Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions

Task Allokation für effiziente Edge Computing Systeme

Im Bereich von Edge Computing nimmt die Rechenleistung in direkter Nähe zu den Sensoren stetig zu. Infolgedessen gibt es immer mehr rechen- und datenintensive Anwendungen, die im Edge Bereich ausgeführt werden können. Gleichzeitig befinden sie sich in einer sich ständig verändernden Systemumgebung. Um Ausfallzeiten und lange Redesign-Schleifen zu reduzieren, werden Selbstanpassungsfähigkeiten benötigt. Die automatische Reallokation der ausgeführten Aufgaben auf die Rechenknoten ist eine mögliche Selbstanpassungsmaßnahme. Die Reallokation sollte jedoch mit den verschiedenen Anforderungen, Einschränkungen und Spezifikationen des Entwurfs konform sein. Dabei besteht eine große Herausforderung darin, dass die Allokationsentscheidung schnell genug für die Berechnung zur Laufzeit sein sollte. Der Fokus dieser Arbeit ist die Realisierung einer effizienten Allokation, die Bedürfnisse in Form von Policies nutzt, um eine automatische Reallokation zur Laufzeit zu berechnen. In dieser Arbeit wurde eine effiziente Allokationsmethode entwickelt, die eine kombinierte Betrachtung von Ressourcenverfügbarkeit, Anwendungsbedarf und problemspezifischer Effizienzdefinition realisiert. Der Ansatz verfolgt eine modulare Beschreibung dieser Aspekte für die Allokation in Form von komponentenspezifischen Policies. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Allokation aufgrund von Veränderungen im laufenden Betrieb. Hierfür wird das Zuordnungsproblem zur Entwicklungszeit modelliert und die Informationen im Betrieb genutzt. Mit diesem Konzept konnten zwei industrielle Anwendungen modelliert und unterschiedliche Zuordnungen berechnet werden. Die Skalierbarkeit des Konzepts wurde durch Messungen validiert. Die Reallokation zur Laufzeit wurde mit einem Container Framework implementiert. Darauf aufbauend wurde der Overhead der Allokationsberechnung zur Laufzeit gemessen und in den Kontext der Reallokationszeit gesetzt. Die Berechnung einer effizienten Allokation trägt zur Autonomie von Recheninfrastrukturen bei. Dadurch erhöhen sich die Fähigkeiten zur Selbstadaption und die Resilienz dieser Rechennetze. Das spielt nicht nur im industriellen Edge-Cloud Kontext eine Rolle, sondern auch im Automobil, wenn zur Laufzeit über dynamische Betriebsstrategien entschieden werden soll

Zugriffskontrolle in dienstorientierten Architekturen

Diese Arbeit zeigt, wie Zugriffskontrolle im Kontext Webservice-basierter dienstorientierter Architekturen umgesetzt werden kann. Dazu wird zunächst eine querschnittlich nutzbare, dienstorientierte Zugriffskontroll-Architektur entwickelt, die eine Erweiterung der dienstorientierten Fach-Architektur darstellt. Parallel wird ein Zugriffskontroll-Modell und eine zugehörigen Policy-Sprache spezifiziert sowie die Einbettung in einen modellgetrieben Software-Entwicklungsprozess geschaffen

SKIL 2012 - Dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig: Dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig 2012Leipzig, Deutschland, 25. September 2012Tagungsband

Die Studentenkonferenz des Instituts für Informatik der Universität Leipzig richtet sich an alle Studierende der Informatik sowie angrenzender Disziplinen mit Schwerpunkt Informatik. Die Konferenz setzt sich zum Ziel, Studierenden eine Plattform zu bieten, ihre Projekte und Forschungsvorhaben vorzustellen. Im Mittelpunkt der Tagung stehen studentische Projekte aus Seminaren, Praktika, Abschlussarbeiten oder extracurricularen Aktivitäten. Die SKIL bietet den Studierenden die Möglichkeit, vor einem akademischen Publikum Ideen, Pläne und Ergebnisse zu präsentieren und zu diskutieren. Die Organisation der Konferenz unterscheidet sich nur wenig von wissenschaftlichen Fachkonferenzen. Die Einreichung der Beiträge erfolgte mit Hilfe eines Conference Systems; anschließend wurden alle Einreichungen durch das Programmkomitee bewertet. Angenommene Beiträge wurden am Konferenztag vorgestellt und in dem hier vorliegendem Tagungsband publiziert. Die dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig 2012 fand im Rahmen der SABRE am 25.09.2012 statt. Die SABRE ist eine internationale integrative Multikonferenz auf dem Gebiet zukunftsweisender Technologien der Softwareentwicklung, Agententechnologien und Servicecomputing für Wirtschaft, Entwicklung und Wissenschaft. Die SKIL 2012 wurde am Institut für Angewandte Informatik (InfAI) e.V. organisiert. Initiiert und maßgeblich realisiert wurde die SKIL 2012 von den Forschungsgruppen Agile Knowledge Engineering and Semantic Web (AKSW) und Service Science and Technology (SeSaT) der Universität Leipzig

Multikonferenz Wirtschaftsinformatik 2010 : Göttingen, 23. - 25. Februar 2010 ; Kurzfassungen der Beiträge

Dieser Band enthält Kurzfassungen der Beiträge zur MKWI 2010. Die Vollversionen der Beiträge sind auf dem wissenschaftlichen Publikationenserver (GoeScholar) der Georg-August-Universität Göttingen und über die Webseite des Universitätsverlags unter http://webdoc.sub.gwdg.de/univerlag/2010/mkwi/ online verfügbar und in die Literaturnachweissysteme eingebunden

Serviceorientiertes Text Mining am Beispiel von Entitätsextrahierenden Diensten

Der Großteil des geschäftsrelevanten Wissens liegt heute als unstrukturierte Information in Form von Textdaten auf Internetseiten, in Office-Dokumenten oder Foreneinträgen vor. Zur Extraktion und Verwertung dieser unstrukturierten Informationen wurde eine Vielzahl von Text-Mining-Lösungen entwickelt. Viele dieser Systeme wurden in der jüngeren Vergangenheit als Webdienste zugänglich gemacht, um die Verwertung und Integration zu vereinfachen. Die Kombination verschiedener solcher Text-Mining-Dienste zur Lösung konkreter Extraktionsaufgaben erscheint vielversprechend, da so bestehende Stärken ausgenutzt, Schwächen der Systeme minimiert werden können und die Nutzung von Text-Mining-Lösungen vereinfacht werden kann. Die vorliegende Arbeit adressiert die flexible Kombination von Text-Mining-Diensten in einem serviceorientierten System und erweitert den Stand der Technik um gezielte Methoden zur Auswahl der Text-Mining-Dienste, zur Aggregation der Ergebnisse und zur Abbildung der eingesetzten Klassifikationsschemata. Zunächst wird die derzeit existierende Dienstlandschaft analysiert und aufbauend darauf eine Ontologie zur funktionalen Beschreibung der Dienste bereitgestellt, so dass die funktionsgesteuerte Auswahl und Kombination der Text-Mining-Dienste ermöglicht wird. Des Weiteren werden am Beispiel entitätsextrahierender Dienste Algorithmen zur qualitätssteigernden Kombination von Extraktionsergebnissen erarbeitet und umfangreich evaluiert. Die Arbeit wird durch zusätzliche Abbildungs- und Integrationsprozesse ergänzt, die eine Anwendbarkeit auch in heterogenen Dienstlandschaften, bei denen unterschiedliche Klassifikationsschemata zum Einsatz kommen, gewährleisten. Zudem werden Möglichkeiten der Übertragbarkeit auf andere Text-Mining-Methoden erörtert

Einheitliches Konzept einer Kommunikationsschnittstelle zur systematischen Integration von Maschinendaten in den Prozessbereich von Product Lifecycle Management

Die Prozesse aus der Betriebsphase von Maschinen beruhen vermehrt auf Daten, die durch fortschrittliche Technologien zur Datenerfassung, -verarbeitung und -kommunikation bereitgestellt werden. Die damit einhergehende, stetig anwachsende Menge maschinenrelevanter Daten bietet aus Sicht von Maschinenherstellern ein großes Optimierungspotenzial für sowohl aktuelle als auch zukünftige Maschinengenerationen und deren betriebsbegleitende Services. Vor diesem Hintergrund und entgegen vorrangig organisatorischer Informationsbarrieren auf Maschinenhersteller- und -betreiberseite ist es notwendig, die speziell für die Produktentstehung und bspw. die Instandhaltung relevanten Maschinendaten in den Prozessbereich von PLM systematisch zu integrieren. Zu diesem Zweck wird in dieser Dissertation das Feldkonzept als grundlegende Beschreibung einer Kommunikationsschnittstelle zur einheitlichen Integration von Maschinendaten vorgestellt. Die Datenintegration erfolgt virtuell und prozessunterstützt-reproduzierbar auf der Applikationsebene einer Feldmanagementplattform als Middleware sowie anhand einer Feldstruktur als Mapping-Grundlage. Die Feldstruktur dient der konsistenten Verknüpfung ausgewählter Produktstrukturinformationen mit Strukturinformationen von Maschinen aus deren Betriebsphase. Das als Feldmodell bezeichnete Integrationsergebnis dient als Vehikel zum Austausch ausgewählter und logisch in einem Datensatz gemeinsam strukturierter Produkt- und/oder Maschinendaten zu bspw. Analysezwecken. Mithilfe des Feldmodells lassen sich Maschinendaten dokumentbasiert im Produktdatenmanagement zu speichern.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Arbeitsbereich 4 Das Feldkonzept 5 Grundprinzipien des Feldmanagementsystems 6 Validierung des Feldkonzepts 7 Zusammenfassung und Ausblic