Ergebnisse und Forschungsbeitr

1
6.9.00, 905

• Ergebnisse undForschungsbeiträge

2

• Organisationsstrukturder Teilprojekte

3
Projektbereiche
Organisation
Projektbereich A SE-Labor
Projektbereich C Beschreibungs-techniken
Projektbereich B Generische Modelle und
Methodender Systementwicklung
Projektbereich D Prototypanwendungen
4

• ProzeßorientierteTeilprojektübersicht

5
Übersicht
Projektorganisation
Planung
Projektplan
Projektziele und-charakteristika
Prozesse
Ausführung und Umplanung
Problem
SW-Produkt
Projekt 1
Projekt n
Ablage
Wiederverwendung
Wiederverwendung
Erfahrungsorganisation
projektübergreifendeDaten
Ablage
Projektdatenbank 1
Projektdatenbank n
Erfahrungsdatenbank
6
Projektorganisation
Planung
Projektplan
Projektziele und-charakteristika
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
7
Prozeßplanung
Planung
Wieder-verwendung
Initiale Planung
Planing on-the-fly
umfassenderProjektplan
Prozesse
initiiertUmplanung
Plan-vorgaben
Aufwand
Projektmanagement
Problem
SW-Produkt
Qualitätssicherung
Fehler
Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch
undprojektübergreifend)
Ablage und Wiederverwendung
8
Referenzprozeß
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
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
9

• Teilprojekt A1SE-Labor

10
Einordnung A1
Planung
Wieder-verwendung
Initiale Planung
Planing on-the-fly
umfassenderProjektplan
Prozesse
A1
Plan-vorgaben
Aufwand
Projektmanagement
Problem
SW-Produkt
Qualitätssicherung
Fehler
Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch
undprojektübergreifend)
Referenzprozeß
Techniken
Ablage und Wiederverwendung

• SFB-EDB

• PlaST

SE-Labor

• Hardware

• Software

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

12
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
LinksAttributeBeziehungen
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.
EBManager
EBManagerAssistant
ProjectManager
QualityManager
Referenzprozeß
Techniken

• SFB-EDB

• PlaST

SE-Labor
Developer
Quality Manager Assistant

• Hardware

• Software

Guest
13
A1 - Techniken SCM mit PlaST
Planung
Ausführung
Projektplan
Experiment n
Mess-daten
Prozesse
Produkte
LL
Prozess-def.
Produkt-def.
Maß-def.
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-Schnitts
  telle

Referenzprozeß
Techniken

• SFB-EDB

• PlaST

SE-Labor

• Hardware

• Software

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
PC 1
PC 6
SUN Sparc 'sep1'
SUN E 250 'sep3'
X-Terminal 'xsep01'
X-Terminal 'xsep07'
Uni-Backbone
...
...
HardwarePlattform
PC Server
Referenzprozeß
Techniken

• SFB-EDB

• PlaST

PC 7
PC 12
SUN Sparc 'sep2'
SUN E 250 'sep4'
X-Terminal 'xsep08'
X-Terminal 'xsep14'
SE-Labor
...
...
...

• Hardware

• Software

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

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
• MoSTTextuelle Modellierung von MVP-L
  Prozessmodellen und statische Analysen
• ProTailGenerierung von maßgeschneiderten
  Prozessplänen
• PlaSTproProdOMo Produktorientierte
  Modellierung von EntwicklungsprozessenPlaST
  Umfassendes Software-Konfigurationsmanagement
• MILOSPlattform für die prozessgesteuerte
  Ausführung von Projekten

Techniken
A1
Referenzprozeß
Techniken

• SFB-EDB

• PlaST

SE-Labor

• Hardware

• Software

17
A1 - Softwareausstattung SE-Labor (2)

• Software-Entwicklungswerkzeuge
• Sammlung von Werkzeugen zur Softwareerstellung
• Beispiele
• DictToolWeb-basiertes, datenbank-gestütztes
  Projekt-Dictionary
• ILOG ViewsErstellung von Grafischen
  Benutzerschnittstellen (GUI Builder)
• Jave Developer Kit (JDK 1.2.2)Entwicklungsumgebu
  ng für JAVA Applikationen
• SDT / TAUSDL/MSC Entwicklungsumgebung für
  nebenläufige, verteilte Systeme
• STATEMATE MagnumAnforderungsorientierte
  Prototyp-Entwicklung auf der Basis von
  Statecharts
• StP-OMT/UMLCASE-Werkzeug zur Unterstützung der
  OMT und UML Prozesse

Techniken
A1
Referenzprozeß
Techniken

• SFB-EDB

• PlaST

SE-Labor

• Hardware

• Software

18

• Teilprojekt A2Integrierte Planungs- und
  Ausführungsumgebung

19
Einordnung A2
Prozesse
SW- Entwicklungs- Tools
Planungs- und Modellierungs- Werkzeuge
A2
Mess- Werkzeuge
Aufwand
Projektmanagement
Referenzprozeß
Techniken
Planung Abwick.
Architektur
Qualitätssicherung
Fehler
Evaluation
20
A2 - Techniken
Prozesse
A2
Integrierte Projektplanung und -abwicklung
MILOS Architektur Evaluation
Referenzprozeß
Techniken
Planung Abwick.
Architektur
Evaluation
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.

Donald

• Abwicklung mit MILOS
• Zugriff auf Dokumente über individuelleTo-Do-List
  en.
• Automatische Benachrichtigung über relevante
  Projektablauf-Ereignisse.
• (Teil-)automatische Aktualisierung des
  Projektzustands bei Planänderungen.
• Einbettung in das SE-Labor.

Dagmar
Referenzprozeß
Techniken
Planung Abwick.
Architektur
Evaluation
22
A2 - MILOS Architektur
Prozesse
A2
Referenzprozeß
Techniken
Planung Abwick.
Architektur
Evaluation
23
A2 - Evaluation
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

Referenzprozeß
Techniken
Planung Abwick.
Architektur
Evaluation
24

• Teilprojekt A3Datenbankunterstützung für
  Softwareentwicklungsprozesse

25
Einordnung A3
Projektorganisation
Planung
Projektplan
Projektziele und-charakteristika
Prozesse
Ausführung und Umplanung
Problem
SW-Produkt
A3
Projekt 1
Projekt n
Ablage
Wiederverwendung
Wiederverwendung
Erfahrungsorganisation
projektübergreifendeDaten
Ablage
Projektdatenbank 1
Projektdatenbank n
Erfahrungsdatenbank
Einordnung (EDB)
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
26
Techniken A3 Überblick

• Erweiterbarkeit / Tiefenintegration
• Nutzung verfügbarer Erweiterungsinfrastrukturen
• Konzeptualisierung geeigneter Erweiterungsinfrastr
  ukturen
• 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
OR - Benchmark
27
A3 EDB I (aktueller Prototyp)
Erfahrungsdatenverwaltung im SFB 501
HTTP-S
Web-Server
Web-Driver
Prozesse
(OR)DB-Server
A3
Generizität
Einordnung (EDB)
Metadaten
Techniken Überblick
EDB Login
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
28
A3 EDB II (Integration)
Integrierte Verwaltung von Erfahrungs-, Produkt-
und Prozesskontrolldaten
Erfahrungsdatenverwaltung
Prozesse
SFB-501 EDB
EAPI
Web-Interface
Prozess-kontrolle
EDB-Schema
A3
IM
EDE-Schema
Ablaufkontroll-datenschema
A
1
MILOS
1
CAPI
CV
1
1
xor
n
R
n
PDM
Produktdaten-verwaltung
Tool A
VM
A
1
1
Tool B
Einordnung (EDB)
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
PAPI Produktdaten-API PDM Produktdatenmodell ER
Erfahrungsrepräsentant IM Integrationsmodul
EAPI Erfahrungsdaten-API EDE Erfahrungsdatenein
trag R Repräsentation VM VirtualMediaCAPI (Pr
ozess-)Kontrolldaten-API CV Charakterisierungsve
ktor RDX Repräsentationsdeskriptor A Adapter
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
29
A3 VirtualMedia
Framework für Mediendatentypen mit
Transformationsunabhängigkeit

• Medienobjekt-Anfrage
• Erzeugen
• Anfordern
• Transformieren

ltVMDESCgt .. . lt/VMDESCgt
Entwicklungs-werkzeuge
Zugriffs-zertifikat
Prozesse
?
?
?
?
Anfrage-übersetzung
Anfragegraph-visualisierung
Anfragegraph-transformation
Instanziierungsservice
A3
?
?
Ressourcen-management
VM GraphOptimierung
Materialisierungs-management
Ressourcen-referenz
InstanziierbareVM Graphen
Medienfilter-referenz
Materialisierungs-graphen
Filtergraph
Einordnung (EDB)
?
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
Medienserver (-Verbund)
VirtualMedia
Referenzdatenbank
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
30
A3 SERUM
Generating Software-Engineering-Repositories
using UML Entwicklung von Datenhaltungskomponente
n mit generischen Methoden
Prozesse
A3
Einordnung (EDB)
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
31
Einordnung A3 (SERUM)
Erweiterter Referenzprozess
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Domänenwissen
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Anwendungswissen
Prototyp-Erstellung
A3
Entwurfswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Kontrollsystem-wissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kommunikations-systemwissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Datenhaltungs-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Datenhaltungs-system-Entwicklung
Betriebssystem-wissen
Datenhaltungssystem
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Einordnung (EDB)
Hardware-wissen
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
Hardware-Entwicklung
Hardware
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Koordinations-punkte
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
32
A3 ORIENT
Object-based Relationship Integration
ENvironmenT Durchgängige Unterstützung
semantischer Beziehungstypen
Prozesse
Aufgaben
Alternativen
präziseModellierung
A3
transparenteWartung
(OR)DBMS
(OR)DBMS
adäquateIntegration
Lückeungeschlossen
Erweiterbarkeitüberfordert
Kompromiss
Einordnung (EDB)
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
Problem Berücksichtigung spezifischer
Eigenschaften von Erweiterungen bei der internen
Verwaltung
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
33
A3 OR - Benchmark
Messung des Leistungsverhaltens von ORDBMS
Prozesse
A3
Einordnung (EDB)
Techniken Überblick
EDB I (Prototyp)
EDB II (Integration)
VirtualMedia
SERUM
Einordnung (SERUM)
ORIENT
OR - Benchmark
34

• Teilprojekt B1Generische Prozeßmodellierung

35
Einordnung B1
Planung
Projektplan
Entwickle Projektplan
Wieder-verwendung
Instrumentiere
Planing on-the-fly
umfassenderProjektplan
Prozesse
Entwickle Meßplan
Meßplan
initiiertUmplanung
Plan-vorgaben
B1
Aufwand
Projektmanagement
Problem
SW-Produkt
Qualitätssicherung
Fehler
Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch
undprojektübergreifend)
Einordnung
Methodik
Techniken
Ablage und Wiederverwendung
Experimente
36
B1 - Experimentiermethodik
1. Und 2. Förderperiode
Experimentelle Methodik
3. Förderperiode
1
6
4
5
3
2
Charakterisiere
Setze Ziele
Analysiere
Führe aus
Wähle Prozess
Sichere Erfahrungen
Prozesse
Werkzeug- unterstützung
Setze Ziele
Wähle Prozess
Führe aus
Generierung
Erstelle umfassenden Projektplan
Leitstand
SFB Erfahrungsdatenbank
B1
Umfassender Projektplan
Experiment- spezifischer Datenbereich
Experiment- übergreifender Datenbereich
Messplan
Prozessplan
Konfigurations- plan
Abwicklung
Messdaten
Entwürfe
...
Generierung
Plan- fragmente
Generierung
Mess- werkzeuge
Einordnung
Methodik
Fragebögen
Techniken
Experimente
37
B1 - Techniken

• Generierung von Prozessplänen
• 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) undAnpassung (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
38
Durchführung von Baseline- und Technologie-Experim
enten
Alternativ- Techniken evaluieren
Experimente
Technologie- Experimente (SFB-intern und extern)
B1
Verbesserte Techniken integrieren
Schwächen identifizieren
Baselining n1
Einordnung
Methodik
Techniken
Experimente
t
39

• Teilprojekt B2Flexible Planung von
  Entwicklungsprozessen

40
Einordnung B2
Planung
Wieder-verwendung
Initiale Planung
umfassenderProjektplan
Planverfeinerung
Planänderungen
Prozesse
initiiertUmplanung
Input
Plan-vorgaben
B2
Projektmanagement
Restart
Problem
SW-Produkt
Ausführungsunterstützung
Qualitätssicherung
Fehler
Erfahrungsdatenbank (projektspezifisch
undprojektübergreifend)
Referenzprozeß
Techniken
Ablage und Wiederverwendung
Change Impacts
Planungsoperatoren
Dom. Spec. Deps
41
B2 - Techniken
Prozesse
B2
Change Impact Analysis Planungsoperationen
Domänenspezifische Abhängigkeiten
Referenzprozeß
Techniken
Change Impacts
Planungsoperatoren
Dom. Spec. Deps
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
action
condition
event
Notification
Change Operation
Referenzprozeß
Techniken
ADD(c)
REPLACE(c)
DELETE(c)
Change Impacts
Planungsoperatoren
Dom. Spec. Deps
43
B2 - Planungsoperationen (Auszug)
Prozesse
B2
Referenzprozeß
Techniken
Change Impacts
Planungsoperatoren
Dom. Spec. Deps
44
B2 - Domänenspezifische Abhängigkeiten
DTD Meta- modelle
UML, SDL, ...
Dokumenten-Ebene
Prozesse
Entwurfs- methodologien, Design Patterns
Gebäudesteuerung, ...
Kontext-Ebene
B2
Prozess- charakteristiken
Implementation, Test, ...
Prozess-Ebene
WFE-Zustand, zugew. Aktoren
Situations-Ebene
Beispiele
Konzepte
Generierung
ECA-Regeln
Referenzprozeß
Techniken
Change Impacts
Planungsoperatoren
Dom. Spec. Deps
45

• Teilprojekt B4Generische Kommunikationssysteme

46
Einordnung B4
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Experimente
Problemspezifikation (Systemanforderungen)
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungs- wissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
B4
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations- systemwissen
Kommunikations- system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Referenzprozess
Hardware-Entwicklung
Hardware
Hardware-wissen
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Koordinations-produkte
Fallstudien
47
B4 - Techniken

• FOREST
• Erstellung formaler Problemspezifikationen mit
  musterbasiertem Prozessmodell
• SDL-Pattern-Ansatz
• Erstellung formaler SDL-Entwurfsspezifikationenmi
  t musterbasiertem Prozessmodell
• EnvGen
• Ergänzung des Cadvanced-Kodegenerators für SDL
  zur Anbindung an verschiedene Übertragungstechnolo
  gien, z.B. BSD-Sockets, CAN, ATM, UART
• Kommunikationstechnologien
• Maßschneiderung von Kommunikationshardware im
  Bereich Gebäudeautomation

Prozesse
Experimente
B4
Referenzprozess
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
48
B4/C1 - FOREST (1)

• Produktreferenzmodell
• Klassifikation von Phänomenen
• Unterscheidung von Maschine und Umgebung
• Kontrolle
• Sichtbarkeit
• Klassifikation von Aussagen
• indikativ
• optativ

Prozesse
Experimente
B4
C1
Referenzprozess
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
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
50
B4/C1 - FOREST (3)

• Anforderungsanalyse

Problembeschreibung
Prozesse
Experimente
( n 0 )
Anforderungsanalyse
Domänenwissen
mod. NLPS n
( n gt 0 )
Formalisierung
Anwendungswissen Pattern Pool
Kunden-Review
( n n 1 )
B4
PS n
NLPS n
C1
NL-Projektion
Referenzprozess
B4-Techniken
Problemspezifikation (Systemanforderungen)
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
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
SDL-Patterns
Analyse
Adaption
Analysemodell (Architektur und Kollaborationen)
Protokollentwurf
Patterninstanzen
SDL-Designspezifikation (Kontextmodell)
Komposition
Referenzprozess
SDL-Designspezifikation (komplett)
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
52
B4 - SDL-Pattern-Ansatz (2)

• SDL-Pattern-Pool

Prozesse
Experimente
B4
Referenzprozess
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
53
B4 - EnvGen

• Automatische Kodegenerierung

• Reales System
• Übertragungs-
• technologien
• QNX-IPC
• ATM
• CAN
• UART
• BSD-Sockets

Prozesse
Experimente
Cadvanced
Verhalten
Umgebungsfunktionen
gcc
B4
EnvGen
Lauffähiges System (QNX, Solaris, Linux )
Cadvanced - Implementierungsarchitektur (C-Code)
SDL-Spezifikation (SDL-Patterns)
Referenzprozess
B4-Techniken
FOREST
SDL
Technologien
Fallstudien
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

• Rauminterne Netzwerke
• geringe Ausdehnung
• geringes bis mittleres Verkehrsaufkommen
• insgesamt große Zahl von Knoten
• Realzeitfähigkeit
• z.B. UART-Bus

UART-Bus
Node
Node
Node
Node
Sensoren
Aktuatoren
Sensoren
Aktuatoren
Referenzprozess
B4-Techniken
FOREST
Umwelt
SDL
Technologien
Fallstudien
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
56
B4 - Fallstudien

• Integration der B4-Techniken
• 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 Anforderungsspezifikati
  on, 1996 steuerung
• SDL-Pattern und EnvGen
• ATM Reengineering eines ATM-Signalisierungsprotok
  olls 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
57

• Teilprojekt B5Generische Systemsoftware

58
Einordnung B5
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
B5
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Referenzprozeß
Hardware-wissen
Teilprozeß (1)
Teilprozeß (2)
Techniken
Koordinations-produkte
Zsmfsg Techniken
Entw.-Koordination
59
Teilprozeß B5 (Teil 1)
Anwendungsdesign in SDL
Anwendungsanforderungen
Betriebssystemwissen
Prozesse
statische / dynamischeSDL-Analyse
Anwendungscharakteristika
Erstellung DS-Profil
DS-Profil der LZPF
Menge bekannterLZPF-Architekturen
Design Spaces, ADLs, ...
B5
Wahl der LZPF-Architektur
Menge verfügbarerKomponenten
DS-Profile
Architektur der LZPF
Menge arch.-kompatiblerKomponenten
Entwurf der LZPF
DS-Profile der Komponenten
Referenzprozeß
Teilprozeß (1)
Teilprozeß (2)
Teil 2
Techniken
Zsmfsg Techniken
Entw.-Koordination
60
Teilprozeß B5 (Teil 2)
DS-Profile der Komp.
Architektur der LZPF
Menge arch.-kompatiblerKomponenten
Selektion
Prozesse
Komponentenselektion
Konfiguration
Parameterbelegung
ausgewählte generischeKomponente
Belegung der gen. Param.
ausgewählterElementarbaustein
B5
Iteration
Instanziierung
konventionellerKomponentenkode
Komposition
Kompatibilitätsprüfung
Anforderungen an Glue Code
Referenzprozeß
Erstellung von Glue Code
bisherige(s) Teilsystem(e)
maßgeschneiderte LZPF
Teilprozeß (1)
Teilprozeß (2)
Techniken
Zsmfsg Techniken
Entw.-Koordination
61
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
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

Prozesse
B5
Referenzprozeß
Teilprozeß (1)
Teilprozeß (2)
Techniken
Zsmfsg Techniken
Entw.-Koordination
63
Entwicklungskoordination

• gegenseitige Anforderungen
• Propagierung von Eigenschaften

Prozesse
erster Anwendungs-entwurf
Iteration desAnwendungsentwurfs
Abgleich /Konsolidierung
Abgleich /Konsolidierung
erster Komm.-systementwurf
initialesAnwendungsmodell
Iteration des Komm.-systementwurfs
erster Laufzeit-plattformentwurf
Iteration des Laufzeit-plattformentwurfs
B5

• evolutionärer Entwicklungsansatz

Wissenszuwachs
t
Referenzprozeß
gemeinsames Vorgehensmodell B4/B5
Teilprozeß (1)
Teilprozeß (2)
Techniken
Zsmfsg Techniken
Entw.-Koordination
64

• Teilprojekt B10Anwendungsentwicklung
  mitvorkonfektionierten Systemen

65
Einordnung B10
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
B10
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Referenzprozeß
Hardware-wissen
Produktlinien
Anw.-Entwicklung
Techniken
Koordinations-produkte
66
Produktlinienprozess
Anforderungs-Templates
Domain Engineering
Application Engineering
Domänen- analyse
Anforderungs- analyse
Prozesse
Architektur-Skelett
Domänen- modell
Anforderungs- beschreibung
System- design
Architektur- erstellung
Wiederverwendbare Code-Fragmente
B10
Referenz- Architektur
System- Architektur
Implementierung
Infrastruktur- implementierung
Referenzprozeß
Produktlinien
Anw.-Entwicklung
Techniken
67
Anwendungsentwicklung mit Core Systems
Anforderungs- analyse
RA
VS-Auswahl
CSS
Initialisierung desVS-spezifischen Prozesses
CPI
VS-basierteAnwendungs- entwicklung
D
Prozesse

• RealisierunganwendungsspezifischerFunktionalität
  
• Anpassung undIntegration wiederverwendbarerStru
  kturen und Produkte

Anwendung von E-SAAM und Design Spaces
CPI
B10
Entwurf eines spezifischenProzessplans
VS-spezifische Anforderungs- analyse
SRA
CSP
Referenzprozeß
Produktlinien
Anw.-Entwicklung
Techniken
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
69

• Teilprojekt B11Zuverlässige eingebettete Systeme

70
Einordnung B11
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
B11
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Referenzprozeß
Hardware-wissen
Prozeßunterstützung
Notlaufeigensch.
Koordinations-produkte
71
Prozeßunterstützung in B11
Betrachtung der Zuverlässigkeit hat Schwerpunkt
in der Design-Phase
Problemspezifikationnicht-funkt. funkt.
Prozesse
Anforderungsanalyse
Systemanforderungennicht-funkt. funkt.
Zielplattform
Partitionierung / Mapping
Inkl. OS, CS
B11
System-Design(verteiltes System)
Betrachtungnicht-funkt. Eigenschaften
Design und Implementierung(Betriebs-/Kommunikatio
nssystem)
Implementierung(Anwendung)
Referenzprozeß
Prozeßunterstützung
Notlaufeigensch.
72
B11 Notlaufeigenschaften
Prozesse
B11
Erhöhung der Zuverlässigkeit durch schrittweise
Ersetzung von Systemfunktionalitäten durch
Notlaufeigenschaften.
Referenzprozeß
Prozeßunterstützung
Notlaufeigensch.
73

• Teilprojekt B12Stratified Component Frameworks

74
Einordnung B12
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
B12
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Einordnung
Hardware-wissen
Teilprozeß
Techniken
Refinement
Koordinations-produkte
Stratification
75
Teilprozeß B12
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungFrameworkentwurf
Iteration
Entwurfswissen
Framework Entwurf
ausführbaresSystem
Instancetest
Iteration
Stratified Framework
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
B12
Kontrollsystem
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Instantiation
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Einordnung
Hardware-wissen
Teilprozeß
Hardware
Techniken
ProductLine Model
Refinement
Koordinations-produkte
Stratification
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
77
B12-Techniken (Interaction Refinement)
Prozesse
Interaction M
Y
X
Level N
Refined Interaction M
Y

B12
X
A
B
Level N1
Einordnung
Teilprozeß
Techniken
Refinement
Stratification
78
B12-Techniken (Stratification)
High-level application level
Prozesse
Control level
Communication System level
B12

Einordnung
Teilprozeß
System software level
Techniken
Refinement
Stratification
79

• Teilprojekt C1Formale Beschreibungstechniken

80
Einordnung C1
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
C1
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Prozesseinordnung
Hardware-wissen
Verfeinerung
Überblick
Techniken
Koordinations-produkte
Inhaltsmodelle
Produktmodelle
Werkzeuge/Fallst.
81
B4/C1 Prozessmodell (Verfeinerung)

Anwendungswissen
n1 n1
n 1
Anforderungsanalyse
Prozesse
Diskussionsprotokoll
ngt1
nein
Einigung erreicht?
ja
ngt1
Vorläufige formale Problemspezifikation
C1
Formale Problemspezifikation (Systemanforderungen)
Prozesseinordnung
Verfeinerung
Überblick
Techniken
Inhaltsmodelle
Produktmodelle
Werkzeuge/Fallst.
82
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.
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.
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.
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)
• Mathematisch präzise Definition der Syntax und
  Semantik
• 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.
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, Verkehrsbeeinflussungsa
  nlagen
• Verteilte ASMs
• Verteilte Terminierung, formale Semantik von SDL
• Analyse
• Simulator für Wärmefluss in Gebäuden

Prozesse
C1
Prozesseinordnung
Verfeinerung
Überblick
Techniken
Inhaltsmodelle
Produktmodelle
Werkzeuge/Fallst.
87

• Teilprojekt D1Anwendungssystem Gebäude

88
Einordnung D1
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
D1
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Prozesseinordnung
Hardware-wissen
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Koordinations-produkte
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
89
Prozeßunterstützung in D1Anforderungsanalyse
Problem-beschreibung
Prozesse
Flexibilität durch Workflow-Ansatz
Objektstruktur-Spezifikation
Anforderungs-beschreibung
Task-Beschreibung
Testfall-entwicklung
Anforderungs-modellierung
D1
Prototyp-erstellung
Prozesseinordnung
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
90
Prozeßunterstützung in D1Workflows
Prozesse
D1
Prozesseinordnung
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
91
Prozeßunterstützung in D1Produktmodell
isTypeOf
m
n
1
Prozesse
realizedBy
n
1
1
aggregates
implements
n
n
n
n
1
1
testedBy
realizedBy
1
m
uses
has
m
n
n
uses
D1
n
m
type
n
1
1
Prozesseinordnung
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
92
D1 - Prototyping
SFB-Referenzprozeß
Teilprozess 1
Teilprozess 1
Teilprozeß 1
Prozesse
DASM (Dyn. Analyse)
PartiGen
ProtoEnv
ProtoGen
Interlink
D1
MOOSE / PSiGene
Prozesseinordnung
Testfeld
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
93
D1 ExperimentierumgebungSimulation, Testfeld
Verteilter Prototyp
Umgebung
Prototyp P1
ProtoCtrl
Interlink
Prozesse
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
94
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
D1
Prozesseinordnung
Anf.analyse
Workflows
Produktmodell
Prototyping
Exp.umgebung
Techniken
95

• Teilprojekt D2Wiederverwendbare
  Regelungsalgorithmen

96
Einordnung D2
Problembeschreibung
benutztesSystem
Test im Betrieb
Prototyp
Prototyptest
Installation
Anforderungsanalyse
Prozesse
Systemanforderungen
benutzbaresSystem
Systemtest
Domänenwissen
Prototyp-Erstellung
Anwendungswissen
System-Erstellung
ErstellungSystementwurf
Entwurfswissen
Systementwurf
ausführbaresSystem
Integrationstest
Kontrollsystem-wissen
Kontrollsystem-Entwicklung
Kontrollsystem
Systemintegration
Kommunikations-systemwissen
Kommunikations-system-Entwicklung
Komm.-system
D2
Betriebssystem-wissen
Betriebssystem-Entwicklung
Betriebssystem
Hardware-Entwicklung
Hardware
Prozesseinordnung
Hardware-wissen
Alg.entwicklung
Modellbildung
Modelle
Koordinations-produkte
Bibliotheken
Beispiele
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
98
D2 Objektorientierte mathematische Modellbildung
Erstellung eines Differential algebraischen Gleich
ungssystems DAE
Dymola
Objektdiagramm
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 Differentialgleichu
  ngen

verwendet ausschließlich

• Schnittstellenvariablen, lokale Variablen

Sortieren und rekursives Auflösen des
DAE-Systems Eliminieren der Schnittstellenvariable
n
. . .
Verbindungslinien drücken aus

• Potentialvariablen u1u2.....
• Flußvariablen

Sortiertes DAE-System
D2

Prozesseinordnung
Alg.entwicklung
1) Berechnung konsistenter Anfangswerte 2)
Numerische Integration
T C
Modellbildung
Simulation
Modelle
Bibliotheken
Time
Beispiele
99
D2 Gebäudemodelle
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
S20cm
D2
S10cm
Vererbung
S5cm
Prozesseinordnung
Alg.entwicklung
Modellbildung
Modelle
t d
Wandstärke S
Bibliotheken
Beispiele
100
D2 Komponentenbibliotheken
Wärmetransportprozesse W-Leitung,
W-Übergang, W-Strahlung Wärmespeicher
Stein, Luft, Wasser, Radiatorkörper,... Wandmode
lle 1 Schicht, 2 Schicht,... Raummodelle
mit/ohne Strahlungsaustausch, mit/ohne
Fenster,... Fußbodenheizung Inkl.
P-,Pl-,2Punkt,Thermostatregler,... Radiatoren
Inkl. P-,Pl-,2Punkt,Thermostatregler,... Wette
rmodelle analytische Funktion,
Wetterdatenleser,... Sensoren
Adapterelemente,...
Gebäude
Schnittstelle cutT/j
TTemperatur 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 cutT,P,q TTemperatur
PDruck q Volumenstrom
D2
Prozesseinordnung
Alg.entwicklung
Modellbildung
Modelle
Bibliotheken
Beispiele
101
D2 Bibliothek Simulationsmodell-Prototypen
1 Raum Häuser
1 Raum Haus mit Sonnenfenster Fußbodenheizung Mis
cherregelung nach der Raumtemperatur Kesselregelun
g 2 Punkt-Hystereseregler Sollwert
außentemperaturgesteuert
Fensterloses 1 Raum Haus Elektrischer
Heizlütter Raumthermostat mit Störgrößenaufschalt
ung Als Störgröße dient die Außentemperatur
2 Raum Häuser
Prozesse
Fensterloses 2 Raum Haus Radiatorenheizung
Radiatoren parallel geschaltet Einzelraumthermos
tate Kesselregelung 2 Punkt-Hystereseregler
2 Raum Haus mit Sonnenfenster Fußbodenheizung
Einzelelemente in Reihe geschaltet Einzelraumthe
rmostate Mischerregelung nach Stellung der
Raumthermostate Kesselregelung 2
Punkt-Hystereseregler
10 Raum Häuser
D2
Prozesseinordnung
Fensterloses 10 Raum Haus Radiatorenheizung
Radiatoren in Reihe