Modellgestützter Entwurf von Feldgeräteapplikationen

Die Entwicklung von Feldgeräten ist ein äußerst komplexer Vorgang, welcher auf vielen Vorrausetzungen aufsetzt, diverse Anforderungen und Randbedingungen mitbringt und bisher wenig beachtet und veröffentlicht wurde. Angesichts der fortschreitenden Digitalisierung drängen immer mehr Anbieter auf den Automatisierungsmarkt. So sind aktuell zunehmend Technologien und Ansätze aus dem Umfeld des Internet of Things im Automatisierungsbereich zu finden. Diese Ansätze reichen von Sensoren ohne die in der Industrie üblichen Beschreibungen bis hin zu Marktplätzen, auf denen Integratoren und Anwender Softwareteile für Anlagen kaufen können. Für die neuen Anbieter, die häufig nicht aus dem klassischen Automatisierungsgeschäft kommen, sind die bisher bestehenden Modelle, Funktionalitäten, Profile und Beschreibungsmittel nicht immer leicht zu verwenden. So entstehen disruptive Lösungen auf Basis neu definierter Spezifikationen und Modelle. Trotz dieser Disruptivität sollte es das Ziel sein, die bewährten Automatisierungsfunktionen nicht neu zu erfinden, sondern diese effektiv und effizient in Abhängigkeit der Anforderungen auf unterschiedlichen Plattformen zu verwenden. Dies schließt ihre flexible Verteilung auf heterogene vernetzte Ressourcen explizit ein. Dabei können die Plattformen sowohl klassische Feldgeräte und Steuerungen sein, als auch normale Desktop-PCs und IoT-Knoten. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Werkzeugkette für den modellbasierten Entwurf von Feldgeräteapplikationen auf Basis von Profilen und damit für den erweiterten Entwurf von verteilten Anlagenapplikationen zu entwickeln. Dabei müssen die verschiedenen Beschreibungsmöglichkeiten evaluiert werden, um diese mit detaillierten Parameter- und Prozessdatenbeschreibungen zu erweitern. Außerdem sollen modulare Konzepte genutzt und Vorbereitungen für die Verwendung von Semantik im Entwurfsprozess getroffen werden. In Bezug auf den Geräteengineeringprozess soll der Anteil des automatisierten Geräteengineerings erweitert werden. Dies soll zu einer Flexibilisierung der Geräteentwicklung führen, in der die Verschaltung der funktionalen Elemente beim Endkunden erfolgt. Auch das Deployment von eigenen funktionalen Elementen auf die Geräte der Hersteller soll durch den Endkunden möglich werden. Dabei wird auch eine automatisierte Erstellung von Gerätebeschreibungen benötigt. Alle diese Erweiterungen ermöglichen dann den letzten großen Schritt zu einer verteilten Applikation über heterogene Infrastrukturen. Dabei sind die funktionalen Elemente nicht nur durch die Gerätehersteller verteilbar, sondern diese können auch auf verschiedenen Plattformen unterschiedlicher Gerätehersteller verwendet werden. Damit einher geht die für aktuelle Entwicklungen wie Industrie 4.0 benötigte geräteunabhängige Definition von Funktionalität. Alle im Engineering entstandenen Informationen können dabei auf den unterschiedlichen Ebenen der Automatisierungspyramide und während des Lebenszyklus weiterverwendet werden. Eine Integration diverser Gerätefamilien außerhalb der Automatisierungstechnik wie z. B. IoT-Geräte und IT-Geräte ist damit vorstellbar. Nach einer Analyse der relevanten Techniken, Technologien, Konzepte, Methoden und Spezifikationen wurde eine Werkzeugkette für den modellgestützten Entwurf von Feldgeräten entwickelt und die benötigten Werkzeugteile und Erweiterungen an bestehenden Beschreibungen diskutiert. Dies Konzept wurde dann auf den verteilten Entwurf auf heterogener Hardware und heterogenen Plattformen erweitert, bevor beide Konzepte prototypisch umgesetzt und evaluiert wurden. Die Evaluation erfolgt an einem zweigeteilten Szenario aus der Sicht eines Geräteherstellers und eines Integrators. Die entwickelte Lösung integriert Ansätze aus dem Kontext von Industrie 4.0 und IoT. Sie trägt zu einer vereinfachten und effizienteren Automatisierung des Engineerings bei. Dabei können Profile als Baukasten für die Funktionalität der Feldgeräte und Anlagenapplikationen verwendet werden. Bestehende Beschränkungen im Engineering werden somit abgeschwächt, so dass eine Verteilung der Funktionalität auf heterogene Hardware und heterogene Plattformen möglich wird und damit zur Flexibilisierung der Automatisierungssysteme beiträgt.The development of field devices is a very complex procedure. Many preconditions need to be met. Various requirements and constrains need to be addressed. Beside this, there are only a few publications on this topic. Due to the ongoing digitalization, more and more solution providers are entering the market of the industrial automation. Technologies and approaches from the context of the Internet of Things are being used more and more in the automation domain. These approaches range from sensors without the typical descriptions from industry up to marketplaces where integrators and users can buy software components for plants. For new suppliers, who often do not come from the classical automation business, the already existing models, functionalities, profiles, and descriptions are not always easy to use. This results in disruptive solutions based on newly defined specifications and models. Despite this disruptiveness, the aim should be to prevent reinventing the proven automation functions, and to use them effectively, and efficiently on different platforms depending on the requirements. This explicitly includes the flexible distribution of the automation functions to heterogeneous networked resources. The platforms can be classical field devices and controllers, as well as normal desktop PCs and IoT nodes. The aim of this thesis is to develop a toolchain for the model-based design of field device applications based on profiles, and thus also suitable for the extended design of distributed plant applications. Therefore, different description methods are evaluated in order to enrich them with detailed descriptions of parameters and process data. Furthermore, c oncepts of modularity will also be used and preparations will be made for the use of semantics in the design process. With regard to the device engineering process, the share of automated device engineering will be increased. This leads to a flexibilisation of the device development, allowing the customer to perform the networking of the functional elements by himself. The customer should also be able to deploy his own functional elements to the manufacturers' devices. This requires an automated creation of device descriptions. Finally, all these extensions will enable a major step towards using a distributed application over heterogeneous infrastructures. Thus, the functional elements can not only be distributed by equipment manufacturers, but also be distributed on different platforms of different equipment manufacturers. This is accompanied by the device-independent definition of functionality required for current developments such as Industry 4.0. All information created during engineering can be used at different levels of the automation pyramid and throughout the life cycle. An integration of various device families from outside of Automation Technology, such as IoT devices and IT devices, is thus conceivable. After an analysis of the relevant techniques, technologies, concepts, methods, and specifications a toolchain for the model-based design of field devices was developed and the required tool parts, and extensions to existing descriptions were discussed. This concept was then extended to the distributed design on heterogeneous hardware and heterogeneous platforms. Finally, both concepts were prototypically implemented and evaluated. The evaluation is based on a two-part scenario from both the perspective of a device manufacturer, and the one of an integrator. The developed solution integrates approaches from the context of Industry 4.0 and IoT. It contributes to a simplified, and more efficient automation of engineering. Within this context, profiles can be used as building blocks for the functionality of field devices, and plant applications. Existing limitations in engineering are thus reduced, so that a distribution of functionality across heterogeneous hardware and heterogeneous platforms becomes possible and contributing to the flexibility of automation systems

Erweiterung und formale Verifikation von dynamischen objektorientierten Modellierungsansätze auf Basis höherer Petri-Netze

Short Summary The design of complex distributed embedded computer systems is often a big challenge because they are large and contain many parallel working components under real time conditions. The dynamic diagrams like Sequence Diagrams, State Charts and Activity Diagrams are often not sufficient to model the high complexity of these computer systems. There is no transformation possibility from one description type into another. There are no or only limited possibilities for formal analysis of system properties. Coloured dynamic Sequence Diagrams, State Charts and Activity Diagrams will be developed in this work to integrate the well-known object oriented modelling techniques into the design process of complex distributed real time systems. Coloured diagrams derive from folding several simple diagrams which are executed autonomously or influence each other in some parts. The coloured diagram types have sufficient means for the clear and unique description of the composition of several simple diagrams and some additional mechanisms for description of the dependencies and connections between the separate objects. A transformation of these diagrams into one another which allows a parallel use of similar description means will be developed. The colours which essentially model the different similar components will be kept up the transformation of these diagram types into Coloured Petri Nets as a temporary notation and will be kept up the transformation in other diagram types. They are responsible for the clear assignment and the identification of the several components of a model during the whole design process. The transformation via Coloured Petri Nets is effective because they also use the colour concept and they integrate the basic concepts of the initial diagrams. The verification method for Coloured Time Interval Petri Nets designed in this work allows assertions about the fulfilment of time restrictions and about reachability of markings, liveness, about absence of conflicts, boundedness and dynamic conflicts. The usability of these extensions will be demonstrated with a real modelling example.Der Entwurf von komplexen verteilten eingebetteten Rechnersystemen ist aufgrund der Größe und Vielzahl von parallel unter Echtzeitbedingungen arbeitenden Komponenten häufig eine große Herausforderung. Die dynamischen Diagramme, wie Message Sequence Charts (Sequenzdiagramme), State Charts (Zustandsdiagramme) und Activity Diagrams (Aktivitätsdiagramme) können häufig nicht die hohe Komplexität der zu modellierenden verteilten eingebetteten Rechnersysteme bewältigen und dabei die Übersichtlichkeit der Entwurfsmodelle gewährleisten. Es existiert auch keine Überführungsmöglichkeit von einem Beschreibungstyp in einen anderen. Die Möglichkeiten zur formalen Analyse der Systemeigenschaften nicht oder nur eingeschränkt gegeben. Für die Einbindung der bekannten objektorientierten Modellierungstechniken in den Entwurfsprozess von komplexen verteilten Echtzeitsystemen sind die in dieser Arbeit entwickelten gefärbten dynamischen Sequenzdiagramme, Zustandsdiagramme und Aktivitätsdiagramme für die Modellierung von komplexen verteilten Echtzeitsystemen effektiv einsetzbar. Gefärbte Diagramme entstehen durch Faltung von mehreren einfachen Diagrammen, die voneinander unabhängig ausgeführt werden, oder sich in einigen Teilen beeinflussen. Die gefärbten Diagrammtypen verfügen über ausreichende Mittel für die übersichtliche und eindeutige Darstellung der Komposition von mehreren einfachen Diagrammen und einige zusätzliche Mechanismen für die Abbildung der Abhängigkeiten und Beziehungen zwischen den einzelnen Objekten. Die Transformation dieser Diagrammtypen ineinander erlaubt es, ähnliche Beschreibungsmittel parallel nutzbar zu machen. Die Farben, die im wesentlichen verschiedene ähnliche Teilkomponenten modellieren, werden bei der Umwandlung in Gefärbte Petri-Netze, die bei der Transformation dieser Diagrammtypen ineinander als Zwischennotation genutzt werden, und weiterhin bei der Transformation in andere Diagrammtypen beibehalten und dienen der übersichtlichen Zuordnung und Identifizierung der einzelnen Komponenten eines Modells während des gesamten Entwurfsprozesses. Die Transformation über Gefärbte Petri-Netze ist effektiv, da diese auch das Farbkonzept unterstützen und die Grundkonzepte der Ausgangsdiagramme als Teilmenge implizit besitzen. Die entwickelte Verifikationsmethode für Gefärbte Zeitintervall-Petri-Netze ermöglicht sowohl Aussagen über die Erfüllung von zeitlichen Restriktionen als auch über die Erreichbarkeit von Markierungen, Lebendigkeit, Konfliktfreiheit, Beschränktheit und dynamische Konflikte. Die Anwendbarkeit dieser Erweiterungen lässt sich an einem realen Modellierungsbeispiel nachweisen

Jahresbericht 2013 zur kooperativen DV-Versorgung

:Vorwort ÜBERSICHT DER INSERENTEN 12 TEIL I ZUR ARBEIT DER DV-KOMMISSION 15 ZUR ARBEIT DES ERWEITERTEN IT-LENKUNGSAUSSCHUSSES 16 ZUR ARBEIT DES IT-LENKUNGSAUSSCHUSSES 17 ZUR ARBEIT DES WISSENSCHAFTLICHEN BEIRATES DES ZIH 17 TEIL II 1 DAS ZENTRUM FÜR INFORMATIONSDIENSTE UND HOCHLEISTUNGSRECHNEN (ZIH) 21 1.1 AUFGABEN 21 1.2 ZAHLEN UND FAKTEN (REPRÄSENTATIVE AUSWAHL) 21 1.3 HAUSHALT 22 1.4 STRUKTUR / PERSONAL 23 1.5 STANDORT 24 1.6 GREMIENARBEIT 25 2 KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR 27 2.1 NUTZUNGSÜBERSICHT NETZDIENSTE 27 2.2 NETZWERKINFRASTRUKTUR 27 2.3 KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATIONSDIENSTE 37 3 ZENTRALE DIENSTANGEBOTE UND SERVER 47 3.1 SERVICE DESK 47 3.2 TROUBLE TICKET SYSTEM (OTRS) 48 3.3 NUTZERMANAGEMENT 49 3.4 LOGIN-SERVICE 50 3.5 BEREITSTELLUNG VON VIRTUELLEN SERVERN 51 3.6 STORAGE-MANAGEMENT 51 3.7 LIZENZ-SERVICE 57 3.8 PERIPHERIE-SERVICE 58 3.9 PC-POOLS 58 3.10 SECURITY 59 3.11 DRESDEN SCIENCE CALENDAR 60 4 SERVICELEISTUNGEN FÜR DEZENTRALE DV-SYSTEME 63 4.1 ALLGEMEINES 63 4.2 INVESTBERATUNG 63 4.3 PC SUPPORT 63 4.4 MICROSOFT WINDOWS-SUPPORT 64 4.5 ZENTRALE SOFTWARE-BESCHAFFUNG FÜR DIE TU DRESDEN 70 5 HOCHLEISTUNGSRECHNEN 73 5.1 HOCHLEISTUNGSRECHNER/SPEICHERKOMPLEX (HRSK-II) 73 5.2 NUTZUNGSÜBERSICHT DER HPC-SERVER 80 5.3 SPEZIALRESSOURCEN 81 5.4 GRID-RESSOURCEN 82 5.5 ANWENDUNGSSOFTWARE 84 5.6 VISUALISIERUNG 85 5.7 PARALLELE PROGRAMMIERWERKZEUGE 86 6 WISSENSCHAFTLICHE PROJEKTE, KOOPERATIONEN 89 6.1 „KOMPETENZZENTRUM FÜR VIDEOKONFERENZDIENSTE“ (VCCIV) 89 6.2 SKALIERBARE SOFTWARE-WERKZEUGE ZUR UNTERSTÜTZUNG DER ANWENDUNGSOPTIMIERUNG AUF HPC-SYSTEMEN 94 6.3 LEISTUNGS- UND ENERGIEEFFIZIENZ-ANALYSE FÜR INNOVATIVE RECHNERARCHITEKTUREN 96 6.4 DATENINTENSIVES RECHNEN, VERTEILTES RECHNEN UND CLOUD COMPUTING 100 6.5 DATENANALYSE, METHODEN UND MODELLIERUNG IN DEN LIFE SCIENCES 103 6.6 PARALLELE PROGRAMMIERUNG, ALGORITHMEN UND METHODEN 106 6.7 KOOPERATIONEN 111 7 AUSBILDUNGSBETRIEB UND PRAKTIKA 113 7.1 AUSBILDUNG ZUM FACHINFORMATIKER / FACHRICHTUNG ANWENDUNGSENTWICKLUNG 113 7.2 PRAKTIKA 114 8 AUS- UND WEITERBILDUNGSVERANSTALTUNGEN 115 9 VERANSTALTUNGEN 117 10 PUBLIKATIONEN 118 TEIL III BEREICH MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN 125 BEREICH GEISTES UND SOZIALWISSENSCHAFTEN 151 BEREICH INGENIEURWISSENSCHAFTEN 177 BEREICH BAU UND UMWELT 189 BEREICH MEDIZIN 223 ZENTRALE UNIVERSITÄTSVERWALTUNG 23

Jahresbericht 2009 zur kooperativen DV-Versorgung

:VORWORT 9 ÜBERSICHT DER INSERENTEN 10 TEIL I ZUR ARBEIT DER DV KOMMISSION 15 MITGLIEDER DER DV KOMMISSION 15 ZUR ARBEIT DES IT LENKUNGSAUSSCHUSSES 17 ZUR ARBEIT DES WISSENSCHAFTLICHEN BEIRATES DES ZIH 17 TEIL II 1 DAS ZENTRUM FÜR INFORMATIONSDIENSTE UND HOCHLEISTUNGSRECHNEN (ZIH) 21 1.1 AUFGABEN 21 1.2 ZAHLEN UND FAKTEN (REPRÄSENTATIVE AUSWAHL) 21 1.3 HAUSHALT 22 1.4 STRUKTUR / PERSONAL 23 1.5 STANDORT 24 1.6 GREMIENARBEIT 25 2 KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR 27 2.1 NUTZUNGSÜBERSICHT NETZDIENSTE 27 2.1.1 WiN IP Verkehr 27 2.2 NETZWERKINFRASTRUKTUR 27 2.2.1 Allgemeine Versorgungsstruktur 27 2.2.2 Netzebenen 27 2.2.3 Backbone und lokale Vernetzung 28 2.2.4 Druck Kopierer Netz 32 2.2.5 WLAN 32 2.2.6 Datennetz zwischen den Universitätsstandorten und Außenanbindung 33 2.2.7 Vertrag „Kommunikationsverbindung der Sächsischen Hochschulen“ 37 2.2.8 Datennetz zu den Wohnheimstandorten 39 2.2.9 Datennetz der Fakultät Informatik 39 2.3 KOMMUNIKATIONS UND INFORMATIONSDIENSTE 40 2.3.1 Electronic Mail 40 2.3.1.1 Einheitliche E-Mail-Adressen an der TU Dresden 41 2.3.1.2 Struktur- bzw. funktionsbezogene E-Mail-Adressen an der TU Dresden 41 2.3.1.3 ZIH verwaltete Nutzer-Mailboxen 42 2.3.1.4 Web-Mail 42 2.3.1.5 Neuer Mailinglisten-Server 43 2.3.2 Authentifizierungs und Autorisierungs Infrastruktur (AAI) 43 2.3.2.1 Shibboleth 43 2.3.2.2 DFN PKI 43 2.3.3 Wählzugänge 44 2.3.4 Time Service 44 2.3.5 Voice over Internet Protocol (VoIP) 44 3 ZENTRALE DIENSTANGEBOTE UND SERVER 47 3.1 BENUTZERBERATUNG (BB) 47 3.2 TROUBLE TICKET SYSTEM (OTRS) 48 3.3 NUTZERMANAGEMENT 49 3.4 LOGIN SERVICE 50 3.5 BEREITSTELLUNG VON VIRTUELLEN SERVERN 51 3.6 STORAGE MANAGEMENT 51 3.6.1 Backup Service 52 3.6.2 File Service und Speichersysteme 55 3.7 LIZENZ SERVICE 56 3.8 PERIPHERIE SERVICE 57 3.9 PC POOLS 57 3.10 SECURITY 58 3.10.1 Informationssicherheit 58 3.10.2 Frühwarnsystem (FWS) im Datennetz der TU Dresden 58 3.10.3 VPN 59 3.10.4 Konzept der zentral bereitgestellten virtuellen Firewalls 59 4 SERVICELEISTUNGEN FÜR DEZENTRALE DV SYSTEME 61 4.1 ALLGEMEINES 61 4.2 PC SUPPORT 61 4.2.1 Investberatung 61 4.2.2 Implementierung 61 4.2.3 Instandhaltung 62 4.3 MICROSOFT WINDOWS SUPPORT 62 4.4 ZENTRALE SOFTWARE BESCHAFFUNG FÜR DIE TU DRESDEN 67 4.4.1 Arbeitsgruppe Software im ZKI 67 4.4.2 Strategie des Software Einsatzes an der TU Dresden 67 4.4.3 Software Beschaffung 68 5 HOCHLEISTUNGSRECHNEN 69 5.1 HOCHLEISTUNGSRECHNER/SPEICHERKOMPLEX (HRSK) 69 5.1.1 HRSK Core Router 70 5.1.2 HRSK SGI Altix 4700 70 5.1.3 HRSK PetaByte Bandarchiv 72 5.1.4 HRSK Linux Networx PC Farm 73 5.1.5 HRSK Linux Networx PC Cluster (HRSK Stufe 1a) 75 5.2 NUTZUNGSÜBERSICHT DER HPC SERVER 76 5.3 SPEZIALRESSOURCEN 77 5.3.1 SGI Origin 3800 77 5.3.2 NEC SX 6 77 5.3.3 Mikrosoft HPC System 78 5.3.4 Anwendercluster 78 5.4 GRID RESSOURCEN 79 5.5 ANWENDUNGSSOFTWARE 81 5.6 VISUALISIERUNG 82 5.7 PARALLELE PROGRAMMIERWERKZEUGE 83 6 WISSENSCHAFTLICHE PROJEKTE, KOOPERATIONEN 85 6.1 „KOMPETENZZENTRUM FÜR VIDEOKONFERENZDIENSTE“ (VCCIV) 85 6.1.1 Überblick 85 6.1.2 Videokonferenzräume 85 6.1.3 Aufgaben und Entwicklungsarbeiten 85 6.1.4 Weitere Aktivitäten 88 6.1.5 Der Dienst „DFNVideoConference“ Mehrpunktkonferenzen im G WiN 88 6.1.6 Ausblick 89 6.2 D GRID 89 6.2.1 Hochenergiephysik Community Grid (HEP CG) − Entwicklung von Anwendungen und Komponenten zur Datenauswertung in der Hochenergiephysik in einer nationalen e Science Umgebung 89 6.2.2 D Grid Integrationsprojekt 2 90 6.2.3 Chemomentum 90 6.2.4 D Grid Scheduler Interoperalität (DGSI) 91 6.2.5 MoSGrid − Molecular Simulation Grid 91 6.2.6 WisNetGrid −Wissensnetzwerke im Grid 92 6.3 BIOLOGIE 92 6.3.1 Entwicklung eines SME freundlichen Zuchtprogramms für Korallen 92 6.3.2 Entwicklung und Analyse von stochastischen interagierenden Vielteilchen Modellen für biologische Zellinteraktion 93 6.3.3 EndoSys − Modellierung der Rolle von Rab Domänen bei Endozytose und Signalverarbeitung in Hepatocyten 93 6.3.4 SpaceSys − Räumlich zeitliche Dynamik in der Systembiologie 94 6.3.5 Biologistik − Von bio inspirierter Logistik zum logistik inspirierten Bio Nano Engineering 94 6.3.6 ZebraSim − Modellierung und Simulation der Muskelgewebsbildung bei Zebrafischen 95 6.4 PERFORMANCE EVALUIERUNG 95 6.4.1 SFB 609 − Elektromagnetische Strömungsbeeinflussung in Metallurgie, Kristallzüchtung und Elektrochemie −Teilprojekt A1: Numerische Modellierung turbulenter MFD Strömungen 95 6.4.2 BenchIT − Performance Measurement for Scientific Applications 96 6.4.3 PARMA − Parallel Programming for Multi core Architectures -ParMA 97 6.4.4 VI HPS − Virtuelles Institut -HPS 97 6.4.5 Paralleles Kopplungs Framework und moderne Zeitintegrationsverfahren für detaillierte Wolkenprozesse in atmosphärischen Modellen 98 6.4.6 VEKTRA − Virtuelle Entwicklung von Keramik und Kompositwerkstoffen mit maßgeschneiderten Transporteigenschaften 98 6.4.7 Cool Computing −Technologien für Energieeffiziente Computing Plattformen (BMBF Spitzencluster Cool Silicon) 99 6.4.8 eeClust Energieeffizientes Cluster Computing 99 6.4.9 HI/CFD − Hocheffiziente Implementierung von CFD Codes für HPC Many Core Architekturen 99 6.4.10 SILC − Scalierbare Infrastruktur zur automatischen Leistungsanalyse paralleler Codes 100 6.4.11 TIMaCS − Tools for Intelligent System Mangement of Very Large Computing Systems 100 6.5 KOOPERATIONEN 101 7 DOIT INTEGRIERTES INFORMATIONSMANAGEMENT 111 7.1 VISION DER TU DRESDEN 111 7.2 ZIELE DES PROJEKTES DOIT 111 7.2.1 Analyse der bestehenden IT Unterstützung der Organisation und ihrer Prozesse 111 7.2.2 Erarbeitung von Verbesserungsvorschlägen 111 7.2.3 Herbeiführung strategischer Entscheidungen 112 7.2.4 Planung und Durchführung von Teilprojekten 112 7.2.5 Markt und Anbieteranalyse 112 7.2.6 Austausch mit anderen Hochschulen 112 7.3 ORGANISATION DES DOIT PROJEKTES 112 7.4 IDENTITÄTSMANAGEMENT 113 7.5 ELEKTRONISCHER KOSTENSTELLENZUGANG (ELKO) 114 8 AUSBILDUNGSBETRIEB UND PRAKTIKA 117 8.1 AUSBILDUNG ZUM FACHINFORMATIKER / FACHRICHTUNG ANWENDUNGSENTWICKLUNG 117 8.2 PRAKTIKA 118 9 AUS UND WEITERBILDUNGSVERANSTALTUNGEN 119 10 VERANSTALTUNGEN 121 11 PUBLIKATIONEN 123 TEIL III BERICHTE DER FAKULTÄTEN FAKULTÄT MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN Fachrichtung Mathematik 129 Fachrichtung Physik 133 Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie 137 Fachrichtung Psychologie 143 Fachrichtung Biologie 147 PHILOSOHISCHE FAKULTÄT 153 FAKULTÄT SPRACH , LITERATUR UND KULTURWISSENSCHAFTEN 157 FAKULTÄT ERZIEHUNGSWISSENSCHAFTEN 159 JURISTISCHE FAKULTÄT 163 FAKULTÄT WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN 167 FAKULTÄT INFORMATIK 175 FAKULTÄT ELEKTRO UND INFORMATIONSTECHNIK 183 FAKULTÄT MASCHINENWESEN 193 FAKULTÄT BAUINGENIEURWESEN 203 FAKULTÄT ARCHITEKTUR 211 FAKULTÄT VERKEHRSWISSENSCHAFTEN „FRIEDRICH LIST“ 215 FAKULTÄT FORST , GEO UND HYDROWISSENSCHAFTEN Fachrichtung Forstwissenschaften 231 Fachrichtung Geowissenschaften 235 Fachrichtung Wasserwesen 241 MEDIZINISCHE FAKULTÄT CARL GUSTAV CARUS 24

Jahresbericht 2005 zur kooperativen DV-Versorgung

:VORWORT 9 ÜBERSICHT DER INSERENTEN 11 TEIL I ZUR ARBEIT DER DV-KOMMISSION 15 MITGLIEDER DER DV-KOMMISSION 16 ZUR ARBEIT DES IT-KOORDINIERUNGSSTABES UND DES LENKUNGSAUSSCHUSSES FÜR DAS ZIH 17 TEIL II 1 DAS ZENTRUM FÜR INFORMATIONSDIENSTE UND HOCHLEISTUNGSRECHNEN (ZIH) 21 1.1 AUFGABEN 21 1.2 ZAHLEN UND FAKTEN (REPRÄSENTATIVE AUSWAHL) 21 1.3 HAUSHALT 22 1.4 STRUKTUR / PERSONAL 23 1.5 STANDORT 24 1.6 GREMIENARBEIT 25 2 KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR 27 2.1 NUTZUNGSÜBERSICHT NETZDIENSTE 27 2.1.1 WiN-IP-Verkehr 27 2.2 NETZWERKINFRASTRUKTUR AN DER TUD 27 2.2.1 Allgemeine Versorgungsstruktur 27 2.2.2 Netzebenen 28 2.2.3 Backbone und lokale Vernetzung 28 2.2.4 Druck-Kopierer-Netz 33 2.2.5 Funk-LAN (WLAN) 33 2.2.6 Datennetz zwischen den Universitätsstandorten und Außenanbindung 33 2.2.7 Datennetz zu den Wohnheimstandorten 38 2.3 KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATIONSDIENSTE 39 2.3.1 Electronic-Mail 39 2.3.1.1 Einführung einheitlicher E-Mail-Adressen an der TU Dresden 39 2.3.1.2 Web-Mail 40 2.3.2 WWW 40 2.3.3 FTP 42 2.3.4 Wählzugänge 42 2.2.5 Time-Service 42 3 ZENTRALE DIENSTANGEBOTE UND SERVER 43 3.1 BENUTZERBERATUNG 43 3.2 NUTZERMANAGEMENT, NUTZERDATENBANK 43 3.3 LOGIN-SERVICE 45 3.4 FILE-SERVICE 45 3.5 BACKUP-SERVICE 47 3.6 LIZENZ-SERVICE 50 3.7 PERIPHERIE-SERVICES 51 3.8 PC-POOLS 51 3.9 SECURITY 52 4 SERVICELEISTUNGEN FÜR DEZENTRALE DV-SYSTEME 55 4.1 ALLGEMEINES 55 4.2 PC-SUPPORT 55 4.2.1 Investberatung 55 4.2.2 Implementierung 55 4.2.3 Instandhaltung 55 4.2.4 Notebook-Ausleihe 56 4.2.5 Wichtige Beschaffungen dezentraler Hardware im ZIH 56 4.3 MICROSOFT WINDOWS-SUPPORT 56 4.4 ZENTRALE SOFTWARE-BESCHAFFUNG FÜR DIE TU DRESDEN 62 4.4.1 Arbeitsgruppentätigkeit 62 4.4.2 Strategie des Software-Einsatzes an der TU Dresden 62 4.4.3 Software-Beschaffung 63 5 HOCHLEISTUNGSRECHNEN 65 5.1 COMPUTE-SERVER 65 5.1.1 SGI Origin2800 66 5.1.2 SGI Origin3800 67 5.1.3 Cray T3E 69 5.1.4 NEC SX6i 70 5.1.5 Altix 3700 Bx2 71 5.1.6 Linux Networx PC-Farm 71 5.1.7 Anwender-Cluster 72 5.2 BIODATENBANKEN-SERVICE 73 5.3 ANWENDUNGSSOFTWARE 73 5.4 VISUALISIERUNG 74 5.5 PERFORMANCE TOOLS 75 6 WISSENSCHAFTLICHE KOOPERATION, PROJEKTE 77 6.1. DAS PROJEKT „KOMPETENZZENTRUM FÜR VIDEOKONFERENZDIENSTE“ 77 6.1.1 Aufgaben und Entwicklungsarbeiten 77 6.1.2 Der Dienst „DFNVideoConference“ - Mehrpunktkonferenzen im G-WiN 80 6.1.3 Tendenzen und Ausblicke 80 6.2 D-GRID 80 6.2.1 EP-Cache - Werkzeuge für die effiziente parallele Programmierung von Cache-Architekturen 80 6.2.2 Hochenergiephysik Community Grid (HEP CG) - Entwicklung von Anwendungen und Komponenten zur Datenauswertung in der Hochenergiephysik in einer nationalen e-Science-Umgebung 81 6.2.3 MediGRID - Ressourcefusion für Medizin und Lebenswissenschaften 82 6.2.4 D-Grid Integrationsprojekt 82 6.3 BIOLOGIE 83 6.3.1 BISON (Biologie-inspirierte Techniken zur Selbstorganisation in dynamischen Netzwerken) 83 6.3.2 Verständnis der molekularen Grundlage der Biogenese und Funktion der Endocytose 83 6.3.3 Mathematische Modellierung und Computersimulation des Tumorwachstums und Therapien 83 6.3.4 Entwicklung eines SME-freundlichen Zuchtprogramms für Korallen 84 6.3.5 Analyse raum-zeitlicher Musterbildung von Mikroorganismen 84 6.3.6 Regeneration beim Axolotl 85 6.3.7 Entwicklung und Analyse von stochastischen Interagierenden Vielteilchen-Modellen für biologische Zellinteraktion 85 6.3.8 Kompetenznetzwerk MTBio 85 6.3.9 Optimierung von Bio-Algorithmen auf der Nec SX-6 86 6.3.10 Data Mining bei Protein-Protein Interaktionen 86 6.4 PERFORMANCE EVALUIERUNG 86 6.4.1 Entwicklung eines neuen, skalierbaren Open Trace Formates (OTF) 86 6.4.2 Automatisches Auffinden von Performance-Engpässen in parallelen Programmen unter Zuhilfenahme ihrer Tracedaten 87 6.4.3 SFB 609: Elektromagnetische Strömungsbeeinflussung in Metallurgie, 87 Kristallzüchtung und Elektrochemie - Teilprojekt A1: Numerische Modellierung turbulenter MFD-Strömungen 6.5 HERSTELLERKOOPERATIONEN 88 6.5.1 Intel-Kooperation 88 6.5.2 NEC-Kooperation 88 7 AUSBILDUNGSBETRIEB UND PRAKTIKA 89 7.1 AUSBILDUNG ZUM FACHINFORMATIKER/FACHRICHTUNG ANWENDUNGSENTWICKLUNG 89 7.2 PRAKTIKA 89 8 AUS- UND WEITERBILDUNGSVERANSTALTUNGEN 91 9 VERANSTALTUNGEN 93 TEIL III BERICHTE DER FAKULTÄTEN FAKULTÄT MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN 97 Fachrichtung Mathematik 97 Fachrichtung Physik 101 Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie 105 Fachrichtung Psychologie 111 Fachrichtung Biologie 115 PHILOSOPHISCHE FAKULTÄT 119 FAKULTÄT SPRACH-, LITERATUR- UND KULTURWISSENSCHAFTEN 123 FAKULTÄT ERZIEHUNGSWISSENSCHAFTEN 125 JURISTISCHE FAKULTÄT 131 FAKULTÄT WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN 135 FAKULTÄT INFORMATIK 141 FAKULTÄT ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK 149 FAKULTÄT MASCHINENWESEN 157 FAKULTÄT BAUINGENIEURWESEN 163 FAKULTÄT ARCHITEKTUR 169 FAKULTÄT VERKEHRSWISSENSCHAFTEN „FRIEDRICH LIST” 173 FAKULTÄT FORST-, GEO- UND HYDROWISSENSCHAFTEN 183 Fachrichtung Forstwissenschaften 183 Fachrichtung Wasserwesen 187 Fachrichtung Geowissenschaften 193 MEDIZINISCHE FAKULTÄT CARL GUSTAV CARUS 19

Ein zielsystemidentischer Ansatz für das domänenspezifische Rapid Prototyping in der Informations- und Elektrotechnik

The systematic reuse of experiences and results gained during the development of production projects is possible by partitioning control system hardware and software, as well as by introducing appropriate interfaces. Suppliers will be able to share this yield of hardware and software components for example with vehicle manufacturers (OEMs). By sharing these components, suppliers will be able to share their experience and expertise gained through the development of production proven control systems without compromising their proprietary know- how. Thus OEMs and system suppliers can engage in efficient simultaneous component engineering. This approach will enable OEMs to quickly implement innovations within their own organizations and beat their competitors to the market. Furthermore, this reuse of experiences and results from production development facilitates and accelerates the creation of prototypes that are essentially identical to the target system and can therefore be readily used in the original environment. The development effort can thus be focused on new concepts and components, which in turn will enable a much earlier evaluation of feasibility and acceptance. Thus duplication and parallel development can be reduced to a minimum. Compared to traditional approaches, this approach will reduce overall development time. By using hardware with reconfigurable logic, rather than static hardware, modifications and extensions become possible and are easy and fast. Also, in traditional development, the decision as to where to implement a given function - in the microcontroller, in the reconfigurable logic or distributed between both units - has to be made very early, when not all information is available yet. Embedding the microcontroller in reconfigurable logic, however, lets developers postpone this decision until very late in development, when it can be made with much greater confidence. The functions realized in the reconfigurable logic can be used, for example, as executable specifications for ASIC (Application-specific Integrated Circuit) developments. The results obtained during development of the user software can be reused in the production system without much extra cost, since the user interface software accesses hardware drivers, service routines and the operating system via target system identical interfaces. Consistently using graphic development tools capable of automatic code generation for prototype and production systems, as well as other tools that can be used to automate manual, error-prone steps in the development process, will further reduce development time. This thesis describes target-identical domain-specific rapid prototyping using a development ECU for diesel engines as a sample application.In der vorliegenden Arbeit wird ein zielsystemidentischer Ansatz für das domänenspezifische Rapid Prototyping in der Informations- und Elektrotechnik vorgestellt. Dabei wird durch die Partionierung von Serienstrukturen sowohl der Hardware, als auch der Software, in unabhängige Teilkomponenten sowie der Einführung entsprechender Schnittstellen die Wiederverwendung von Erfahrungen aus Serienentwicklungen systematisch ermöglicht. Dadurch können, die bislang den Systemlieferanten vorbehaltenen Erfahrungen aus Serienentwicklungen in gut handhabbarer Form z.B. Fahrzeugherstellern (OEM) für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben zur Verfügung gestellt werden, ohne dass die Systemlieferanten ihr Know-How offen legen müssen. Es wird damit eine effiziente Möglichkeit für das Simultaneous Engineering zwischen OEM und Systemlieferant ermöglicht. Des Weiteren kann mit Hilfe der Wiederverwendung von Erfahrungen aus Serienentwicklungen sehr schnell ein in wesentlichen Punkten mit dem Zielsystem identischer Prototyp erstellt und in der realen Umgebung eingesetzt werden. Der Entwicklungsaufwand kann damit auf neue Konzepte und Komponenten begrenzt und somit eine frühe Aussage über Realisierbarkeit und Akzeptanz getroffen werden. Dadurch lassen sich Doppel- und Parallelentwicklungen auf ein Minimum reduzieren und damit die Entwicklungszeit gegenüber traditionellen Verfahren deutlich verkürzen. Durch den Einsatz rekonfigurierbarer Logik wird es ermöglicht, Änderungen in der normalerweise statischen Hardware vorzunehmen. Zusätzlich kann durch Einbetten des Mikrocontrollers in die rekonfigurierbare Logik die normalerweise sehr früh zu treffende Entscheidung, ob eine Funktion im Mikrocontroller oder in der rekonfigurierbaren Logik realisiert werden soll, noch in sehr fortgeschrittenen Entwicklungsphasen beeinflusst werden. Die in der rekonfigurierbaren Logik umgesetzten Funktionen können anschließend als ausführbare Spezifikation für ASIC Entwicklungen verwendet werden. Die bei der Entwicklung der Anwendersoftware erzielten Ergebnisse können ohne großen Aufwand im Seriensystem weiterverwendet werden, da die Anwendersoftware nur über mit dem Zielsystem identische Schnittstellen auf Hardwaretreiber, Service Routinen sowie das Betriebssystem zugreift. Durch die Steigerung des Automatisierungsgrades z.B. mit Hilfe der Verwendung von grafischen Entwicklungswerkzeugen mit automatischer Codegenerierung können die Entwicklung beschleunigt, Fehlerquellen reduziert und somit die Qualität verbessert werden. Der in der vorliegenden Arbeit beschriebene zielsystemidentische Ansatz für das domänenspezifische Rapid Prototyping wird am Beispiel eines Entwicklungs-Steuergerätes für Dieselmotoren dargestellt

Functional Safety Orchestration: Flexible Re-Konfiguration von Safety Instrumented Systems in modularen Prozessanlagen

Modulare Prozessanlagen bestehen aus einfach austauschbaren Prozess- und Funktionseinheiten, deren Konfiguration (Aufbau) und Rekonfiguration (Umbau) neue Möglichkeiten der flexiblen Prozessrealisierung eröffnen. Die Wandelbarkeit der Anlagen stellt aus Perspektive der funktionalen Sicherheit eine Herausforderung dar, da bestehende Methoden und Vorgehensweisen auf den verhältnismäßig statischen Betrieb von konventionellen Anlagen optimiert sind. Um den Zielkonflikt zwischen Flexibilität und Sicherheit abzumildern wurde ein Konzept zur Orchestrierung von verteilten Sicherheitssystemen entwickelt und in einer Demonstrationsanlage erfolgreich erprobt. Der Konzeptentwurf integriert sowohl technische als auch menschliche Anforderungen, mit dem Ziel, Operateure durch eine geschickte Systemgestaltung zur Beherrschung der Re-Konfiguration zu befähigen.Modular process plants consist of easily exchangeable process and functional units whose configuration (assembly) and reconfiguration (modification) open up new possibilities for flexible process implementation. The changeability of the plants poses a challenge from the perspective of functional safety, since existing methods and procedures are optimized for the relatively static operation of conventional plants. To mitigate the trade-off between flexibility and safety, a concept for orchestrating distributed safety systems was developed and successfully tested in a demonstration plant. The concept design integrates both technical and human requirements, with the goal of enabling operators to master reconfiguration through smart system design

Ein neues Konzept für die Optimierung intelligenter Aktoren im Bereich beweglicher elektrischer Verbraucher

Die Smart Factory, auch als intelligente Fabrik bezeichnet, steht als Synonym für die Schaffung von effektiven und flexiblen Produktionsumgebungen in der Industrie durch Digitalisierung und cyber-physische Systeme. Um Fertigungs- und Produktionsanlagen flexibel und effizient in den Produktionsablauf zu integrieren, spielt auch die Einbindung von mobilen Anwendungen im Bereich des Maschinenbaus und deren Komponenten eine wichtige Rolle. Ermöglicht wird die intelligente Fabrik u.a. auch durch die Verwendung kompakter mechatronischer Systeme und deren Teilkomponenten wie Sensoren, Aktoren und der dazugehörigen Mikroelektronik. Hier stellt sich die Frage, wie die Energiezuführung und die Datenanbindung flexibel zu solchen mobilen Anwendungen bzw. zu den intelligenten mechatronischen Systemen bereitgestellt werden kann. Diese Dissertation liefert einen Beitrag zur Entwicklung eines intelligenten Aktors im Bereich der berührungslosen induktiven Energie- und Datenübertragung für mobile Anwendungen bzw. beweglichen elektrischen Verbrauchern. Das vorgestellte neue Konzept zeigt den Aufbau und die Realisierung des intelligenten Aktors. In einem ersten Schritt wird ein induktives kontaktloses Energieübertragungssystem an einem Funktionsmuster aufgebaut. Auf Grundlage einer OFDM-basierten Datenkommunikation und durch die Integration eines entwickelten Zeitstempelverfahrens sind eine Kommunikation und Synchronisation am Funktionsmuster über das kontaktlose Energieübertragungssystem möglich. Dabei wird auch gezeigt, dass sich die Taktfrequenz für die Synchronisierungsvorgänge bei der Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern deutlich reduzieren lässt. Untersucht wird dabei die Ganggenauigkeit bzw. die Frequenzkonstanz von verschiedenen Oszillatorklassen. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden der Entwurf und die Entwicklung einer Hardware- und Regelungsplattform für einen intelligenten Aktor gezeigt und erarbeitet. Innerhalb eines SoPC-basierten Embedded Systems wird ein kompaktes und skalierbares Motorsteuerkonzept für den Betrieb einer PMSM vorgestellt. Im letzten Teil der Arbeit wird die Entwicklung und die Umsetzung eines prädiktiven Regelungsverfahrens in einer durchgeführten Simulation vorgestellt. In der Simulation werden die Vorteile und die Leistungsfähigkeit der MPC-Regelung im Vergleich zu einer klassischen PID-Kaskadenregelung für das Stör- und Führungsverhalten für den Betrieb einer PMSM aufgezeigt

Integrationsaspekte der Simulation: Technik, Orgnisation und Personal, Karlsruhe, 7. und 8. Oktober 2010 = Integration Aspects of Simulation: Equipment, Organization and Personnell, Karlsruhe, 7th and 8th October 2010

Die Integration technischer, organisatorischer und personalorientierter Aspekte in Simulationsverfahren ist das Leitthema der 14. Fachtagung der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) innerhalb der Gesellschaft für Informatik, die vom Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation im Oktober 2010 ausgerichtet wurde. Der vorliegende Tagungsband gibt somit einen vertiefenden Einblick in neue Entwicklungen und Beispiele guter Praxis der Simulation über den deutschsprachigen Raum hinaus