Aktive Intranets für das Engineering

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1 1 Abstract Aktive Intranets für das Engineering von Thomas Keller Ausgehend von den bekannten Technologien wie Document Management, Workflow Management, Knowledge Management und Content Management wie auch Simulationstechniken in den Naturwissenschaften soll ein Konzept vorgestellt werden, welche die Mächtigkeit dieser Techniken vereint und speziell für das Engineering von kundenspezifischen Lösungen der Maschinen- und Elektroindustrie zugeschnitten ist. Das Konzept baut auf dem J2EE Server von Sun auf benutz Enterprise Java Beans (EJB) für die Implementierung der Geschäftslogik. Inhaltsverzeichnis 1Abstract...1 2Information als Kernkompetenz Intranets Document Management Workflow Management Enterprise Application Integration (EAI) Knowledge Management Content Management Simulationstechniken...7 3Knowledge und Content Management für das Engineering Eigenarten des Engineerings Anforderungen aus dem Engineering Herausforderung an ein IT-Werkzeug Aktive Process Management Systeme Vorgehensmöglichkeit anhand eines Beispiels Lösungsansatz Vorschlag einer möglichen IT Architektur Projekte Komponenten Attribute Zyklendetektion Propagation von Änderungen Literaturverzeichnis... 14

2 2 Information als Kernkompetenz Bereits seit mehreren Jahrzehnten wird Information als Kernkompetenz bezeichnet und entsprechend gehen die Bemühungen für die Archivierung und Pflege von Information zurück auf die 60er-Jahre des letzten Jahrhunderts. Ungefähr in den 60er-Jahren wurden Archivsysteme implementiert, welche jedoch noch zu einem grossen Teil auf schriftlichen Dokumenten beruhten. Rund 20 Jahre später kamen die ersten Document Management Systeme und wiederum rund 10 Jahre später die ersten Workflow Management Systeme auf den Markt. Erst Ende 1998 wurden die ersten Knowledge Management Systeme und gleich darauf Anfang 1999 die ersten Content Management Systeme vorgestellt. Die folgenden Abschnitte stellen die oben erwähnten Technologien kurz vor und gehen dann spezifisch auf die Situation des Engineerings von kundenspezifischen Lösungen der Maschinenund Elektroindustrie ein. 2.1 Intranets Die wohl am weitesten verbreitete Art, Dokumente mehreren Benutzern zur Verfügung zu stellen, wird als Intranet bezeichnet. Es gibt nicht das Intranet, sondern der Name bezeichnet eine Basistechnologie. In der einfachsten Form besteht ein Intranet aus einem Netzlaufwerk mit statischen html-seiten. Die Verzeichnisstruktur widerspiegelt dabei die Organisationsstruktur. Es können auch mittels symbolischen Links parallele Verzeichnisstrukturen aufgebaut werden, um sowohl eine projekt-spezifische wie auch eine technologische Dokumentenstruktur aufbauen zu können. Die Dokumente basieren auf statischen html-seiten. Es können auch andere Formate wie pdf oder Textverarbeitungsdokumente abrufbar sein. Die Verantwortlichkeiten für die Aktualität und Richtigkeit der Informationen haben üblicherweise die entsprechenden Organisationseinheiten. Dadurch kann eine übergeordnete Koordination fehlen, was dann zu einer Verminderung der Qualität der bereitgestellten Informationen führen kann. 2.2 Document Management Wie bereits weiter oben erwähnt existieren Document Management Systeme bereits seit längere Zeit und entsprechend existieren viele Definitionen. Gemäss [Kam1999] umfasst das klassische Document Management die dynamische Verwaltung von Informationen. Diese zeichnet sich aus durch: dynamische Ablagen Versionsmanagement und kontrollierten Änderungsdienst kooperative Bearbeitung von Dokumenten durch mehrere Bearbeiter Zugriff auf Dokumente mittels Datenbanken über Suchmerkmale oder Strukturen ähnlich denen eines Dateimanagers Speicherung von Dokumenten und Verwaltungsinformationen auf magnetischen Speichermedien kontrollierten Dokumentenaustausch über Check-in und Check-out Mechanismen. In den 80er und 90er-Jahren herrschte ein richtiger Boom für Document Management Systeme und entsprechend gab es eine grosse Vielfalt von Produkten mit verschiedensten Funktionalitäten und Schnittstellen. Seither gibt es unterschiedliche Standardisierungsbestrebungen. Einerseits ist das die Document Management Alliance (DMA) und andererseits das Open Document Management API (ODMA). Für den Austausch zusammengesetzter Dokumente hat sich die Open Document

3 Architecture (ODA) etabliert, welche sich aus dem Open Document Interchange Format (ODIF) zum Dokumentenaustausch und der Open Document Language (ODL) für die SGML- Repräsentation von ODA-Dokumenten zusammensetzt. 2.3 Workflow Management Workflow Management setzt auf dem Document Management auf und hat die Weiterleitung eines Dokuments innerhalb eines Unternehmens zum Inhalt. Im Zuge dieser Entwicklung wurden Aspekte wie Vertreterregelung, Rollenkonzept, Behandlung von Alternativen, Sicherheitskonzept und Wiederherstellungskonzept behandelt. Workflow Management Systeme können gut für die Modellierung von Geschäftsprozessen verwendet werden. Deshalb unterstützen die meisten Anwendungen Ereignis-Prozess-Ketten und Petrinetze. Mit diesen beiden Techniken können jedoch nicht immer alle Prozesse optimal dargestellt werden. Alternative Modellierungstechniken sind verschiedene Diagrammtypen, welche mittels der Unified Modelling Language (UML) bereitgestellt werden. Das sind Use-Case- Diagramme, Aktivitätsdiagramme, Zustandsdiagramme und Objektmodelle. Das ultimative Ziel bei der Einführung von Workflow Management Systemen ist die Automatisierung der Geschäftsprozesse. Dokumente müssen nicht mehr manuell an Empfänger verschickt werden, sondern werden durch das Workflow Management System gemäss den implementierten Geschäftsprozessen weitergeleitet. Dazu gehören sowohl Freigabeprozesse wie auch Änderungsprozesse. Nicht alle Prozesse sind gleich gut für den Einsatz von Workflow Management Systemen geeignet. Eine Faustregel besagt, dass umso mehr kreative Arbeit bei einem Prozess notwendig ist, je weniger der Prozess durch ein Workflow Management System abgedeckt werden kann. Aus ökonomischer Sicht sollte ein Prozess möglichst oft angewendet werden, damit eine möglichst hohe Produktivitätssteigerung möglich wird. Weiter ist von Bedeutung, ob viele Leute an einem Prozess mitwirken und ob diese Leute an geographisch getrennten Orten stationiert sind. Eine weitere wichtige Vorbedingung ist, dass der Prozess gut strukturiert sein muss, womit der Bogen zur ersten Aussage bzgl kreativer Arbeit gespannt ist. Wie auch im Bereich Document Management gibt es auch im Bereich Workflow Management Standardisierungsbemühungen. Die Workflow Management Coalition (WfMC) stellt das Standardisierungsgremium für den Bereich Workflow dar. Die Hauptaufgabe ist die Definition von Standards für Workflow-Systeme und deren Umgebung sowie die Entwicklung eines allgemeingültigen Referenzmodells (siehe Illustration 1).

4 Illustration 1: Referenzmodell der Workflow Management Coalition (Quelle: Die Grenzen von Workflow Management Systemen sind Geschäftsprozesse, welche nicht scharf formuliert werden können oder viele Variationen beinhalten, welche typischerweise im Bereich kundenspezifischer Lösungen in der Maschinen-und Elektroindustrie anzutreffen sind. 2.4 Enterprise Application Integration (EAI) Unter Enterprise Application Integration (EAI) werden Werkzeuge verstanden, welche verschiedene Programme integrieren und auf Grund von Prozess-Definitionen miteinander verknüpfen. Sie sind somit eine Ausprägung von Workflow Management Systemen. Das Ziel von Integrations-Bestrebungen ist die Vereinheitlichung von bestehenden und neu zu beschaffenden Systemen in einen gemeinsamen Rahmen. Die Motivation hierzu beruht in der Tatsache, dass verschiedene Applikationssysteme jeweils ihre eigenen Datenmodelle enthalten, welche untereinander inkompatibel, teilweise überlappend und potentiell inkonsistent sein können, jedoch keines ein umfassendes Datenmodell der Unternehmung enthält. Jedes Applikationssystem stellt jedoch auch eine Insel dar bezüglich der Aktivitäten, welches es implementiert, und der damit verbundenen Geschäftsprozesse. Damit besteht nicht nur eine potentielle Überlappung von Daten sondern auch von Geschäftsprozessen. Ein Ansatz, dieses Problem zu lösen, liegt in einer Integration auf Datenebene. Die bestehenden Datenmodelle und Datensätze werden untereinander abgeglichen und synchronisiert. Das kann einerseits realisiert werden durch die Einführung einer unternehmensweiten Datenbank oder andererseits durch eine Logik, welche die verschiedenen Datensätze untereinander transformiert und synchronisiert. Die Problematik mit inkoheränten Geschäftsprozessen jedoch bleibt in der Regel bestehen. Ein weiterer Ansatz liegt in einer Integration der bestehenden Applikationssysteme, also auf der Prozessebene. Es werden nicht die Datensätze integriert sondern es werden auf Grund von Prozessdefinitionen Applikationen in einer geeigneten Abfolge angesprochen und mit den nötigen

5 Datensätzen versorgt. Dazu wird Business Process Integration Software eingesetzt, welche eine weitere Schicht in der Software-Architektur darstellt. Die Grenzen von EAI-Werkzeugen sind die gleichen wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt: unscharfe Geschäftsprozesse, Variantenreichtum und kreative Denkarbeit. 2.5 Knowledge Management Ein Knowledge Management System kann als eine unternehmensweite Intranetlösung wie auch Internetlösung angesehen werden, auf die jeder Mitarbeiter bzw Teilnehmer einen möglicherweise individualiserten Zugang besitzt. Eine wesentliche Eigenschaft von Knowledge Management Systemen ist die Möglichkeit, nach Wissen auf Grund von Metadaten oder Suchmaschinen zu forschen. Dabei werden auch kollaborative Dienste angeboten, welche die Kontaktaufnahme mit den entsprechenden Experten ermöglichen. In diesem Zusammenhang wird auch oft von Knowledge Maps gesprochen, welche eine Übersicht geben, in welchen Bereichen des Unternehmens welches Wissen vorhanden ist. Es gibt verschiedenste Ausprägungen von Knowledge Management Systemen. [Woo1998] hat eine mögliche Architektur definiert (siehe Illustration 2) Knowledge portal Web-Interface Discovery services Collaboration services Knowledge Management Services Knowledge map Knowledge repository , file servers, Internet/Intranet services WP DBMS EDM WWW People Corporate Taxonomy Information and process management Infrastructure Information and knowledge sources Illustration 2: Architektur eines Knowledge Management Systems nach [Woo1998] Das Knowledge Portal ist die Schnittstelle zum Benutzer und wird heute üblicherweise in Form eines Web-Interfaces implementiert. Es kann Geschäftsprozesse unterstützen, indem es die Bereitstellung und Nutzung von Wissen in die operativen Aufgaben integriert. Durch die Einbindung von kollaborativen Diensten sind Groupware- und Kommunikationsfunktionalität vorhanden. Wichtige Funktionsbereiche umfassen den Zugang zum Wissen, die Prozessunterstützung und die Kommunikation. Der Zugang zum Wissen soll einerseits durch den Nutzer initiiert werden können (pull) wie auch durch eine Benachrichtigung durch das System (push). Die Prozessunterstützung umfasst den Zugang zu Prozesswissen, welches als Methoden, Checklisten oder Workflows vorhanden sein kann. Letzlich die kollaborativen Dienste, welche eine direkte Kommunikation zwischen Anwendern ermöglichen soll (instant messenger) wie auch die Kontaktaufnahme mit den entsprechenden Wissensträgern. 2.6 Content Management Content Management ist die jüngste Technologie der hier erwähnten Entwicklungen und baut zumindest teilweise auf den weiter oben beschriebenen Technologien auf. In den meisten Fällen wird Content Management mit webbasierten Anwenderschnittstellen in Verbindung gebracht. Content kann als Objekte aufgefasst werden wie z.b. Texte, Bilder, Graphiken, Video- und

6 Audiosequenzen. Diese Objekte können je nach ihrem semantischen Zusammenhang verschieden gruppiert werden. Die Struktur wie auch die Formatierung und das Layout kann somit auf die individuellen Bedürfnisse angepasst werden, ohne dass damit eine Änderung am eigentlichen Inhalt des Content nötig werden. Content Management umfasst sowohl die Erzeugung wie auch die Verwaltung, die Verteilung und die Nutzung von Content. Die Verwaltung bezeichnet dabei die Organisation wie auch die Aufbereitung (siehe Illustration 3). Nebst dieser Grundfunktionalität kann ein Content Management auch weitere Zielsetzungen erfüllen wie Sicherstellung der Aktualität und Integrität von Informationen Qualitätssicherung bzgl dem Inhalt wie auch der Darstellung Gewährleistung inhaltlicher Konsistenz Illustration 3: Lebenszyklus Content Management nach [Koo2001] Ein Content Management System setzt nun diese Funktionalitäten um und basiert auf zwei grundlegenden Ansätzen. Der erste Ansatz ist, dass jeder Content nur einmal abgespeichert wird und damit Redundanzen verhindert werden und dass alle dynamisch zusammengestellten Informationen somit ebenfalls immer auf dem aktuellen Stand sind. Der zweite Ansatz ist, dass die Strukturierung, Formatierung und das Layout nach individuellen Bedürfnissen angepasst werden können, was bedingt, dass der Inhalt unabhängig von Informationen über die Darstellung abgespeichert wird. Im Bereich Content Management gibt es ebenfalls Standardisierungsbemühungen. Das Resource Description Framework (RDF) ist allerdings erst eine Empfehlung des W3C und definiert einen Beschreibungsrahmen für Metadaten im Web-Kontext. Information Content Exchange (ICE) ist ein

7 Protokoll, welches den Aufbau von Content-Syndication Netzwerken erleichtert. 2.7 Simulationstechniken Die Simulationstechnik hat als Gegenstand die rechnergestützte Modellierung von Systemen und Prozessen. Zunächst wird ein mathematisches Modell des zu untersuchenden Systems erstellt. Dieses wird in ein Rechnerprogramm umgesetzt, mit welchem nach einer Testphase Simulationsläufe auf der Basis realistischer Daten durchgeführt werden. Im Endeffekt erhofft man sich daraus Aussagen, welche auf die Realität übertragbar sind. Im Zentrum der Betrachtung steht in der Regel das zeitliche (dynamische) Verhalten eines Systems. Die das System beschreibenden Zustandsgrössen können sich sprunghaft (z.b. Stückzahlen) oder stetig (z.b. Temperatur) verändern. Es wird zwischen diskreten und kontinuierlichen Systemen unterschieden. Für eine Reihe von Problemstellungen haben sich besondere Methoden mit eigens dafür bestimmter, umfangreicher Software etabliert, z.b. die Finite-Elemente-Methode (FEM) oder der Bereich der Echtzeit-Simulation Eine typische Anwendung ist die Simulation von Reglern für Antriebe. Mit diesem Vorgehen kann der Entwicklungsprozess der Software unabhängiger vom Rest des Projektprozesses gestaltet werden. Das technische System kann zeitdiskret, zeitkontinuierlich oder gemischt modelliert werden. Netzwerksimulatoren erlauben die automatische Erstellung der Differentialgleichungen aus Schema-Informationen. Im mechanischen Bereich gibt es Simulationsprogramme, welche die Erstellung und Simulation von räumlichen (3-D) Objekten erlauben. Das Modell einer technischen Anwendung umfasst somit einerseits Strukturinformationen der modellierten Anlage wie auch den Berechnungsprozess und die nötigen Daten der einzelnen Komponenten. Diese Informationen können wiederum als Teile von Content und Knowledge aufgefasst werden. Ebenfalls darin vorhanden sind Aspekte von Workflow. Aus Sicht des Engineerings kann es nun interessant sein, Simulationstechniken in Workflow-, Knowledge- und Content-Management zu integrieren, um so den bestmöglichen Nutzen aus beiden Welten zu haben. 3 Knowledge und Content Management für das Engineering Knowledge und Content Management Systeme haben unter anderem das Ziel, Informationen miteinander zu verknüpfen und unternehmensweit zur Verfügung zu stellen. Dabei steht einerseits die Suchfunktion nach Informationen im Vordergrund wie auch die Individualisierung der Benutzerschnittstelle. Die gesuchte Information kann aus verschiedenen Fachbereichen kommen wie beispielsweise Qualitätsmanagement, Prozessmanagement oder Projektmanagement. Informationen können statischer Natur sein wie Berechnungsalgorithmen, Auszüge von Standards oder Prozessdefinitionen. Sie können jedoch auch einen dynamischen Charakter haben wie im Falle von Projektdokumenten, welche sich während der Projektdauer ändern können. 3.1 Eigenarten des Engineerings Von Interesse ist das Engineering von Firmen in der Elektro- und Maschinenindustrie, welche im Anlagenbau tätig sind. Es kann zwischen Standard-Anlagen und kundenspezifischen Anlagen unterschieden werden, welche eigenständige Lösungen basierend auf Modulen darstellen. Standard- Anlagen zeichen sich dadurch aus, dass der Engineering-Prozess immer in der gleichen Weise durchlaufen wird und dass keine Variationen vorkommen. Demgegenüber implementieren kundenspezifische Anlagen nebst Grundfunktionen spezifische Kundenwünsche, welche einen entsprechenden flexiblen Engineering-Prozess voraussetzen. Es ist jedoch nicht nur eine Flexibilität

8 im Engineering-Prozess erforderlich, sondern auch im Einsatz von IT-Ressourcen. Illustration 4: Möglicher Geschäftsprozess Illustration 4 zeigt einen möglichen Geschäftsprozess beginnnend und endend beim Kunden. Dazwischen liegt das Engineering (in der obigen Illustration als FF bezeichnet), welche die Kundenforderungen auf technischer Ebene umsetzen muss. Für diese Tätigkeit werden verschiedenste Ressourcen eingesetzt. Insbesondere werden oft selbstentwickelte Berechnungsprogramme verwendet, welche spezielle Fragenkomplexe im technischen Bereich zu lösen vermögen. Diese Programme gelten oft als Legacy -Anwendungen, weil der Fokus auf der Implementierung von Algorithmen liegt und dabei die Bedienerfreundlichkeit, Wartbarkeit und Dokumentation vernachlässigt wird oder gar nicht vorhanden ist. Zumeist weisen diese Programme auch eine beschränkte Kommunikationsschnittstelle aus, was eine Integration mittels eines Enterprise Application Integration (EAI) Werkzeuges schwierig macht. Gleichzeitig stellen diese Programme jedoch eine wertvolle Hilfe für den Engineering-Prozess dar und sind auch aus Knowledge Management Sicht wertvoll, weil sie Wissen in Form von Algorithmen implementieren. 3.2 Anforderungen aus dem Engineering Auf Grund des vorherigen Abschnitts können ein paar grundlegende Anforderungen an IT-basierte Werkzeuge aus dem Engineering formuliert werden. Auf Grund von Produktvariationen basierend auf Grundmodulen sind Produktkonfiguratoren nötig, welche die Fähigkeit besitzen, unmögliche Konfigurationen auf Grund von technischen Rahmenbedingungen auszuschliessen. Die obige Anforderung setzt voraus, dass nicht nur reine Strukturinformationen vorhanden sind, sondern auch Komponentendaten wie auch Projekt-spezifische Daten bzw Kundendaten. Die weiter oben erwähnten Berechnungsprogramme sollten von den Produktkonfiguratoren aufgerufen werden können, um on-line die Konfigurationen zu validieren bzw zu verwerfen. Das wiederum setzt voraus, dass ein Datenfluss existieren muss zwischen den einzelnen Berechnungsprogrammen, welche der Produktkonfigurator verwalten muss. Zusätzlich werden Datentransformationen nötig sein. Als weitere grundlegende Anforderung kann die Variantenrechnung erwähnt werden. Oft gibt es nicht nur eine mögliche Lösung für ein bestimmtes Problem, sondern es kommen eine ganze Klasse von Lösungen in Frage. Damit davon eine optimale Lösung ausgwählt werden kann, werden Variantenrechnungen durchgeführt. Variantenrechnungen sollen insofern automatisiert

9 werden, dass der ganze Berechnungsprozess durch eine Datenänderung angestossen werden kann. Im Engineering-Prozess treten Optimierungszyklen auf, welche einerseits durch menschliche Interaktion gelöst werden können wie auch durch Optimierungsalgorithmen. Produktkonfiguratoren müssen in der Lage sein, Zyklen zu erkennen und adäquat zu behandeln. Das Engineering von Anlagen kann sich über einen längeren Zeitraum erstrecken. Deshalb wird es nötig sein, den aktuellen Zustand der Berechnungen abfragen zu können. Die obigen Punkte sollen keine abschliessende Auflistung von Anforderungen sein, sondern vielmehr Denkanstösse. 3.3 Herausforderung an ein IT-Werkzeug Die grundlegendste Herausforderung ist die Vielfältigkeit der Lösungen und der Lösungswege sowie der Anteil an kreativer Denkleistung. Das erstere bedingt eine Prozessflexibilität, das letztere resultiert in flexiblen Produktstrukturen. Das ist mitunter ein Grund, weshalb bis heute EAI- Werkzeuge nur bedingt Einzug im Engineering gehalten haben, weil sie im allgemeinen nicht die nötige Flexibilität in der Abbildung des Engineering-Prozesses mitbringen. Simulationswerkzeuge haben die Fähigkeit auf Grund von Strukturinformationen die Modell- Gleichungen automatisiert herzuleiten. Eine Vorbedingung hierzu ist, dass sämtliche verwendeten Komponenten in Form von mathematischen Gleichungen beschrieben werden können und dass die nötigen Komponenten-Daten verfügbar sind. Es existieren nun eine Reihe von Berechnungsprogrammen, welche an einer oder mehreren Stellen im Engineering-Prozess eingesetzt werden. Die Art und Weise des Einsatzes ist abhängig von den verfügbaren Daten und der Produktstruktur. Um nun die nötige Flexibilität zu erreichen, können Techniken aus dem Bereich der Simulation mit Vorgehensweisen aus dem Bereich von EAI kombiniert werden. 4 Aktive Process Management Systeme Aktiv heisst, dass Berechnungsroutinen oder allgemein eine Aktivität auf Grund von bestimmten Situationen, Datenänderungen oder auch Anwenderinteraktionen automatisch gestartet werden. Dazu gehört auch das Verschicken von Aufforderungen an Benutzer, anstehende Entscheidungen zu treffen, damit der Berechnungsprozess oder allgemeiner der Engineering-Prozess weiterfahren kann. Im Bereich der Datenbanksysteme [dit2000] sind aktive Mechanismen bereits seit Jahren bekannt und heute als Trigger in vielen Produkten enthalten. Die Motivation hinter der Einführung von aktiven Mechanismen waren das Erkennen von bestimmten Situation und das selbständige Ausführen von Folgeaktionen. Beispielhaft kann die Konsistenzüberwachung oder der Zugriffsschutz aufgeführt werden. Die unter Kapitel 2Information als Kernkompetenz aufgeführten Technologien besitzen im allgmeinen keine aktiven Mechanismen gemäss der obigen Sicht. 4.1 Vorgehensmöglichkeit anhand eines Beispiels Im Rahmen der europaweiten Bemühungen Energie zu sparen, werden in Industrieunternehmen Energieanalysen durchgeführt. Im Folgenden Beispiel handelt es sich um eine Energieanalyse eines elektrischen Antriebes. Illustration 5 zeigt eine typische Anordnung eines Antriebes mit den Komponenten Frequenzumrichter, Motor, Übertragung und einem Endverbraucher wie z.b.einer Pumpe oder eines Ventilators. Es werden zwei Fälle unterschieden. Fall A geht davon aus, dass die Energie des Endverbrauchers gemessen werden kann und daraus dann zuerst die Kenngrössen des Endverbrauchers bestimmt werden und des weiteren die Kenngrössen der übrigen Komponenten des Antriebes bis hin zur Berechnung der Netzbelastung. In einem weiteren Schritt können dann die

10 Komponenten verlustoptimiert ausgelegt werden. Illustration 5: Zwei Fälle von Energienalysen Der Fall B unterscheidet sich vom Fall A darin, dass nicht am Endverbraucher gemessen werden kann, sondern irgendwo im Antriebsstrang. Der Hintergrund hierfür ist die oft nicht gegebene Erreichbarkeit der Messstelle bzw der kostenmässige Aufwand. Um jedoch trotzdem auf die Energieabgabe des Endverbrauchers schliessen zu können, wird von der Messstelle zuerst Richtung Endverbraucher anhand der Komponentendaten gerechnet. Danach wird wie im Fall A weiterverfahren. Es ist nun keine weitere Schwierigkeit zu erwarten und es können die beiden Fälle A und B mittels eines Werkzeuges implementiert werden. In der Realität gibt es jedoch ein Unzahl von verschiedenen Topologien mit verschiedenen Antriebskomponenten wie beispielhaft Illustration 6 zeigt. Damit versagt die einfache Implementation anhand von Fall A und B. Illustration 6: Allgmeinere Topologie eines Antriebssystems Es stellt sich nun das Problem von beliebig variablen Topologien mit verschiedensten Komponenten sowie mehreren möglichen Messstellen sowie Kombinationen von Messstellen. Eine Umsetzung mittels eines Werkzeuges ist nun bedeutend schwieriger. 4.2 Lösungsansatz Ein möglicher Lösungsansatz für das obige Problem liegt in der Umsetzung der Prozessbeschreibung auf Komponentenebene wie Illustration 7 zeigt.

11 Illustration 7: Umsetzung einer generischen Prozessdefinition auf Komponentenebene Das generische Vorgehen bei der Energieanalyse ist immer gleichbleibend und anhand der Fälle A und B von Illustration 5 gezeigt. Es ist nun von Interesse, welche Auswirkungen eine solche generische Prozessbeschreibung auf die beteiligten Komponenten hat. In unserem Fall heisst das, dass eine Komponenten drei Funktionen anbieten muss: 1. Berechnung der abgegebenen Energie in Funktion der aufgenommenen Energie und den Komponentendaten 2. Berechnung der aufgenommenen Energie in Funktion der abgegebenen Energie un den Komponentendaten 3. Berechnung der Komponentendaten in Funktion der aufgenommenen und der abgenommenen Energie Somit wird die generische Prozessdefinition auf Komponentenebene mittels Methoden umgesetzt und es fehlt jetzt nur noch die Strukturinformation des jeweiligen Antriebssystems, um eine Energieanalyse durchführen zu können. Neue Komponenten können einfach hinzugefügt werden. Veränderungen in der Prozessdefinition können mittels Änderungen in den Komponenten- Methoden nachvollzogen werden. Die Durchführung einer Energieanalyse wird ausgelöst durch die Verfügbarkeit von Messdaten, welche an einer beliebigen Stelle vorliegen können. Falls der Messpunkt nicht die Berechnung einer vollständigen Energieanalyse erlaubt, können weitere Messdaten ermittelt werden und das System löst die nötigen Aktionen zur Energieanalyse selbst aus. 4.3 Vorschlag einer möglichen IT Architektur Ein Ansatz einer IT-Architektur besteht in einer 3-Tier-Architektur mit Client-Tier, Business-Tier und Datenbank-Tier gemäss Illustration 8. Illustration 8: 3-Tier-Architektur Die Business-Tier umfasst die Umsetzung der generischen Prozessdefinition in Objektmethoden

12 und die Administration der Objekte in Projekte. Die Client-Tier erlaubt den Zugriff auf Projektebene und die Definition von Strukturen. Es werden Enterprise Java Beans verwendet. Die Objekte in der Business-Tier enthalten neben den Prozess-spezifischen Methoden generische Methoden zur Zyklendetektion und zur aktiven Behandlung von Datenänderungen und Datenpropagation. Der Client-Tier wird mittels Servlets/JSP realisiert Projekte Ein Projekt besteht aus einer Menge von Komponenten, welche untereinander Beziehungen haben. Diese Beziehungen legen sowohl den Datenfluss wie auch den Berechnungsfluss fest und damit auch den Engineering-Prozess. Somit besteht eine wichtige Funktionalität eines Projektes darin, Komponentenbeziehungen definieren und ändern zu können. Ferner ist das Projekt auch der zentrale Zugangsort zu den Komponenten und ermöglicht die Kontrolle des Projektfortschrittes inklusive der Erstellung von Projektberichten. Die Implementation kann mittels Factory-Methoden [Gam1995] realisiert werden. Damit wird die Klasse Projekt unabhängig von der Implementation der Komponentenklassen Komponenten Eine Komponente setzt sich aus verschiedenen Attributen zusammen, welche zusammen eine reale Komponente im Engineering repräsentieren. Sie muss demnach ähnlich wie die Klasse Projekt die Funktionalität besitzen, Attribute definieren und ändern zu können. Hierfür wird wiederum auf das gleiche Factory-Pattern wie unter 4.3.1Projekte zurückgegriffen. Zusätzlich implementiert die Klasse Komponente das Cycle- und Update-Interface, welche die Zyklendetektion (4.3.4Zyklendetektion) und die Propagation von Änderungen (4.3.5Propagation von Änderungen) ermöglicht. Die folgende Abbildung zeigt das Aktivitätsdiagramm beim Start eines neuen Projektes. Illustration 9Aktivitätsdiagramm für ein neues Projekt Nach der Definition der Projektstruktur und der Generierung und Inititalisierung der Komponenten erfolgt eine Zyklendetektion. Danach versucht jede Komponente ihre Berechnungen durchzuführen. Die Durchführung ist jedoch abhängig von der Datenverfügbarkeit. So wird der allgmeine Fall darin

13 bestehen, dass zu Beginn eines Projektes nur wenige Berechnungen effektiv durchgeführt werden können. Sobald jedoch neue Daten verfügbar sind, werden die neu möglichen Berechnungen automatisch angestossen bzw im Falle von Zyklen, der Anwender informiert Attribute Die Attribute sind die kleinsten Einheiten und enthalten die eigentlichen Engineeringdaten. Die Klasse Attribut implementiert das Cycle- und Update-Interface, welche die Zyklendetektion (4.3.4Zyklendetektion) und die Propagation von Änderungen (4.3.5Propagation von Änderungen) erlaubt. Attribute müssen grundsätzlich alle möglichen Datentypen abdecken. In der Praxis wird das jedoch meist entweder ein String oder ein Double-Wert sein, welche jedoch mehrdimensional sein können. Damit erscheint eine mögliche Implementation von Attributen mittels Vererbung und einem Decorator-Pattern [Gam1995] als sinnvoll. Das Decorator-Pattern ermöglicht die Implementation von Matrizen, ohne dass weiter Unterklassen gebildet werden müssten Zyklendetektion Die automatische Abwicklung von Prozessen und Berechnungen kann einfach implementiert werden unter der Annahmen, dass Zyklen detektiert werden können und entsprechend gesondert behandelt werden. Hierzu gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Einerseits kann ein Zyklus durch einen Optimierungsalgorithmus gelöst werden, andererseits kann das System den Anwender auf den Zyklus hinweisen und die Lösung des Zyklusses dem Anwender überlassen. Als Mischformen können Systeme bezeichnet werden, welche nur gewisse Typen von Zyklen automatisch auflösen können. Um Zyklen überhaupt detektieren zu können, müssen Abhängigkeiten zwischen Komponenten definiert werden. Eine genauere Analyse von Engineering-Berechnungen zeigt jedoch, dass die Definition von Abhängigkeiten auf Komponentenebene zu grob ausfällt. Oft besteht eine Abhängigkeit nur zwischen einem oder mehreren Attributen von Komponenten. Eine adäquate Lösung dieser Situation ist, dass Abhängigkeiten zwischen einem Attribut einer Komponente A und der Komponente B definiert werden. Im allgmeinen Fall sind das 1:n Abhängigkeiten. Dieser Lösungsansatz wiederspiegelt die Tatsache, dass die Berechnungen einer Komponente oft abhängig ist von einzelnen Attributen von anderen Komponenten, jedoch im allgemeinen Fall nicht dem ganzen Set von Attributen dieser anderen Komponenten. Eine Zyklendetektion wird zu Anfang eines Projektes und nach jeder Änderung an der Projektstruktur durchgeführt. Hierzu wird der ganze Baum, welcher durch die Beziehungen zwischen Attribut und Komponenten aufgespannt wird, traversiert. Eine mögliche Implementation der Abhängigkeiten ist mittels Publish-Subscribe-Methoden der Attribute. Damit lassen sich 1:n-Beziehungen abbilden. Für die Traversierung von Bäumen kann ebenfalls auf bekannte Methoden zurückgegriffen werden Propagation von Änderungen Nebst der Zyklendetektion ist die Weiterleitung von Änderungen eine weitere wichtige Funktionalität des Systems. Dazu kann auf die bereits vorhandenen Datenstrukturen der Zyklendetektion zurückgegriffen werden, welche die Abhängigkeiten zwischen Attributen und Komponenten definiert. Diese Abhängigkeiten definieren gleichzeitig auch die Pfade für die Weiterleitung von Änderungen. Eine mögliche Implementation der Abhängigkeiten ist mittels dem Observer-Pattern [Gam1995]. Das Observer-Pattern definiert eine 1:n Beziehung zwischen Objekten, so dass bei einer Zustandsänderung eines Objektes die abhängigen Objekte benachrichtigt und automatisch angepasst werden. Dazu kann auf die Publish-Subscribe-Methoden der Zyklendetektion zurückgegriffen

14 werden. 5 Literaturverzeichnis [Hac2002] Contente Management for Dynamic Web Delivery; JoAnn T. Hacks; Wiley 2002 [Rot2003] Content Management mit XML; Gunther Rothfuss, Christian Ried; Springer 2003 [Bel2002] Knowledge Management Strategy and Technology; Richard F. Bellaver, John M. Lusa; Arteck House 2002 [Kam1999] Dokumentenmanagement Grundlagen und Zukunft; Ulrich Kamffmeyer, Barbara Merkel; Project Consult, 1999 [Ver2002] Management-Technologien; Gerhard Versteegen; Springer; 2002 [Woo1998] [Ble2001] Knowledge Management, Applications, Markets and Technologies; Eric Woods, Madan Sheina; Ovum Ltd.; 1998 Content Management für das Business Engineering; Dieter Blessing; Dissertation; 2001 [Koo2001] Erfolgsfaktor Content Management; Hans Jochen Koop et al; vieweg; 2001 [Dit2000] Aktive Datenbanksysteme, Klaus R. Dittrich, Stella Gatziu, dpunkt, 2000 [Bod2002] Daten- und Wissensmanagement, Freimut Bodendorf, Springer, 2002 [Gam1995] Design Patterns, Erich Gamme et al, Addison-Wesley, 1995

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