TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 1 WP3-13 Bauinformatik Vertiefte Grundlagen 2. Vorlesung Repräsentation von Systemen (IDEF0) Nürnberger

TU Dresden - Institut für BauinformatikFolie-Nr.: 1

WP3-13 Bauinformatik Vertiefte Grundlagen

2. Vorlesung

Repräsentation von Systemen (IDEF0)

Nürnberger Str. 31a2. OG, Raum 204

TU Dresden - Institut für Bauinformatik

Prof. Dr.-Ing. R. J. Scherer


Repräsentation von Systemen (IDEF0)• Input(1) und Output (2) ist nicht ausreichend für eine zufriedenstellende

Repräsentation von Systemen. Es werden zusätzlich gebraucht:

• (3) Steuerung(4) Mechanismus (= Methoden, Akteure)

Die Grafische Modellierungssprache IDEF0• IDEF0 = funktionale Beschreibung des Systems

• IDEF0 = Modellierungssprache assoziierte Regeln und Techniken zur Entwicklung strukturierter grafischer Repräsentationen eines Systems oder einer Firma

• IDEF0 = Integration Definition Function Modelling, Level 0

• IDEF0 = basiert auf der (US) Air Force Wright Aeronautical Laboratories Integrated Computer-Aided Manufacturing (ICAM) Architecture


Anwendung von IDEF0

• Für neue Systeme kann IDEF0 zur Verbesserung der Entwurfs-arbeit verwendet werden, erstens für die Definition von Anforde-rungen und Spezifikation der Funktionen und dann zum Entwurf einer Implementierung, die die Anforderungen erfüllt und die Funktionen ausführt.

• Für bestehende Systeme kann IDEF0 zur Analyse der System-funktionen, des Systemverhaltens und der Mechanismen, die zu ihrer Ausführung führen, verwendet werden.


Funktion

• Eine Aktivität, Prozess oder Transformation (modelliert durch ein IDEF0 Rechteck)

• beschrieben durch ein Verb, das den Inhalt der Aktivität beschreibt.

Funktions-Name


Input

• Reale Objekte oder Daten, die zur Ausführung der Funktion notwendig sind.

• Benannt mit einem Substantiv

Funktions-Name

Input


Output

Funktions-Name

Output

• Objekte oder Daten die das Resultat der Funktion nach Transformation des Inputs sind



Steuerung

• Bedingungen, die zur Produktion eines korrekten

Outputs erforderlich sind


Funktions-Name

Steuerung


Mechanismus

• Mechanismus (Person, Gerät, oder Daten) der die Funktion ausführt


Funktions-Name

Mechanismus


Die beiden Primären Modellkomponenten sind Funktionen und Daten/Objekte, die mit diesen Funktionen in Wechselwirkung stehen

Funktions-Name

Input Output

Steuerung

Mechanismus

Rechtecke repräsentieren Funktionen die angeben was erreicht werden soll. Der Funktionsname ist ein Verb

Pfeile repräsentieren Daten oder Objekte, die von der Funktionen benötigt oder durch sie produziert werden. Jeder Pfeil wird durch ein Substantiv benannt.

Repräsentation von Systemen mit IDEF0


Dekomposition in Sub-Systeme

A0

A0

A-0

Eltern Diagram

Kind Diagramm

Allgemein

Detailliert

0

Dieses Rechteck ist Elter dieses Kinddiagramms

1

2

3

4A4

Top-Level Kontext Diagramm

Subsysteme können geschachtelt oder sequenziell sein

Elterndiagramme repräsentieren einen

höheren Abstraktionsgrad als Kinddiagramme


Dekomposition in Sub-Systeme

A4

1

2

3A43

A43

1

2

3

Diese Nummerierung zeigt, dass die Funktion detailliert wurde

Ein Diagramm enthält maximal 6 und mindestens 3 Funktionen


Geklammerte Pfeile

• Die Klammerung eines Pfeils am Rechteck bedeutet, dass die Daten oder Objekte, die durch diese Pfeile ausgedrückt werden nicht notwendig für das Verständnis nachfolgender Dekompositionsebenen sind und daher nicht im Kinddiagramm enthalten sind.

(

)

(

)

( )

( )

I1

M1

C1

O1


Geklammerte Pfeile

• Die Klammerung am ungebundenen Ende bedeutet, dass die Daten oder Objekte am nächst höheren (Eltern) Dekompositionsgrad nicht notwendig sind und daher nicht mit der Eltern-Funktion verbunden sind.

(

)

(

)

( )

( )


Nummerierung von Funktionen

• Jede Funktion soll in der rechten unteren Ecke innerhalb des Rechtecks nummeriert werden.

• Dieses Nummerierungssystem ist erforderlich, um die eindeutige Identifikation der Funktionen innerhalb des Diagramms sowie Verweise darauf zu ermöglichen.

• Sie werden auch zur Referenzierung auf die Funktionen aus textuellen Beschreibungen der Diagramme benutzt.

• Die Funktionsnummer für die alleinstehende Funktion auf dem A-0 Kontextdiagramm hat die Nummer 0 (null).

• Die Nummern für die Funktionen in allen anderen Diagrammen sollen 1,2,3 bis max. 6 sein.

0


Verweis-Nummern

• Eine Verweisnummer steht an der rechten unteren Ecke außerhalb des Rechtecks. Sie kennzeichnet die Funktion als Eltern-Funktion und ist gleichzeitig die Diagrammnummer des Kind-Diagramms.

• Die Verweisnummer wird angeführt von der Diagrammnummer des Elterndia-gramms gefolgt von der Nummer der Elternfunktion, die detailliert werden soll.z.B.: die Verweisnummer der Funktion 2 im Diagramm A25 ist A252.

2

A252


Output

• Output kann Steuerung werden

• Output kann Input werden

A

A


Bündelung und Gabelung

Gabelung des Pfeils A resultiert in Pfeilen B und C

C

B

A

A

BC

Bündelung der Pfeile B und C zu Pfeil A

Die Kombination von Pfeilen (Bündelung) zu einem Pfeil oder die Separation eines Pfeils in mehrere Pfeile (Gabelung) wird durch die Pfeilvereinigungs- bzw. Pfeil-verzweigungssyntax ausgedrückt.


Beispiel: Wasserversorgungssystem

versorgen mit Wasser

gespeichertesWasser

Wasserbedarf des Abnehmers

Topographie, etc.

Versorger

Rechtecke repräsentieren Funktionen, die angeben was erreicht werden soll. Der Funktionsname ist ein Verb.

Pfeile repräsentieren Daten oder Objekte, die von der Funktionen benötigt oder durch sie produziert werden. Jeder Pfeil wird durch ein Substantiv benannt.


Definition von Zielen und Zwischenzielen

Druckdaten Fließdaten VerbrauchsdatenVersorgungsdaten

Rauhigkeit Verlust

Kosten aus erhöhter Pumpleistung + Verlust Einnahmen

Bewertung der Rentabilität

Bericht Aktueller Zustand

Ziel

Zwischen-ziele


Beispiel: Überwachung eines Wasserversorgungssystems

überwache Lebenszyklus

Betriebsdaten

Anforderungen anQualität und Quantität

Betreiber

Kosten aufgrunderhöhter Pumpleistung und Wasserverlust

Top-Level Kontext Diagramm

0

A-0 Überwachung des Wasserversorgungssystems

ZWECK: Überwachung und Info-verarbeitung zur Wartung des Wasserversorgungssystems

SICHT: Wartungsteam und Entscheidungsträger

Planungsdaten

A0


Der ganze Prozess ist zeitabhängig, d.h. er muß regelmäßig aktualisiert werden.

TITEL:KNOTEN: NR.:A0 Soll-Ist-Vergleich

4

vergleiche

3

summiere zu Gesamtkosten

Ct

5

bewerte Rentabilität

Ct/CPr

Prognose der künftigen

Entwicklung

Betriebswirt

Betriebswirt

Bauing.

Planungsdaten

1

A1

berechne Pumpkosten

2

A2

berechne Verlustkosten

Betriebsdaten

Bauing.

Bauing.

Beispiel: Überwachung eines Wasserversorgungssystems


SystemverhaltenSystemverhalten = Aggregation des Verhaltens aller Grund-Subsysteme

Jedes Basis-Subsystem ist ein isoliertes System

1. Gesetz der Thermodynamik gilt

Erhaltung der totalen Energie

"Element Leitung"transportiere

Wasser

Q1

hLoss,1

v1

p1

Q2

hLoss,2

v2

p2

Zustands-

variablen

Rauhigkeit

Erhalt der totalen Energie

Zustands-

variablen


Elementverhalten eines Grundelements

konst)h,v,p,,z(fh LossELT

2...1,Lossh

2z

NN

EL

HGL

Annahme: stationärer Fluss, reibungsfreie und inkompressible Flüssigkeit

ELT

g2

v22

g

p2

1,Lossh

g2

v21

g

p1

1z

1 2

p = hydrostat. Druck ρ = Dichte des Wassers v = Fließgeschwindigkeit g = Erdbeschleunigungz = Höhe Rohr hLoss = Druckverlust

)v,d,L,(fh 1ii,Loss

= ReibungskoeffizientL = Rohrlängedh = hydraulischer Durchm.

L

)d,k(Re,f hk = relative Rauhigkeit der RohrwandRe = Reynolds Zahl

vAQ

Erhalt der totalen Energie

),,v,d(fRe μ = dynamische oder absolute Viskosität



2

berechne notwendigen

Einspeisedruck

3

berechne Pumpkostenpmin,input

Alle QVerbrauch

Bauing.

Bauing.

Cp

TITEL:KNOTEN: NR.:A1 Berechnung der Pumpkosten

Alle pmin,Verbrauch


TITEL:KNOTEN: NR.:A2 Berechnung der Verlustkosten

1

A21

berechne Verlust

2

berechne Verlustkosten

DV

Bauing.

Bauing. Cw

Betriebsdaten



TITEL:KNOTEN: NR.:A21 Berechnung Wasserverlust

1

summiere

2

berechne Differenz

Entnahme aus Wasserspeicher

Verbrauch proAbnehmer

SVerbrauch

Verlust



Nachteile von IDEF0

Bei der Anwendung von IDEF0 sollte man sich folgender Nachteile bewusst sein:• Komplexität der Diagramme• Unterscheidung und Trennung unterschiedlicher Sichten• Schwierige Identifikation und Unterscheidung zwischen Steuerung und Inputs• Unzureichende Semantik zur Repräsentation der Verzweigungen der Abläufe• Ungenaue Spezifikation der Daten (nur textuelle Beschreibung)

IDEF0 ist eine Top-Level Beschreibung eines Systems, besonders geeignetfür die Kommunikation zwischen Auftraggeber und Entwickler.

Eine weitere Möglichkeit auf diesem Level bietet z. B. UML durch diesog. USE CASE (Anwendungs-) Diagramme und Szenarien.


Modellierungsansätze• Ein Modell ist eine vereinfachte

Abbildung der Realität• Ein Modell wird zur Repräsentation

einer Menge von Komponenten eines Systems oder einer Domäne genutzt.

• Die Abbildung ist beschränkt auf die Ojekte, die für die Untersuchung relevant sind

• Um das Modell handhabbar zu machen, müssen Modellverein-fachungen eingeführt werden

• Vereinfachungen sind irreversibel für eine Detaillierung ist ein neues Modell und eine neue Berechnung erforderlich!

Ver

ein

fach

un

g

Umkehrung Unmöglich


Literatur

Draft Federal Information Processing Standards Publication 183: "INTEGRATION DEFINITION FOR FUNCTION MODELING (IDEF0)", 1993http://www.idef.com/pdf/idef0.pdf

Object Management Group: „OMG Unified Modeling Language Specification“, Framingham, MA,1998. http://www.omg.org

W.W. Royse:„Managing the development of large software systems“ in: „Tutorial: Software Engineering project management“, IEEE Computer Socienty, Washington DC, pp. 118 – 127, 1970.

Documents

TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 1 WP3-13 Bauinformatik Vertiefte Grundlagen 2. Vorlesung Repräsentation von Systemen (IDEF0) Nürnberger