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Informatik-Oberseminar: Analysis and Synthesis of Hybrid Systems in Engineering Applications

12.12.2016, 09:00 Uhr (Informatik-Zentrum, Raum 9222, E3, Ahornstr. 55)

Referentin: Dipl.-Inform. Johanna Nellen

Abstract:

This thesis deals with analysis and synthesis methods and their application in the area of control engineering. In the first part, we show the application of formal methods in chemical plant control to verify safety critical properties. In general, not only the control program but also the controlled system are relevant to prove a set of requirements. Thus, we show how a hybrid automaton can be generated automatically, that models the controller, its cyclic execution, and the dynamic plant behavior. We propose verification techniques based on counterexample-guided abstraction refinement (CEGAR) to keep the model sizes moderate. However, existing analysis tools do not compute counterexamples for models beyond timed automata. Thus, we present different methods to over-approximate the set of counterexamples for hybrid automata and we employ simulation techniques to validate counterexamples. Afterwards, we develop two CEGAR approaches for our application scenario. The first one starts with an analysis on a purely discrete model. For each discrete counterexample, a reachability analysis that is guided along the discrete counterexample is computed on the hybrid system model. The second approach uses reachability analysis for hybrid systems and abstracts away parts of the dynamic plant behavior. Finally, we show that some special characteristics of our models can be exploited during the analysis to reduce the computation time and to increase the accuracy of the computed reachable state set. In the second part of this thesis, we switch to the synthesis of control strategies for parallel hybrid vehicles where an internal combustion engine and an electrical motor are coupled on the same axis. A control strategy distributes the requested torque over the available engines. We implement a control strategy that optimizes the control using a genetic algorithm (GA). The basis of this control strategy is our GA library GENEIAL. We analyze the control strategy to determine real-time capable configurations with good optimization results. For promising configurations, we compare the GA-based control strategy with common control strategies. Moreover, we report on the integration of this set of control strategies into a learning-based control strategy. A learning-based control strategy optimizes the fuel consumption using a set of control strategies as experts. We can show that the fuel consumption of the learning-based control strategy is comparable to the fuel consumption of the best expert. On all benchmarks, GA-based control strategies turn out to be the best experts.

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02.12.2016, sts

Wie knackt man die Geheimnisse erfolgreicher Digitalisierung?

14.12.2016, 17:00 Uhr (Ford-Saal, Super C, RWTH Aachen)

Referent: Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer

Es gibt sie bereits, Unternehmen, die mit großem Erfolg auf digitale Businessmodelle gesetzt haben. Allen gemeinsam ist, dass sie die Treiber von digitalen Produkten, Prozessen und Geschäftsmodellen wie die Personalisierung von Produkten und Prozessen, die Selbststeuerung von Menschen und Systemen oder das Sharing von Ressourcen erkannt haben. Die Analyse zeigt aber auch, dass viel von den Persönlichkeitsmerkmalen der Innovatoren abhängt, von deren Einstellung und besonderen Empfindlichkeit für die Chancen der sich wandelnden Märkte. Anhand vieler praktischer Beispiele werden die Geheimnisse gelüftet und ein Rezept für ein erfolgreiches Vorgehen aufgezeigt.

Prof. Dr. A.-W. Scheer (https://de.wikipedia.org/wiki/August-Wilhelm_Scheer) ist einer der prägendsten Wissenschaftler und Unternehmer der deutschen Wirtschaftsinformatik und Softwareindustrie. Seine Bücher gehören zu den Standardwerken des Geschäftsprozessmanagements; die von ihm entwickelte Managementmethode ARIS für Prozesse und IT wird in nahezu allen DAX-, vielen mittelständischen Unternehmen und auch international eingesetzt. Er ist Gründer erfolgreicher Software- und Beratungsunternehmen, die er aktiv begleitet. Zu den Unternehmen der Scheer-Gruppe zählen Scheer GmbH, imc AG, e2e Technologies, IS Predict, Backes SRT und Okinlab GmbH. Zur Förderung des anwendungsorientierten Forschungstransfers hat er in 2014 das AWS-Institut für digitale Produkte und Prozesse gGmbH gegründet.

Als Unternehmer und Protagonist der Zukunftsprojekte „Industrie 4.0“ und „Smart Service World“ der Bundesregierung arbeitet er aktiv an der Ausgestaltung der Digital Economy. Seit September 2015 ist Prof. Scheer zusammen mit Bundesministerin Prof. Dr. Wanka Vorsitzender der vom BMBF gegründeten IT-Gipfel-Plattform „Digitalisierung in Bildung und Wissenschaft“.

Prof. Scheer ist auch ein exzellenter Saxophonist ( http://www.august-wilhelm-scheer.com/musiker/ ).

Prof. Scheer wird nicht nur einen Vortrag halten, sondern auch eine Kostprobe seines musikalischen Könnens geben!

Kontakt: Prof. Spaniol, Tel. AC 8021450, spaniol@i4.de

18.11.2016, sts

Informatik-Oberseminar: Modellgetriebene, agile Entwicklung und Evolution mehrbenutzerfähiger Enterprise Applikationen mit MontiEE

15.12.2016, 09:00 Uhr (Informatik-Zentrum, Raum 5056 (2356|056), Ahornstr. 55)

Referent: Dipl.-Inform. Dipl.-Wirt. Inform. Markus Look

Abstract:

Um Geschäftsprozesse eines Unternehmens in der IT abzubilden, werden Enterprise Applikationen eingesetzt. Wesentliche Funktionalitäten dieser sind Speicherung und Bereitstellung von Daten für Benutzer mit unterschiedlichen Rollen und heterogenen Clients. Enterprise Applikationen können aus mehreren Servern mit unterschiedlichen Aufgaben bestehen und von unterschiedlichen Clients verwendet werden. Kommunikation findet zwischen Applikationsservern, zwischen diesen und Datenbanken, aber auch zwischen mehreren Clients und einzelnen Applikationsservern statt. Der Applikationsserver kann unter Verwendung verschiedener Kommunikationstechnologien und -formate clientspezifische Schnittstellen bereitstellen. Im Software Engineering werden Modelle zu unterschiedlichen Zwecken, wie zur Spezifikation und zur Codegenerierung, eingesetzt. Durch häufig wiederkehrende Aufgaben bei der Entwicklung und der Verwendung einer Schichtenarchitektur eignet sich der Einsatz von Generatoren gut zur Umsetzung von Enterprise Applikationen. Im Rahmen dieser Dissertation wird mit MontiEE die modellgetriebene, agile Entwicklung und Evolution mehrbenutzerfähiger Enterprise Applikationen durch Generatoren unterstützt. MontiEE enthält eine Sprachfamilie zur Modellierung sowie verschiedene Generatoren zur Umsetzung von Enterprise Applikationen. MontiEE unterstützt die Modellierung der Datenpersistenz, der Mehrbenutzerfähigkeit und heterogener Clients. Durch die Generatoren kann von benötigten technologiespezifischen Informationen abstrahiert werden, so dass sich vollständig auf die Entwicklung der Geschäftslogik fokussiert werden kann. Darüber hinaus werden Sprachen zur Modellierung der Evolution und Generatoren zur Datenmigration zur Verfügung gestellt. MontiEE wurde in verschiedenen Fallstudien eingesetzt, in denen gezeigt werden konnte, dass MontiEE insgesamt ein umfassendes Framework zur agilen Modellierung, Generierung und Evolution mehrbenutzerfähiger Enterprise Applikationen ist. MontiEE unterstützt sowohl die Entwicklung als auch die Weiterentwicklung von Enterprise Applikationen.

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10.11.2016, sts

Informatik-Oberseminar: Turning Smart Buildings into Innovation Environments - Enabling smart building research "in the wild" by conceptualizing user involvement and supporting prototyping

21.12.2016, 10:00 Uhr (Informatik-Zentrum, Raum 5053.2 (B-IT, ggü. AH 6), Ahornstr. 55)

Referent: Dipl.-Inform. Marco Jahn

Abstract:

Smart buildings are characterized by the fact that certain functions such as heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) or lighting are automated. This is usually done via centralized building management systems in larger buildings such as universities or office buildings. New technologies are changing the demands on smart buildings. Wireless sensor networks or smart meters allow fine-grained analysis and can thus contribute to increasing the efficiency in terms of energy, cost and comfort. At the same time the role of the end user (read: office workers, students, etc.) changes as new kinds of applications become available e.g. to motivate energy conserving behavior. These developments lead to increasing complexity for both system developers and end users. This thesis deals with challenges for research in the field of ICT in smart buildings, resulting from the increasing integration of new technologies, for humans and systems. Although, some approaches exist that experiment with new technologies and innovative end user applications for smart buildings, there is a lack of integrated, reusable solutions that can be applied in real environments (i.e. ?in the wild?). To account for this complexity, this thesis introduces the concept of Innovation Environments, which aims at moving smart building research from the lab to the real world, allowing for research in the wild. Thus, Innovation Environments should allow to bring smart building innovations into the field and close to the end users, where they can be developed, deployed, and tested. This thesis approaches Innovation Environments from two sides: First, a lingua franca, i.e. a common way of communicating about human practices and interaction patterns in smart buildings, is developed. The result is summarized in Categories of Human- Building Interaction, which provide a reusable and extensible knowledge base for smart building researchers. Second, a Smart Building Framework is specified and implemented to support prototyping of innovative applications in smart buildings. It provides methods and software to overcome heterogeneity between existing and emerging technologies. Further, it provides easy-to-use APIs to foster prototyping and increase the programmability of smart buildings. The approach of turning smart buildings into Innovation Environments is validated by instantiating the Smart Building Framework in four different test buildings. The framework was deployed and running over a period of 19 months, in which various case studies were conducted. An improved HVAC control strategy was implemented and deployed, showing how the Smart Building Framework increases experimental freedom and programmability. Three end user applications were developed, validating how end user involvement can be improved and how the Categories of Human-Building Interaction support research and development processes. Finally, to assess the framework?s capability to support prototyping, an API usability evaluation was conducted.

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01.12.2016, sts