Industrial applications of ASF+SDF

In recent years, a number of Dutch companies have used the algebraic specification formalism ASF+SDF. Bank MeesPierson has specified a language for describing interest rate products, their translation into COBOL, and their generation from interactive questionnaires. A consultancy company has specified a language to represent the company's object-oriented models, and the compilation of this language into Access. Bank ABN-AMRO has started investigating the use of algebraic specifications for renovating legacy COBOL systems. We discuss the implications of such projects for teaching algebraic specifications and software engineering, and the role students have been playing in these projects

Development of parsing tools for Casl using generic language technology

An environment for the Common Algebraic Specification Language CASL consists of independent tools. A number of CASL have been built using the algebraic formalism ASF+SDF and the+SDF Meta-Environment. CASL supports-defined syntax which is non-trivial to: ASF+SDF offers a powerful parsing(Generalized LR). Its interactive environment facilitates rapid complemented by early detection correction of errors. A number of core developed for the ASF+SDF-Environment can be reused in the context CASL. Furthermore, an instantiation of a format developed for the representation ASF+SDF specifications and terms provides a-specific exchange format

Distributed Device Bus

Peripheral devices are hardware components that are connected to a computer and they supplement the functionality of a computer. Over the years, a huge improvement has been observed both in variety and capabilities of peripheral devices. Starting from the input/output and storage devices of early days, today's peripheral devices support all aspects of a computer, with peripherals like Graphical Processing Units (GPUs) even supplementing the computational capabilities of a processor. At the same time, the support for peripheral devices in computers has vastly improved. While the earlier computers only supported static configuration of devices, the plug-and-play capabilities in present day computers allow devices to be added or removed at run time, thus reducing the complexity of managing peripheral devices. Today, it is not an exaggeration to state that, beyond the computational capability of a computer, it is the peripheral devices that define the user experience. With the advancements in networking and distributed computing, the definition of what constitutes a computer has been blurred: Mainframes and Supercomputing clusters support batch processing, where processors/cores are treated as resources, and number of processors/cores available for a specific computation can be requested on demand. With cloud computing, users access services hosted across the Internet. However, usage models for peripheral devices have not caught up accordingly. For the most part, Peripheral devices are still limited to the computers they are physical attached to. Device virtualization solutions exist that can extend the device protocols over the network, enabling users to access devices connected to a different computer. However, these device virtualization solutions still need direct access to both the computer that has the device plugged in (Device Server) and to the computer that intends to use the device (Device Client) and they do not support remote plug-and-play. So, there is a need for a device consolidation framework that supports new device usage models that are in line with the evolving models of computation. In this thesis, we propose a framework called "Distributed Device Bus", which extends the concept of a conventional peripheral bus to include in its scope, the ports of all the computers that are connected over a network. Like a peripheral bus, a Distributed Device Bus is also associated with a computer called Master node. A Distributed Device Bus supports dynamic addition/deletion of ports and each of these ports can physically belong to any computer in the network. Computers that contribute ports to a Distributed Device Bus are called Provider nodes. A device plugged into any port that is assigned to a Distributed Device Bus is immediately made accessible to applications on master node. This device consolidation framework treats devices as a resource and access to a device is configurable rather than being limited to the computer the device is physically attached to

An Open Source Digital Twin Framework

In this thesis, the utility and ideal composition of high-level programming frameworks to facilitate digital twin experiments were studied. Digital twins are a specific class of simulation artefacts that exist in the cyber domain parallel to their physical counterparts, reflecting their lives in a particularly detailed manner. As such, digital twins are conceived as one of the key enabling technologies in the context of intelligent life cycle management of industrial equipment. Hence, open source solutions with which digital twins can be built, executed and evaluated will likely see an increase in demand in the coming years. A theoretical framework for the digital twin is first established by reviewing the concepts of simulation, co-simulation and tool integration. Based on the findings, the digital twin is formulated as a specific co-simulation class consisting of software agents that interact with one of two possible types of external actors, i.e., sensory measurement streams originating from physical assets or simulation models that make use of the mentioned streams as inputs. The empirical part of the thesis consists of describing ModelConductor, an original Python library that supports the development of digital twin co-simulation experiments in presence of online input data. Along with describing the main features, a selection of illustrative use cases are presented. From a software engineering point of view, a high-level programmatic syntax is demonstrated through the examples that facilitates rapid prototyping and experimentation with various types of digital twin setups. As a major contribution of the thesis, object-oriented software engineering approach has been demonstrated to be a plausible means to construct and execute digital twins. Such an approach could potentially have consequences on digital twin related tasks being increasingly performed by software engineers in addition to domain experts in various engineering disciplines. In particular, the development of intelligent life cycle services such as predictive maintenance, for example, could benefit from workflow harmonization between the communities of digital twins and artificial intelligence, wherein high-level open source solutions are today used almost exclusively

A Reference Structure for Modular Model-based Analyses

Kontext: In dieser Arbeit haben wir die Evolvierbarkeit, Verständlichkeit und Wiederverwendbarkeit von modellbasierten Analysen untersucht. Darum untersuchten wir die Wechselbeziehungen zwischen Modellen und Analysen, insbesondere die Struktur und Abhängigkeiten von Artefakten und die Dekomposition und Komposition von modellbasierten Analysen. Herausforderungen: Softwareentwickler verwenden Modelle von Softwaresystemen, um die Evolvierbarkeit und Wiederverwendbarkeit eines Architekturentwurfs zu bestimmen. Diese Modelle ermöglichen die Softwarearchitektur zu analysieren, bevor die erste Zeile Code geschreiben wird. Aufgrund evolutionärer Veränderungen sind modellbasierte Analysen jedoch auch anfällig für eine Verschlechterung der Evolvierbarkeit, Verständlichkeit und Wiederverwendbarkeit. Diese Probleme lassen sich auf die Ko-Evolution von Modellierungssprache und Analyse zurückführen. Der Zweck einer Analyse ist die systematische Untersuchung bestimmter Eigenschaften eines zu untersuchenden Systems. Nehmen wir zum Beispiel an, dass Softwareentwickler neue Eigenschaften eines Softwaresystems analysieren wollen. In diesem Fall müssen sie Merkmale der Modellierungssprache und die entsprechenden modellbasierten Analysen anpassen, bevor sie neue Eigenschaften analysieren können. Merkmale in einer modellbasierten Analyse sind z.\,B. eine Analysetechnik, die eine solche Qualitätseigenschaft analysiert. Solche Änderungen führen zu einer erhöhten Komplexität der modellbasierten Analysen und damit zu schwer zu pflegenden modellbasierten Analysen. Diese steigende Komplexität verringert die Verständlichkeit der modellbasierten Analysen. Infolgedessen verlängern sich die Entwicklungszyklen, und die Softwareentwickler benötigen mehr Zeit, um das Softwaresystem an veränderte Anforderungen anzupassen. Stand der Technik: Derzeitige Ansätze ermöglichen die Kopplung von Analysen auf einem System oder über verteilte Systeme hinweg. Diese Ansätze bieten die technische Struktur für die Kopplung von Simulationen, nicht aber eine Struktur wie Komponenten (de)komponiert werden können. Eine weitere Herausforderung beim Komponieren von Analysen ist der Verhaltensaspekt, der sich darin äußert, wie sich die Analysekomponenten gegenseitig beeinflussen. Durch die Synchronisierung jeder beteiligten Simulation erhöht die Modularisierung von Simulationen den Kommunikationsbedarf. Derzeitige Ansätze erlauben es, den Kommunikationsaufwand zu reduzieren; allerdings werden bei diesen Ansätzen die Dekomposition und Komposition dem Benutzer überlassen. Beiträge: Ziel dieser Arbeit ist es, die Evolvierbarkeit, Verständlichkeit und Wiederverwendbarkeit von modellbasierten Analysen zu verbessern. Zu diesem Zweck wird die Referenzarchitektur für domänenspezifische Modellierungssprachen als Grundlage genommen und die Übertragbarkeit der Struktur der Referenzarchitektur auf modellbasierte Analysen untersucht. Die geschichtete Referenzarchitektur bildet die Abhängigkeiten der Analysefunktionen und Analysekomponenten ab, indem sie diese bestimmten Schichten zuordnet. Wir haben drei Prozesse für die Anwendung der Referenzarchitektur entwickelt: (i) Refactoring einer bestehenden modellbasierten Analyse, (ii) Entwurf einer neuen modellbasierten Analyse und (iii) Erweiterung einer bestehenden modellbasierten Analyse. Zusätzlich zur Referenzarchitektur für modellbasierte Analysen haben wir wiederkehrende Strukturen identifiziert, die zu Problemen bei der Evolvierbarkeit, Verständlichkeit und Wiederverwendbarkeit führen; in der Literatur werden diese wiederkehrenden Strukturen auch als Bad Smells bezeichnet. Wir haben etablierte modellbasierte Analysen untersucht und dreizehn Bad Smells identifiziert und spezifiziert. Neben der Spezifizierung der Bad Smells bieten wir einen Prozess zur automatischen Identifizierung dieser Bad Smells und Strategien für deren Refactoring, damit Entwickler diese Bad Smells vermeiden oder beheben können. In dieser Arbeit haben wir auch eine Modellierungssprache zur Spezifikation der Struktur und des Verhaltens von Simulationskomponenten entwickelt. Simulationen sind Analysen, um ein System zu untersuchen, wenn das Experimentieren mit dem bestehenden System zu zeitaufwändig, zu teuer, zu gefährlich oder einfach unmöglich ist, weil das System (noch) nicht existiert. Entwickler können die Spezifikation nutzen, um Simulationskomponenten zu vergleichen und so identische Komponenten zu identifizieren. Validierung: Die Referenzarchitektur für modellbasierte Analysen, haben wir evaluiert, indem wir vier modellbasierte Analysen in die Referenzarchitektur überführt haben. Wir haben eine szenariobasierte Evaluierung gewählt, die historische Änderungsszenarien aus den Repositories der modellbasierten Analysen ableitet. In der Auswertung können wir zeigen, dass sich die Evolvierbarkeit und Verständlichkeit durch die Bestimmung der Komplexität, der Kopplung und der Kohäsion verbessert. Die von uns verwendeten Metriken stammen aus der Informationstheorie, wurden aber bereits zur Bewertung der Referenzarchitektur für DSMLs verwendet. Die Bad Smells, die durch die Co-Abhängigkeit von modellbasierten Analysen und ihren entsprechenden DSMLs entstehen, haben wir evaluiert, indem wir vier modellbasierte Analysen nach dem Auftreten unserer schlechten Gerüche durchsucht und dann die gefundenen Bad Smells behoben haben. Wir haben auch eine szenariobasierte Auswertung gewählt, die historische Änderungsszenarien aus den Repositories der modellbasierten Analysen ableitet. Wir können zeigen, dass die Bad Smells die Evolvierbarkeit und Verständlichkeit negativ beeinflussen, indem wir die Komplexität, Kopplung und Kohäsion vor und nach der Refaktorisierung bestimmen. Den Ansatz zum Spezifizieren und Finden von Komponenten modellbasierter Analysen haben wir evaluiert, indem wir Komponenten von zwei modellbasierten Analysen spezifizieren und unseren Suchalgorithmus verwenden, um ähnliche Analysekomponenten zu finden. Die Ergebnisse der Evaluierung zeigen, dass wir in der Lage sind, ähnliche Analysekomponenten zu finden und dass unser Ansatz die Suche nach Analysekomponenten mit ähnlicher Struktur und ähnlichem Verhalten und damit die Wiederverwendung solcher Komponenten ermöglicht. Nutzen: Die Beiträge unserer Arbeit unterstützen Architekten und Entwickler bei ihrer täglichen Arbeit, um wartbare und wiederverwendbare modellbasierte Analysen zu entwickeln. Zu diesem Zweck stellen wir eine Referenzarchitektur bereit, die die modellbasierte Analyse und die domänenspezifische Modellierungssprache aufeinander abstimmt und so die Koevolution erleichtert. Zusätzlich zur Referenzarchitektur bieten wir auch Refaktorisierungsoperationen an, die es Architekten und Entwicklern ermöglichen, eine bestehende modellbasierte Analyse an die Referenzarchitektur anzupassen. Zusätzlich zu diesem technischen Aspekt haben wir drei Prozesse identifiziert, die es Architekten und Entwicklern ermöglichen, eine neue modellbasierte Analyse zu entwickeln, eine bestehende modellbasierte Analyse zu modularisieren und eine bestehende modellbasierte Analyse zu erweitern. Dies geschieht natürlich so, dass die Ergebnisse mit der Referenzarchitektur konform sind. Darüber hinaus ermöglicht unsere Spezifikation den Entwicklern, bestehende Simulationskomponenten zu vergleichen und sie bei Bedarf wiederzuverwenden. Dies erspart den Entwicklern die Neuimplementierung von Komponenten