Verwaltung und Verarbeitung merkmalbasierter Informationen: vom Metamodell zur technologischen Realisierung

Mertens, Martin; Epple, Ulrich

doi:0341-1672

Verwaltung und Verarbeitung merkmalbasierter Informationen: vom Metamodell zur technologischen Realisierung = Managing and processing property based information : a metamodel and its technological realization

Mertens, Martin (Author)

2012

VerantwortlichkeitsangabeMartin Mertens

AusgabeAls Ms. gedr.

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangXI, 164 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheFortschrittberichte VDI : Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik ACPLT Aachener Prozessleittechnik, Lehrstuhl für Prozessleittechnik der RWTH Aachen ; 1207

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Druckausg.: Mertens, Martin: Verwaltung und Verarbeitung merkmalbasierter Informationen: vom Metamodell zur technologischen Realisierung

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Epple, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-12-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39896
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459437/files/3989.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Merkmal (Genormte SW) ; Logik (Genormte SW) ; Ontologie (Genormte SW) ; Klassifikation (Genormte SW) ; Terminologie (Genormte SW) ; Objektorientierung (Genormte SW) ; Electronic Commerce (Genormte SW) ; Automation (Genormte SW) ; Prozessleittechnik (Genormte SW) ; Normung (Genormte SW) ; Standardisierung (Genormte SW) ; OWL <Informatik> (Genormte SW) ; Formale Semantik (Genormte SW) ; Objektverwaltung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; ACPL (frei) ; object management (frei) ; ontology (frei) ; classification (frei) ; standardisation (frei) ; terminology (frei) ; logic (frei) ; attribute (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Auf Merkmalen basierende Informationen spielen in der Planungs-, Beschaffungs- und Betriebsphase technischer Anlagen eine wichtige Rolle. Als Merkmale werden klassifizierbare Eigenschaften zu beschreibender Systeme gesehen, deren Ausprägung in einfacher und standardisierbarer Weise angegeben werden kann. Während Merkmale für rechnergestützte Spezifikationen einen formalen Charakter besitzen müssen, sind sie selbst auch Begriffe, die zur zwischenmenschlichen Kommunikation dienen. Diese ambivalente Rolle gilt es bei der Modellierung und Verwaltung merkmalbasierter Informationen zu berücksichtigen. Eine weitere Herausforderung besteht darin, merkmalbasierte Informationen so zu verwalten, dass sie im gesamten Lebenszyklus einsetzbar und referenzierbar sind. Eine wichtige Frage dabei ist, welche Semantik formal modelliert werden kann und welches Wissen nach wie vor in der Hand des Menschen verbleibt, der mit Merkmalen operiert. Dafür wird in dieser Arbeit ein Metamodell entwickelt, das in der Lage ist, auf Merkmalen basierende Informationen in durchgängiger und gewerkeübergreifender Weise zu verwalten. Eine elementare Eigenschaft dieses Modells ist es, zwischen den reinen Beschreibungen merkmalbasierter Informationen und deren Verwendung zu trennen. Beschreibungen von Merkmalen werden durch so genannte Merkmaltypen repräsentiert, Beschreibungen der Objekte, die mit Hilfe von Merkmalen spezifiziert werden sollen, durch so genannte Merkmalträgertypen. Dabei ist eine Besonderheit, dass ein Merkmaltyp, bevor er einem Trägertyp zugeordnet werden darf, einen Sachbezug benötigt. Die Semantik des Merkmals muss also konkret am speziellen Trägertyp erklärt werden, wird aber rein informell hinterlegt – etwa durch entsprechende semantische Attribute, die nur durch einen Menschen verstanden werden, der dieses Modell nutzt. Andere Mechanismen – etwa die Mehrfachvererbung von Merkmalen in Hierarchien von Trägertypen – können explizit modellseitig verwaltet und verwendet werden. Die Verwendung der auf diese Art und Weise aufgebauten Beschreibungen erfolgt durch sich darauf beziehende Modellobjekte, die als Merkmalaussagen bezeichnet werden. Solche Aussagen folgen ebenfalls einem Modell, in dem unter anderem ihre Intention (beispielsweise Zusicherung, Anforderung, Messung, Festlegung), ihre zeitliche Gültigkeit und weitere verwaltende Informationen hinterlegt sind. In verschiedenen Phasen des Lebenszyklus können so von unterschiedlichen Personenkreisen und Gewerken Aussagen im Modell erzeugt werden, die sich in einheitlicher Form auf die verwalteten Merkmalschreibungen beziehen. So können beispielsweise herstellerseitige Zusicherungen, planungsseitige Anforderungen und betriebsseitige Ist-Zustände in Form von Merkmalaussagen bestimmte Trägertypen und ihre Merkmale referenzieren. Mit diesem von Merkmalaussagen erzeugten einheitlichen Bezug ist auch die Basis für automatisierte Operationen auf Merkmalaussagen gelegt. Diese Operationen werden zusätzlich durch die Tatsache ermöglicht, dass Merkmalaussagen sich stets auf einen bestimmten Wertebereich eines Merkmals beziehen, und zwar unabhängig von der Intention der Aussage. Auf diese Weise können die Wertebereiche der Aussagen untereinander geordnet und miteinander verglichen werden. Zum Beispiel kann so automatisiert geprüft werden, ob ein zugesicherter Wertebereich innerhalb eines angeforderten liegt. Das Metamodell ist so aufgebaut, dass es auf Metaebene abgeschlossen werden kann. Damit werden Merkmaltypen der Modellebene zu Trägertypen der Metaebene und können dort mit denselben Mechanismen verwaltet werden. Auch Merkmalaussagen und ihre Klassifikation können auf diese Weise modelliert werden. Um dieses Metamodell in ein operatives Merkmalsystem zu überführen, wird ein auf mehreren Schichten basierendes technologisches Konzept entwickelt. Basis des Konzepts ist eine verteilte Objektverwaltung, die die verschiedenen Modellelemente als lebendige und möglicherweise weltweit verteilte Objekte vorhält. Durch verschiedene, darauf aufbauende Schichten kann die gesamte für die Merkmalverwaltung und -verarbeitung notwendige Logik in Form von Diensten abgebildet werden. Auf diese Dienste können schließlich verschiedene Nutzerrollen und damit verbundene Anwendungen zugreifen.

Information based on properties plays an important role in the engineering, procurement and operation of technical plants. We regard properties as classified characteristics which are used to describe systems and which have simply formed values of standardized data types. While properties need to be highly formalized to be used in computer based systems, they are also concepts which are used for human communication as well. This ambiguous role has to be considered when modeling and managing property based information. A further challenge is the question how to manage property based information in a way that it can be used and referenced during the whole life cycle. An important question in this context is what semantics can be modeled formally and what knowledge should be managed by the humans operating with properties. Therefore, a metamodel is developed that is able to manage property based information in an integrated way. It is a basic characteristic of this model to separate the pure description of property based information from its use. Descriptions of properties are represented by so-called property types, descriptions of objects to be specified by properties are represented by so-called property carrier types. Before a property type can be assigned to a carrier type, it needs factual reference to this type. In other words, the semantics of the property type has to be explained by using the carrier type. The semantics can be represented informally, for example by using corresponding and appropriate semantic attributes, which can only be understood by the human using the model. In contrast to this, other mechanisms – for example multiple inheritance of properties within hierarchies of carrier types – can be explicitly managed and used in the model. The actual use of descriptions built up in this way is performed by model objects referring to these descriptions, the so-called property statements. These statements comply with a model of their own, which contains the statement’s intention (for example assurance, requirement, measurement, determination), its temporal validity and further administrative information. By this means, multiple groups of users can place statements within the model in different stages of the life cycle of technical systems, referencing the managed descriptions in a unified way. For example, guarantees made by a manufacturer, requirements created in the engineering stage and the current state of operation can all be represented by property statements which refer to carrier types and their properties. By creating these unified references, the basis for automated operations on property statements is provided. In addition, such operations are made possible by the fact that property statements always refer to a definite range of values of a property, independent of their intention. In this manner, ranges of values can be sorted and compared with each other. For example, it can be checked whether a guaranteed range is included in a required range of values. The metamodel is structured in a way that it can be closed on its meta layer. In this way, property types of the model layer become carrier types of the meta layer and can there be managed by using the same mechanisms. Property statements and their classification can be modeled in the same way. In order to transform this metamodel into an operating property system, a technological concept based on different layers is developed. The foundation of this concept is a distributed object management system, which can provide the different model elements as active objects that may be distributed world wide. The logic that is required to manage and process these objects is performed by several service based layers that are built upon the object management. Several roles of users and corresponding applications can access these services.

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