Computer Supported Cooperative Work Applications for the Design of Buildings based on an integrated Building Model Management

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption und prototypische Umsetzung von Techniken des Computer Supported Cooperative Work (CSCW) im Rahmen einer integrierten objektorientierten und dynamischen Bauwerksmodellverwaltung zur Unterstützung der Bauwerksplanung. Die Planung von Bauwerken ist durch einen hohen Grad an Arbeitsteiligkeit, aber auch durch eine schwache Strukturierung der ablaufenden Prozesse gekennzeichnet. Besonders durch den Unikatcharakter des Planungsgegenstands \'Bauwerk\' ergeben sich signifikante Unterschiede zum Entwurf anderer, durch Serienfertigung produzierter Industriegüter. Zunehmend wird die Planung von Bauwerken in Virtual Enterprises ausgeführt, die sich durch eine dynamische Organisationsstruktur, geographische Verteilung der Partner, schwer normierbare Informationsflüsse und eine häufig stark heterogene informationstechnische Infrastruktur auszeichnen. Zur rechnerinternen Repräsent! ation des Planungsgegenstands haben sich objektorientierte Bauwerksmodelle bewährt. Aufgrund der Veränderlichkeit der Bauwerke und deren rechnerinterner Repräsentation im Laufe des Bauwerkslebenszyklus ist eine dynamische Anpassung der Modelle unumgänglich. Derartige in Form von Taxonomien dargestellte dynamische Bauwerksmodellstrukturen können gemeinsam mit den in Instanzform vorliegenden konkreten Projektinformationen in entsprechenden Modellverwaltungssystemen (MVS) gehandhabt werden. Dabei wird aufgrund der Spezialisierung und Arbeitsteilung im Planungsprozess von einer inhaltlich verknüpften Partialmodellstruktur, die räumlich verteilt sein kann, ausgegangen. Die vorgeschlagenen Methoden zur Koordinierung der Teamarbeit in der Bauwerksplanung beruhen auf der Nutzung von CSCW–Techniken für \'Gemeinsame Informationsräume\' und \'Workgroup Computing\', die im Kontext der als Integrationsbasis fungierenden Modellverwaltungssysteme umgesetzt werden. Dazu werden die zur d! ynamischen Bauwerksmodellierung erforderlichen Metaebenenfunk! tionalitäten sowie Ansätze zur Implementierung von Modellverwaltungskernen systematisiert. Ebenso werden notwendige Basistechniken für die Realisierung von MVS untersucht und eine Architektur zur rollenspezifischen Präsentation dynamischer Modellinhalte vorgestellt. Da klassische Schichtenmodelle nicht auf die Verhältnisse in Virtual Enterprises angewendet werden können, wird eine physische Systemarchitektur mit einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients vorgestellt. Ebenso werden Techniken zur Sicherung des autorisierten Zugriffs sowie des Dokumentencharakters beschrieben. Zur Unterstützung der asynchronen Phasen der Kooperation wird der gemeinsame Informationsraum durch Mappingtechniken zur Propagation und Notifikation von Änderungsdaten bezüglich relevanter Modellinformationen ergänzt. Zur Unterstützung synchroner Phasen werden Techniken zur Schaffung eines gemeinsamen Kontexts durch relaxierte WYSIWIS–Präsentationen auf Basis der Modellinformationen! verbunden mit Telepresence–Techniken vorgestellt. Weiterhin werden Methoden zur Sicherung der Group–Awareness für alle Kooperationsphasen betrachtet.The thesis covers the conceptual design and the prototypical realisation of Computer Supported Cooperative Work (CSCW)– techniques within the scope of an integrated, object-oriented, dynamic model management system for the support of building planning activities. The planning of buildings is characterised by a high degree of collaboration but by a weak structuring of the processes, too. Significant differences between the design of buildings and industrial goods produced by series production are implied by the uniqueness of a building. Increasingly, the planning of buildings is accomplished by Virtual Enterprises. These are characterised by a dynamic organisation structure, geographic dispersion of the involved planning experts, information flows, which are hard to standardise, and a frequently very heterogeneous information-technology infrastructure. Object oriented building models have proven to be a suitable base for! the binary representation of planning subject information. Due to the changeability of both building structures and their binary representation during the building life cycle, a dynamical adaptation of the models is indispensable. Dynamic building models, which are represented by taxonomic information, can be handled together with actual project information, which is stored in taxonomy instances within an appropriate model management system. Due to the specialisation and the division of labour in the planning process, a semantic linked but spatial distributed partial model structure is applied. The recommended methods for the coordination of teamwork in the planning process are based on the application of CSCW-techniques for \'Shared Information Spaces\' and \'Workgroup Computing\' in the context of model management systems acting as an foundation for planning information integration. The required meta level functionalities for dynamic building modelling and appropriate! implementation approaches for modelling kernels are systemat! ised. The necessary base techniques for the realisation of model management systems are explored. An architecture for the role specific presentation of dynamic model content is introduced, too. Due to the inadequacy of conventional multi-tier models for an application in Virtual Enterprises, an appropriate physical system architecture with a central project server, domain servers and domain clients is introduced. The thesis covers techniques, which ensure the authorised access to information and the authenticity of planning documents, too. For an adequate support of the asynchronous phases of collaboration, the Shared Information Space is supplied with mapping mechanisms for the propagation and user notification of changes in the relevant planning information. Synchronous collaboration can be performed by means of relaxed WYSIWIS-presentations connected with telepresence mechanisms in order to create a shared context for the planners. Furthermore, methods for the provis! ion of group-awareness for all co-operation phases are treated

Parallele und kooperative Simulation für eingebettete Multiprozessorsysteme

Die Entwicklung von eingebetteten Systemen wird durch die stetig steigende Anzahl und Integrationsdichte neuer Funktionen in Kombination mit einem erhöhten Interaktionsgrad zunehmend zur Herausforderung. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit Methoden zur SystemC-basierten parallelen Simulation von Multiprozessorsystemen auf Manycore Architekturen sowie zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen heterogenen Simulationswerkzeugen entwickelt, experimentell untersucht und bewertet

Cooperative optimization of compartment air flows using agent-based measuring-, operation- and control-techniques within a Computational Steering environment

Die Planung eines Bauwerks im konstruktiven Ingenieurbau erfordert zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern eine enge Kooperation zwischen den beteiligten Fachplanern. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, durch eine kooperative und interaktive Simulation von Entwurfs- und Konstruktionsvarianten der einzelnen Fachmodelle mit gleichzeitiger Visualisierung ihrer Zielfunktionswerte über einen gemeinsamen virtuellen Entwurfsraum eine gegenseitige Verständigung zu verbessern. Durch die schrittweise Modifizierung der einzelnen Fachmodelle, welche in einem IFC Produktmodell vorgehalten werden, ist die interaktive Optimierung des Modells möglich. Der virtuelle Entwurfsraum wird als Softwarelösung realisiert und koppelt Module zur dreidimensionalen Modellierung, Simulation und Visualisierung, welche für einen interaktiven Prozessablauf über automatisierte Schnittstellen verknüpft sind. Ein CAD-System wird zur Modellierung eingesetzt, ein CFD-Kern ermöglicht die Optimierung von Raumluftströmungen unter Berücksichtigung des Klimakomforts. Eine Multi-User-Umgebung erlaubt den vernetzten Zugriff der Fachplaner. Interaktive Elemente des Entwurfsraums wurden durch die Verwendung des Computational Steering Ansatzes unter Einbezug einer Virtual Reality Umgebung sowie einer Großrechenanlage realisiert. Das als Datenbasis eingesetzte IFC Produktmodell wird über einen automatisierten Modelltransfer in ein für den Simulationskern ein interpretierbares Berechnungsmodell abgeleitet, welches auch für die Strömungssimulation notwendige Randbedingungen beinhaltet. Der Software-Prototyp ermöglicht die Konzeption von HVAC-Systemen. Hierbei werden mess-, steuer- und regeltechnische Prozesse einer Klimaanlageninstallation emuliert und mit dem Entwurfsraum gekoppelt. Durch sensorisch erfasste Größen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit wird die einströmende Luft aus den Klimamodulen dynamisch angepasst. Dies erfolgt durch den Einsatz von Software-Agenten.Functional Design of complex CAE objects in civil engineering requires a close co-operation of specialists in various disciplines. An automated computer-assisted system serving as a framework for this process would presuppose a consistent theoretical description of all partial models as part of an object and process oriented generalized theory about the interactions of all building components and processes. This thesis describes a heuristic strategy: A group of engineers from different disciplines come together in an interactive and virtual design space and evaluate in close cooperation the mutual implications of their specific design variants. In the course of a step-by-step modification of the partial models which are condensed into a single IFC product model, the interactive optimization of this model is potential. The virtual design space is developed as a software-prototype and is based on several linked modules for three-dimensional modeling, simulation and visualization with automated interfaces to allow an interactive process flow. The basis for the modeler is a CAD-system. A CFD-kernel allows the optimization of the airflow within a room with respect to the human wellness index. The virtual design space may externally be modified by additional engineers by utilizing a multi-user-environment. Interactive elements of the design space are introduced by utilizing a computational steering system, a virtual reality environment and a pc-cluster as compute server. The IFC product model as a data basis is transformed into an interpretable calculation model for the CFD simulation within an automated model transfer. The dynamical behavior of HVAC installations depending on the climatic conditions inside a room which is controlled by measuring-, operation- and control- techniques can be emulated by interactive software-agents, which are bidirectionally coupled with the simulation kernel and wrap the HVAC objects of the modeler

Codegeneratoren für MOF-basierte Modellierungssprachen

Umfang und Funktionalität eingesetzter Softwaresysteme nehmen beständig zu. Zudem wird Software immer häufiger in Bereichen eingesetzt, die spezielle Anforderungen an die Qualität der eingesetzten Software stellen. Modellbasierte Softwareentwicklung wird als vielversprechender Ansatz angesehen, die daraus entstehenden Anforderungen zu bewältigen. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl modellbasierter Ansätze zur Softwareentwicklung vorgestellt. Viele dieser Ansätze verwenden die Unified Modeling Language (UML), um die Modelle zu notieren. In letzter Zeit gewinnt die Model Driven Architecture (MDA) zunehmend an Bedeutung, die in erheblich stärkerem Maße als andere Ansätze auf die automatische Abbildung von Modellen auf den Code der Zielplattform setzt. Um die Ziele der MDA zu erreichen, werden domänenspezifische Anpassungen von Modellierungssprachen benötigt. Eine Möglichkeit, entsprechende Anpassungen für die UML zu definieren, ist die Metamodellierungssprache Meta Object Facility (MOF), da diese auch zur Definition der UML verwendet wird. Im Vortrag wird ein Baukasten vorgestellt, der die Entwicklung von Codegeneratoren für Modellierungssprachen erleichtert, die durch ein MOF-Modell definiert sind

Ein Produktmodell für den Komplettbau [online]

KURZFASSUNG Ein Produktmodell ermöglicht den Datenaustausch zwischen Anwendungsprogrammen. Herkömmlichen EDV­Schnittstellen ist es durch seinen ganzheitlichen Ansatz überlegen: Einerseits ist es nicht auf enge Anwendungsgebiete beschränkt, sondern kann den gesamten Lebenszyklus eines Produktes, beispielsweise eines Bauwerkes, abdecken. Andererseits beschreibt es nicht lediglich bestimmte Eigenschaften des Bauwerkes, wie zum Beispiel dessen Geometrie, sondern behandelt die Bestandteile des Bauwerkes als ganzheitliche Objekte. Für das Bauwesen existieren Produktmodellstandards im Bereich der Ingenieurplanung zur Konstruktion und statischen Berechnung von Tragwerken in Stahl­ und Holzbauweise sowie im Bereich der Architekturplanung. Die Entwicklungen in diesen beiden Bereichen wurden bislang unabhängig voneinander vorangetrieben. In dieser Arbeit wird ein moderner Produktmodellstandard zum Datenaustausch für die Komplettbauplanung im Stahlbau entwickelt. Dies beinhaltet die Konstruktion der das Stahltragwerk ergänzenden Gewerke für Dach­ und Außenwandbekleidung in Elementbauweise, für den Ausbau von deren Öffnungen, für den Glasbau sowie die Schalplanung von grundlegenden Elementen des Stahlbetonbaus. Das Anwendungsgebiet des Modells betrifft nicht nur die unmittelbar an diesen Gewerken arbeitenden Konstrukteure, sondern auch Architekten und Planer anderer Ingenieurdisziplinen, beispielsweise der Bauphysik. Deshalb wird durch diese Arbeit nicht nur erstmals die Möglichkeit geschaffen, Ingenieurprogramme des Komplettbaus miteinander zu koppeln, sondern auch mit Programmen der Architekturplanung. Die Anforderungen an das Produktmodell sind dementsprechend vielfältig. Als Voruntersuchung werden die neuesten Technologien und Standards für die Spezifikation von Produktmodellen sowie der Entwicklungsstand der Software im Bauwesen betrachtet. Um bestehende Anbindungen von kommerzieller Software an die oben erwähnten, für das Bauwesen relevanten Produktmodelle und gegebenenfalls darin erprobte Ansätze zu nutzen, werden diese Modelle daraufhin untersucht, ob und wie das in dieser Arbeit zu entwickelnde Produktmodell mit ihnen harmonisiert werden kann. Außerdem werden die Anforderungen an das Modell aus Sicht der beteiligten Planer festgelegt. Dies betrifft die zu realisierenden Datenaustauschwege und die zu modellierenden Dateninhalte. Als Kernstück des Produktmodells wird ein Datenmodell in der formalen Sprache EXPRESS spezifiziert. Es ist nicht auf bestimmte Austauschszenarien festgelegt. Die für konkrete Austauschszenarien notwendigen Randbedingungen werden separat davon definiert. Diese Konstellation hat im Hinblick auf das breite Anwendungsgebiet des Modells den Vorteil, daß Randbedingungen für weitere Austauschszenarien bei Bedarf nachträglich aufgestellt werden können. Das Modell wird als Erweiterung der Industry Foundation Classes (IFC) definiert, einem Produktmodell, dessen geplantes Anwendungsgebiet das gesamte Bauwesen umfaßt. ABSTRACT A product model facilitates data exchange between application software. It is superior to conventional interfaces because of its global approach: On the one hand is its scope not necessarily limited to specific fields of application, but can cover the whole life cycle of a product, for example a building. On the other hand, a product model does not only represent certain properties of the building, like for instance its geometry, but treats the building\u27s elements as entire objects. Regarding the building industry, there are product model standards in the field of engineering for construction and structural analysis of steel and timber structures as well as in the field of architectural planning. Up to now the developments within these two fields have been carried out indepently. In this thesis an up­to­date product model standard is developed for exchanging data of the supplementary constructions "around" a building\u27s load­bearing steel structure. This comprises constructional data for roofing and walling with prefabricated elements, for openings and glazing as well as data for the layout of forms of basic concrete elements. The application of the model does not only concern the immediate designers of these constructions, but also architects and engineers of other disci­ plines, for instance building physics. Thus, not only the possibility of coupling engineering software for these constructions with each other is created, but also with software for architectural planning. Correspondingly, the requirements of the product model are manifold. As a preliminary investigation, the latest technologies and standards for specifying product models as well as the state of software for the building industry are regarded. In order to make use of existing implementations of the above mentioned pro­ duct models in commercial software, these models are examined with regard to wether the product model developed in this thesis can be harmonised with them. Furthermore, the requirements from the point of view of the user are constituted. This concerns the ways of data exchange to be realised and the data contents to be modelled. A data model is specified in the formal language EXPRESS as the core piece of the product model. It is not fixedly orientated towards rigid exchange scenarios. Instead, boundary conditions for specific exchange scenarios are defined separately. This constellation is appropriate for the model\u27s wide field of application, since boundary conditions for additional exchange scenarios can be defined afterwards if required. The product model is specified as an extension of the Industry Foundation Classes (IFC). The IFC are a product model the planned scope of which is the entire building industry

Erweiterung eines metamodell-basierten Generator-Frameworks zur Erzeugung von Yuellcode für eine mehrschichtige Client/Verver Architektur am Beispiel von J2EE

Die technische Infrastruktur in Client/Server Architekturen großer verteilter Anwendungen basiert oftmals auf mehreren Schichten mit immer wiederkehrenden Mustern, als Beispiel sei hier im Besonderen die Komponentenarchitektur von J2EE zu nennen. Die Implementierung dieser Infrastruktur nimmt viel Zeit in Anspruch und steht in den meisten Fällen in keinem Verhältnis zu ihrer intellektuellen Herausforderung an die Entwickler. Hier liegt es nahe, solcherlei Aufgaben durch einen generativen Ansatz zu lösen. Von vielen Ansätzen hat in den letzten Jahren der von der Object Management Group (OMG) spezifizierte Model Driven Architecture (MDA) Ansatz ein großes Interesse in der Fachwelt hervorgerufen, der über die reine Generierung von Code hinausgeht und gar eine Revolution in der Software-Entwicklung auslösen soll. Die Diplomarbeit beschäftigt sich zunächst mit den Spezifikationen, die MDA zugrunde liegen und führt dann über die Basistechnologien wie J2EE und der BMW Component Architecture zum Einsatz eines MDA konformen Generator-Frameworks, mit dessen Hilfe der praktische Einsatz getestet werden soll. Die Diplomarbeit beschreibt die Anpassung und die Möglichkeiten des Frameworks und setzt sie anhand zweier praktischer Beispiele aktueller Software-Projekte der Softlab GmbH im Bereich Supply Chain Management (SCM) ein. Ein Rückblick zum Ende der Diplomarbeit setzt sich mit den aufgetretenen Problematiken und Fallstricken, aber auch den Chancen von MDA kritisch auseinander und bewertet deren praktischen Nutzen. Der anschließende Ausblick gibt die persönliche Einschätzung des Autors über die zukünftige Entwicklung von MDA wieder und stellt einige weiterführende Ideen für Diplomarbeits-Themen vor