares Marshalling berücksichtigt darüber hinaus die unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungen und die unterschiedliche Leistungsfähigkeit der beteiligten Steuergeräte. Hiermit wird die Kommunikation zwischen allen Anwendungen im IP-basierten Fahrzeugbordnetz durchgängig ermöglicht. Auf dieser Basis wird die Lösung um wichtige Systemdienste erweitert. Diese Dienste implementieren Funktionen, die nur in der Kooperation mehrerer Komponenten erbracht werden können oder kapseln allgemeine Kommunikationsfunktionalität zur einfachen Wiederverwendung. Zwei für die Anwendung im Fahrzeug wichtige Systemdienste werden prototypisch dargestellt: Ein Service-Management ermöglicht die Verwaltung von Diensten in unterschiedlichen Zuständen, ein Security-Management bildet Security-Ziele auf die bestmögliche Kombination von implementierten Security-Protokollen der beteiligten Kommunikationspartner ab. Diese Systemdienste sind selbst skalierbar und lassen sich damit an das Konzept unterschiedlicher Ausprägungen der Kommunikationsmiddleware anpassen. Durch Leistungsmessungen an den im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Prototypen wird gezeigt, dass die konzipierte Kommunikationsmiddleware für den Einsatz auf eingebetteten Systemen im Fahrzeug geeignet ist. Der Versuchsaufbau orientiert sich an typischen Anwendungsfällen für die Fahrzeugkommunikation und verwendet Automotive-qualifizierte, eingebettete Rechenplattformen. Insbesondere wird nachgewiesen, dass mit dem beschriebenen Konzept auch leistungsschwache Steuergeräte ins System eingebunden werden können. Die IP-basierte Kommunikationsmiddleware ist damit auf allen relevanten Steuergeräten im Fahrzeug durchgängig einsetzbar.In today's premium cars, up to 80 electronic control units communicate over up to six networking technologies. Additionally, vehicle communication opens to off-board: the car connects to the driver's smartphone and the Internet. The communication between different application domains within the vehicle builds on additional hardware components as application layer gateways to translate between the incompatible protocols. Thus, also for in-car communication, the trend goes towards networking over the Internet Protocol (IP) that has been developed for being independent of technologies and application domains. Besides the universal protocol at the network layer, an efficient development of a complex distributed system requires communication middleware. In-car communication makes special demands on the communication middleware. On the one hand, a variety of communication paradigms are used for in-car communication, such as signal-based and function-based communication. On the other hand, the communication partners differ considerably in terms of computing resources and complexity of the hosted applications. No existing IP-based middleware fulfils the identified requirements for in-car communication. The objective of this research is to design a middleware that is suitable for IP-based in-car communication. The presented solution provides multiple interoperable specifications of the middleware which resolves the conflict between different functional requirements on the one hand and the very heterogeneous communication partners on the other hand. Another fundamental part of the solution is the implementation of required communication paradigms. The function-based paradigm is implemented by simple remote procedure calls. The signal-based paradigm is implemented by a notification concept that allows for a more demand-oriented communication compared to today's practice. It is shown, how both communication paradigms can be implemented through a single mechanism that operates on dynamic or static data -- depending on the involved middleware specifications. A scalable marshalling considers the different requirements and performance levels of the participating electronic control units. Scalable specifications of the communication middleware enable seamless operations on restricted embedded and more powerful platforms. On this basis, the solution is enhanced with important system services. Such services implement functionality that can only be provided in cooperation of multiple components or that encapsulate general communication functionality for easy reuse. Two essential services are prototyped: a service management allows the management of services in different operational states. A security management matches security objectives in the best possible combination of implemented security protocols that two given communication partners have in common. These system services are designed to be scalable and can therefore be adapted to the concept of different specifications of the communication middleware. Performance measurements using the implemented prototypes show that the designed communication middleware is suitable for the application on embedded systems in the vehicle. The experimental set-up is based on typical use cases for in-car communication and uses automotive-qualified, embedded computing platforms. In particular, the set-up practically demonstrates that the concept also incorporates low-performance electronic control units into the system. The IP-based communication middleware enables communication between all applications in the IP-based in-car communication system

Implementierungsmöglichkeiten der integrativen Wissensakquisitionsmethode des ARC-TEC-Projektes

Die Implementation der Wissensakquisitionsmethode des ARC-TEC-Projektes als Software-System soll einerseits ihre VerifIkation durch den Einsatz als rechnergestütztes Tool ermöglichen. Sie muß andererseits dem experimentellen Charakter der Anwendung durch hohe Flexibilität und Änderungs-/Erweiterungsfreudigkeit Rechnung tragen. Um beide Anforderungen zu erfüllen, werden hier verschiedenener Möglichkeiten zur Implementation der ARC-TEC-Methode unter Berücksichtigung vorhandener Hard- und Software-Resourcen untersucht. Ziel dabei ist es nicht, völlig unterschiedliche, inkompatible Implementationsmöglichkeiten zu vergleichen. Vielmehr wird ein portables Basissystem postuliert, das in aufeinander aufbauenden Varianten an Kapazität und Effizienz, aber auch an Entwicklungsaufwand zunimmt

Domänenübergreifende Anwendungskommunikation im IP-basierten Fahrzeugbordnetz

In heutigen Premiumfahrzeugen kommunizieren bis zu 80 Steuergeräte über bis zu sechs verschiedene Vernetzungstechnologien. Dabei öffnet sich die Fahrzeugkommunikation nach außen: Das Fahrzeug kommuniziert auch mit dem Smartphone des Fahrers und dem Internet. Für die Kommunikation über verschiedene Anwendungsdomänen im Fahrzeug müssen heute Gateways eingesetzt werden, die zwischen den nicht-kompatiblen Protokollen übersetzen. Deswegen geht der Trend auch in der Fahrzeugkommunikation zum Internet Protocol (IP), das für technologie- und domänenübergreifende Kommunikation entwickelt wurde. Neben dem durchgängigen Protokoll auf der Vermittlungsschicht ist für die effiziente Entwicklung eines komplexen, verteilten Systems wie einem Fahrzeug auch eine entsprechende Kommunikationsmiddleware notwendig. Die Kommunikation in einem Fahrzeug stellt spezielle Anforderungen an die Kommunikationsmiddleware. Zum einen werden in Fahrzeugen unterschiedliche Kommunikationsparadigmen genutzt, beispielsweise signalbasierte und funktionsbasierte Kommunikation. Zum anderen können sich die Kommunikationspartner in einem Fahrzeug hinsichtlich ihrer Ressourcen und ihrer Komplexität erheblich unterscheiden. Keine existierende IP-basierte Kommunikationsmiddleware erfüllt die in der vorliegenden Arbeit identifizierten Anforderungen für den Einsatz im Fahrzeug. Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Kommunikationsmiddleware zu konzipieren, die für den Einsatz im Fahrzeug geeignet ist. Die vorgestellte Lösung sieht mehrere interoperable Ausprägungen der Middleware vor, die den Konflikt zwischen unterschiedlichen funktionalen Anforderungen einerseits und den sehr heterogenen Kommunikationspartnern andererseits auflösen. Ein weiterer elementarer Teil der Lösung ist die Umsetzung der im Fahrzeug erforderlichen Kommunikationsparadigmen. Das funktionsbasierte Paradigma wird durch einfache Remote Procedure Calls implementiert. Das signalbasierte Paradigma wird durch ein darauf aufbauendes Notification-Konzept implementiert. Somit wird eine stärker am aktuellen Informationsbedarf orientierte Umsetzung ermöglicht, als dies im heutigen Fahrzeugbordnetz durch das einfache Verteilen von Daten der Fall ist. Es wird gezeigt, dass sich prinzipiell beide Kommunikationsparadigmen durch einen einzigen Mechanismus abbilden lassen, der abhängig von den beteiligten Ausprägungen mit dynamischen oder nur statischen Daten operiert. Ein skalierbares Marshalling berücksichtigt darüber hinaus die unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungen und die unterschiedliche Leistungsfähigkeit der beteiligten Steuergeräte. Hiermit wird die Kommunikation zwischen allen Anwendungen im IP-basierten Fahrzeugbordnetz durchgängig ermöglicht. Auf dieser Basis wird die Lösung um wichtige Systemdienste erweitert. Diese Dienste implementieren Funktionen, die nur in der Kooperation mehrerer Komponenten erbracht werden können oder kapseln allgemeine Kommunikationsfunktionalität zur einfachen Wiederverwendung. Zwei für die Anwendung im Fahrzeug wichtige Systemdienste werden prototypisch dargestellt: Ein Service-Management ermöglicht die Verwaltung von Diensten in unterschiedlichen Zuständen, ein Security-Management bildet Security-Ziele auf die bestmögliche Kombination von implementierten Security-Protokollen der beteiligten Kommunikationspartner ab. Diese Systemdienste sind selbst skalierbar und lassen sich damit an das Konzept unterschiedlicher Ausprägungen der Kommunikationsmiddleware anpassen. Durch Leistungsmessungen an den im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Prototypen wird gezeigt, dass die konzipierte Kommunikationsmiddleware für den Einsatz auf eingebetteten Systemen im Fahrzeug geeignet ist. Der Versuchsaufbau orientiert sich an typischen Anwendungsfällen für die Fahrzeugkommunikation und verwendet Automotive-qualifizierte, eingebettete Rechenplattformen. Insbesondere wird nachgewiesen, dass mit dem beschriebenen Konzept auch leistungsschwache Steuergeräte ins System eingebunden werden können. Die IP-basierte Kommunikationsmiddleware ist damit auf allen relevanten Steuergeräten im Fahrzeug durchgängig einsetzbar.In today's premium cars, up to 80 electronic control units communicate over up to six networking technologies. Additionally, vehicle communication opens to off-board: the car connects to the driver's smartphone and the Internet. The communication between different application domains within the vehicle builds on additional hardware components as application layer gateways to translate between the incompatible protocols. Thus, also for in-car communication, the trend goes towards networking over the Internet Protocol (IP) that has been developed for being independent of technologies and application domains. Besides the universal protocol at the network layer, an efficient development of a complex distributed system requires communication middleware. In-car communication makes special demands on the communication middleware. On the one hand, a variety of communication paradigms are used for in-car communication, such as signal-based and function-based communication. On the other hand, the communication partners differ considerably in terms of computing resources and complexity of the hosted applications. No existing IP-based middleware fulfils the identified requirements for in-car communication. The objective of this research is to design a middleware that is suitable for IP-based in-car communication. The presented solution provides multiple interoperable specifications of the middleware which resolves the conflict between different functional requirements on the one hand and the very heterogeneous communication partners on the other hand. Another fundamental part of the solution is the implementation of required communication paradigms. The function-based paradigm is implemented by simple remote procedure calls. The signal-based paradigm is implemented by a notification concept that allows for a more demand-oriented communication compared to today's practice. It is shown, how both communication paradigms can be implemented through a single mechanism that operates on dynamic or static data -- depending on the involved middleware specifications. A scalable marshalling considers the different requirements and performance levels of the participating electronic control units. Scalable specifications of the communication middleware enable seamless operations on restricted embedded and more powerful platforms. On this basis, the solution is enhanced with important system services. Such services implement functionality that can only be provided in cooperation of multiple components or that encapsulate general communication functionality for easy reuse. Two essential services are prototyped: a service management allows the management of services in different operational states. A security management matches security objectives in the best possible combination of implemented security protocols that two given communication partners have in common. These system services are designed to be scalable and can therefore be adapted to the concept of different specifications of the communication middleware. Performance measurements using the implemented prototypes show that the designed communication middleware is suitable for the application on embedded systems in the vehicle. The experimental set-up is based on typical use cases for in-car communication and uses automotive-qualified, embedded computing platforms. In particular, the set-up practically demonstrates that the concept also incorporates low-performance electronic control units into the system. The IP-based communication middleware enables communication between all applications in the IP-based in-car communication system