Fehlersuche im Modell - Modellbasiertes Testen und Debuggen

Kern der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung von Methoden, Techniken und Werkzeugen zur Fehlersuche in modellbasierten Softwareentwicklungsprozessen. Hierzu wird zuerst ein von mir mitentwickelter, neuartiger und modellbasierter Softwareentwicklungsprozess, der sogenannte Fujaba Process, vorgestellt. Dieser Prozess wird von Usecase Szenarien getrieben, die durch spezielle Kollaborationsdiagramme formalisiert werden. Auch die weiteren Artefakte des Prozess bishin zur fertigen Applikation werden durch UML Diagrammarten modelliert. Es ist keine Programmierung im Quelltext nötig. Werkzeugunterstützung für den vorgestellte Prozess wird von dem Fujaba CASE Tool bereitgestellt. Große Teile der Werkzeugunterstützung für den Fujaba Process, darunter die Toolunterstützung für das Testen und Debuggen, wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Im ersten Teil der Arbeit wird der Fujaba Process im Detail erklärt und unsere Erfahrungen mit dem Einsatz des Prozesses in Industrieprojekten sowie in der Lehre dargestellt. Der zweite Teil beschreibt die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Testgenerierung, die zu einem wichtigen Teil des Fujaba Process geworden ist. Hierbei werden aus den formalisierten Usecase Szenarien ausführbare Testfälle generiert. Es wird das zugrunde liegende Konzept, die konkrete technische Umsetzung und die Erfahrungen aus der Praxis mit der entwickelten Testgenerierung dargestellt. Der letzte Teil beschäftigt sich mit dem Debuggen im Fujaba Process. Es werden verschiedene im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Konzepte und Techniken vorgestellt, die die Fehlersuche während der Applikationsentwicklung vereinfachen. Hierbei wurde darauf geachtet, dass das Debuggen, wie alle anderen Schritte im Fujaba Process, ausschließlich auf Modellebene passiert. Unter anderem werden Techniken zur schrittweisen Ausführung von Modellen, ein Objekt Browser und ein Debugger, der die rückwärtige Ausführung von Programmen erlaubt (back-in-time debugging), vorgestellt. Alle beschriebenen Konzepte wurden in dieser Arbeit als Plugins für die Eclipse Version von Fujaba, Fujaba4Eclipse, implementiert und erprobt. Bei der Implementierung der Plugins wurde auf eine enge Integration mit Fujaba zum einen und mit Eclipse auf der anderen Seite geachtet. Zusammenfassend wird also ein Entwicklungsprozess vorgestellt, die Möglichkeit in diesem mit automatischen Tests Fehler zu identifizieren und diese Fehler dann mittels spezieller Debuggingtechniken im Programm zu lokalisieren und schließlich zu beheben. Dabei läuft der komplette Prozess auf Modellebene ab. Für die Test- und Debuggingtechniken wurden in dieser Arbeit Plugins für Fujaba4Eclipse entwickelt, die den Entwickler bestmöglich bei der zugehörigen Tätigkeit unterstützen.

Verfahren zur echtzeitfähigen Simulation dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Schadstoffe von Ottomotoren

Im Rahmen dieser Arbeit werden Modellbildungsverfahren zur echtzeitfähigen Simulation wichtiger Schadstoffkomponenten im Abgasstrom von Verbrennungsmotoren vorgestellt. Es wird ein ganzheitlicher Entwicklungsablauf dargestellt, dessen einzelne Schritte, beginnend bei der Ver-suchsplanung über die Erstellung einer geeigneten Modellstruktur bis hin zur Modellvalidierung, detailliert beschrieben werden. Diese Methoden werden zur Nachbildung der dynamischen Emissi-onsverläufe relevanter Schadstoffe des Ottomotors angewendet. Die abgeleiteten Emissionsmodelle dienen zusammen mit einer Gesamtmotorsimulation zur Optimierung von Betriebstrategien in Hybridfahrzeugen. Im ersten Abschnitt der Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise zur Planung und Erstellung von komplexen, dynamischen und echtzeitfähigen Modellstrukturen aufgezeigt. Es beginnt mit einer physikalisch motivierten Strukturierung, die eine geeignete Unterteilung eines Prozessmodells in einzelne überschaubare Elemente vorsieht. Diese Teilmodelle werden dann, jeweils ausgehend von einem möglichst einfachen nominalen Modellkern, schrittweise erweitert und ermöglichen zum Abschluss eine robuste Nachbildung auch komplexen, dynamischen Verhaltens bei hinreichender Genauigkeit. Da einige Teilmodelle als neuronale Netze realisiert werden, wurde eigens ein Verfah-ren zur sogenannten diskreten evidenten Interpolation (DEI) entwickelt, das beim Training einge-setzt, und bei minimaler Messdatenanzahl ein plausibles, also evidentes Verhalten experimenteller Modelle sicherstellen kann. Zum Abgleich der einzelnen Teilmodelle wurden statistische Versuchs-pläne erstellt, die sowohl mit klassischen DoE-Methoden als auch mittels einer iterativen Versuchs-planung (iDoE ) generiert wurden. Im zweiten Teil der Arbeit werden, nach Ermittlung der wichtigsten Einflussparameter, die Model-strukturen zur Nachbildung dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Abgaskomponenten vor-gestellt, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickstoffmonoxid (NO) sowie Kohlenmono-xid (CO). Die vorgestellten Simulationsmodelle bilden die Schadstoffkonzentrationen eines Ver-brennungsmotors im Kaltstart sowie in der anschließenden Warmlaufphase in Echtzeit nach. Im Vergleich zur obligatorischen Nachbildung des stationären Verhaltens wird hier auch das dynami-sche Verhalten des Verbrennungsmotors in transienten Betriebsphasen ausreichend korrekt darge-stellt. Eine konsequente Anwendung der im ersten Teil der Arbeit vorgestellten Methodik erlaubt, trotz einer Vielzahl von Prozesseinflussgrößen, auch hier eine hohe Simulationsqualität und Ro-bustheit. Die Modelle der Schadstoffemissionen, eingebettet in das dynamische Gesamtmodell eines Ver-brennungsmotors, werden zur Ableitung einer optimalen Betriebsstrategie im Hybridfahrzeug ein-gesetzt. Zur Lösung solcher Optimierungsaufgaben bieten sich modellbasierte Verfahren in beson-derer Weise an, wobei insbesondere unter Verwendung dynamischer als auch kaltstartfähiger Mo-delle und der damit verbundenen Realitätsnähe eine hohe Ausgabequalität erreicht werden kann.

Asymptotic model for shape resonance control of diatomics by intense non-resonant light: universality in the single-channel approximation

Non-resonant light interacting with diatomics via the polarizability anisotropy couples different rotational states and may lead to strong hybridization of the motion. The modification of shape resonances and low-energy scattering states due to this interaction can be fully captured by an asymptotic model, based on the long-range properties of the scattering (Crubellier et al 2015 New J. Phys. 17 045020). Remarkably, the properties of the field-dressed shape resonances in this asymptotic multi-channel description are found to be approximately linear in the field intensity up to fairly large intensity. This suggests a perturbative single-channel approach to be sufficient to study the control of such resonances by the non-resonant field. The multi-channel results furthermore indicate the dependence on field intensity to present, at least approximately, universal characteristics. Here we combine the nodal line technique to solve the asymptotic Schrödinger equation with perturbation theory. Comparing our single channel results to those obtained with the full interaction potential, we find nodal lines depending only on the field-free scattering length of the diatom to yield an approximate but universal description of the field-dressed molecule, confirming universal behavior.

Hierarchical Object Recognition Using Libraries of Parameterized Model Sub-Parts

This thesis describes the development of a model-based vision system that exploits hierarchies of both object structure and object scale. The focus of the research is to use these hierarchies to achieve robust recognition based on effective organization and indexing schemes for model libraries. The goal of the system is to recognize parameterized instances of non-rigid model objects contained in a large knowledge base despite the presence of noise and occlusion. Robustness is achieved by developing a system that can recognize viewed objects that are scaled or mirror-image instances of the known models or that contain components sub-parts with different relative scaling, rotation, or translation than in models. The approach taken in this thesis is to develop an object shape representation that incorporates a component sub-part hierarchy- to allow for efficient and correct indexing into an automatically generated model library as well as for relative parameterization among sub-parts, and a scale hierarchy- to allow for a general to specific recognition procedure. After analysis of the issues and inherent tradeoffs in the recognition process, a system is implemented using a representation based on significant contour curvature changes and a recognition engine based on geometric constraints of feature properties. Examples of the system's performance are given, followed by an analysis of the results. In conclusion, the system's benefits and limitations are presented.

Region-Based Feature Interpretation for Recognizing 3D Models in 2D Images

In model-based vision, there are a huge number of possible ways to match model features to image features. In addition to model shape constraints, there are important match-independent constraints that can efficiently reduce the search without the combinatorics of matching. I demonstrate two specific modules in the context of a complete recognition system, Reggie. The first is a region-based grouping mechanism to find groups of image features that are likely to come from a single object. The second is an interpretive matching scheme to make explicit hypotheses about occlusion and instabilities in the image features.

Generative Temporal Planning with Complex Processes

Autonomous vehicles are increasingly being used in mission-critical applications, and robust methods are needed for controlling these inherently unreliable and complex systems. This thesis advocates the use of model-based programming, which allows mission designers to program autonomous missions at the level of a coach or wing commander. To support such a system, this thesis presents the Spock generative planner. To generate plans, Spock must be able to piece together vehicle commands and team tactics that have a complex behavior represented by concurrent processes. This is in contrast to traditional planners, whose operators represent simple atomic or durative actions. Spock represents operators using the RMPL language, which describes behaviors using parallel and sequential compositions of state and activity episodes. RMPL is useful for controlling mobile autonomous missions because it allows mission designers to quickly encode expressive activity models using object-oriented design methods and an intuitive set of activity combinators. Spock also is significant in that it uniformly represents operators and plan-space processes in terms of Temporal Plan Networks, which support temporal flexibility for robust plan execution. Finally, Spock is implemented as a forward progression optimal planner that walks monotonically forward through plan processes, closing any open conditions and resolving any conflicts. This thesis describes the Spock algorithm in detail, along with example problems and test results.

Modelamiento estratégico de una empresa del sector de plásticos a partir de la aplicación de la herramienta de análisis estructural de sectores estratégicos

Este estudio pretende aplicar la herramienta descrita en el libro “Análisis estructural de sectores estratégicos” con el objeto de determinar los niveles de hacinamiento, convergencia y morbilidad del sector industrial al que pertenece la empresa Intraplas Ltda., ubicada en la ciudad de Bogotá y dedicada al transformación de resina de PVC en perfilería utilizada en la fabricación de muebles RTA. Luego, aprovechado las conclusiones que de este estudio se deriven, se procederá a diseñar un modelo estratégico soportado en las teorías de Michael Porter, que le deberá permitir a la empresa estudiada reenfocar sus esfuerzos hacia sectores del mercado poco o nada hacinados a través de un adecuado encaje entre su posición estratégica, sus ventajas competitivas y una cadena de valor pertinentemente configurada, entregándole de esta forma a dicha empresa, una herramienta estructurada que eleve sus posibilidades de perdurar de manera rentable en el tiempo. PALABRAS CLAVE: hacinamiento, convergencia, plástico, cubrecanto, sector estratégico, estrategia.

UX Theory - Web Design

This lecture introduces UX theory and focusses on applying this to web based design.

Modelización bajo el enfoque de dinámica de sistemas de una cadena de abastecimiento para la industria vitivinícola

El proyecto de tesis denominado “Modelización bajo el enfoque de dinámica de sistemas de una cadena de abastecimiento para la industria vitivinícola” busca construir un modelo que aporte una solución óptima al problema logístico encontrado en la cadena de suministro, para que empresas nacionales o internacionales que tengan un funcionamiento similar al del sistema estudiado, puedan tomarlo como ejemplo o referencia. Así mismo, esta investigación pretende encontrar los problemas más frecuentes en cadenas de este tipo con el fin de construir un marco conceptual y teórico fundamentado en la Teoría General de Sistemas (TGS) que genere finalmente un modelo basado en la dinámica de sistemas el cual permitirá a las empresas diseñar y comparar las diferentes intervenciones derivadas del modelo que propicien la generación de capacidades dirigidas al logro de la competitividad de forma perdurable.

An artificial economy based on reinforcement learning and agent based modeling

In this paper, we employ techniques from artificial intelligence such as reinforcement learning and agent based modeling as building blocks of a computational model for an economy based on conventions. First we model the interaction among firms in the private sector. These firms behave in an information environment based on conventions, meaning that a firm is likely to behave as its neighbors if it observes that their actions lead to a good pay off. On the other hand, we propose the use of reinforcement learning as a computational model for the role of the government in the economy, as the agent that determines the fiscal policy, and whose objective is to maximize the growth of the economy. We present the implementation of a simulator of the proposed model based on SWARM, that employs the SARSA(λ) algorithm combined with a multilayer perceptron as the function approximation for the action value function.

A Jump Telegraph Model for Option Pricing

In this paper we introduce a financial market model based on continuos time random motions with alternanting constant velocities and with jumps ocurring when the velocity switches. if jump directions are in the certain corresondence with the velocity directions of the underlyng random motion with respect to the interest rate, the model is free of arbitrage. The replicating strategies for options are constructed in details. Closed form formulas for the opcion prices are obtained.

Time misalignments in fault detection and diagnosis

El desalineamiento temporal es la incorrespondencia de dos señales debido a una distorsión en el eje temporal. La Detección y Diagnóstico de Fallas (Fault Detection and Diagnosis-FDD) permite la detección, el diagnóstico y la corrección de fallos en un proceso. La metodología usada en FDD está dividida en dos categorías: técnicas basadas en modelos y no basadas en modelos. Esta tesis doctoral trata sobre el estudio del efecto del desalineamiento temporal en FDD. Nuestra atención se enfoca en el análisis y el diseño de sistemas FDD en caso de problemas de comunicación de datos, como retardos y pérdidas. Se proponen dos técnicas para reducir estos problemas: una basada en programación dinámica y la otra en optimización. Los métodos propuestos han sido validados sobre diferentes sistemas dinámicos: control de posición de un motor de corriente continua, una planta de laboratorio y un problema de sistemas eléctricos conocido como hueco de tensión.

Research by design : a research strategy

The idea of an expressive component in research is important to the architectural industry. The expressive element - the possibility of expressing the qualitative aspects of the world and adding something new to the existing through experiments and proposals - is characteristic for the field. All research environments, in the science tradition and in the humanities, have their characteristics. On the one hand, they live up to certain common scientific and methodological criteria - originality and transparency – and on the other hand, they have different practices, using different methods. Research is ‘coloured’ by traditions and professions, and research in architecture should be coloured too, taking into consideration that the practice of architects stretches from natural science and sociology to art and that the most important way in which the architect achieves new cognition is through work with form and space – drawings, models and completed works. Probably all good design is informed by some kind of research – research- based design. But can research arise from design?

Spherical nonparametric estimators applied to the UGAMP model integration for AMIP

The aim of this paper is essentially twofold: first, to describe the use of spherical nonparametric estimators for determining statistical diagnostic fields from ensembles of feature tracks on a global domain, and second, to report the application of these techniques to data derived from a modern general circulation model. New spherical kernel functions are introduced that are more efficiently computed than the traditional exponential kernels. The data-driven techniques of cross-validation to determine the amount elf smoothing objectively, and adaptive smoothing to vary the smoothing locally, are also considered. Also introduced are techniques for combining seasonal statistical distributions to produce longer-term statistical distributions. Although all calculations are performed globally, only the results for the Northern Hemisphere winter (December, January, February) and Southern Hemisphere winter (June, July, August) cyclonic activity are presented, discussed, and compared with previous studies. Overall, results for the two hemispheric winters are in good agreement with previous studies, both for model-based studies and observational studies.

Research note: amendments to the model for predicting age at sexual maturity for growing pullets of layer strains following changes in photoperiod

A model was published by Lewis et al. (2002) to predict the mean age at first egg (AFE) for pullets of laying strains reared under non-limiting environmental conditions and exposed to a single change in photoperiod during the rearing stage. Subsequently, Lewis et al. (2003) reported the effects of two opposing changes in photoperiod, which showed that the first change appears to alter the pullet's physiological age so that it responds to the second change as though it had been given at an earlier age (if photoperiod was decreased), or later age (if photoperiod was increased) than the true chronological age. During the construction of a computer model based on these two publications, it became apparent that some of the components of the models needed adjustment. The amendments relate to (1) the standard deviation (S.D.) used for calculating the proportion of a young flock that has attained photosensitivity, (2) the equation for calculating the slope of the line relating AFE to age at transfer from one photoperiod to another, (3) the equation used for estimating the distribution of AFE as a function of the mean value, (4) the point of no return when pullets which have started spontaneous maturation in response to the current photoperiod can no longer respond to a late change in photoperiod and (5) the equations used for calculating the distribution of AFE when the trait is bimodal.