Ein Plädoyer für die Entwicklung eines multidimensionalen Ordnungsrahmens zur hybriden Wertschöpfung

Mit Ordnungsrahmen lassen sich hoch aggregierte Überblicke über die wesentlichen Funktionsbereiche einer Domäne darstellen. Der Beitrag regt die Entwicklung eines Ordnungsrahmens für die hybride Wertschöpfung an. Mit der Konstruktion des Ordnungsrahmens wird die Grundlage für einen strukturierten Überblick über die für die hybride Wertschöpfung bereits entwickelten bzw. zukünftig zu entwickelnden Artefakte bereitgestellt. Damit erleichtert die Übersicht einerseits die Identifizierung von Weiterentwicklungspotenzialen im Rahmen einer artefaktschaffenden Forschung und bietet andererseits einen Gesamtüberblick über in der unternehmerischen Praxis einsetzbare Artefakte. Als Ausgangspunkt für weitere Arbeiten zum Aufbau des Ordnungsrahmens wird ein Vorschlag zu dessen inhaltlicher Gestaltung präsentiert. Der vorgestellte Ordnungsrahmen wird evaluiert, indem er zur Strukturierung von in Expertenbefragungen erhobenen Artefakten der hybriden Wertschöpfung herangezogen wird

Annual Report 1999 / Department for Computer Science

Selbstdarstellung des Instituts für Informatik der BTU Cottbus und Berichte der Lehrstühle für das Jahr 1999.Presentation of the Department for Computer Science of the BTU Cottbus and reports of the chairs at the department for the year 1999

Nutzerfreundliche Modellierung mit hybriden Systemen zur symbolischen Simulation in CLP

Die Dissertation beinhaltet die Sprachen MODEL-HS und VYSMO zur modularen, deklarativen Beschreibung hybrider Systeme, die dem Nachweis zeit- und sicherheitskritischer Eigenschaften für die symbolische Simulation in CLP dienen. Zum Erlangen sprachtheoretischer Erkenntnisse wie Entscheidbarkeit wurden hybride Systeme neu unter formal nachweisbaren Akzeptanzbedingungen definiert, welche durch praktische Beispiele belegt sind. Weitere Ergebnisse sind eine neue Klassifikation hybrider Systeme, ein Werkzeug ROSSY, Anfragebeschreibungen und deren Transformation in temporal-logische Ausdrücke, Anfragemasken und Anwendungen für Studiensysteme und parallele Programme.The dissertation includes the languages MODEL-HS and VYSMO for modular, declarative description of hybrid systems that serve the proof of time- and safety-critical properties for symbolic simulation in CLP. For coming to language-theoretical conclusions like decidability hybrid systems are newly defined under acceptance conditions that can be formally proved and for which practical examples bear witness. A new classification of hybrid systems, a tool ROSSY, query descriptions and their transformation into temporal-logic expressions, query forms and applications for study systems and parallel programs are further results

Programmiersprachen und Rechenkonzepte

Seit 1984 veranstaltet die GI--Fachgruppe 2.1.4 "Programmiersprachen und Rechenkonzepte", die aus den ehemaligen Fachgruppen 2.1.3 "Implementierung von Programmiersprachen" und 2.1.4 "Alternative Konzepte für Sprachen und Rechner" hervorgegangen ist, regelmäßi g im Frühjahr einen Workshop im Physikzentrum Bad Honnef. Das Treffen dient in erster Linie dem gegenseitigen Kennenlernen, dem Erfahrungsaustausch, der Diskussion und der Vertiefung gegenseitiger Kontakte

Komponentenbasierte Überwachung hybrider Systeme durch den Einsatz formaler Methoden

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen Verfahrens zum nahtlosen Komponentenentwurf und zur Systemüberwachung durch ein einheitliches Modell, das die Anforderungen der Entwicklung von komplexen dynamischen Systemen erfüllt und somit einen Beitrag zum Entwurf verlässlicher Systeme leistet. Hierfür wird die komponentenbasierte Design-Methodologie KobrA eingesetzt, weil diese eine schrittweise Komponentenzerlegung auf verschiedenen Abstraktionsebenen und Sichten durchführt. Sie beinhaltet sowohl „Top-down“-Elemente als auch „Bottom-up“-Ansätze, die für eine effiziente prototypische Systemrealisierung geeignet sind. Mit der Entwicklung eines formalen echtzeitfähigen Überwachungs- und Fehlererkennungsmechanismus wird die KobrA-Methode durch eine formale Modellierungssprache erweitert, welche sowohl für die Softwareentwickler als auch für die Ingenieure verständlich sein soll. Aus diesem Grund sollte diese Sprache eine eindeutige und streng definierte Semantik besitzen. Die einheitliche Beschreibung der Systemkomponenten sowie der Überwachungskomponenten durch denselben formalen Sprachmittel ermöglicht die systematische Einbettung der Überwachung über den gesamten Entwicklungsprozess und dessen Ausführung während des Betriebs. Petri-Netze gehören zur Graphentheorie und zählen seit mehreren Jahren zu den mächtigsten Spezifikationswerkzeugen in verschiedenen Gebieten. Sie erlauben die Beschreibung des Komponentenverhaltens durch ein Netzwerk, bestehend aus Knoten und aus Bedingungen für den Datenfluss zwischen diesen Knoten. Wesentliche Vorteile von Petri-Netzen sind zum einen ihre formale mathematische Formulierung, die auf einem soliden theoretischen Fundament beruht, sowie zum anderen die explizite Abbildung des Prozesszustandes über ein Markierungskonzept. Petri-Netze ermöglichen zusätzlich die Darstellung sequentieller, sich gegenseitig ausschließender sowie paralleler Aktivitäten, die Modellierung und Visualisierung von Systemverhalten sowie die Nebenläufigkeit und die Synchronisation von kooperativen Prozessen. In dieser Arbeit erfolgt die Verhaltensbeschreibung der Überwachungskomponenten durch eine neue Klasse von Petri-Netzen, so genannte „Modifizierte Partikel Petri-Netze“ (engl., Modified Particle Petri Nets „MPPN“). Diese Netzklasse beinhaltet hybride Petri-Netze für die Modellierung des hybriden Systemverhaltens und einen Partikelfilter als probabilistische Erweiterung, um die Überwachung als Tracking-Problem aufzufassen. Petri-Netze bieten eine vollständige und konsistente Beschreibung der Prozesse, die graphische Anschauung sowie Simulation und Animation als Testmöglichkeit bereits während der Entwurfsphase. Die Kombination aus KobrA-Beschreibungsformalismus und Petri-Netzen erlaubt eine anschauliche, modular und hierarchisch strukturierte Modellierung, direkt in einer formalen Sprache. Durch unterstützende Werkzeuge, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt sind, kann die Realisierung der Überwachungskomponente direkt aus der Spezifikation generiert werden. Hierfür wird das Petri-Netzmodell in ein textuelles kompaktes XML-Austauschformat (engl., „Extensible Markup Language“) transformiert, welche sich an dem PNML-Standard (engl., „Petri Net Markup Language“) orientiert. Diese generische Vorlage enthält das Komponentenverhalten und die für den Überwachungsprozess notwendigen Parameter. Der besondere Aspekt für den Einsatz derselben formalen Methode, nämlich die Petri-Netze, sowohl für die Spezifikation als auch für die Realisierung, beruht auf zwei Zielen. Das primäre Ziel ist, ein einheitliches verständliches Ausdrucksmittel für die Entwurfsphase eines Systems zu stellen, mit dem alle Aspekte des ausgewählten Abstraktionsniveaus unmissverständlich dargestellt werden können. Denn Spezifikationsdokumente in natürlichen Sprachen sind anfällig für Missverständnisse, während formale Spezifikationen auf mathematischen Beschreibungen und eindeutiger Semantik und Syntaxen basieren. Das sekundäre Ziel ist eine formale überprüfbare Spezifikation (mittels eines Simulationswerkzeuges) als solide Basis für die Realisierungsphase zu bilden. Denn eine automatisch verifikationsbasierte Systementwicklung stellt eine Möglichkeit zur Erhöhung der Systemverlässlichkeit dar. Die andere Möglichkeit basiert auf der Robustheit des Überwachungsverfahrens während der Betriebsphase

Entwurfsmethodik für hybride Software- und Systemarchitektur

Die Softwaretechnik gewinnt in der Automobilindustrie durch Trends wie das automatisierte Fahren und die Vernetzung von Fahrzeugen mit der Infrastruktur weiter an Bedeutung. Software-basierte Funktionen müssen dabei neben der Implementierung und dem Test in einer frühen Phase der Entwicklung im Rahmen eines gemeinsamen Systems aus Softwarekomponenten und Steuergeräten entworfen werden. Die Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen zwischen Softwarekomponenten wird heute über den Ansatz einer Signal-orientierten Architektur erreicht. Die vorliegende Arbeit analysiert das hierzu entsprechende Entwurfsmodell und entwickelt es zu einem hybriden Modell aus Signal- und Service-Orientierung weiter. Die Modellentwicklung wird weitergehend durch eine Entwurfsmethodik gestützt und im Rahmen des Systementwurfs in das V-Modell eingebunden. Hierdurch entsteht eine Alternative zur heutigen Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen auf Basis von Signalen durch Services. Speziell bei Änderungen tragen diese den Vorteil, dass Folgeanpassungen an den Kommunikationsschnittstellen eines Steuergeräts reduziert werden. Die Softwareimplementierung, welche heute durch eine strikte Synchronisation mit der Entwicklung und Weiterentwicklung von Steuergeräten beeinflusst ist, wird dadurch vereinfacht

Structural Compatible Ontologies for Automation Technology

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist ein integriertes Entwurfsverfahren für Automatisierungssysteme, bei dem sowohl die verhaltenbeschreibende als auch die gerätetechnische Sicht gleichermaßen Berücksichtigung finden. Dieses Entwurfsverfahren basiert auf der Erkennung, Überprüfung und Einhaltung von Ähnlichkeiten, die zwischen geräte- und verhaltensbeschreibenden Systemmodellen herrschen. So können die während der Geräte- und Anlagenplanung entstehenden Spezifikationen (Stücklisten, Baugruppenhierarchien, Netzwerke) bis in die aus automatisierungstechnischer Sicht notwendige Detailltiefe in den Verhaltensmodellen konsistent nachgezogen werden. Auf der Basis prozesstheoretischer Überlegungen werden kombinierte Petrinetz- und Bondgraphen-Modelle als dynamische Beschreibungsmittel gewählt, um das für Automatisierungssysteme typische hybride Verhalten darstellen zu können. Für die Beschreibung gerätetechnischer Strukturen dient das STEP-Produktmodell nach ISO 10303. Um die Ähnlichkeiten zwischen der verhaltenbeschreibenden und der gerätetechnischen Sicht formal fassen zu können, werden die den Systemmodellen zugrundeliegenden Modellkonzepte in Ontologien überführt und diese dann mit strukturverträglichen Abbildungen, sogenannten Morphismen, aufeinander abgebildet. Sowohl die Ontologien als auch die über diesen Ontologien definierten Morphismen werden mit Mitteln der OMA (Object Management Architecture) in MOF/UML-Modelle und OCL-Spezifikationen übertragen. Diese Spezifikationen sind dann die Implementationsgrundlage einer Reihe von Softwarewerkzeugen, die einen Entwurfsrahmen bilden, mit dem das integrierte Entwurfsverfahren anhand von einfachen Beispielen näher untersucht wird.We present an integrated design methodology for automation systems, where both the behavioural and the device oriented aspects are considered. The design methodology is based on the recognition and compliance of similarities, which can be found between device oriented and behaviour describing system models. Herewith it is possible to align the behavioural models with existing device specifications (part lists, bills of material, assembly hierarchies networks) in a consistent way and with the granularity that is adequate for automation systems design. Based on a formal process theory the combination of Petrinets and Bondgraphs is choosen to represent the hybrid process dynamics which are characteristic for automation systems. The device oriented structures are described with STEP product models according to ISO 10303. The formal specification of the aforesaid similarities between device oriented and behavioural system models is achieved within two steps. First the used description methods are transformed into ontologies. Then the ontologies are mapped on each other based on structure respecting mappings called morphism. Both the ontologies and the morphisms are defined by means of OMA (Object Management Architecture), namely MOF/UML for the ontology specification and OCL for the morphism specification. These specifications are then the basis for the implementation of different software tools which are combined into one development framework. Utilizing this framework the integrated design methodology is examined with simple examples

Guaranteed Verification of Dynamic Systems

Diese Arbeit beschreibt einen neuen Spezifikations- und Verifikationsansatz für dynamische Systeme. Der neue Ansatz ermöglicht dabei Ergebnisse, die per Definition frei von Fehlern 2. Art sind. Dies bedeutet, dass das Ergebnis der Verifikation keine versteckten Fehler enthalten kann. Somit können zuverlässige Ergebnisse für die Analyse von sicherheitskritischen Systemen generiert werden. Dazu wird ein neues Verständnis von mengenbasierter Konsistenz dynamischer Systeme mit einer gegebenen Spezifikation eingeführt. Dieses basiert auf der Verwendung von Kaucher Intervall Arithmetik zur Einschließung von Messdaten. Konsistenz wird anhand der vereinigten Lösungsmenge der Kaucher Arithmetik definiert. Dies führt zu mathematisch garantierten Ergebnissen. Die resultierende Methode kann das spezifizierte Verhalten eines dynamischen System auch im Falle von Rauschen und Sensorungenauigkeiten anhand von Messdaten verifizieren. Die mathematische Beweisbarkeit der Konsistenz wird für eine große Klasse von Systemen gezeigt. Diese beinhalten zeitinvariante, intervallartige und hybride Systeme, wobei letztere auch zur Beschreibung von Nichtlinearitäten verwendet werden können. Darüber hinaus werden zahlreiche Erweiterungen dargestellt. Diese führen bis hin zu einem neuartigen iterativen Identifikations- und Segmentierungsverfahren für hybride Systeme. Dieses ermöglicht die Verfikation hybrider Systeme auch ohne Wissen über Schaltzeitpunkte. Die entwickelten Verfahren können darüber hinaus zur Diagnose von dynamischen Systemen verwendet werden, falls eine ausreichend schnelle Berechnung der Ergebnisse möglich ist. Die Verfahren werden erfolgreich auf eine beispielhafte Variation verschiedener Tanksysteme angewendet. Die neuen Theorien, Methoden und Algortihmen dieser Arbeit bilden die Grundlage für eine zuverlässige Analyse von hochautomatisierten sicherheitskritischen Systemen

Automatisierte semantische Harmonisierung von Landnutzungsdaten

Spatial Data Infrastructures erleichtern den Zugriff auf Daten aus verteilten Datenquellen. Um diese Kombination von Datenquellen zu ermöglichen, müssen diese Datenquellen syntaktisch und semantisch harmonisiert werden. Dies wiederum verlangt ein semantisches Ähnlichkeitsmaß. Diese Arbeit beschreibt ein derartiges Ähnlichkeitsmaß, welches basierend auf Ontologien eine kognitiv-semantisch sinnvolle Harmonisierung von Landnutzungsdaten ermöglicht