Erschließung domänenübergreifender Informationsräume mit Multimodellen

Mit dem Übergang von bauwerksorientierter zu prozessorientierter Arbeitsweise erlangt die domänenübergreifende Bereitstellung von Informationen wachsende Bedeutung. Das betrifft bspw. die Erstellung von Controlling-Kennwerten, die Vorbereitung von Simulationen oder die Betrachtung neuer Aspekte wie Energieeffizienz. Aktuelle Datenformate und Erschließungsmethoden können diese Herausforderung jedoch nicht befriedigend bewältigen. Daher bedarf es einer Methode, welche interdisziplinäre Bauinformationsprozesse uneingeschränkt ermöglicht. Vorhandene Kommunikationsprozesse und Fachanwendungen sollen dabei beibehalten und weitergenutzt werden können. Mit der Multimodell-Methode wird ein Lösungsansatz für die strukturellen Probleme interdisziplinärer Bauinformationsprozesse vorgestellt. Multimodelle bündeln heterogene Fachmodelle unterschiedlicher Domänen und erlauben die Verbindung ihrer Elemente in externen, ID-basierten Linkmodellen. Da die Fachmodelle unberührt bleiben, wird auf diesem Weg eine lose und temporäre Kopplung ermöglicht. Durch den Verzicht auf ein führendes oder integrierendes Datenschema werden keine Transformationsprozesse benötigt, können etablierte und heute übliche Datenformate weitergenutzt und die verlinkten Fachmodelle neutral ausgetauscht werden. Die in Multimodellen verknüpften Daten bieten einen informationellen Mehrwert gegenüber alleinstehenden Fachmodellen. Zusammengehörende Informationen können über die persistenten Links automatisch ausgewertet werden, anstelle manuell vom Menschen immer wieder flüchtig neu zugeordnet werden zu müssen. Somit erscheint ein Multimodell gegenüber einem Benutzer wie ein einziger abgeschlossener Informationsraum. Um solche datenmodell-, datenformat- und domänenübergreifenden Informationsräume komfortabel erstellen und filtern zu können, wird die deklarative Multimodell-Abfragesprache MMQL eingeführt. Diese erlaubt einen generischen Zugriff auf die Originaldaten und bildet die Kernkonzepte der Multimodell-Erschließung - mehrwertige Linkerzeugung und strukturelle Linksemantik - ab. Ein zugehöriger Interpreter ermittelt den Lösungsweg für konkrete Anweisungen und führt diesen auf realen Daten aus. Die Umsetzung und Bereitstellung der Konzepte als IT-Komponenten auf verschiedenen Ebenen - von der Datenstruktur über Bibliotheken und Services bis hin zur alleinstehenden, universellen Multimodell-Software M2A2 - erlaubt die sofortige und direkte Anwendung der Multimodell-Methode in der Praxis.:1. Einleitung 1 1.1. Motivation 1 1.2. Ausgangspunkt 2 1.3. Zielsetzung 3 1.4. Lösungsansatz 5 1.5. Aufbau der Arbeit 7 2. Informationsräume im Bauwesen 9 2.1. Grundlagen der Datenmodelle 10 2.2. Baufachmodelle 17 2.3. Domänenübergreifende Bauinformationsräume 25 2.4. Resümee 39 3. Das Multimodellkonzept 41 3.1. Das Multimodell-Paradigma 42 3.2. Multimodellbasierte Arbeitsweise 48 3.3. Prinzip und Aufbau von Multimodellen 55 3.4. Anwendbare Fachmodelle 67 3.5. Multimodell-Spezialisierung 72 3.6. Multimodell-Operationen 78 3.7. Resümee 81 4. Die Multimodell-Abfragesprache MMQL 83 4.1. Konzeption 84 4.2. Zugriff auf Originaldaten 90 4.3. Multimodell-Filtern 102 4.4. Linkmanipulation 118 4.5. Resümee 124 5. Interpretation von MMQL-Anweisungen 127 5.1. Grundlagen der Ausführung der Sprache 128 5.2. Ermittlung von Multimodell-Views 134 5.3. Links erstellen 148 5.4. Links löschen 153 5.5. Diskussion und Resümee 153 6. Implementierung und Anwendung 159 6.1. Universelle Multimodell-Software M2A2 160 6.2. Multimodell-Spezialisierung für das Bauprojektmanagement 165 6.3. Multimodellbasierte Ermittlung von Zahlungsplänen 167 6.4. Bewertung und Resümee 174 7. Fazit 177 7.1. Zusammenfassung 177 7.2. Ergebnisdiskussion 178 7.3. Ausblick 183 A. Datenmodelle und Spezifikationen 185 A.1. Das Generische Multimodell 185 A.2. Fachmodell Dokumentencontainer 187 A.3. MMQL: Formale Sprachbeschreibung 188 B. Elementarmodell-Vokabulare 191 B.1. Domain 191 B.2. Phase 192 B.3. Level of Detail 196 B.4. Status 196 C. Implementierungsdetails 197 C.1. Liste der in M2A2 implementierten Baufachmodelle 197 C.2. Implementierte Erweiterungen der M2A2-Plattform 198 C.3. XML-Schema des Mefisto-Multimodell-Containers 199 Literaturverzeichnis 201With the transition of building-oriented to process-oriented work, the provision of cross-domain information gained growing importance - for example in the creation of controlling parameters, the preparation of simulations or when considering new aspects such as energy efficiency. However, current data formats and access methods cannot cope with this challenge satisfactory. Therefore, a method is required, that enables interdisciplinary construction information processes fully. Thereby existing communication processes and domain applications have to be retained and continued to be used as possible. With the multi-model method, an approach to structural problems of such interdisciplinary construction information processes is presented. Multi-models combine heterogeneous models of different domains and allow the connection of their elements in external ID-based link models. As the domain models remain unaffected, a loose and temporary coupling is possible in this way. By not using a leading or integrating data schema, no transformation processes are required, common established data formats can be retained and the linked domain models can be exchanged neutrally. The linked data in multi-models offer an additional value of information over single domain models. Information belonging together can be automatically evaluated by the persistent links - instead of being repeatedly reassigned by people in a volatile way. Thus, a multi-model appears to a user as a single self-contained information space. In order to create and filter such cross-format and cross-domain information spaces comfortably, the declarative multi-model query language MMQL is introduced. It allows for generic access to the original data and integrates the core concepts of the multi-model development - n-ary link generation and structural link semantics. An associated interpreter determines the approach for specific instructions and executes it on real data. The implementation and deployment of the concepts as IT components at various levels - from the data structure via libraries and services, to the universal multi-model software M2A2 - allows an immediate and direct application of the multi-model method in practice.:1. Einleitung 1 1.1. Motivation 1 1.2. Ausgangspunkt 2 1.3. Zielsetzung 3 1.4. Lösungsansatz 5 1.5. Aufbau der Arbeit 7 2. Informationsräume im Bauwesen 9 2.1. Grundlagen der Datenmodelle 10 2.2. Baufachmodelle 17 2.3. Domänenübergreifende Bauinformationsräume 25 2.4. Resümee 39 3. Das Multimodellkonzept 41 3.1. Das Multimodell-Paradigma 42 3.2. Multimodellbasierte Arbeitsweise 48 3.3. Prinzip und Aufbau von Multimodellen 55 3.4. Anwendbare Fachmodelle 67 3.5. Multimodell-Spezialisierung 72 3.6. Multimodell-Operationen 78 3.7. Resümee 81 4. Die Multimodell-Abfragesprache MMQL 83 4.1. Konzeption 84 4.2. Zugriff auf Originaldaten 90 4.3. Multimodell-Filtern 102 4.4. Linkmanipulation 118 4.5. Resümee 124 5. Interpretation von MMQL-Anweisungen 127 5.1. Grundlagen der Ausführung der Sprache 128 5.2. Ermittlung von Multimodell-Views 134 5.3. Links erstellen 148 5.4. Links löschen 153 5.5. Diskussion und Resümee 153 6. Implementierung und Anwendung 159 6.1. Universelle Multimodell-Software M2A2 160 6.2. Multimodell-Spezialisierung für das Bauprojektmanagement 165 6.3. Multimodellbasierte Ermittlung von Zahlungsplänen 167 6.4. Bewertung und Resümee 174 7. Fazit 177 7.1. Zusammenfassung 177 7.2. Ergebnisdiskussion 178 7.3. Ausblick 183 A. Datenmodelle und Spezifikationen 185 A.1. Das Generische Multimodell 185 A.2. Fachmodell Dokumentencontainer 187 A.3. MMQL: Formale Sprachbeschreibung 188 B. Elementarmodell-Vokabulare 191 B.1. Domain 191 B.2. Phase 192 B.3. Level of Detail 196 B.4. Status 196 C. Implementierungsdetails 197 C.1. Liste der in M2A2 implementierten Baufachmodelle 197 C.2. Implementierte Erweiterungen der M2A2-Plattform 198 C.3. XML-Schema des Mefisto-Multimodell-Containers 199 Literaturverzeichnis 20

Inkrementelle Integritätsprüfung und Sichtenaktualisierung in SQL

Zentrales Problem der Implementierung von Integritätsbedingungen und materialisierten Sichten ist die effiziente Reaktion auf Basisfakten-änderungen. Ändert sich ein Basisfakt durch Einfügung, Löschung oder Modifikation, so müssen die Integritätsbedingungen geprüft und die abgeleiteten und gespeicherten Fakten materialisierter Sichten aktualisiert werden. Da die Dauer der Integritätsprüfung und Sichten-aktualisierung unmittelbar die Ausführungsdauer einer Transaktion beeinflußt, ist eine effiziente Durchführung von entscheidender Bedeutung. Effiziente Verfahren zur Integritätsprüfung und Aktualisierung materialisierter Sichten gehören seit mehr als 15 Jahren zu den wichtigsten Problemen der Forschungen zu deduktiven Datenbanken. Die im Kontext von Datalog und Relationaler Algebra entwickelten inkrementellen Verfahren haben jedoch bislang kaum Anwendung in SQL gefunden. Dies zeigt sich an den funktional sehr beschränkten Implementierungen beider Konzepte in SQL-basierten Datenbank-systemen kommerzieller Hersteller. Zentrale Idee inkrementeller Ansätze ist, dass Integritätsprüfung und Sichtenaktualisierung nur für die aktuell geänderten Fakten durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden im Rahmen eines Änderungspropagierungsprozesses die durch Basisfaktenänderungen induzierten Änderungen abgeleiteter Fakten ermittelt. Da bei den bisherigen inkrementellen Verfahren SQL-spezifische Konzepte wie das SQL-Transaktions- und Integritätskonzept nicht berücksichtigt wurden, ist eine Anwendung dieser Verfahren in SQL nicht direkt möglich. Aus diesem Grund werden im Rahmen der vorgelegten Dissertation inkrementelle Verfahren zur effizienten Integritätsprüfung und Sichtenaktualisierung im Kontext von SQL entwickelt. Bei den Verfahrensentwürfen werden SQL-spezifische Systemeigenschaften unverändert berücksichtigt. Die Implementierung dieser Verfahren in SQL-basierten, kommerziellen Datenbanksystemen würde diese Systeme funktional um leistungsfähige Komponenten zur Integritätsprüfung und zur Simulation und Aktualisierung materialisierter Sichten erweitern

Integration elektromechanischer CA-Anwendungssysteme über einem STEP-Produktmodell

Ein Problem der Spezialisierung industriealisierter Wirtschaftsstrukturen in einzelne Leistungserbringer ist die Kommunikation zwischen Anbietern und Nachfragern von Gütern und Dienstleistungen. Dies gilt sowohl zwischen kooperierenden Unternehmen als auch innerhalb eines Unternehmens zwischen unterschiedlichen Abteilungen. Durch die Nutzung rechnergestützter Hilfsmittel wird diese Kommunikationsproblematik nicht gelöst, sondern auf eine neue Stufe gehoben. Während die rechnergestützte Bearbeitung administrativer Unternehmensvorgänge oftmals zentralistisch organisiert und über Datenbanklösungen integriert wurde um Kommunikationsvorgänge zu minimieren, ließen sich technische EDV-Systeme bisher weder effizient koppeln noch zentral oder verteilt integrieren. Grund hierfür sind hochspezialisierte interne Datenstrukturen technischer Anwendungssysteme die allgemeingültigen Modellen wenig zugänglich waren. Mit der unter der ISO definierten Norm ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data) wird ein einheitliches Modell für produktbeschreibende Informationen geschaffen. Über die Modellbildung hinaus wird jedoch sogar eine Referenzarchitektur für die Entwicklung von Anwendungs- und Implementierungsmodellen bereitgestellt. Dabei stellt die Modellierungssprache EXPRESS fundamentalen Kern der Architektur von STEP dar. Die Entwicklung von Werkzeugen zur Unterstützung der Implementierung der einzelnen Teile der Norm ISO-10303 stellt ein Ergebnis der geleisteten Arbeit dar. Insbesondere die Verarbeitung der Modellierungssprache EXPRESS, in der sowohl Anwendermodelle, Referenzmodelle sowie Metamodelle der Implementierungsprinzipien beschrieben werden, wurde effizient unterstützt. In der Arbeit wird auf ein flexibles Implementierungswerkzeug für jegliche in EXPRESS definierte Modelle gesetzt. Die Nutzung beliebiger EXPRESS-Modelle als Basis von Implementierungen wird dadurch möglich. Die vier in der Norm ISO-10303 diskutierten und teilweise genormten Implementierungsmethoden Austauschdatei, Datenbasis mit Zugriffsschnittstelle SDAI (Standard Data Access Interface), Hauptspeicherstruktur und Wissensbasis wurden prototypisch in der Arbeit realisiert. In die noch laufenden Normierungstätigkeiten konnten dadurch wertvolle Spezifikationshinweise eingebracht werden. Während zu Beginn der Entwicklung von STEP primär die Definition von Datenmodelle und daraus abgeleitet, Dateiformate zum Austausch von Produktinformationen im Vordergrund stand, stellt im weiteren Verlauf der STEP-Entwicklung die koordinierte Verwaltung von Produktinformationen einen Schwerpunkt dar. Die in Datenbanksystemen vorhandenen Fähigkeiten zur Datenverwaltung stellen einen Ansatz zur Realisierung von Produktdatenbanken dar. Die in STEP definierten Produktmodelle können dabei als Datenbankschemata benutzt werden. Die heute in industriellen Umgebungen eingesetzten Datenbankprinzipien der relationalen und objektorientierten Datenbanksysteme werden hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als Basissysteme für STEP-Produktdatenbanken untersucht und für ein Datenbanksystem, das eine spezielle Erweiterung des relationalen Modells darstellt, eine Implementierung einer STEP-Datenbank vorgenommen. Die primären Anwendungsprobleme, für die mit Hilfe von STEP Austauschszenarien bewältigt werden können, sind im Bereich des Datenaustausches zwischen CAD/CAE- Systemen zu finden. Besonders CAD-Systeme, die die Repräsentation dreidimensionaler technischer Objekte ermöglichen, profitieren von der ausdrucksstarken Modellbildung der STEP Geometrie-Partialmodelle. Für leistungsfähige geometrische Modellierwerkzeuge wurde ein Datenaustauschszenario skizziert und mit Hilfe von realisierten STEP-Pre- und Postprozessoren unterstützt. Der Integrationsaspekt von zukünftigen, unternehmensweiten CAD/CAE-Anwendungssystemen wird durch die Fähigkeit dieser Anwendungen bestimmt, STEP-konforme Daten aus Datenbasen zu entnehmen und für diese bereitzustellen. Während neu zu realisierende Anwendungssysteme zur Verwaltung von Produktdaten eine SDAI-Schnittstelle als integralen Bestandteil realisieren können, sind vorhandene Systeme mit Schnittstellen zu einem SDAI auszurüsten. Der geometrische Modellierer Acis wurde mit einem derartigen Interface versehen, um eine Integration von CAD-Anwendungssystemen die auf diesem Modellierer beruhen, auf STEP/SDAI-basierten Datenbasen zu ermöglichen. Die Probleme der langer Transaktionen stellen in diesem Zusammenhang neue Anforderungen Datenbankmanagementsysteme. Die Bearbeitung von STEP-basierten Problemlösungen kann aus einer anwendungsfreien und einer anwendungsorientierten Sicht vorgenommen werden. Während Werkzeuge, die zur Unterstützung der Implementierung von Anwendungssystemen aus EXPRESS-Modellen heraus dienen, zunächst anwendungsfrei gehalten werden können, muß ein STEP-basiertes Anwendungssystem die Anforderungen, die aus dem Anwendungsreferenzmodell eines STEP-Anwendungsprotokolls stammen, inhaltlich berücksichtigen. Die aus der Entwicklungsmethodik für STEP-Anwendungsprotokolle abgeleitete problematische Beziehung zwischen Anwendungsmodell und Referenzmodell wurde kritisch hinterfragt und neue Lösungsansätze vorgestellt. Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger stellen ein Beispiel eines mechatronischen Produktes in einer neuen Produkt- und Produktionstechnologie dar. Das Defizit von Entwicklungswerkzeugen für die Produkt- und Produktionsgestaltung dieser Produkttechnologie ist vor allem durch fehlende und in den existierenden CAD/CAE-Systemen nur ineffizient realisierbare Modellbildung für derartige Produkte begründet. Das STEP-Anwendungsprotokoll 210 stellt einen akzeptablen Ansatz für eine integrierte elektromechanische Modellbildung bereit. Die in elektronisch oder mechanisch orientierten Systemen fehlenden Entwurfsfunktionen 3D-Layout und 3D-Entflechtung wurden auf einem geometrischen Modellierer realisiert. Der Prototyp wurde als integraler Bestandteil eines STEP-Anwendungssystems konzipiert und realisiert. Mit einem Anwendungsbeispiel konnte die prinzipielle Tragfähigkeit des integrierten Ansatzes nachgewiesen werden.One problem with the specialization of industrialized economic structures in individual service providers is the communication between suppliers and consumers of goods and services. This applies both between cooperating companies and within a company between different departments. By using computer-assisted aids, this communication problem is not solved, but raised to a new level. While the computer-assisted processing of administrative company processes was often organized centrally and integrated via database solutions to minimize communication processes, technical EDP systems have so far been neither efficiently coupled nor integrated centrally or distributed. The reason for this is highly specialized internal data structures of technical application systems that were generally inaccessible to models. The ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data), defined under the ISO, creates a uniform model for product descriptive information. In addition to modeling, however, a reference architecture for the development of application and implementation models is also provided. The modeling language EXPRESS represents the fundamental core of the architecture of STEP. The development of tools to support the implementation of the individual parts of the ISO-10303 standard is a result of the work done. In particular, the processing of the modeling language EXPRESS, in which both user models, reference models and metamodels of the implementation principles are described, was efficiently supported. The work is based on a flexible implementation tool for any models defined in EXPRESS. This makes it possible to use any EXPRESS models as the basis of implementations. The four implementation methods exchange file, database with SDAI (Standard Data Access Interface), main memory structure and knowledge base, discussed and partially standardized in the ISO-10303 standard, were implemented prototypically in the work. As a result, valuable specification notes could be included in the ongoing standardization activities. At the beginning of the development of STEP, the primary focus was on the definition of data models and, derived from them, file formats for the exchange of product information. In the further course of STEP development, the coordinated administration of product information will be a focal point is an approach to the realization of product databases. The product models defined in STEP can be used as database schemes. The database principles of relational and object-oriented database systems used today in industrial environments are examined with regard to their usability as basic systems for STEP product databases and an implementation of a STEP database is carried out for a database system that represents a special extension of the relational model. The primary application problems for which STEP exchange scenarios can be dealt with can be found in the area of data exchange between CAD / CAE systems. CAD systems in particular, which enable the representation of three-dimensional technical objects, benefit from the expressive modeling of the STEP geometry partial models. A data exchange scenario was outlined for high-performance geometric modeling tools and supported with the help of implemented STEP pre- and postprocessors. The integration aspect of future, company-wide CAD / CAE application systems is determined by the ability of these applications to extract STEP-compliant data from databases and make them available for them. While newly implemented application systems for managing product data can implement an SDAI interface as an integral part, existing systems must be equipped with interfaces to an SDAI. The geometric modeler Acis was provided with such an interface to enable the integration of CAD application systems based on this modeler on STEP / SDAI-based databases. The problems of long transactions place new demands on database management systems in this context. STEP-based problem solutions can be processed from an application-free and an application-oriented perspective. While tools used to support the implementation of application systems from EXPRESS models can initially be kept application-free, a STEP-based application system must take into account the content of the requirements that come from the application reference model of a STEP application protocol. The problematic relationship between the application model and the reference model derived from the development methodology for STEP application protocols was critically examined and new solutions were presented. Injection molded three-dimensional circuit carriers represent an example of a mechatronic product in a new product and production technology. The deficit of development tools for the product and production design of this product technology is mainly inefficient due to the lack of and in the existing CAD / CAE systems feasible model formation for such products justified. The STEP application protocol 210 provides an acceptable approach for integrated electromechanical modeling. The design functions 3D layout and 3D unbundling, which are missing in electronically or mechanically oriented systems, were realized on a geometric modeler. The prototype was designed and implemented as an integral part of a STEP application system. An application example was used to demonstrate the basic sustainability of the integrated approach

Situationsbewusste Informationsdienste für das arbeitsbegleitende Lernen

Zunehmend werden Lernen und Arbeiten als miteinander verwobene Aktivitäten verstanden, was von existierenden Ansätzen nur unzureichend unterstützt wird, da sie kaum die Arbeitssituation berücksichtigen, in der sie benutzt werden. In dieser Arbeit geht es darum, eine Methodik für die Lernunterstützung zu erarbeiten und auf technischer Ebene situationsbewusste Informationsdienste mittels Kompetenzontologien und Kontextmanagement zu konzipieren und in realen Unternehmensumgebungen zu evaluieren