Verbundprojekt PoliFlow : Abschlußbericht

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

The Software Architecture SCA3D: Adaptive 3D Visualization and Cooperation in Open Information Spaces

Die vorliegende Arbeit stellt mit der Software-Architektur SCA3D einen flexiblen Rahmen zur verteilten Visualisierung von komplexen und geschützten 3D Dokumenten vor. Digitale Daten bestimmen in immer stärkerem Mass moderne Arbeitsprozesse von der ersten Konzeptionsphase bis zur Fertigung eines Produktes. Hieraus ergeben sich Anforderungen für das verteilte Arbeiten mit digitalen Dokumenten: Erstens, die Notwendigkeit definierter Schnittstellen zwischen Verarbeitungssystemen; zweitens werden Methoden zur Langzeitspeicherung in Archiven, zum Retrieval und zur Verteilung von digitalen Dokumenten benötigt; drittens schliesslich sollte eine Adaption der multimedialen Dokumente bei der Verteilung in heterogenen Umgebungen unterstützt werden. Als Antwort auf diese Problemstellung stellt die Arbeit eine Software-Architektur zur verteilten 3D Visualisierung vor, die Dokumenteigenschaften in offenen, verteilten Umgebungen unterstützt und ein Komplexitäts- und Sicherheitsmanagement ermöglicht. Der Stand der Forschung auf dem Gebiet der verteilten Software-Architekturen zur 3D Visualisierung wird in zweifacher Weise erweitert. Zum einen wird ein neuer Ansatz zur Unterstützung von hybriden 2D/3D Client-Szenen in verteilten, kooperativen Arbeitsprozessen entwickelt. Hierzu zählt besonders die Realisierung eines Verfahrens zum anwendungsunabhängigen Zugriff auf verteilte 3D Dokumente über Proxy-Objekte (Document-Request-Broker). Zum anderen werden neue Methoden zur Verteilung der Verarbeitungslast (Rendering), zur Regulierung der Netzwerklast und zur Sicherung von 3D Dokumenten vorgestellt (Level-of-Information-Ansatz). Für die Praxis ergeben sich aus den Ergebnissen der Arbeit neue Möglichkeiten für Arbeitsprozesse in der digitalen Produktentwicklung, die eine breite Skala von Informationen über die verwendeten 3D Szenen nutzen können.This work presents the software architecture SCA3D as a flexible framework for distributed visualization of complex and protected 3D documents. Digital data have a determining influence on the modern work flow from the first conception phase to the final manufacturing of a product. Requirements for distributed work with digital data, which are regarded as digital documents, are the following: first, well-defined interfaces between processing systems, second, methods for long-term storage in archives, for retrieval and for distribution of digital documents and, third, adaptation of multimedia documents during distribution in heterogeneous environments. As a response to this challenge this dissertation presents a software architecture for distributed 3D visualization that supports document features in open distributed environments and provides functionality for complexity and security management of 3D documents. The status quo of the research on distributed software architectures for 3D visualization is extended by this work in two ways. First, it develops a new approach to supporting hybrid 2D/3D client scenes in distributed and cooperative work processes. Application-independent access to distributed documents is enabled in this context by a technique called document-request-broker. Second, it introduces new methods for complexity and security management that allow distribution of the processing load (rendering) and individual control of the network load (level-of-information approach). From a practical viewpoint the results of this work provide new possibilities for digital product development processes which can now use a wide scale of information about the 3D scenes being worked on

Agentenbasierter Programmassistent zur Verwaltung von NC-Informationen in Produktionssystemen mit Kommunikationsnetzwerken

In den letzten Jahren hat sich die rapide Entwicklung der Elektrotechnik ebenso wie die der Softwaretechnologie auf die numerischen Steuerungen in den heutigen CNC-Maschinen groß ausgewirkt. Diese numerischen Steuerungen sind sowohl intelligenter und flexibler als auch mit größerer Internspeicherkapazität ausgerüstet. Dies führt zu einer Änderung der Art und Weise, wie DNC-Systeme zu etablieren sind, besonders solcher, die auf bisher verfügbaren, aber ungleichartigen DNC-Systemen basieren. In einem solch heterogenen DNC-System wird Datenspeicherungsfähigkeit stärker verteilt angeordnet, d.h., sie ist nicht nur in einem zentralen DNC-Server vorhanden, sondern auch in Terminals oder Steuerungen selbst angelagert. Diese Änderung des Archivierungsmittels benötigt neue DNC-Software, die die DNC-Grundfunktionen voll realisiert. Zudem sollte sie auch den neuen spezifischen Softwareanforderungen entsprechen und erlauben, neue Funktionen, z.B. Maschinendatenerfassung, Betriebsdatenerfassung usw., als Module hinzuzufügen. Derzeit wird die Agententechnologie bzw. ein MAS (Multiagentensystem) als ein aussichtsreicher Ansatz angesehen, um die Probleme der heutigen komplexen Softwaresysteme, wie ungleichartige Systemumgebungen und verteilte Strukturen, zu lösen. Die vorliegende Arbeit stellt die Idee zum Aufbau eines heterogenen DNC-Systems und die Konzipierung zur Gestaltung der agentenbasierten DNC-Software vor. Ausgehend von dem vorgestellten Lösungskonzept wird zudem der Programmassistent als erster Modul der agentenbasierten DNC-Software präsentiert.In the network-based DNC systems and especially heterogeneous DNC systems data get more distributed due to the ability to store not only in the DNC Server but also in the CNC controller or CNC Terminal. This leads a challenge to the DNC software in the implementation of its basic functions. The agent-based DNC software with assistants (ADNC) is suggested to solve the above problem. Its tasks are to collect distributed NC information and transfer data safely as well as performing other extended functions, i.e. NC program generation, machine data collection, production data collection, control machines in system, etc. The present work presented the concept to develop the ADNC and its first prototype. This prototype was developed in a process using a framework of agent-based assistants, called AgentAP. It is applicable on distributed manufacturing data and had been implemented on the agent platform JADE. The module Program Assistant, one of these prototype modules, which is responsible for management, bidirectional transfer, and monitoring change of NC programs, is also discussed

Grundlagen des Autonomen Rechnens

Das vegetative Nervensystem (engl. autonomous nervous system) des Menschen kann das, wovon in der IT-Industrie noch geträumt wird. Abhängig von der aktuellen Umgebung und Tätigkeit reguliert das vegetative Nervensystem mandatorische Körperfunktionen wie Herzfrequenz und Atmung. Reflexe, die dem Selbstschutz dienen, werden automatisch ausgelöst. Verletzungen heilen von selbst, ohne dass man seine normalen Tätigkeiten dafür unterbrechen müsste. Im Rahmen des Seminars „Autonomic Computing“ im Sommersemester 2003 am Institut für Programmstrukturen und Datenorganisation der Universität Karlsruhe wurden Grundlagen dieses Autonomen Rechnens besprochen. Als Basis für Selbstkonfiguration und Selbstoptimierung werden in „Kontextbewusstsein: Ein Überblick“ Techniken zur Erfassung des physischen und sozialen Kontexts einer Anwendung erläutert. Die dienstorientierte Architektur und konkrete Implementierungen wie z.B. UPnP, Jini oder Bluetooth werden in „Aktuelle Technologien zur Realisierung dienstorientierter Architekturen“ behandelt. Die Arbeit „Service- Orientierung und das Semantic Web“ beschreibt, wie Semantic Web Technologien zur Beschreibung von Web Services verwendet werden können mit dem Ziel der automatischen Dienstfindung. Danach wird der Begriff „Selbstbewusstsein“ in bezug auf Software anhand zweier komplementärer Forschungsprojekte definiert. Technologien zur Überwachung des Laufzeitverhaltens von Rechnersystemen mit dem Ziel der selbstständigen Optimierung sind Gegenstand der Arbeit „Selbst-Überwachung und Selbst-Optimierung“. Der Artikel „Selbst-Schutz“ fasst die Sicherheitsanforderungen zusammen, die an ein autonomes Computersystem gestellt werden müssen und die Techniken, um solche Anforderungen zu erfüllen. Ansätze aus dem Bereich wiederherstellungsorientiertes- und fehlertolerantes Rechnen werden in „Selbst-Heilung“, „ROC – Recovery Oriented Computing“ und „Recovery Oriented Computing: Modularisierung und Redundanz“ vorgestellt. Alle Ausarbeitungen und Präsentationen sind auch elektronisch auf der diesem Band beiliegenden CD oder unter www.autonomic-computing.org verfügbar

Hochdynamische logische Netzwerke als Infrastruktur mobiler Agentensysteme

Zur sinnvollen Planung ihre Route durch das Internet benötigen mobile Agenten aktuelle Dienstinformationen aus ihrer global verteilten Infrastruktur. Heutige Netzwerke sind allerdings durch die Verwendung von mobilen Endgeräten hochdynamisch geworden, daher skaliert die Frequenz und die Anzahl von nötigen Aktualisierungsnachrichten in globalen logischen Netzwerken nicht mit der Menge der möglichen Dienstangebote. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verteilung, Aktualität und Skalierbarkeit von Dienstinformationen in einem globalen logischen Netzwerk unter Berücksichtigung der Zeitschranken, die von mobilen Endgeräten hervorgerufen werden. Die präsentierte Lösung besteht aus einer Architektur aus drei Infrastrukturdiensten, deren Referenzimplementierung das Infrastrukturdienst-Framework QuickLinkNet darstellt. Dieses baut ein transparentes, zweischichtiges logisches Netzwerk auf, welches als serviceorientierte Infrastruktur für mobile Agentensysteme dient, aber auch für andere verteilte Anwendungen in hochdynamischen Netzwerken verwendet werden kann.In so-called level 2 mobile agent systems, mobile agents are able to plan their route through that network themselves, based on relevant service descriptions and by using dedicated routing services. But today's networks are highly dynamic, since people use mobile devices, and very large in scale. Current infrastructure frameworks are not scaling with the potential number of service descriptions, cannot map the dynamics in the network, and have severe problems with the frequency and number of messages necessary to maintain such an infrastructure. The thesis presented in this paper focuses on exactly this problem of conflicting goals, trying to map scalability (quantity) and flexibility (dynamics) into a unified solution framework. Thereby, timing bounds caused by using mobile devices are the major focus of attention. This leads to a software architecture that comprises of three components. QuickLinkNet implements the achitecture and forms a framework of components, consists of QuickLink, Service-Juggler, and APPLICOOVER. The QuickLinkNet components establish a transparent, logical two-tiered network which can be used as a service-oriented infrastructure for mobile agent systems of level 2 and for other distributed applications in highly dynamic networks as well

Kontextadaptive Dienstnutzung in Ubiquitous Computing Umgebungen

Die vorliegende Arbeit präsentiert einen Ansatz zur Spezifikation und Implementierung von kontextadaptiven Anwendungen in einer Ubiquitous Computing Umgebung. Grundlegend ist dabei das Konzept der kontextadaptiven Dienstnutzung, die sowohl die kontextadaptive Selektion als auch Ausführung von Diensten umfasst. Die kontextadaptive Selektion erweitert grundlegende Techniken der Dienstvermittlung insofern, dass ein Matching nicht ausschließlich durch die Spezifikation von gewünschten Dienstattributen erfolgt, sondern auch Kontextinformationen Berücksichtigung finden. Die Ausführung eines Dienstes kann ebenfalls an kontextuelle Bedingungen geknüpft werden. Eine realisierte Kombination von kontextadaptiver Selektion und Ausführung ermöglicht eine sowohl personalisierte als auch situationsbezogene Bereitstellung von Diensten. Kern der kontextadaptiven Dienstnutzung ist dabei ein Datenzentrisches Protokoll, welches die Weiterleitung (Routing) von Anwendungsdaten anhand kontextueller Einschränkungen erlaubt. Dieser Ansatz gestattet neben der kontextadaptiven Nutzung individueller Dienste auch die spontane Komposition von Diensten in einer Ubiquitous Computing Umgebung. Ferner wird ein Konzept zur dynamischen Rollenverwaltung für Endgeräte in einer Ubiquitous Computing Umgebung entwickelt und ein Verfahren zur Konstruktion von Kontextinformationen innerhalb eines Ad-hoc-Sensornetzwerks vorgestellt