Kein Folientitel

Bauinformatik
Vertiefte Grundlagen
Systemtheorie
5. Semester
5. Vorlesung
Formalisierte Kommunikation
Prof. Dr.-Ing.
R. J. Scherer
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TU Dresden - Institut für Bauinformatik
Nürnberger Str. 31a
2. OG, Raum 204
Allgemeiner Prozess einer
ingenieurmäßigen Systembetrachtung
1. Systembetrachtung
Grobe Definition von Zweck, Funktion, Prozessen und Verhalten
Formale Repräsentation des Systems (IDEF0) auf hoher Ebene
2. Systemobjektmodell = Datenstruktur = {O, R}
basierend auf einem Metamodell (= O-O-Modell / E-R-Modell)
Entwicklung eines Datenmodells als O-O-/E-R-Schema
3. Implementierung des Schemas in einer Software
Umsetzen in ein vereinfachtes E-R-Modell
Implementieren in MS ACCESS
4. Instanziierung eines Ingenieurmodells
= Konfiguration des domänenspezifischen Ingenieurmodells aus dem Datenmodell
5. Numerisches Programm zur Berechnung des Systemverhaltens
= Simulation
= Prognose
basierend auf einem Modell + Modellannahmen + quantitativen Werten (Statistik)
6. Kommunikation M2M Maschine mit Maschine, M2H Maschine mit Mensch
7. Monitoring, Evaluation und Bericht
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H2H Kommunikation
Beispiel
Stütze
Pfeiler
Säule
…
Problem1
Synonyme
Problem2
Unscharfe
Formulierung
d. h. weder sind
Ausdrücke und Syntax
ausreichend
standardisiert noch
werden Standards
fehlerfrei angewandt
Architektur- Kommunikationsmedien
modell
1) Sprache
- direkt
- Telefon
2) Schrift
- Brief
- Fax
Stütze
- E-Mail
mit Anhängen
eine
- Zeichnungen
gemeinsame
- Skizzen
Sprache
- Berichte
Tragwerksmodell
Tragwerksplaner
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Architekt
Achtung:
E-Mail ist keine
M2M Kommunikation
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M2M Kommunikation
Tragwerksmodell
Problem:
Modelle sind nicht
harmonisiert, d. h.
unabhängig
voneinander
entwickelt
Interoperable Semantik
= eine gemeinsame Sprache

Problem 1
untersch. Semantik
Problem 2
untersch. Kontext
und Bedeutung
(=>Ontologie)
Architekturmodell
Tragwerksplaner
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Architekt
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H2M Kommunikation
Daten
Output
• Grafische Repräsentation
• Alphanumerische Repräsentation
• Multimediale Repräsentation
Daten
Input
• Grafisch-interaktive Werkzeuge
• Intelligente Werkzeuge
Kurven,
Diagramme,
Isolinien,
Tabellen,
Berichte
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M2M Kommunikation - Notwendigkeiten
• Ein Datenmodell für jede Domäne (=Fachmodelle)
zur Formulierung unserer Ingenieurmodelle
• Eine formale Sprache
zur Kommunikation unserer Ingenieurmodelle
• Abbildungsvorschriften
zur Übersetzung des Ingenieurmodells von einer Domäne in eine
andere Domäne
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M2M Kommunikation – Realisierung
DomänenDatenmodell
Virtuelles
Gemeinsames
Datenmodell
XML-Schema
(EXPRESS,
EXPRESS-G)
DomänenDatenmodell
XML-Schema
Beschreibungssprache
z.B. XML-format
(EXPRESS,
EXPRESS-G)
(SPF: STEP physical File)
AUTOCAD
intern
.DWG
ProgrammierSchnittstelle
(API)
X-CAD
externes
Datenformat
Programmier- intern
Schnittstelle .DXX
(API)
Ziel:
Die 2 API und das externe Datenformat müssen eine homogene Einheit werden!
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M2M: Abbildungen (Mapping)
• In der Programmierschnittstelle (API) erfolgt eine Daten-Abbildung (Mapping),
die Daten und die Datenstrukturen aus einem Quelldatenmodell in die eines
Zieldatenmodell überführt
– Transformation von Datentypen (string  integer)
– Transformation von Koordinatensystemen (global x,y  lokal x‘,y‘)
– Transformation von Einheiten (m  mm)
– Transformation von Datenstrukturen (Objekt  Attribut)
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Integration von Werkzeugen = Client-Server-System
Werkzeug zu Werkzeug
Kommunikation
Kommunikation der Werkzeuge mit
einer gemeinsamen Datenbank
mit individuellen Sprachen
mit einer standardisierten Sprache
Architect
Architect
Civil
Engineer
Civil
Engineer
Structural
Engineer
Building
Owner
HVAC
Engineer
Facilities
Manager
Controls
Engineer
Constr.
Manager
Großes Problem:
Wer pflegt die Daten?
Building
Owner
Structural
Engineer
HVAC
Engineer
Filtern
Facilities
Manager
Controls
Engineer
Constr.
Manager
CIO* pflegt die Daten
*) Chief Information Officer
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Informationsraum
Client 1
Client 2
…………….. Client 5 ………. Client n
Server 2
Information
(Daten) ist verteilt
Server 1
…………….. Server 6 ………. Server m
Server 3
WebService 1
Werkzeuge sind
auch verteilt
WebService 2 …………………….……………… Web-Service k
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Strukturierter Informationsraum
…..
Client-Layer
C1
Middle-Ware-Layer
(Corba), GRID / Cloud, P2P
Service Layer
Services
Server Layer
Server
C2
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Cn
= Browser
(= GUI)
= intelligentes
Internet
= Wasservers.programm
(bei uns EXCEL)
= Datenbank
(bei uns ACCESS)
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Unser Wasserleitungsbeispiel
Wasserleitung planen: CD
gemeinsame Datenbank
mit einer standardisierten Sprache
Architect
Civil
Engineer
Building
Owner
Structural
Engineer
HVAC
Engineer
Filtern
Facilities
Manager
Controls
Engineer
Constr.
Manager
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XML
XML (Extensible Markup Language)
•
•
•
•
ist eine Erweiterung von SGML (Standard Generalized Markup Language, ISO....)
wird genutzt um Text zu strukturieren
basiert auf Tagging (Markup) Methode
wurde entwickelt um das Layout von Text zu beschreiben, d. h. um Text vom Layout
(Ausdruck) zu trennen.
Beispiel
<main header> Wassersystem</main header>
<first subheader> Wasserversorgung</first subheader>
Jede Software/Drucker kann jetzt instruiert werden, welche Schriftgröße, Schriftart,
Numerierung, etc. genutzt werden soll. Dies
a) kann die Gleiche sein, oder
b) unterschiedlich.
Dies ist definiert in einer DTD (Data Type Definition) oder XML-Schema (XSD)
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XML
• Die Tagging-Methode kann für jede Art von Text genutzt werden, d. h. auch für
Daten (Austausch) und für Daten Schemata (DTD, XML-Schema)
• Nachteil: Die Dateien werde sehr groß.
Die Zeichenanzahl für die Tagging-Zeichenketten ist mehr als für die Daten.
Jedoch, Rechenleistung und Bandweiten haben die Nutzung möglich gemacht.
• Informationen (Bibliotheken etc.) aus Dateien, die irgendwo im Web liegen,
können in die XML-Datei durch Nutzung einer URL eingebunden werden.
• Schema-Dateien können ebenfalls ausgetausch werden. Zum Beispiel können
sie genutzt werden, um Standard-Schemata zu überschreiben und damit
Sonderfälle nach Bedarf zu erzeugen.
• Für Jedermann ist es einfach, die Arbeit mit XML direkt zu beginnen. Probleme
kommen später  Erfolg von XML
• Web Service Technologie basiert auf XML
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Repräsentation in EXPRESS-G
Beispiel Knoten
REAL
REAL
REAL
x
nr
y
INTEGER
(ABS) Knoten
z
Output_Knoten
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Verbrauch
REAL
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Schema Repräsentation in XML
Beispiel: Knoten
<xs:schema
xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
targetNamespace="http://www.tu-dresden.de/WVSchema“>
<xs:element name=“Knoten” abstract=“true”>
<xs:complexType>
<xs:sequence>
<xs:simpleType name=“nr” type="xs:integer"/>
<xs:simpleType name=“x“ type ="xs:double"/>
<xs:simpleType name=“y“ type ="xs:double"/>
<xs:simpleType name=“z“ type ="xs:double"/>
</xs:sequence>
</xs:complexType>
</xs:element>
<xs:element name=“Output_Knoten” abstract=“false”>
<xs:complexType>
<xs:complexContent>
<xs:extension base=“Knoten">
<xs:simpleType name=“Verbrauch”>
<xs:restriction base=“xs:double”>
<xs:minInclusive value="0"/>
</xs:restriction>
</xs:simpleType>
</xs:extension>
</xs:complexContent>
</xs:complexType>
</xs:element>
</xs:schema>
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Daten-Repräsentation in XML
Beispiel: Output-Knoten
Output-Knoten(nr=1, x=0.0, y=3.5, z=0.5, Verbrauch=10);
Nutzung der XML Datei
<root xmlns:wvs=„http://www.tu-dresden.de/WVSchema“>
<wvs:Output_Knoten>
<wvs:nr>1</wvs:nr>
<wvs:x>0.0</wvs:x>
<wvs:y>3.5</wvs:y>
<wvs:z>0.5</wvs:z>
<wvs:Verbrauch>10</wvs:Verbrauch>
</wvs:Output_Knoten>
</root>
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EXPRESS und EXPRESS-G
EXPRESS(-G):
• ISO Norm 10303
(STEP – Standard for the Exchange of Product Model Data)
EXPRESS = ISO-10303 Teil 11
• Definition objektorientierter Datenmodelle
• ISO Norm definiert, wie mit EXPRESS-basierten Datenmodellen zu verfahren ist
(dateibasierter Datenaustausch: ISO-10303 Teil 21- STEP Physical File Format
Datenzugriff: ISO-10303 Teil 22 – Standard Data Access Interface
Transformation in Programmiersprachen: ISO-10303 Teil 22 – Einbindung in C++
…
• Werkzeuge zur Handhabung EXPRESS-basierter Datenmodelle sind verfügbar
(Unterstützung der Modelldefinition, Transformation für Datenbanken und
Programmiersprachen)
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Nutzung von XML anstelle von EXPRESS
Zusammenhang zwischen XML und EXPRESS
• definiert durch das World Wide Web Consortium (W3C)
• XML ist ein Weg um Daten zu beschreiben. Eine XML kann außerdem Daten
enthalten (XML, ISO…… ist eine Erweiterung von SGML,ISO….)
• viele (freie) Werkzeugen verfügbar, die XML unterstützen
• Gegenstück zu EXPRESS = XML Schema (XSD)
• Gegenstück zu Step Physical File = XML Datei
• Beziehung zwischen XML und EXPRESS definiert in ISO-10303 Teil 28
(“Implementation method: XML representation of EXPRESS schemas and
data“)
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Implementierung eines Wasserversorgungssystem mit ACCESS und
EXCEL
Server = Datenbank in Access
• Filtern von Daten = Selektion von Objekten
Access: Generierung einer große Ausgabetabelle (=Vereinigung aller
selektierter Objekte)
• Export von Daten als XML-Datei
Werkzeug = Berechnung in EXCEL
• Importierte Daten aus XML-Datei
Sheet 1
• Transformation der Dimensionen
Sheet 2
• Transformation der Datenstruktur
Sheet 3
• Berechnungsprogramm
Sheet 4
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