ForschungForschungsbereiche
Arbeitsgruppe S4

Algorithmen, Optimierung, Visualisierung

Die Forschung der Arbeitsgruppe S4

© Pexels/Pixabay

UNSERE FORSCHUNGSMISSION

Wir forschen an der Definition einer flexiblen Dateninfrastruktur für alle Simulationsaspekte in PhoenixD. Spezialisten in verschiedenen Arbeitsgruppen simulieren zunächst Aspekte neuartiger optischer Technologien. Für eine übergreifende Gesamtsimulation muss der Austauschmechanismus die Spezialanforderungen der Gruppen berücksichtigen und dennoch für spätere Erweiterungen flexibel bleiben. Das Ziel ist, solch einen maßgeschneiderten Datenaustausch zu konzipieren, um eine ganzheitliche Simulation optischer Technologien zu unterstützen.

WAS UNS ANTREIBT

In PhoenixD werden neue optische Technologien erforscht und für die praktische Nutzung vorbereitet. Das Spektrum reicht von der Grundlagenforschung bis zur Produktion; die untersuchten Effekte sind teilweise mikroskopisch klein, andere makroskopisch groß. Bei optisch gesteuerten Anwendungen in der Landwirtschaft treffen Effekte in Lichtgeschwindigkeit auf die Geschwindigkeit eines Traktors, der über ein Feld fährt und die Pflanzen individuell bestrahlt. Wie können alle diese Phänomene und Effekte in ein gemeinsames Simulationsmodell gefasst werden?

Die Experten in PhoenixD decken zunächst jeweils Teilaspekte in die Tiefe ab. Wie verändern sich Pflanzen unter dem Eindruck unterschiedlicher Bestrahlung? Wie kann diese Bestrahlung punktgenau und für den richtigen Zeitraum geliefert werden? Aber auch: Wie interferieren verschiedene Lichtbündel?

Künftig soll der Daten-Austauschmechanismus so flexibel werden, dass mit wenig Aufwand auch neue Partner oder Externe sich in das Simulationsnetzwerk einklinken können.

In der Arbeitsgruppe S4 arbeiten Forscher aus verschiedenen Disziplinen, die PhoenixD verbinden. Mathematiker untersuchen mit den Partnern in PhoenixD das Potenzial bestimmter Differenzialgleichungsansätze. Software-Ingenieure entwickeln ein technisches Konzept für eine Datenaustausch-Infrastruktur zwischen den Arbeitsgruppen der Optik und des Maschinenbaus, die Simulationen entwickeln.

So sollen in Zukunft die Arbeitsergebnisse ausgetauscht und mehrfach nutzbar gemacht werden. Auf lange Frist soll der Austauschmechanismus so flexibel werden, dass mit wenig Aufwand auch neue Partner oder Externe sich in das Simulationsnetzwerk einklinken können.

 

UNSERE FORSCHUNGSARBEIT

PhoenixD erforscht neuartige optische Technologien. Dabei entstehen in jeder beteiligten Forschungsgruppe große Mengen an Simulationsdaten. Diese vielzähligen Ergebnisse und Ansätze zusammen zu führen und miteinander sinnvoll zu verbinden ist eine Herausforderung, sowohl auf konzeptioneller Ebene als auch beim Datenaustausch.

In einem solch komplexen und interdisziplinären Aufbau mag der Datenaustausch als rein technische Herausforderung erscheinen. Viele große Projekte und Initiativen zeigen jedoch, dass ein gutes gegenseitiges Verständnis aller Partner und ihrer Anforderungen entscheidend für eine reibungslose und effektive Zusammenarbeit ist.

Das Erfassen und die Darstellung dieser unterschiedlichen Anforderungen ist hingegen weitaus komplizierter als zunächst angenommen. In der Softwareindustrie ist das sogenannte Requirements Engineering eine Voraussetzung für den Erfolg großer und interdisziplinärer Projekte. In einem Forschungsumfeld wie PhoenixD ist die Anwendung von Requirements Engineering weit weniger üblich.

Die Arbeitsgruppe Software Engineering der Leibniz Universität Hannover unterstützt PhoenixD bei der Erfassung und Konsolidierung der Anforderungen der Teilnehmer und wird auf dieser Basis ein Konzept für einen intelligenten Simulationsdatenbus konzipieren. Frühere Konzepte wie CORBA (Common Object Request Broker Architecture) in den Bereichen des Software Engineering waren Versuche, objektorientierte Systeme zu verbinden.

Es wird wahrscheinlich fortlaufend zu Änderungen der Anforderungen sowie Anpassung der Referenzmodelle und digitalen Schnittstellen kommen. Es dürfte herausfordernd werden, den Zugang für verschiedene neue Akteure zu ermöglichen und gleichzeitig einen reibungslosen Zugang für etablierte Partner zu gewährleisten. Daher wird die Generierung eines Zugangscodes indirekt über domänenspezifische Sprachen (DSL) spezifiziert werden. Dadurch werden die Spezifikationen auf eine höhere Beschreibungsebene verlagert, die für die Teilnehmer leichter zu ändern ist.

Der Intelligent Simulation Data Bus (Abbildung 1) ist das interne Rückgrat von PhoenixD, um Simulationen unterschiedlicher Aspekte, Skalen und Zeitgranularitäten zu verbinden. Wir stellen uns auch vor, dass er das Tor zur Welt wird, das es externen Partnern ermöglicht, Beiträge zu leisten und davon zu profitieren.

© Kurt Schneider
Abbildung 1: Entwicklung eines Referenzmodells für ein flexibles, intelligentes Datenbus-Middleware-Konzept. Zugriff direkt (z. B. Forschungsbereich S) oder über generierte Schnittstellen, spezifiziert in Domänen-spezifische Sprachen (DSL)


Prof. Kurt Schneider
berät verschiedene Unternehmen sowie weltweit führende Konferenzen zu Themen des Requirements Engineering (dt. Anforderungsmanagement).

  • Program Committee Chair 2021 für die IEEE International Conference on Requirements Engineering, Notre Dame, Indiana, USA,
  • Steering Committee Chair der International Conference on Requirements Engineering Foundation for Software Quality REFSQ,
  • Host der Special Interest Group on Requirements Engineering 2020 der Deutschen Gesellschaft für Informatik, und
  • Mitglied verschiedener Industriekooperationen zu Anforderungsthemen mit großen Unternehmen, z.B. Volkswagen Nutzfahrzeuge, BakerHuges, Daimler.

AUSGEWÄHLTE LITERATUR:

  • Chazette, L. (2019). Mitigating Challenges in the Elicitation and Analysis of Transparency Requirements. in 2019 IEEE 27th International Requirements Engineering Conference (RE). DOI: doi.org/10.1109/re.2019.00064

 

Empfohlene weiterführende Literatur zur Entwicklung von Domänenen-spezifischen Sprachen (DSL) für die Code-Generierung

Ansprechpartner

© Kurt Schneider
Prof. Dr. rer. nat. Kurt Schneider
Teamleitung
© Kurt Schneider
Prof. Dr. rer. nat. Kurt Schneider
Teamleitung