Ergebnisse und Forschungsbeiträge

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1 Ergebnisse und Forschungsbeiträge
6.9.00, 9:05 Ergebnisse und Forschungsbeiträge

2 Organisationsstruktur der Teilprojekte

3 Projektbereiche Projektbereich A Projektbereich C Projektbereich B
Organisation Projektbereich A SE-Labor Projektbereich C Beschreibungs- techniken Projektbereich B Generische Modelle und Methoden der Systementwicklung Projektbereich D Prototypanwendungen Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

4 Prozeßorientierte Teilprojektübersicht

5 Übersicht Projektorganisation Erfahrungsorganisation
Projektziele und -charakteristika Planung Projektplan Prozesse Problem Ausführung und Umplanung SW-Produkt Projekt 1 Projekt n Wiederverwendung Wiederverwendung Ablage Erfahrungsorganisation projektübergreifende Daten Ablage Projektdatenbank 1 Erfahrungsdatenbank Projektdatenbank n Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

6 Projektziele und -charakteristika
Projektorganisation Projektziele und -charakteristika Planung Projektplan Prozesse Projektmanagement Problembeschr. benutztes System B-Anforderungen benutzbares System E-Anforderungen ausführb. System Problem SW-Produkt Systementwurf Komp-Anforderungen ausführb. Komp. Komp-Entwurf Kode Qualitätssicherung Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

7 Prozeßplanung Planung Wieder- verwendung initiiert Umplanung
Initiale Planung umfassender Projektplan „Planing on-the-fly“ Prozesse initiiert Umplanung Plan- vorgaben Projektmanagement Aufwand Problem SW-Produkt Qualitätssicherung Fehler Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch und projektübergreifend) Ablage und Wiederverwendung Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

8 Referenzprozeß Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Koordinations- produkte Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

9 Teilprojekt A1 SE-Labor

10 Einordnung A1 Planung Wieder- verwendung Plan- vorgaben Aufwand Fehler
Initiale Planung umfassender Projektplan „Planing on-the-fly“ Prozesse A1 Plan- vorgaben Projektmanagement Aufwand Problem SW-Produkt Qualitätssicherung Fehler Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch und projektübergreifend) Referenzprozeß Techniken SFB-EDB Ablage und Wiederverwendung PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

11 A1 - Techniken (Übersicht)
SFB 501 Erfahrungsdatenbank (SFB-EDB) Systematische Dokumentation der durchgeführten Experimente im SE-Labor Aufbereitung und zentrale Ablage von externem und durch Experimente im SFB 501 gewonnenem Erfahrungswissen Unterstützung bei der Durchführung neuer Experimente durch Bereitstellung von existierendem Erfahrungswissen in der Planungs- und Durchführungsphase Konfigurationsmanagement mit PlaST Umfassende Verwaltung von Artefakten (Entwicklungsprodukte, Messdaten, Prozesse) und Konfigurationen zur Unterstützung der Experimentdurchführung Zusätzlich verwendete Techniken: SFB 501 Experimentiermethodik Methodische Unterstützung bei der Planung und Durchführung von Experimenten im SE-Labor anhand der in B1 entwickelten Methodik Zielorientierte Erfassung von Meßdaten Definition von Messzielen und Ableitung von Maßen nach dem Goal-Question-Metrics- Ansatz zur quantitativen Analyse von Experimenten im SE-Labor Techniken A1 Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

12 Quality Manager Assistant
A1 - Techniken: SFB-EDB Erfahrung SFB-EDB Rollenkonzept: Integrierte Verwaltung von Projekt- und Wiederverwendungsdaten: In Bearbeitung befindliche Projektdaten können gesperrt werden Getrennte Zugriffsrechte auf Mess- und Projektdaten (laufender Projekte) Benutzer-definierbare hierarchische Zugriffsstruktur über maßgeschneiderte Schnittstellen Charakterisierungs- vektor Techniken Erfahrungselement Repräsentation(en) Links Attribute Beziehungen A1 Charakterisierungsvektor-Konzept: Trennung zwischen Erfahrungsdaten und beschreibenden Meta-Daten Ermöglicht beliebig viele, heterogene Repräsentationen eines Erfahrungselements Setzt Erfahrungselemente zueinander in (semantische) Beziehungen Auf den Erfahrungselement-Typ angepaßtes Set von beschreibenden Attributen DB Admin. EB Manager EB Manager Assistant Project Manager Quality Manager Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Developer Quality Manager Assistant Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge Guest

13 A1 - Techniken: SCM mit PlaST
Planung Ausführung Projektplan Experiment n Mess-daten Prozess-def. Produkt-def. Maß-def. Prozesse Produkte LL Techniken A1 PlaST-Server PlaST-ProdOMo SFB-EDB Gemeinsame Planung Integration von Produkt- und Prozessplanung Produktmodell Ressourcen (Werkzeugbindung) Zugriffsrechte (Lesen, Schreiben) Zustandsmodell Automatisierte Konsistenzprüfung des Plans Umfassende Verwaltung Verwaltung von Produkten, Konfigurationen Prozessen Messdaten, Erfahrungen (Lessons Learned) Prozessabhängige Steuerung Graphische (GUI) und textuelle API-Client-Schnittstelle Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

14 A1 - Infrastrukturangebot SE-Labor
Techniken Prozessmaschine Plattform- Werkzeuge Planungswerkzeuge Analysewerkzeuge A1 Software- Entwicklungs- werkzeuge Anforderungs- werkzeuge Test- werkzeuge Compiler Experiment- übergreifender Datenbereich (OWS) Experiment- spezifischer Datenbereich (ESS) SFB-EDB SUN Sparc 'sep1' SUN E 250 'sep3' X-Terminal 'xsep01' X-Terminal 'xsep07' PC 1 PC 6 ... Uni-Backbone ... Hardware Plattform Referenzprozeß PC Server Techniken SFB-EDB PlaST SUN Sparc 'sep2' SUN E 250 'sep4' X-Terminal 'xsep08' X-Terminal 'xsep14' PC 7 PC 12 SE-Labor Hardware ... ... ... Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

15 A1 - Hardwareausstattung SE-Labor
Hardware Plattform: Rechner 2 SUN SS 20 Rechner (sep1 & sep2) 2 SUN E 250 Rechner (sep3 & sep4) 16 PC-Arbeitsplätze -verteilt auf die einzelnen Arbeitsgruppen -verbunden über das Uni-Backbone 1 PC-Server (Pentium III 450 MHz) (MILOS-Server) Terminals 14 NCD Dialogstationen (Standort: SE-Labor Gebäude 48) Techniken A1 Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

16 A1 - Softwareausstattung SE-Labor (1)
Plattform-Werkzeuge: Sammlung von Werkzeugen zur Unterstützung des Verbesserungsprozesses Beispiele: GQM Aspect & Planner: (Textuelle) Erstellung und Wartung von GQM-Plänen MoST: Textuelle Modellierung von MVP-L Prozessmodellen und statische Analysen ProTail: Generierung von maßgeschneiderten Prozessplänen PlaSTpro: ProdOMo: Produktorientierte Modellierung von Entwicklungsprozessen PlaST: Umfassendes Software-Konfigurationsmanagement MILOS: Plattform für die prozessgesteuerte Ausführung von Projekten Techniken A1 Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

17 A1 - Softwareausstattung SE-Labor (2)
Software-Entwicklungswerkzeuge: Sammlung von Werkzeugen zur Softwareerstellung Beispiele: DictTool: Web-basiertes, datenbank-gestütztes Projekt-Dictionary ILOG Views: Erstellung von Grafischen Benutzerschnittstellen (GUI Builder) Jave Developer Kit (JDK 1.2.2): Entwicklungsumgebung für JAVA Applikationen SDT / TAU: SDL/MSC Entwicklungsumgebung für nebenläufige, verteilte Systeme STATEMATE Magnum: Anforderungsorientierte Prototyp-Entwicklung auf der Basis von Statecharts StP-OMT/UML: CASE-Werkzeug zur Unterstützung der OMT und UML Prozesse Techniken A1 Referenzprozeß Techniken SFB-EDB PlaST SE-Labor Hardware Software Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

18 Teilprojekt A2 Integrierte Planungs- und Ausführungsumgebung

19 umfassender Projektplan
Einordnung A2 Planung Initiale Planung umfassender Projektplan Planverfeinerung Planänderungen Prozesse SW- Entwicklungs- Tools Planungs- und Modellierungs- Werkzeuge A2 MILOS Project Plan Management Workflow Mess- Werkzeuge Projektmanagement Aufwand Referenzprozeß Techniken Planung & Abwick. Architektur Qualitätssicherung Fehler Evaluation Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

20 A2 - Techniken Integrierte Projektplanung und -abwicklung
MILOS Project Plan Management Workflow Prozesse A2 Integrierte Projektplanung und -abwicklung MILOS Architektur Evaluation Referenzprozeß Techniken Planung & Abwick. Architektur Evaluation Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

21 A2 - Integrierte Projektplanung und -abwicklung
Prozesse Planer A2 Planung/Umplanung mit MILOS Prozessmodell-basierte Planung. Automatische Benachrichtigung betroffener Bearbeiter. Anbindung eines kommerziellen Planungs-Werkzeugs. To do: Input Documents: Output Documents: Komponenten-Kode bearbeiten Komponenten- Designdokument Komponenten- Sourcecode ... Donald To do: Input Documents: Output Documents: Komponenten-Kode Qualitätsanalyse Komponenten- Sourcecode Qualitätsanalyse- Ergebnisdokument ... Qualitätsanalyse- Anforderungsdokument MILOS Project Plan Management Workflow Abwicklung mit MILOS Zugriff auf Dokumente über individuelle To-Do-Listen. Automatische Benachrichtigung über relevante Projektablauf-Ereignisse. (Teil-)automatische Aktualisierung des Projektzustands bei Planänderungen. Einbettung in das SE-Labor. Referenzprozeß Dagmar Techniken Planung & Abwick. Architektur Evaluation Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

22 A2 - MILOS Architektur A2 Prozesse
Referenzprozeß Techniken Planung & Abwick. Architektur Evaluation Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

23 Gefahren der internen Validität Gefahren der externen Validität
A2 - Evaluation Fallstudien Kontrollierte Experimente Projektplan Experiment-Entwurf Erfassungsbögen Messbögen Fragebögen Prozesse A2 Gefahren der internen Validität Kein Einfluss auf zwischenzeitliches Geschehen Reifung verändert das Ergebnis über die Zeit Testen kann Teilnehmer sensibilisieren Falsche Auswahl der Teilnehmer gefährdet Ergebnis Unterschiedliche Instrumentierung verfälscht Ergebnis Zeitbegrenzung limitiert Umfang der Untersuchung MILOS ist ein Prototyp Gefahren der externen Validität Repräsentativität der Subjekte des SW-Entwicklungsprojekts der Umplanungen Reaktive Umwelteinflüsse Einflüsse aufgrund des Experimentierstatuses GQM-Plan Analysen Bewertung von MILOS bezüglich des Nutzens für technisch- und management-orientierte Rollen Referenzprozeß Techniken Planung & Abwick. Architektur Evaluation Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

24 Teilprojekt A3 Datenbankunterstützung für Softwareentwicklungsprozesse

25 Einordnung A3 Projektorganisation Erfahrungsorganisation A3
Projektziele und -charakteristika Planung Projektplan Prozesse Problem Ausführung und Umplanung SW-Produkt A3 Projekt 1 Projekt n Wiederverwendung Wiederverwendung Ablage Erfahrungsorganisation projektübergreifende Daten Ablage Projektdatenbank 1 Erfahrungsdatenbank Projektdatenbank n Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

26 Techniken A3: Überblick
Erweiterbarkeit / Tiefenintegration Nutzung verfügbarer Erweiterungsinfrastrukturen Konzeptualisierung geeigneter Erweiterungsinfrastrukturen Erstellung von Regeln zur sinnvollen Nutzung von Erweiterbarkeit Konzeptualisierung eines Multimedia-Frameworks Mediendatentypen, Transformationsunabhängigkeit Techniken der Entwicklung von (OR)DB-Anwendungen UML, Code-Generierung, Integration externer Daten Konzeptualisierung eines Datenmodells Semantische Beziehungstypen Benchmarking Evaluierung von ORDBMS Prozesse EDB A3 VirtualMedia SERUM ORIENT OR-Benchmark Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

27 A3: EDB I (aktueller Prototyp)
Erfahrungsdatenverwaltung im SFB 501 Browser HTTP-S Web-Server Web-Driver Prozesse (OR)DB-Server A3 UDFs: Web-Explode Erfahrungs- und Produktdatenmanipulation Ähnlichkeitssuche Benutzer-/Rollenverwaltung Autorisierung/Sicherheit Ausprägungen von (U)DTs: HTML-Templates Erfahrungs- und Produktdaten in heterogenen Formaten beschreibende Daten (CVs) Verwaltungsdaten X2 ('Extreme Extending') Re-Engineering? Regeln für sinnvolle Nutzung von Erweiterbarkeit? Generizität Einordnung (EDB) Techniken: Überblick Metadaten EDB I (Prototyp) EDB Login EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

28 A3: EDB II (Integration)
Integrierte Verwaltung von Erfahrungs-, Produkt- und Prozesskontrolldaten Browser Erfahrungsdatenverwaltung Prozesse SFB-501 EDB EAPI Web-Interface Prozess- kontrolle EDB-Schema A3 Ablaufkontroll- datenschema IM EDE-Schema A MILOS CAPI 1 1 CV ER 1 1 {xor} n R PDM n Produktdaten- verwaltung Tool A VM A 1 1 PAPI Tool B RDX Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) PAPI: Produktdaten-API PDM: Produktdatenmodell ER: Erfahrungsrepräsentant IM: Integrationsmodul EAPI: Erfahrungsdaten-API EDE: Erfahrungsdateneintrag R: Repräsentation VM: VirtualMedia CAPI: (Prozess-)Kontrolldaten-API CV: Charakterisierungsvektor RDX: Repräsentationsdeskriptor A: Adapter EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

29 A3: VirtualMedia Framework für Mediendatentypen mit Transformationsunabhängigkeit Medienobjekt-Anfrage Erzeugen Anfordern Transformieren <VMDESC> . . . </VMDESC> Entwicklungs- werkzeuge Zugriffs- zertifikat Prozesse     Instanziierungsservice Anfrage- übersetzung Anfragegraph- transformation Anfragegraph- visualisierung A3   Ressourcen- management VM Graph Optimierung Materialisierungs- management Filtergraph Ressourcen- referenz Instanziierbare VM Graphen Medienfilter- referenz Materialisierungs- graphen Einordnung (EDB)  Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia Medienserver (-Verbund) Referenzdatenbank SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

30 A3: SERUM Generating Software-Engineering-Repositories using UML:
Entwicklung von Datenhaltungskomponenten mit generischen Methoden SERUM Framework UML- Repository Pattern Template Mapping  spezifizieren  verfeinern  konfigurieren CSCW Werkzeuge CAx Werkzeuge SE Werkzeuge Anwender Generierte API Generische API Repository-Server UML- Modell Modell- Abbildung Produkt- daten SERUM Generator  generieren ORDBMS SERUM Werkzeuge Prozesse A3 Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

31 Einordnung A3 (SERUM) Erweiterter Referenzprozess A3 Prozesse
Problembeschreibung Test im Betrieb benutztes System Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Prozesse Domänenwissen Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Anwendungswissen Prototyp-Erstellung A3 Entwurfswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Kontrollsystem- wissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kommunikations- systemwissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Datenhaltungs- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Datenhaltungs- system-Entwicklung Datenhaltungssystem Einordnung (EDB) Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Hardware- wissen Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) Hardware- Entwicklung Hardware VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) Koordinations- punkte ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

32 A3: ORIENT Object-based Relationship Integration ENvironmenT: Aufgaben
Durchgängige Unterstützung semantischer Beziehungstypen Prozesse Aufgaben Alternativen A3 präzise Modellierung Abbildung semantische Anreicherung DataBlade- Ansatz semantische Anreicherung Tiefen- integration semantische Anreicherung transparente Wartung (OR)DBMS (OR)DBMS (OR)DBMS adäquate Integration Lücke ungeschlossen Erweiterbarkeit überfordert Kompromiss Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia Problem: Berücksichtigung spezifischer Eigenschaften von Erweiterungen bei der internen Verwaltung SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

33 A3: OR - Benchmark Last- generator Messtreiber Daten- Generator
Messung des Leistungsverhaltens von ORDBMS Last- generator Messtreiber Daten- Generator Klassensystem (Abbildungs- schicht) Messdaten- erfassung (O)RDBMS Anfrage- Spezifikation Parameter C++-Wrapper CLI Quantifizieren der 'Einsetzbarkeit' von ORDBMS als persistente Objektsysteme (POS) Nutzung der Erweiterbarkeit zur Integration von POS-Funktionalität SQL Prozesse A3 Einordnung (EDB) Techniken: Überblick EDB I (Prototyp) EDB II (Integration) VirtualMedia SERUM Einordnung (SERUM) ORIENT Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge OR - Benchmark

34 Teilprojekt B1 Generische Prozeßmodellierung

35 Einordnung B1 Planung Wieder- verwendung initiiert Umplanung
Entwickle Projektplan Projektplan Wieder- verwendung Instrumentiere umfassender Projektplan „Planing on-the-fly“ Prozesse Entwickle Meßplan Meßplan initiiert Umplanung B1 Plan- vorgaben Projektmanagement Aufwand Problem SW-Produkt Qualitätssicherung Fehler Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch und projektübergreifend) Einordnung Methodik Techniken Ablage und Wiederverwendung Experimente Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

36 B1 - Experimentiermethodik
1. Und 2. Förderperiode Experimentelle Methodik 3. Förderperiode 1 2 3 4 5 6 Charakterisiere Setze Ziele Wähle Prozess Führe aus Analysiere Sichere Erfahrungen Prozesse Werkzeug- unterstützung Generierung Setze Ziele Wähle Prozess Führe aus SFB Erfahrungsdatenbank Erstelle umfassenden Projektplan Leitstand B1 Experiment- spezifischer Datenbereich Experiment- übergreifender Datenbereich Umfassender Projektplan Messplan Prozessplan Konfigurations- plan Abwicklung Messdaten Entwürfe ... Plan- fragmente Generierung Generierung Einordnung Mess- werkzeuge Methodik Techniken Fragebögen Experimente Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

37 B1 - Techniken Generierung von Prozessplänen Messplanung
Definition von Projektzielen und -charakteristika (GQM) Explizite Beschreibung wiederverwendbarer Prozessmodelle (MVP-L, Spearmint, MILOS) Kontextorientierte Ablage von Prozessmodellen (CRM, Prozessmuster) Ziel und kontextorientierte Kombination (Komposition) und Anpassung (Transformation) von Prozessmustern Integration in Prozessplan (MVM) Werkzeuge: ProTail, GEM, MoST, MVPsim, MVP-S, Pamela Messplanung Parametrisierte Zieldefinition (Ziel-Templates), Interviews (Abstraction Sheets) Zielorientierte Ableitung von Maßen (GQM-Pläne) Wartung von Messplänen (Auswirkungsanalyse für Änderungen) Werkzeuge: GQMplanner, GQMaspect, MPT Experimentelle Methodik Experimentiermethodik (QIP) SE-Rahmenarchitektur zur Realisierung des QIP (EF) Prozesse B1 Einordnung Methodik Techniken Experimente Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

38 Durchführung von Baseline- und Technologie-Experimenten
Produkt Mess- datum Motiviert Prozess messen Alternativ- Techniken evaluieren Experimente Technologie- Experimente (SFB-intern und extern) B1 Verbesserte Techniken integrieren Schwächen identifizieren Baselining n Baselining n+1 Einordnung Methodik Techniken Experimente t Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

39 Teilprojekt B2 Flexible Planung von Entwicklungsprozessen

40 Einordnung B2 Planung Wieder- verwendung initiiert Umplanung
Initiale Planung umfassender Projektplan Planverfeinerung Planänderungen Prozesse initiiert Umplanung Input B2 Plan- vorgaben Projektmanagement Restart Problem SW-Produkt Ausführungsunterstützung Qualitätssicherung Fehler Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch und projektübergreifend) Referenzprozeß Techniken Change Impacts Ablage und Wiederverwendung Planungsoperatoren Dom. Spec. Deps Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

41 B2 - Techniken Change Impact Analysis Planungsoperationen
Projekt n Planung Ausführung und Umplanung Projektplan Projektziele und -charakteristika Problem SW-Produkt Projekt 1 projektübergreifende Daten Projektdatenbank 1 Projektdatenbank n Projektorganisation Erfahrungsorganisation Ablage Wiederverwendung Erfahrungsdatenbank Prozesse B2 Change Impact Analysis Planungsoperationen Domänenspezifische Abhängigkeiten Referenzprozeß Techniken Change Impacts Planungsoperatoren Dom. Spec. Deps Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

42 B2 - Change Impact Analysis
Zur Repräsentation von Abhängigkeiten werden Event-Condition-Action-Regeln (ECA-Regeln) verwendet. Ein Event wird durch Anwendung einer Änderungsoperation (change operation) ausgelöst und durch das Netz der ECA-Regeln propagiert. Eine Änderungsoperation entspricht dem Hinzufügen, Löschen oder dem Ersetzen eines Fakts aus der Projekt-Wissensbasis. Jede mit dem propagierten Event assoziierte ECA-Regel löst die für sie definierte Aktion (action) aus, falls ihr Bedingungsteil (condition) erfüllt ist. Eine Aktion kann entweder selbst wieder eine Änderungsoperation sein, oder eine Benachrichtigung (notification) beinhalten. Prozesse B2 IF CONDITION THEN event condition action Notification Change Operation Referenzprozeß Techniken Change Impacts ADD(c) DELETE(c) REPLACE(c) Planungsoperatoren Dom. Spec. Deps Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

43 B2 - Planungsoperationen (Auszug)
Prozesse B2 Referenzprozeß Techniken Change Impacts Planungsoperatoren Dom. Spec. Deps Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

44 B2 - Domänenspezifische Abhängigkeiten
DTD Meta- modelle Semantik eines Dokuments in einem best. Format mögliche Änderungen in diesem Dokument UML, SDL, ... Prozesse Dokumenten-Ebene Entwurfs- methodologien, Design Patterns Verfeinerung der Semantik eines Dokuments spezialisiert oder abstrahiert mögliche Änderungen Gebäudesteuerung, ... Kontext-Ebene B2 Prozess- charakteristiken Definition relevanter Änderungen für den jeweiligen Prozess Implementation, Test, ... Prozess-Ebene situationsspezifische Merkmale, wie zugewiesener Agent, momentaner Stand des Projekts etc. WFE-Zustand, zugew. Aktoren Dokument Design (UML) Testfälle in Entwickle Java Implementiere in Java Testtreiber Implemen tation mentation Doku- Test- Designdokument ungsdoku- Anforder- ment Situations-Ebene Beispiele Konzepte Generierung ECA-Regeln Referenzprozeß Techniken Change Impacts Planungsoperatoren Dom. Spec. Deps Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

45 Teilprojekt B4 Generische Kommunikationssysteme

46 Einordnung B4 B4 Prozesse Experimente Domänenwissen
Problembeschreibung Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Experimente Problemspezifikation (Systemanforderungen) Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungs- wissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung B4 Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Referenzprozess Hardware- Entwicklung Hardware B4-Techniken Hardware- wissen FOREST SDL Technologien Koordinations- produkte Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

47 B4 - Techniken FOREST SDL-Pattern-Ansatz EnvGen
Erstellung formaler Problemspezifikationen mit musterbasiertem Prozessmodell SDL-Pattern-Ansatz Erstellung formaler SDL-Entwurfsspezifikationen mit musterbasiertem Prozessmodell EnvGen Ergänzung des Cadvanced-Kodegenerators für SDL zur Anbindung an verschiedene Übertragungstechnologien, z.B. BSD-Sockets, CAN, ATM, UART Kommunikationstechnologien Maßschneiderung von Kommunikationshardware im Bereich Gebäudeautomation Prozesse Experimente B4 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

48 Maschinenspezifikation Anforderungsspezifikation
B4/C1 - FOREST (1) Produktreferenzmodell Klassifikation von Phänomenen: Unterscheidung von Maschine und Umgebung Kontrolle Sichtbarkeit Klassifikation von Aussagen: indikativ optativ Prozesse Experimente B4 Maschinenspezifikation Anforderungsspezifikation Domänenwissen indikativ optativ Umgebung Maschine und Umgebung Maschine Sichtbarkeit C1 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

49 B4/C1 - FOREST (2) Instanziierung des Referenzmodells
Temporale Realzeit-Logik Abbildung auf natürliche Sprache Objekt-orientierte Konzepte Klassenbildung Aggregation Vererbung Parametrisierung Wiederverwendung Klassenbibliotheken Requirement Pattern Pool Prozesse Experimente B4 C1 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

50 B4/C1 - FOREST (3) Anforderungsanalyse B4 C1 Prozesse Experimente
Problembeschreibung Prozesse Experimente ( n : = 0 ) Domänenwissen Anforderungsanalyse ( n > 0 ) mod. NLPS n Anwendungswissen Pattern Pool Formalisierung Kunden-Review B4 ( n : = n + 1 ) PS n NLPS n C1 NL-Projektion Referenzprozess B4-Techniken FOREST Problemspezifikation (Systemanforderungen) SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

51 B4 - SDL-Pattern-Ansatz (1)
Prozessmodell Prozesse Kommunikationsanforderungen (komplett) Experimente Domänenwissen Partitionierung SDL-Pattern Pool Selektion Kommunikationsanforderungen (Untermenge) Name Intent Motivation Structure Message Scenario SDL-Fragment Synt. Embedding Rules Semantic Properties Refinement Cooperative Usage B4 Analyse SDL-Patterns Analysemodell (Architektur und Kollaborationen) Adaption Protokollentwurf Patterninstanzen SDL-Designspezifikation (Kontextmodell) Komposition Referenzprozess B4-Techniken SDL-Designspezifikation (komplett) FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

52 B4 - SDL-Pattern-Ansatz (2)
SDL-Pattern-Pool Prozesse Experimente EFSM RequestAutomaton_A startRequest request waitForReply sendRequest receiveReply trigger < ... > specializes Automaton_A 'decision'  A1  reply_ n endRequest_ * ReplyAutomaton_B receiveRequest Automaton_B A2 sendReply startReply endReply _  reply B4 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

53 Cadvanced - Implementierungsarchitektur
B4 - EnvGen Automatische Kodegenerierung Prozesse Reales System Übertragungs- technologien: QNX-IPC ATM CAN UART BSD-Sockets Experimente Cadvanced Verhalten Umgebungsfunktionen gcc B4 EnvGen SDL-Spezifikation (SDL-Patterns) Cadvanced - Implementierungsarchitektur (C-Code) Lauffähiges System (QNX, Solaris, Linux ) Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

54 B4 - Kommunikationstechnologien (1)
Maßgeschneiderte Kommunikationstechnologie hierarchische Kommunikationssysteme unterschiedliche Anforderungen auf den einzelnen Ebenen maßgeschneiderte Lösungen für die jeweiligen Anwendungsfelder Prozesse Experimente TCP/IP Gebäude-/Campus-Netzwerk große Ausdehnung mittleres bis hohes Verkehrsaufkommen insgesamt geringe Zahl von Knoten z.B. TCP/IP auf Ethernet, ATM, ... Router Gebäude CAN-Bus Stockwerk-/Flur-Netzwerke mittlere Ausdehnung mittleres Verkehrsaufkommen insgesamt mittlere Zahl von Knoten Realzeitfähigkeit z.B. CAN-Bus B4 Router Router Raum Raum UART-Bus Rauminterne Netzwerke geringe Ausdehnung geringes bis mittleres Verkehrsaufkommen insgesamt große Zahl von Knoten Realzeitfähigkeit z.B. UART-Bus Node Node Node Node Referenzprozess Sensoren Aktuatoren Sensoren Aktuatoren B4-Techniken FOREST Umwelt SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

55 B4 - Kommunikationstechnologien (2)
Der UART-Bus Kommunikationssystem für rauminterne Vernetzung Neuentwicklung einer maßgeschneiderten Übertragungstechnologie für rauminterne Kommunikation Ziel: ressourcen- und kostenoptimale Lösung Maßgeschneiderte Kommunikationshardware Eindraht-Bus Knoten basierend auf Standard Microcontrollern (80C51) Einfaches Businterface Stromversorgung der Knoten über die Busverkabelung Maßgeschneidertes Kommunikationsprotokoll Modellierung bis auf Bitübertragungsebene Echtzeiteigenschaften, Busarbitrierung Prozesse Experimente B4 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

56 B4 - Fallstudien Integration der B4-Techniken FOREST
SILICON Entwicklung eines Lichtkontrollsystems anhand eines physischen Modells, 2000 FOREST LC-JUCS FOREST-Problemspezifikation einer Lichtsteuerung für das J.UCS Special Issue, 1999 LC-DAG FOREST-Problemspezifikation einer Lichtsteuerung für das Dagstuhl-Seminar, 1999 LTC-B Variante von LTC-A für ein Praktikum, 1999 LTC-A FOREST-Problemspezifikation für ein Licht- und Temperaturkontrollsystem 1998 Temperatur- Musterbasierte Anforderungsspezifikation, steuerung SDL-Pattern und EnvGen ATM Reengineering eines ATM-Signalisierungsprotokolls mit SDL-Patterns, 1999 CAN Entwicklung eines Kommunikationssubsystems für CAN mit SDL-Patterns 1997/98 RTP Reengineering von RTP mit SDL-Patterns 1997/98 IPv6 Reengineering von IPv6 mit SDL-Patterns 1997/98 ST2+ Reengineering von ST2+ mit SDL-Patterns 1997 Inverses Pendel Verteilte Simulation und Visualisierung eines inversen Pendels, 1996/97 Prozesse B4 Referenzprozess B4-Techniken FOREST SDL Technologien Fallstudien Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

57 Teilprojekt B5 Generische Systemsoftware

58 Einordnung B5 B5 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung B5 Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Referenzprozeß Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Teilprozeß (1) Teilprozeß (2) Techniken Zsmfsg Techniken Koordinations- produkte Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

59 Teilprozeß B5 (Teil 1) B5 Betriebssystemwissen Anwendungsdesign in SDL
Anwendungsanforderungen Prozesse statische / dynamische SDL-Analyse Anwendungscharakteristika Erstellung DS-Profil Menge bekannter LZPF-Architekturen DS-Profil der LZPF Design Spaces, ADLs, ... B5 Menge verfügbarer Komponenten Wahl der LZPF-Architektur DS-Profile Architektur der LZPF Menge arch.-kompatibler Komponenten Entwurf der LZPF DS-Profile der Komponenten Referenzprozeß Teilprozeß (1) Teilprozeß (2) Techniken Teil 2 Zsmfsg Techniken Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

60 Teilprozeß B5 (Teil 2) Iteration B5 Selektion Prozesse Konfiguration
Architektur der LZPF DS-Profile der Komp. Menge arch.-kompatibler Komponenten Selektion Prozesse Komponentenselektion Konfiguration ausgewählte generische Komponente Parameterbelegung ausgewählter Elementarbaustein Belegung der gen. Param. B5 Iteration konventioneller Komponentenkode Instanziierung Komposition Kompatibilitätsprüfung Anforderungen an „Glue Code“ Referenzprozeß Teilprozeß (1) maßgeschneiderte LZPF Erstellung von „Glue Code“ bisherige(s) Teilsystem(e) Teilprozeß (2) Techniken Zsmfsg Techniken Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

61 Anforderungserfassung
B5-Techniken Problembeschreibung Systemanforderungen Systementwurf Architekturzentrierung Konzept generischer Komp. Komponentenbeschreibungen Prozesse Design-Spaces als Templates SDL-Überspezifikation SDL-Parsing Anforderungserfassung Design-Regeln zur Komp.-auswahl Komponenten-Retrieval mit DS Architekturen B5 gen. Komp. Generatortechniken Design-Regeln zur Konfiguration Design Spaces Referenzprozeß Teilprozeß (1) Teilprozeß (2) Komp.beschr. Techniken Zsmfsg Techniken Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

62 Zusammenfassung B5-Techniken
architekturbasierte Komponententechnologie Kopplung von Komponenten-Reuse an Architekturen Generik Konzept der generischen Komponenten / generischen Parameter Generatortechniken automatische Kodeauswahl / -modifikation / -erzeugung Eigenschaftsbeschreibungen (VA-APIs) Beschreibungsrahmen für funktionale und nichtfunktionale Eigenschaften Anforderungserfassung und -beschreibung teilautomatische Erfassung von Anforderungen an die Laufzeitplattform Komponenten-Retrieval-Techniken Design Spaces zum werkzeuggestützten Auffinden passender Komponenten Design-Regeln semi-formale Regeln zur Abbildung von Anforderungen auf Lösungsstrukturen Prozesse B5 Referenzprozeß Teilprozeß (1) Teilprozeß (2) Techniken Zsmfsg Techniken Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

63 Entwicklungskoordination
gegenseitige Anforderungen Propagierung von Eigenschaften Prozesse erster Anwendungs- entwurf Iteration des Anwendungsentwurfs initiales Anwendungsmodell erster Komm.- systementwurf Abgleich / Konsolidierung Iteration des Komm.- systementwurfs Abgleich / Konsolidierung erster Laufzeit- plattformentwurf Iteration des Laufzeit- plattformentwurfs B5 evolutionärer Entwicklungsansatz Wissenszuwachs t Referenzprozeß Teilprozeß (1) gemeinsames Vorgehensmodell B4/B5 Teilprozeß (2) Techniken Zsmfsg Techniken Entw.-Koordination Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

64 Teilprojekt B10 Anwendungsentwicklung mit vorkonfektionierten Systemen

65 Einordnung B10 B10 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System B10 Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Referenzprozeß Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Produktlinien Anw.-Entwicklung Techniken Koordinations- produkte Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

66 Produktlinienprozess
Anforderungs-Templates Domain Engineering Application Engineering Prozesse Domänen- analyse Anforderungs- analyse Architektur-Skelett Domänen- modell Anforderungs- beschreibung Architektur- erstellung System- design B10 Wiederverwendbare Code-Fragmente Referenz- Architektur System- Architektur Infrastruktur- implementierung Implementierung Referenzprozeß Produktlinien Anw.-Entwicklung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

67 Anwendungsentwicklung mit Core Systems
Anforderungs- analyse RA VS-Auswahl CSS Initialisierung des VS-spezifischen Prozesses CPI VS-basierte Anwendungs- entwicklung D Prozesse Realisierung anwendungsspezifischer Funktionalität Anpassung und Integration wiederverwendbarer Strukturen und Produkte Anwendung von E-SAAM und Design Spaces B10 CPI VS-spezifische Anforderungs- analyse SRA Entwurf eines spezifischen Prozessplans CSP Referenzprozeß Produktlinien Anw.-Entwicklung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

68 B10-Techniken Wiederverwendung von Architekturen
architekturbasierte Wiederverwendung wiederverwendbare Assets im Kontext einer bestimmten Architektur Architekturbeschreibung Architekturanalyse Szenariobasierte Validierung von Architekturen im Anwendungskontext Analyse wiederverwendbarer Produkte Beschreibung von Core Systems Beschreibungsrahmen für die Beschreibung vorhandener Teile Definition der variablen Bereiche Domänenmodellierung Domänenanalysemethode zur systematischen Modellierung einer Domäne Zusammenfassung von Fachbegriffen in Dictionaries Anforderungserfassung und -beschreibung Design Space basierte Featuremodellierung Abbildung von Anforderungen auf Elemente eines Core Systems Prozesse B10 Referenzprozeß Produktlinien Anw.-Entwicklung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

69 Teilprojekt B11 Zuverlässige eingebettete Systeme

70 Einordnung B11 B11 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System B11 Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Referenzprozeß Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Prozeßunterstützung Notlaufeigensch. Koordinations- produkte Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

71 Prozeßunterstützung in B11
Betrachtung der Zuverlässigkeit hat Schwerpunkt in der Design-Phase Problemspezifikation nicht-funkt. | funkt. Prozesse Anforderungsanalyse Systemanforderungen nicht-funkt. | funkt. Zielplattform Partitionierung / Mapping B11 Inkl. OS, CS Betrachtung nicht-funkt. Eigenschaften System-Design (verteiltes System) Design und Implementierung (Betriebs-/Kommunikationssystem) Evaluation Implementierung (Anwendung) Referenzprozeß Prozeßunterstützung Notlaufeigensch. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

72 B11: Notlaufeigenschaften
Prozeß Normalbetrieb Handbetrieb automatisierungstechnische Schutzeinrichtungen sonstige Schutzeinrichtungen Minimalbetrieb ... Prozesse B11 Erhöhung der Zuverlässigkeit durch schrittweise Ersetzung von Systemfunktionalitäten durch Notlaufeigenschaften. Referenzprozeß Prozeßunterstützung Notlaufeigensch. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

73 Teilprojekt B12 Stratified Component Frameworks

74 Einordnung B12 B12 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen B12 Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Einordnung Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Teilprozeß Techniken Refinement Stratification Koordinations- produkte Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

75 Teilprozeß B12 Iteration Iteration B12 Prozesse Domänenwissen
Problembeschreibung Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Frameworkentwurf System-Erstellung Iteration Entwurfswissen Framework Entwurf Instancetest ausführbares System Iteration Stratified Framework Kontrollsystem- wissen B12 Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Instantiation Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Einordnung Hardware- Entwicklung Hardware- wissen Teilprozeß Techniken Hardware Refinement ProductLine Model Stratification Koordinations- produkte Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

76 + + B12-Techniken Overview Single-system development techniques
Architecture-centric component technology Generic components and parameters Architecture and Design patterns Product-Line oriented frameworks Variation and commonality modeling Product scoping Component-based frameworks Stratification Interaction refinement Architecture level distillation Prozesse + B12 + Einordnung Teilprozeß Techniken Refinement Stratification Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

77 B12-Techniken (Interaction Refinement)
Prozesse Interaction M X Y Level N Refined Interaction M B12 X ’ Y A B Level N+1 Einordnung Teilprozeß Techniken Refinement Stratification Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

78 B12-Techniken (Stratification)
High-level application level Prozesse Control level Communication System level B12 … Einordnung Teilprozeß System software level Techniken Refinement Stratification Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

79 Teilprojekt C1 Formale Beschreibungstechniken

80 Einordnung C1 C1 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen C1 Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Prozesseinordnung Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Koordinations- produkte Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

81 B4/C1: Prozessmodell (Verfeinerung)
Natürlichsprachliche Problembeschreibung Anwendungswissen n ≥ 1 n:=1 n≥1 Prozesse Anforderungsanalyse Erstellen einer formalen Problemspezifikation n>1 Diskussionsprotokoll nein Einigung erreicht? ja n>1 Diskussion zwischen Kunde, Domänenexperte und Entwickler Vorläufige formale Problemspezifikation C1 Prozesseinordnung Formale Problemspezifikation (Systemanforderungen) Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

82  Entwicklung eines Referenzmodells
C1: Überblick Prozesse Ziel: Verbesserung des praktischen Einsatzes formaler Beschreibungstechniken Fokus: Verhalten großer, reaktiver Systeme  Entwicklung eines Referenzmodells  Unterstützung anderer Teil- und Querschnittsprojekte C1 Prozesseinordnung Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

83 C1: Techniken zur Erstellung eines Referenzmodells
Inhaltsmodelle Mathematisch präzise Erfassung des Inhalts eines Dokuments Welche Informationen muss ein Dokument enthalten? Welche Bedingungen müssen diese Informationen erfüllen? Mathematisch präzise Erfassung der Beziehungen zwischen Dokumenten Produktmodelle Untersuchung formaler Beschreibungstechniken zur Repräsentation der Inhalte und Beziehungen Kombination von Beschreibungstechniken Erweiterung von Beschreibungstechniken Analyse von Beschreibungstechniken Prozessmodelle und Werkzeuge Vorgehensweisen und Hilfsmittel zur Erstellung und Analyse von Dokumenten Prozesse C1 Prozesseinordnung Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

84 C1: Inhaltsmodelle Referenzmodell für Problemspezifikationen (mit B4)
Aufteilung eines Systems in Umgebung und Maschine Klassifikation von Phänomenen (Sichtbarkeit und Kontrolle) Klassifikation von Aussagen (indikative  optative): Anforderungsspezifikation Domänenwissen Maschinenspezifikation Semantische Bedingungen, zum Beispiel: Domänenwissen Maschinenspezifikation sind konsistent Domänenwissen Maschinenspezifikation Anforderungsspezifikation Referenzmodell für Entwurfsspezifikationen (geplant) Prozesse ⋃ ⊨ C1 Prozesseinordnung Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

85 C1: Produktmodelle Kombination von Beschreibungstechniken
TLA (eigenschaftsorientiert) und statecharts (modellorientiert) Mathematisch präzise Definition der Syntax und Semantik Untersuchung von Konsistenzbedingungen Erweiterung von Beschreibungstechniken Realzeit-Temporallogik und (objektorientierte) Strukturierungskonzepte (Modularisierung, Aggregation, Vererbung, Parametrisierung) Instanziierung des Referenzmodells für Problemspezifikationen Basis-Beschreibungstechnik des FOREST-Ansatzes (mit B4) Grundlage für die Beschreibung des Domänenmodells im SFB Verteilte ASMs Verfeinerung Verifikation Analyse von Beschreibungstechniken Kriterienkatalog Prozesse C1 Prozesseinordnung Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

86 C1: Werkzeuge und Fallstudien
Werkzeug xforest Eingabe natürlichsprachlicher und formaler Problemspezifikationen Erstellen verschiedener Verfolgbarkeitsrelationen Analyse syntaktischer und semantischer Eigenschaften Fallstudien Kombination TLA und statecharts: Liftsystem, Ampelanlage, Produktionszelle FOREST-Ansatz: Gebäudeautomationssysteme, Verkehrsbeeinflussungsanlagen Verteilte ASMs Verteilte Terminierung, formale Semantik von SDL Analyse Simulator für Wärmefluss in Gebäuden Prozesse C1 Prozesseinordnung Verfeinerung Überblick Techniken Inhaltsmodelle Produktmodelle Werkzeuge/Fallst. Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

87 Teilprojekt D1 Anwendungssystem Gebäude

88 Einordnung D1 D1 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system D1 Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Prozesseinordnung Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Koordinations- produkte Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

89 Prozeßunterstützung in D1 Anforderungsanalyse
Problem- beschreibung Prozesse Flexibilität durch Workflow-Ansatz Gebäude- beschreibung Projekt- Dictionary Needs Objektstruktur- Spezifikation Anforderungs- beschreibung Task- Beschreibung Verifikation Objekttyp Objektstruktur Task-Liste Testfall- entwicklung Verifikation Anforderungs- modellierung Testfälle D1 Verifikation SDL-Objekt Prototyp- erstellung Prototyp Prozesseinordnung Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

90 Prozeßunterstützung in D1 Workflows
Problem- beschreibung Objekt- struktur- Spezifikation Anforderungs- beschreibung Anforderungs- modellierung Test des Prototyps Phasen Kalenderzeit Workflows Problembeschreibung Objektstruktur-Spezifikation Anforderungsbeschreibung Anforderungsmodellierung Überprüfung Prozesse D1 Prozesseinordnung Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

91 Prozeßunterstützung in D1 Produktmodell
Requirement ControlObjectType Instantiation m isTypeOf n Prozesse 1 realizedBy 1 1 n aggregates n n implements Need Task Signal n 1 n 1 testedBy realizedBy m 1 TestCase Strategy m uses has n SignalUsage Parameter n uses D1 n m Attribute Datatype type Prozesseinordnung n 1 1 Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

92 D1 - Prototyping ProtoEnv SFB-Referenzprozeß Teilprozess 1
Ausführbares SDL-Modell Prozesse DASM (Dyn. Analyse) PartiGen ProtoEnv SDL-Modell M1 ProtoGen Prototyp P1 Produkt- daten MSC JavaPanel Interlink D1 Prozesseinordnung MOOSE / PSiGene BSim 32/4 Testfeld Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

93 D1 – Experimentierumgebung Simulation, Testfeld
Verteilter Prototyp Umgebung Prototyp P1 Prozesse ProtoCtrl Interlink Reales Gebäude Kontrollsystem Gebäudesimulator ... Prototyp Pn Beliebige Kombination von Simulation und realer Testumgebung als zu steuerndes System. Verteiltes Prototyp-Kontrollsystem wird über Socket-Schnittstelle (Komponente ProtoCtrl) an Umgebung angebunden. Abbildung der Sensoren/Aktuatoren des Kontrollsystems auf ihre Gegenspieler im Simulator oder realer Testumgebung durch Komponente Interlink. D1 Prozesseinordnung Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

94 Prototyp-Generierung Angepaßte Simulation Wiederverwendung
D1-Techniken Formale Modellierung Erlaubt durchgängigen Werkzeugeinsatz (z.B. Editoren, Analysen, Generatoren) Prototyp-Generierung Verwendung kommerzieller Codegeneratoren (SDT) Angepaßte Simulation Co-Entwicklung des Steuerungssystems und des „Umgebungssimulators“ Wiederverwendung Reuse von Artefakten Einsatz eines Dictionaries Prozesse Template Library Development Products Reuse Library Dictionaries Wiederverwendung D1 Prozesseinordnung Anf.analyse Workflows Produktmodell Prototyping Exp.umgebung Techniken Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

95 Teilprojekt D2 Wiederverwendbare Regelungsalgorithmen

96 Einordnung D2 D2 Prozesse Domänenwissen Problembeschreibung
Test im Betrieb benutztes System Prozesse Anforderungsanalyse Prototyptest Prototyp Installation Systemanforderungen Systemtest benutzbares System Domänenwissen Prototyp-Erstellung Anwendungswissen Erstellung Systementwurf System-Erstellung Entwurfswissen Systementwurf Integrationstest ausführbares System Kontrollsystem- wissen Kontrollsystem- Entwicklung Kontrollsystem Systemintegration Kommunikations- systemwissen Kommunikations- system-Entwicklung Komm.-system D2 Betriebssystem- wissen Betriebssystem- Entwicklung Betriebssystem Prozesseinordnung Hardware- Entwicklung Hardware Hardware- wissen Alg.entwicklung Modellbildung Modelle Bibliotheken Koordinations- produkte Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

97 D2 Generische modellbasierte Algoritmenentwicklung
Entwurf von Regelungs-und Steuerungsalgorithmen Mathematische Modellbildung Prozesse Modellbibliothek Komponentenmodelle [DAEs] Regeln zur Selektion/Adaption/Komposition Implementierungsunabhängig Reuse-unterstützend, objektorientiert Algorithmenbibliothek Algorithmen Regeln zur Selektion/Adaption/Komposition Implementierungsunabhängig Reuse-unterstützend, objektorientiert simulative Validierung Validierung Selektion, Adaption, Komposition Reale Welt Aktuelle Konfiguration D2 Aktorik Sensorik Lauffähiger Code Prozesseinordnung Komplexes Softwaresystem Alg.entwicklung Modellbildung Modelle Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

98 D2 Objektorientierte mathematische Modellbildung
Erstellung eines Differential algebraischen Gleichungssystems [DAE] Objektdiagramm Dymola graphische Darstellung von: 0 = f ( , x, y , u , p , t) x [t] Zustände u [t] Eingänge y [t] Variablen (Ausgänge) p Parameter Komponenten Schnittstellen Verbindungslinien Prozesse Jede Komponente besteht aus: Sammeln aller Komponentengleichungen Verbindungsgleichungen anderen Komponenten algebraischen Gleichungen oder Differentialgleichungen verwendet ausschließlich: Schnittstellenvariablen, lokale Variablen Sortieren und rekursives Auflösen des DAE-Systems Eliminieren der Schnittstellenvariablen . . . Verbindungslinien drücken aus: Potentialvariablen u1=u2=..... Flußvariablen D2 Sortiertes DAE-System Prozesseinordnung Alg.entwicklung Modellbildung T [C] 1) Berechnung konsistenter Anfangswerte 2) Numerische Integration Simulation Modelle Bibliotheken Beispiele Time Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

99 D2 Gebäudemodelle D2 Simulationsmodell Schnittstelle cut (T/j)
Potentialvariable T, T1 = ... = T n Flußvariable j, Prozesse Aggregation Simulation Wärmetransportelemente nicht wärmespeichernd Wärmeknoten T [C] Außentemp. Raumlufttemp. Wärmespeicher Stein Wärmeleitung Wärmespeicher Luft Wärmeübergang S=20cm D2 Vererbung S=10cm Außentemperaturverlauf Prozesseinordnung S=5cm Alg.entwicklung Modellbildung Modelle Wandstärke S t [d] Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

100 D2 Komponentenbibliotheken
Wärmetransportprozesse [W-Leitung, W-Übergang, W-Strahlung] Wärmespeicher [Stein, Luft, Wasser, Radiatorkörper,...] Wandmodelle [1 Schicht, 2 Schicht,...] Raummodelle [mit/ohne Strahlungsaustausch, mit/ohne Fenster,...] Fußbodenheizung [Inkl. P-,Pl-,2Punkt,Thermostatregler,...] Radiatoren Wettermodelle [analytische Funktion, Wetterdatenleser,...] Sensoren [Adapterelemente,...] Gebäude Schnittstelle cut[T/j] T:Temperatur j: Wärmestrom Prozesse Rohre [mit/ohne Wärmverlust, einfacher Durchgang, Verzweigungen...] Pumpen [konstante Druckdifferenz, konstanter Volumenstrom, reale Pumpe...] Ventile [Auf/zu- Ventile, 3-/4-Wegeventile, mit/ohne Motor,...] Heizkessel [mit/ohne interne Regelung,...] Sensoren [Temperatur, Druck...] Hydraulik Schnittstelle cut[T,P,q] T:Temperatur P:Druck q: Volumenstrom D2 Prozesseinordnung Alg.entwicklung Modellbildung Modelle Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

101 D2 Bibliothek [Simulationsmodell-Prototypen]
1 Raum Häuser 1 Raum Haus mit Sonnenfenster Fußbodenheizung Mischerregelung nach der Raumtemperatur Kesselregelung 2 Punkt-Hystereseregler [Sollwert außentemperaturgesteuert] Fensterloses 1 Raum Haus Elektrischer Heizlütter Raumthermostat mit Störgrößenaufschaltung [Als Störgröße dient die Außentemperatur] 2 Raum Häuser Prozesse Fensterloses 2 Raum Haus Radiatorenheizung [Radiatoren parallel geschaltet] Einzelraumthermostate Kesselregelung 2 Punkt-Hystereseregler 2 Raum Haus mit Sonnenfenster Fußbodenheizung [Einzelelemente in Reihe geschaltet] Einzelraumthermostate Mischerregelung nach Stellung der Raumthermostate Kesselregelung 2 Punkt-Hystereseregler 10 Raum Häuser D2 Prozesseinordnung Alg.entwicklung Fensterloses 10 Raum Haus Radiatorenheizung [ Radiatoren in Reihe gechaltet] Einzelraumthermostate Kesselregelung 2 Punkt-Hystereseregler 10 Raum Haus mit Sonnenfenster Fußbodenheizung [Einzelelemente parallel geschaltet] Einzelraumthermostate Führungsraumregelung des Mischers Kesselregelung 2 Punk-Hystereseregler Modellbildung Modelle Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

102 D2 Anwendungsbeispiel 1 Raum Holzhaus
Simulationsmodell Anwendungsbeispiel Prozesse Sollwertsprung Nach 4h wird die Soll-Raumluft-Temperatur plötzlich von 180C auf 200C angehoben Abtastintervalle [1s,1 min, 10min] Nach 2h wird die Soll-Raumluft-Temperatur plötzlich von 160C auf 200C angehoben Technik Elektro-Heizung [Heizlüfter] 10min 1 min 1 s Temperatur[ 0C] Zeit [h] Zeit [h] P=UI= KW Raumthermostat Diskreter PID-Abtast-Regler Massive temporäre Störung Nach 4h wird die Außentemperatur plötzlich von 160C auf -100C abgesenkt Betriebsartenumschaltung Nach 4h wird von der Betriebsart Automatik auf Hand (uout=1) für die Dauer von 1h umgeschaltet D2 PID-Kernalgorithmus [rekursiv] Glättung D-Anteil, Anti-Windup-Reset Betriebsartenumschalter [Auto/Hand] Temperatur[ 0C] Prozesseinordnung Alg.entwicklung Modellbildung Zeit [h] Zeit [h] Modelle Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

103 D2 Anwendungsbeispiel 2 Raum Haus
Warmwasserzentralheizung Validierung der Wärmeverteilungsprozesse T Dymola = T TNSYS Prozesse Technik Fenstermodelle Einlesen der Wetterdaten Fußbodenheizung Vorlauftemp.-Regelung Aktor: Mischer [Pl] Einzelraumtemp.-Regelung Aktor: Raumventil [Pl] Kesseltemp.-Regelung Aktor: Brenner [2 Punkt] T [C] Dymola Fußbodentemp. Temperaturen im Heizungssystem Temperaturen in den Baustrukturen TRNSYS Fußbodentemp. T [C] T[C] [1.Tag] Kesseltemp [1.Tag] TRNSYS Raumlufttemp. D2 Fußbodentemp. Dymola Raumlufttemp. Vorlauftemp. Nach dem Mischer TRNSYS Deckentemp. Prozesseinordnung Raumlufttemp. Dymola Deckentemp. Alg.entwicklung Fußbodentemp. Decke Innentemp. 24h 24h Modellbildung 24h Decke Außentemp. Modelle t[s] t[s] t[s] Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

104 D2 Anwendungsbeispiel 10 Raum Haus
Kesselttemperaturregelung [1.Betriebsstunde] Aufheizphase [2 Punkt 60C-65C] Anwendungsbeispiel Warmwasserzentralheizung T [C] Kesseltemp Radiatorköpertemp. Prozesse Technik Radiatoren in Reihe 3 Wegeventil mit Bypass Kesselbrenner t[h] Aktorik Radiatorventil [1.Betriebstag] [2 Punkt 21C-21.5C] Aufheizphase Raumthermostat Einzelraumtemperaturregelung [2 Punkt] Brennertemperaturregelung t[h] Simulationsmodell Aktorik Brenner und Radiatorventil [von der 16. bis zur 17. Stunde] [Beides 2 Punktregler, Schaltpunkte wie oben] Aufheizphase [1.Betriebsstunde] Betrieb [1.Betriebstag] Erhöhter W-Bedarf Brenner T[C] T[C] Raumlufttemp. D2 Raumlufttemp. Innenwandtemp. Außenwandtemp. Radiatorventil Prozesseinordnung Innenwandtemp. Außenlufttemp.Süd Alg.entwicklung t[h] Modellbildung Außenlufttemp. ca.-5C Modelle t[h] t[h] Bibliotheken Beispiele Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge

105 Experiment-Sicht

106 Durchführung von Baseline- und Technologie-Experimenten
Produkt Mess- datum Motiviert Prozess messen Alternativ- Techniken evaluieren Experimente Technologie- Experimente (SFB-intern und extern) B1 Verbesserte Techniken integrieren Schwächen identifizieren Baselining n Baselining n+1 Einordnung Methodik Techniken Experimente t Sonderforschungsbereich Ergebnisse und Forschungsbeiträge