Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) publishes this series in order to make available to a broad... more Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) publishes this series in order to make available to a broad public recent findings in informatics (i.e. computer science and information systems), to document conferences that are organized in cooperation with GI and to publish the annual GI Award dissertation. Broken down into • seminars • proceedings • dissertations • thematics current topics are dealt with from the vantage point of research and development, teaching and further training in theory and practice. The Editorial Committee uses an intensive review process in order to ensure high quality contributions. The volumes are published in German or English. Information:
Dieser Beitrag stellt die Lehre von Modellierung auf akademischer Ebene der Modellierungslehre au... more Dieser Beitrag stellt die Lehre von Modellierung auf akademischer Ebene der Modellierungslehre auf nichtakademischer Ebene, zum Beispiel in Ausbildungsberufen der Informatik, gegenüber. Es wird zunächst erörtert, welche Aspekte der Modellierung an Hochschulen gelehrt werden sollten, die über anwendungsbezogene Modellierungsfähigkeiten hinausgehen. Modulbeschreibungen dienen nicht nur der Beschreibung der vermittelten Inhalte bzw. der Kompetenzen, die der erfolgreiche Absolvent eines Moduls erworben haben soll. Sie sind auch Grundlage von Entscheidungen zur Anerkennung von bereits erbrachten Leistungen und Anrechnung von Kompetenzen, die außerhalb von Hochschulen erworben wurden. Der zweite Teil des Titels bezieht sich einerseits auf Modulbeschreibungen als Abstraktion (und damit Modell) von erworbenen Modellierungskompetenzen. Konkret geht es darum, wie und warum Anrechnungen und Anerkennungen stattfinden (sollten). Erste Ergebnisse aus einem aktuellen Projekt zur Durchlässigkeit zw...
Entwicklungsmethoden für Informationssysteme und deren Anwendung, 1999
Bei der Gestaltung von Geschaftsprozessen wird das Risiko einer Fehlentscheidung durch eine quant... more Bei der Gestaltung von Geschaftsprozessen wird das Risiko einer Fehlentscheidung durch eine quantitative Analyse der Gestaltungsalternativen durch Simulation reduziert. Im Rahmen des VIP-Projekts 1 ist ein (auf Hal-bordnungssemantik basierendes) Simulationskonzept entwickelt worden, das in dieser Arbeit in einem 2-stufigen Ansatz zur Leistungsbewertung von Geschaftsprozessen verwendet wird. Dabei werden Leistungsmerkmale eines Geschaftsprozesses durch Auswertung halbgeordneter Ablaufe eines Petrinetz-Modells ermittelt. Dieser Analyseansatz erlaubt, auf effiziente Weise die Auswirkungen verschiedener Zeit- und Kostenbewertungen auf die Leistungsmerkmale des modellierten Geschaftsprozesses zu untersuchen.
A net is called well-formed if it can be marked with a live and bounded marking. The Rank Theorem... more A net is called well-formed if it can be marked with a live and bounded marking. The Rank Theorem characterises well-formed extended free choice nets, employing only the linear algebraic representation of a net. The paper presents a proof of the Rank Theorem which ...
Einführung ,,Alles hängt mit allem zusammen“. Wenn man mit einer Suchmaschine versucht, herauszub... more Einführung ,,Alles hängt mit allem zusammen“. Wenn man mit einer Suchmaschine versucht, herauszubekommen, woher diese Weisheit ursprünglich stammt, findet man Quellen in der Esoterik, im Buddhismus, in der Quantenmechanik und in vielen weiteren völlig unterschiedlichen Bereichen. Für Informatiker und Ingenieure ist dieser Satz eine Herausforderung: Bei wenigen Komponenten ist ein System noch überschaubar. Wenn aber ein System wächst und wenn jede neue Komponente mit jeder vorhandenen verbunden wird, wächst die Zahl der Verbindungen quadratisch. Solche Systeme sind bald nicht mehr handhabbar. Tatsächlich sind große technische Systeme im Allgemeinen anders aufgebaut: Sie bestehen aus Teilsystemen (Komponenten), die jeweils nur mit wenigen anderen Teilsystemen unmittelbar verbunden sind. Auch so kann alles mit allem zusammenhängen, aber viele Verbindungen sind nur indirekt, vermittelt über andere Teilsysteme. Das aktuell wohl augenfälligste Beispiel für ein derart vernetztes System ist das Internet. Um ein System zu entwerfen, zu analysieren, oder es anderen Personen zu präsentieren, wird es modelliert. Seit den 1950er-Jahren wurden und werden für die Modellierung des Verhaltens technischer Systeme primär Automatenmodelle in verschiedenen Varianten verwendet. Ein klassischer Automat modelliert ein System zunächst als einen monolithischen Block. Globale Zustände geben für jedes veränderliche Zustandselement seinen Status zu einem Zeitpunkt an. Ein Schritt überführt einen globalen Zustand in einen neuen globalen Zustand. Für große Systeme aus vielen Komponenten ist diese Sichtweise ungeeignet, denn die Zahl der globalen Zustände wächst potenziell exponentiell mit der Zahl der Zustandselemente. Beispielsweise wird niemand auch nur versuchen, das Internet als einen Automaten aufzufassen, der in einer Sequenz von Schritten von einem globalen Zustand zum nächsten voranschreitet. Tatsächlich beschränkt sich die Modellierung deshalb oft auf einzelne Systemkomponenten, während die Wechselwirkung zwischen den Komponenten gesondert betrachtet oder vernachlässigt wird. Das hat C. A. Petri schon Anfang der 1960erJahre veranlasst, eine Alternative zu Automaten zu suchen und die lokale Wechselwirkung von Komponenten ins Zentrum der Modellierung zu stellen [10]. Das war ein kühner Gedanke in einer Zeit, als Informatik-Systeme noch nicht wirklich groß waren. Heutzutage ist dieser Gedanke nicht mehr so erstaunlich, denn die komplexen Verbindungsstrukturen zwischen Komponenten sind für das Gesamtverhalten vernetzter Systeme weit mehr verantwortlich als das vergleichsweise einfache Verhalten der einzelnen Komponenten. Statt aber beliebige Komponenten und ihre Vernetzung zu untersuchen, basiert Petris Konzept auf den kleinsten möglichen Zustandselementen und Ereignissen, die den Status dieser Zustandselemente verändern. Dieser Ansatz hat sich als Alternative zu globalen Automaten und auch als Alternative zu kommu-
Es ist entscheidbar, ob eine gegebene Markierung von der Anfangsmarkierung eines markierten Netze... more Es ist entscheidbar, ob eine gegebene Markierung von der Anfangsmarkierung eines markierten Netzes erreichbar ist. Dieses Ergebnis von E. W. Mayr aus dem Jahre 1980 (publiziert in [Mayr84]) loste eine lange offene Frage. Es hat wichtige Konsequenzen, wie zum Beispiel die Entscheidbarkeit der Lebendigkeit einer Markierung. In Anwendungen ist die unmittelbare Bedeutung des Erreichbarkeitsproblems aber beschrankt; haufig interessiert bei der Verifikation von Systemen vielmehr die Frage, ob jede erreichbare Markierung gewisse Eigenschaften erfullt. Diese Frage wird im folgenden Kapitel dieses Buches behandelt, ihre Losung baut aber auf der Erreichbarkeit von Markierungen und den Ergebnissen dieses Kapitels auf. Das Erreichbarkeitsproblem, bzw. genau genommen das Nichterreichbarkeitsproblem, ist als Spezialfall dieser Frage aufzufassen: „Hat jede erreichbare Markierung die Eigenschaft, sich von einer bestimmten angegebenen Markierung zu unterscheiden?“
Struktur und Analyse von Free-Choice-Petrinetzen, 1992
Die Synchronisation von mehreren Systemkomponenten wird durch eine ruckwarts verzweigende Transit... more Die Synchronisation von mehreren Systemkomponenten wird durch eine ruckwarts verzweigende Transitionen modelliert. In einem EFC-System ist eine Transition genau dann ruckwarts verzweigt, wenn ihr Prozessor mehrere Stellen enthalt. Jede markierte Stelle des Prozessors bleibt so lange markiert, bis alle Stellen markiert und damit die Transitionen des Prozessors aktiviert sind. Wir konnen die “teilweise Markierung” der Stellenmenge eines Prozessors als Anforderung an eine Synchronisation interpretieren. Wenn eine Folgemarkierung alle Stellen des Prozessors markiert, kann die Synchronistation stattfinden; die Anforderung wird bedient.
The reachability problem of Petri nets is the problem of deciding whether a marking can be reache... more The reachability problem of Petri nets is the problem of deciding whether a marking can be reached from the initial marking by a sequence of occurrences of transitions. It is decidable in general, but it has a very high complexity.
This work considers model construction and validation in controller design. The problem we are in... more This work considers model construction and validation in controller design. The problem we are interested in is to derive a formal model of a controlled automation system from a semi-formal description of the uncontrolled plant and various requirements concerning the plant and the processes of the controlled system. These requirements are originally formulated on many different abstraction levels, partly employing formal notations, partly using just natural language and partly consisting of mixtures of both. Moreover, they are often incomplete, contain errors, contradict each other and assume some domain knowledge which is typically not explicitly stated. So a crucial part of the model construction process is the formalization of the plant and of the requirements as well as validation of the derived models. We suggest a simulation-based method which employs formal and graphical representations of process models and specifications and which involves an iterative process of formalization and validation of requirements. The approach is based on particular Petri nets, called signal nets, as formal process models and partially ordered runs as their semantics. This contribution also reports on a case study from the automotive industry.
Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) publishes this series in order to make available to a broad... more Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) publishes this series in order to make available to a broad public recent findings in informatics (i.e. computer science and information systems), to document conferences that are organized in cooperation with GI and to publish the annual GI Award dissertation. Broken down into • seminars • proceedings • dissertations • thematics current topics are dealt with from the vantage point of research and development, teaching and further training in theory and practice. The Editorial Committee uses an intensive review process in order to ensure high quality contributions. The volumes are published in German or English. Information:
Dieser Beitrag stellt die Lehre von Modellierung auf akademischer Ebene der Modellierungslehre au... more Dieser Beitrag stellt die Lehre von Modellierung auf akademischer Ebene der Modellierungslehre auf nichtakademischer Ebene, zum Beispiel in Ausbildungsberufen der Informatik, gegenüber. Es wird zunächst erörtert, welche Aspekte der Modellierung an Hochschulen gelehrt werden sollten, die über anwendungsbezogene Modellierungsfähigkeiten hinausgehen. Modulbeschreibungen dienen nicht nur der Beschreibung der vermittelten Inhalte bzw. der Kompetenzen, die der erfolgreiche Absolvent eines Moduls erworben haben soll. Sie sind auch Grundlage von Entscheidungen zur Anerkennung von bereits erbrachten Leistungen und Anrechnung von Kompetenzen, die außerhalb von Hochschulen erworben wurden. Der zweite Teil des Titels bezieht sich einerseits auf Modulbeschreibungen als Abstraktion (und damit Modell) von erworbenen Modellierungskompetenzen. Konkret geht es darum, wie und warum Anrechnungen und Anerkennungen stattfinden (sollten). Erste Ergebnisse aus einem aktuellen Projekt zur Durchlässigkeit zw...
Entwicklungsmethoden für Informationssysteme und deren Anwendung, 1999
Bei der Gestaltung von Geschaftsprozessen wird das Risiko einer Fehlentscheidung durch eine quant... more Bei der Gestaltung von Geschaftsprozessen wird das Risiko einer Fehlentscheidung durch eine quantitative Analyse der Gestaltungsalternativen durch Simulation reduziert. Im Rahmen des VIP-Projekts 1 ist ein (auf Hal-bordnungssemantik basierendes) Simulationskonzept entwickelt worden, das in dieser Arbeit in einem 2-stufigen Ansatz zur Leistungsbewertung von Geschaftsprozessen verwendet wird. Dabei werden Leistungsmerkmale eines Geschaftsprozesses durch Auswertung halbgeordneter Ablaufe eines Petrinetz-Modells ermittelt. Dieser Analyseansatz erlaubt, auf effiziente Weise die Auswirkungen verschiedener Zeit- und Kostenbewertungen auf die Leistungsmerkmale des modellierten Geschaftsprozesses zu untersuchen.
A net is called well-formed if it can be marked with a live and bounded marking. The Rank Theorem... more A net is called well-formed if it can be marked with a live and bounded marking. The Rank Theorem characterises well-formed extended free choice nets, employing only the linear algebraic representation of a net. The paper presents a proof of the Rank Theorem which ...
Einführung ,,Alles hängt mit allem zusammen“. Wenn man mit einer Suchmaschine versucht, herauszub... more Einführung ,,Alles hängt mit allem zusammen“. Wenn man mit einer Suchmaschine versucht, herauszubekommen, woher diese Weisheit ursprünglich stammt, findet man Quellen in der Esoterik, im Buddhismus, in der Quantenmechanik und in vielen weiteren völlig unterschiedlichen Bereichen. Für Informatiker und Ingenieure ist dieser Satz eine Herausforderung: Bei wenigen Komponenten ist ein System noch überschaubar. Wenn aber ein System wächst und wenn jede neue Komponente mit jeder vorhandenen verbunden wird, wächst die Zahl der Verbindungen quadratisch. Solche Systeme sind bald nicht mehr handhabbar. Tatsächlich sind große technische Systeme im Allgemeinen anders aufgebaut: Sie bestehen aus Teilsystemen (Komponenten), die jeweils nur mit wenigen anderen Teilsystemen unmittelbar verbunden sind. Auch so kann alles mit allem zusammenhängen, aber viele Verbindungen sind nur indirekt, vermittelt über andere Teilsysteme. Das aktuell wohl augenfälligste Beispiel für ein derart vernetztes System ist das Internet. Um ein System zu entwerfen, zu analysieren, oder es anderen Personen zu präsentieren, wird es modelliert. Seit den 1950er-Jahren wurden und werden für die Modellierung des Verhaltens technischer Systeme primär Automatenmodelle in verschiedenen Varianten verwendet. Ein klassischer Automat modelliert ein System zunächst als einen monolithischen Block. Globale Zustände geben für jedes veränderliche Zustandselement seinen Status zu einem Zeitpunkt an. Ein Schritt überführt einen globalen Zustand in einen neuen globalen Zustand. Für große Systeme aus vielen Komponenten ist diese Sichtweise ungeeignet, denn die Zahl der globalen Zustände wächst potenziell exponentiell mit der Zahl der Zustandselemente. Beispielsweise wird niemand auch nur versuchen, das Internet als einen Automaten aufzufassen, der in einer Sequenz von Schritten von einem globalen Zustand zum nächsten voranschreitet. Tatsächlich beschränkt sich die Modellierung deshalb oft auf einzelne Systemkomponenten, während die Wechselwirkung zwischen den Komponenten gesondert betrachtet oder vernachlässigt wird. Das hat C. A. Petri schon Anfang der 1960erJahre veranlasst, eine Alternative zu Automaten zu suchen und die lokale Wechselwirkung von Komponenten ins Zentrum der Modellierung zu stellen [10]. Das war ein kühner Gedanke in einer Zeit, als Informatik-Systeme noch nicht wirklich groß waren. Heutzutage ist dieser Gedanke nicht mehr so erstaunlich, denn die komplexen Verbindungsstrukturen zwischen Komponenten sind für das Gesamtverhalten vernetzter Systeme weit mehr verantwortlich als das vergleichsweise einfache Verhalten der einzelnen Komponenten. Statt aber beliebige Komponenten und ihre Vernetzung zu untersuchen, basiert Petris Konzept auf den kleinsten möglichen Zustandselementen und Ereignissen, die den Status dieser Zustandselemente verändern. Dieser Ansatz hat sich als Alternative zu globalen Automaten und auch als Alternative zu kommu-
Es ist entscheidbar, ob eine gegebene Markierung von der Anfangsmarkierung eines markierten Netze... more Es ist entscheidbar, ob eine gegebene Markierung von der Anfangsmarkierung eines markierten Netzes erreichbar ist. Dieses Ergebnis von E. W. Mayr aus dem Jahre 1980 (publiziert in [Mayr84]) loste eine lange offene Frage. Es hat wichtige Konsequenzen, wie zum Beispiel die Entscheidbarkeit der Lebendigkeit einer Markierung. In Anwendungen ist die unmittelbare Bedeutung des Erreichbarkeitsproblems aber beschrankt; haufig interessiert bei der Verifikation von Systemen vielmehr die Frage, ob jede erreichbare Markierung gewisse Eigenschaften erfullt. Diese Frage wird im folgenden Kapitel dieses Buches behandelt, ihre Losung baut aber auf der Erreichbarkeit von Markierungen und den Ergebnissen dieses Kapitels auf. Das Erreichbarkeitsproblem, bzw. genau genommen das Nichterreichbarkeitsproblem, ist als Spezialfall dieser Frage aufzufassen: „Hat jede erreichbare Markierung die Eigenschaft, sich von einer bestimmten angegebenen Markierung zu unterscheiden?“
Struktur und Analyse von Free-Choice-Petrinetzen, 1992
Die Synchronisation von mehreren Systemkomponenten wird durch eine ruckwarts verzweigende Transit... more Die Synchronisation von mehreren Systemkomponenten wird durch eine ruckwarts verzweigende Transitionen modelliert. In einem EFC-System ist eine Transition genau dann ruckwarts verzweigt, wenn ihr Prozessor mehrere Stellen enthalt. Jede markierte Stelle des Prozessors bleibt so lange markiert, bis alle Stellen markiert und damit die Transitionen des Prozessors aktiviert sind. Wir konnen die “teilweise Markierung” der Stellenmenge eines Prozessors als Anforderung an eine Synchronisation interpretieren. Wenn eine Folgemarkierung alle Stellen des Prozessors markiert, kann die Synchronistation stattfinden; die Anforderung wird bedient.
The reachability problem of Petri nets is the problem of deciding whether a marking can be reache... more The reachability problem of Petri nets is the problem of deciding whether a marking can be reached from the initial marking by a sequence of occurrences of transitions. It is decidable in general, but it has a very high complexity.
This work considers model construction and validation in controller design. The problem we are in... more This work considers model construction and validation in controller design. The problem we are interested in is to derive a formal model of a controlled automation system from a semi-formal description of the uncontrolled plant and various requirements concerning the plant and the processes of the controlled system. These requirements are originally formulated on many different abstraction levels, partly employing formal notations, partly using just natural language and partly consisting of mixtures of both. Moreover, they are often incomplete, contain errors, contradict each other and assume some domain knowledge which is typically not explicitly stated. So a crucial part of the model construction process is the formalization of the plant and of the requirements as well as validation of the derived models. We suggest a simulation-based method which employs formal and graphical representations of process models and specifications and which involves an iterative process of formalization and validation of requirements. The approach is based on particular Petri nets, called signal nets, as formal process models and partially ordered runs as their semantics. This contribution also reports on a case study from the automotive industry.
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