Modellbasierte Spezifikation von RESTful SOA auf Basis von Geschäftsprozessmodellen

Der Einsatz von Web-Services auf Basis des Architekturstils REpresentational State Transfer (REST) gewinnt zur Realisierung service-orientierter Architekturen (SOA) immer mehr an Bedeutung. Im unternehmerischen Umfeld dienen SOAs häufig der Automatisierung flexibler Geschäftsprozesse. Mit dem zunehmenden Einsatz von RESTful Web-Services zur Geschäfts-prozessautomatisierung wächst auch der Bedarf nach einem Ansatz zur Spezifikation einer RESTful SOA aus fachlichen Anforderungen. Diese werden häufig mit Geschäftsprozessmodellen analysiert, gestaltet und dokumentiert. Der vorliegende Beitrag erarbeitet einen dreistufigen Entwicklungsprozess für die modellbasierte Ableitung von RESTful SOA-Spezifikationen aus Geschäftsprozessmodellen

Prozessgebundene Berechnungsbaugruppen - Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe

Interdisziplinäre Produktanforderungen, eine hohe Servicequalität und ein verändertes Nutzerverhalten führen in immer mehr Unternehmen von klassischen funktionsorientierten und abteilungsgebundenen Organisationsformen zu einer Prozessorientierung, in der das Abteilungsdenken durch das Erfolgsziel des Gesamtprozesses ersetzt wird. Dies gilt insbesondere für einen der wichtigsten Teilprozesse der Produktentwicklung, die Berechnung der im Erzeugnis verbauten Maschinenelemente. Deren Auslegung, Optimierung und Nachrechnung sind einerseits Teil eines übergeordneten und arbeitsteiligen Entwicklungsprozesses, bedürfen aber zur eigenen Bestimmung ebenfalls vieler einzelner parallel ablaufender interdisziplinärer Aktivitäten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Abläufe in der Produktentwicklung mit dem Schwerpunt der Auslegung und Berechnung von Maschinenelementen und deren Baugruppen. Es wurden die Baugruppen- und Prozessbildung, die Werkzeuge für die Modellbildung sowie eine prototypisch realisierte Baugruppenberechnung vorgestellt. Auf Basis der durchgeführten Literaturrecherche wurden die grundlegenden Vorgehensweisen und Methoden zur Organisation und Durchführung von Berechnungsprozessen identifiziert, analysiert und auf die Anwendbarkeit der Lösung, der im Rahmen dieser Arbeit gestellten Aufgaben zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Berechnungsabläufe im Bereich der Maschinenelementeberechnungen untersucht. Die Grundlage der neuen Methode bilden Ansätze, die sich bereits in der Konstruktionsmethodik und in der Informationstechnik bewährt haben. Ergänzt mit den Konzepten der Klassifikation und Prozessautomatisierung sowie den mathematisch-technischen Berechnungsalgorithmen der Ingenieurwissenschaften bilden sie die Basis dieser Methode. Die für die Automatisierung notwendige Formalisierung der Methode wurde basierend auf der Theorie der gerichteten Graphen, der SysML (Systems Modeling Language) und des Business Process Management (BPM) Ansatzes durchgeführt. Die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse wurden in Form eines prototypisch entwickelten Design Process Management Systems realisiert, welches die Erreichung der in der Arbeit gesetzten Ziele ermöglicht und für ein nachhaltiges Wissensmanagement bei der Organisation der Berechnungsabläufe sorgt. Die Besonderheiten dieses workfloworientierten Management Systems liegen einerseits in einem Wissens-Repository, welches die modularen Bestandteile zur Definition der Berechnungsabläufe beinhaltet sowie andererseits in einem interaktiven Prozess-Designer, mit dessen Hilfe die Abläufe graphisch, schnell und intuitiv modelliert und ausgeführt werden können. In den Produktplanungsphasen vom Anforderungsmanagement bis zur Validierung nach dem Prinzip des „Systems Engineering“ kann dabei auf eine Bibliothek modularer Berechnungsobjekte in Form von Prozess-Bausteinen zugegriffen werden, deren Schnittstellen und Datenstrukturen ausnahmslos einheitlichen Definitionen entsprechen. Gemeinsam mit der nach eCl@ss - Standard entwickelten Merkmalsstruktur der Berechnungsobjekte wird so eine hohe Wiederverwendbarkeit erzielt. Die Klassifizierung der Berechnungsobjekte orientiert sich an konstruktionssystematischen Gesichtspunkten. Der eigentliche Prozess der Baugruppenbildung erfolgt mit einem Editor, der die Berechnungsobjekte miteinander verknüpft, indem er die zugehörigen Informationsobjekte, Datenbankzugriffe und Algorithmen in die Benutzeroberfläche und in den Prozess einbindet. Ebenso können externe Prozesse und Datenquellen nahtlos in die Modellierung einfließen. Schließlich wird die Vorgehensweise bei der Modellbildung einer Berechnungs-Baugruppe am Beispiel einer Getriebeauslegung dargestellt. Ausgehend von den geforderten Merkmalen der Lösungskonfiguration wird die Funktionsstruktur durch analoge Berechnungsobjekte abgebildet und anschließend über eine geeignete Logik miteinander verknüpft. Der dabei entstehende Prozess bildet die neue Berechnungs-Baugruppe der Getriebeauslegung und kann schließlich für Parameterstudien herangezogen werden. Mit den prozessgebundenen Berechnungsbaugruppen wurde eine Methode vorgestellt, die den Konstrukteuren die Möglichkeit bietet, ihre zum Teil mehrstufigen und rekursiven Berechnungen durch den Einsatz modularer Funktionsbausteine verbindlich, nachvollziehbar und vor allem zeitsparender zu gestalten. Dabei sind die Arbeitsergebnisse allen Ingenieuren und Abteilungen einer Community, vor allem auch dem Qualitätsmanagement und damit einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zugänglich. Inwieweit die hier vorgetragenen Methoden auch den Validierungsprozess unterstützen können, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten

Das Industrial Internet – Engineering Prozesse und IT-Lösungen

Das Engineering unterliegt derzeit einem massiven Wandel. Smarte Systeme und Technologien, Cybertronische Produkte, Big Data und Cloud Computing im Kontext des Internet der Dinge und Dienste sowie Industrie 4.0. Der amerikanische Ansatz des „Industrial Internet“ beschreibt diese (R)evolution jedoch weitaus besser als der eingeschränkte und stark deutsch geprägte Begriff Industrie 4.0. Industrial Internet berücksichtigt den gesamten Produktlebenszyklus und adressiert sowohl Konsum- und Investitionsgüter als auch Dienstleistungen. Dieser Beitrag beleuchtet das zukunftsträchtige Trendthema und bietet fundierte Einblicke in die vernetzte Engineering-Welt von morgen, auf Ihre Konstruktionsmethoden und –prozesse sowie auf die IT-Lösungen

Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit von Building Information Modeling (BIM) in der Planungs- und Realisierungsphase von Bauprojekten

BIM wird als Chance gesehen, Bauprojekte verlässlicher fertigzustellen. Gleichzeitig werden verschiedene Herausforderungen diskutiert, die die Einführung erschweren. Bisher weniger im Fokus steht die Untersuchung der Wirtschaftlichkeit von BIM selbst. Ziel ist es daher, Aufwendungen und Nutzen von BIM bestimmbar zu machen. Im Ergebnis erhalten BIM-Anwender eine Hilfestellung, wie die Wirtschaftlichkeit einzelner BIM-Anwendungsfälle und damit in Summe von BIM bestimmt werden kann

Ein Beitrag zur Prozessautomatisierung im Bauprojekt-Controlling

Die Automatisierung von Prozessen innerhalb von Bauprojekten weist ein hohes Potenzial an Verbesserungsmöglichkeiten auf. Von substanzieller Bedeutung in diesem Kontext ist eine Steigerung resp. die Einhaltung einer hohen Effizienz vor allem in den Prozessen der Planung und Ausführung. Da viele der bis dato verwendeten Bauverfahren bereits einen hohen Digitalisierungsgrad und folglich einen hohen Automatisierungsgrad aufweisen, gestaltet sich die Frage, an welcher Stelle eine Änderung notwendig ist, um die geringe Effizienz, die aktuell in einigen Bereichen der Bauindustrie herrscht, zu steigern. Bei der Durchführung empirischer Untersuchungen stellte sich der Bedarf nach einer Automatisierung der von Menschen durchgeführten Prozesse innerhalb von Bauprojekten heraus. Aus diesem Grund bestand das zentrale Ziel der vorliegenden Dissertation darin, eine Regelungsmöglichkeit innerhalb des Bauprojekt-Controllings zu entwickeln, die zu einer Beschleunigung der durch den Menschen vorgebebenen Prozessgeschwindigkeit führt. In Form einer neuen Systematik von Steuer- und Regelkreisen wurde dies erreicht. Dabei konnten die Latenzen innerhalb einzelner Controllingmechanismen erheblich reduziert werden. Es wurden Fortschritte in Richtung der Approximation einer ganzheitlichen virtuellen Abbildung des komplexen sozio-ökonomischen-technischen Systems Bauen erzielt. Die vorab angesprochene Beschleunigung wurde durch die Verknüpfung einzelner, bisher manuell durchgeführter Prozesse durch neu generierte automatisierte Prozesse sowie der Anbindung resp. der Erweiterung von Schnittstellen sowohl in Bauverfahren als auch in Software ermöglicht. Darüber hinaus konnte eine Steigerung des Automatisierungsgrades bei einer quasi-kontinuierlichen und selbstregulierenden Datenaktualisierung eines Steuerungsprozesses mit bis dato auf dem Markt verfügbaren und somit praxisnahen Mitteln erreicht werden. Insgesamt leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zur Lösung der Effizienzproblematik sowie zur Steigerung der Prozessautomatisierung innerhalb des Bauprojekt-Controllings. Dabei wird den Bau- und Projektleitenden sowie den Projektbearbeitenden die Möglichkeit der Effizienzsteigerung innerhalb ihres Berufsalltags gegeben. Es wird ermöglicht ihre Arbeit zu erleichtern und die Bauwirtschaft für Arbeitnehmer wieder attraktiver zu gestalten

BIM oder kein BIM? Eine Frage der Wirtschaftlichkeit aus Sicht der Projektentwickler

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie die Anwendungen des Building Information Modeling (BIM) im Rahmen einer Immobilien-Projektentwicklung wirtschaftlich bewertet werden können. Abgrenzend zu früheren Forschungsarbeiten wird dabei die ökonomische Sichtweise der Projektentwickler in den Vordergrund gestellt. Abgesehen von der Sichtweise werden erstmals auch vorhandene Unsicherheiten bei der Bewertung der BIM-Kosten und BIM-Nutzeneffekte methodisch berücksichtigt. Die bereits vorhandenen Forschungsergebnisse und Marktdaten wurden aufbereitet und durch eigene Erhebungen (Umfragen, Experteninterviews im Delphi-Verfahren) ergänzt. Die Ergebnisse und die anschließende Diskussion liefern speziell Trader-Developern neue Möglichkeiten, sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Höhe der potenziellen Auswirkung einzuschätzen (u. a. bei Bau- und Baunebenkosten, Planungsdauer, Bauzeit, Verkaufserlöse). In der Arbeit wird weiterhin gezeigt, wie die empirischen Daten bei einer Entscheidung für oder gegen den BIM-Einsatz trotz Unsicherheit verwertet werden können. Neu ist dabei der Einsatz eines BIM-Faktors. Beim abschließenden Anwendungsbeispiel wird eine Variantenuntersu-chung durchgeführt und eine projektspezifische Entscheidung auf Basis von Rendi-tekennzahlen und Risikomaßen getroffen

Cloud Standby - Eine Methode zur Vorhaltung eines Notfallsystems in der Cloud

Ziel dieser Arbeit ist es, eine neue Methode für die Vorhaltung eines Notfallsystems in der Cloud zu entwickeln, die aus einer Methode zur Notfallwiederherstellung und einer modellbasierten Deployment-Methode besteht. Die Methode zur Notfallwiederherstellung besteht aus einem Notfallwiederherstellungsprozess, eines Notfallwiederherstellungsprotokolls und einer Entscheidungsunterstützung zur Konfiguration des Prozesses besteht

Forum - Ausgabe 2007/2008

Informiert über die Forschungsaktivitäten an der Hochschule Konstanz im Jahr 2007/2008

Modellbasierte Steuerung des Kühlkreislaufes einer Brennstoffzelle mit automatisiertem Test der Software

Zur Rekonstruktion und Steuerung des Volumenstroms in einem Kühlkreislauf, wird ein Brennstoffzellensystem analysiert und physikalische Modelle für die Fluidtemperatur und den Pumpenvolumenstrom werden hergeleitet. Basierend auf diesen Zusammenhängen werden Funktionsmodelle zur Ableitung von Softwarealgorithmen vorgestellt. Diese ermöglichen es den Volumenstrom in einem Fluidkreislauf modellbasiert zu bestimmen bzw. die Kühlmittelpumpe basierend auf einer detaillierten Systemmodellierung zu steuern. Die zur Verfügung stehenden Funktionen erlauben eine komplette Regelung, Steuerung und Diagnose des Volumenstroms. Die Funktionsmodelle, in Matlab/Simulink realisiert und zur Ausführung auf einem Steuergerät vorgesehen, werden im Kontext eines Software-entwicklungsprozesses diskutiert. Es wird die Notwendigkeit der Sicherstellung der Korrektheit der Funktionen herausgearbeitet und ein Testautomatisierungssystem für solche Funktionsmodelle vorgestellt

Modell- und signalbasierte Fehlerdiagnose eines automatisierten Nutzfahrzeuggetriebes für den Off-Board und On-Board Einsatz

In modernen Nutzfahrzeugen sind Schaltabläufe und Gangwechsel im Gruppengetriebe durch elektromechanische Aktuatoren automatisiert worden, sodass Schaltzeiten und Zugkraftunterbrechungen reduziert werden. Die automatisierten Gruppengetriebe verbessern das Fahrzeughandling, entlasten den Fahrer, steigern die passive Sicherheit und unterstützen eine wirtschaftliche, kraftstoffsparende und geräuscharme Fahrweise. Um diese Vorteile der modernen Getriebe zu gewährleisten, ist eine fehlerfreie Funktion der einzelnen Aktuatoren notwendig. Durch die Verbauung der zusätzlichen elektromechanischen Aktuatoren ist allerdings die Komplexität gestiegen, sodass Fehlerursachen immer differenzierter und komplizierter geworden sind, was den Einsatz von modernen Diagnosemethoden erforderlich macht. In dieser Arbeit werden verschiedene Diagnosemethoden für das automatisierte Getriebe in schweren Nutzfahrzeugen beschrieben, implementiert und miteinander verglichen. Ein mögliches Anwendungsgebiet der Fehlererkennung des automatisierten Getriebes ist die interaktive und flexible Ferndiagnose. Im Gegensatz zur klassisch lesenden Ferndiagnose, handelt es sich hierbei um eine Telematik-Anbindung zum Fahrzeug, bei der aktive Systemeingriffe mittels Diagnoseroutinen durchführbar sind. Durch die Diagnoseroutinen können einzelne Systeme separat angesteuert und in einen einheitlichen Betriebszustand gebracht werden. Bezüglich der Diagnoseroutinen muss der Fahrer informiert werden, zudem ist eine Interaktion durch Unterstützung und Bestätigung des Fahrers zwingend erforderlich. Das gesamte Konzept der interaktiven und flexiblen Ferndiagnose und ein Prototyp ist zu Beginn dieser Arbeit beschrieben worden. Eine Diagnosemethode für das automatisierte Nutzfahrzeuggetriebe ist die entwickelte modellbasierte Fehlererkennung für die elektromechanischen Getriebeaktuatoren, die den automatisierten Schaltvorgang und die Synchronisierung durchführen. Die modellbasierte Fehlererkennung bietet die Möglichkeit zu einer dynamischen Fehlererkennung während der Diagnoseroutinen, aber auch während der Fahrt. Dazu ist das dynamische Prozessverhalten der Getriebeaktuatoren, wie Kupplungsausrücker, Kupplung, Split- und Rangemodul mit Synchronisierungseinheiten, Gassen- und Gangaktuatoren, Getriebelamellenbremse und das eigentliche mechanische Getriebe mit Klauenmuffen in einem Simulationsmodell nachgebildet worden. Die Symptomgenerierung der modellbasierten Fehlererkennung erfolgt durch entwickelte Paritätsgleichungen oder einer Parameterschätzung. Die ermittelten Paritätsgleichungen für verschiedene Luftdruck-, Positions- und Drehzahlsignalen werden anhand einer Grenz- und Schwellwertüberwachung weiter verarbeitet. Innerhalb der Parameterschätzung sind mittels des Rekursiven Least Squares Algorithmus u.a. pneumatische Leitwert-, mechanische Reibungs-, Feder- und Dämpfungsparameter zur Fehlererkennung ermittelt worden. Neben der modellbasierten Fehlererkennung ist eine signalbasierte Fehlererkennung speziell zur Auswertung der Diagnoseroutinen entwickelt worden. Für alle verbauten Getriebeaktuatoren des G281 Gruppengetriebes sind Diagnoseroutinen erstellt worden, die die einzelnen Systeme in einen reproduzierbaren Betriebszustand bringen, um vergleichbare Messsignalverläufe zu erzeugen. Die Auswertungen der Messdaten erfolgt über eine Berechnung der Flächen unterhalb der Signalverläufe. Die ermittelten Flächen dienen als Symptome und sind für alle Getriebekomponenten in Fehler-Symptom-Tabellen dargestellt. Indem die Fehler-Symptom Zusammenhänge durch Fuzzy-Mengen interpretiert werden, ist eine Auswertung mit Fuzzy-Logik im Anschluss der Flächenberechnung entwickelt worden. Die signal- und modellbasierte Fehlererkennung ist anhand eines Prüfstandes des automatisierten Mercedes PowerShift-Gruppengetriebe G281 mit 12 Gängen für das schwere Nutzkraftfahrzeug Actros verifiziert und validiert worden. Verschiedene Fehlerarten wie beispielsweise Leckagen, Verstopfungen, poröse Zylinderkolbenmanschetten, gebrochene Federn oder verschlissene Bremslamellen sind gezielt am Getriebeprüfstand eingebaut und für die Diagnoseroutinen untersucht worden. Am Ende dieser Arbeit sind die umgesetzten Diagnosemethoden auch für den Fahrbetrieb evaluiert worden