UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Knowledge Representation in Engineering 4.0

  • This dissertation was developed in the context of the BMBF and EU/ECSEL funded projects GENIAL! and Arrowhead Tools. In these projects the chair examines methods of specifications and cooperations in the automotive value chain from OEM-Tier1-Tier2. Goal of the projects is to improve communication and collaborative planning, especially in early development stages. Besides SysML, the use of agreed vocabularies and on- tologies for modeling requirements, overall context, variants, and many other items, is targeted. This thesis proposes a web database, where data from the collaborative requirements elicitation is combined with an ontology-based approach that uses reasoning capabilities. For this purpose, state-of-the-art ontologies have been investigated and integrated that entail domains like hardware/software, roadmapping, IoT, context, innovation and oth- ers. New ontologies have been designed like a HW / SW allocation ontology and a domain-specific "eFuse ontology" as well as some prototypes. The result is a modular ontology suite and the GENIAL! Basic Ontology that allows us to model automotive and microelectronic functions, components, properties and dependencies based on the ISO26262 standard among these elements. Furthermore, context knowledge that influences design decisions such as future trends in legislation, society, environment, etc. is included. These knowledge bases are integrated in a novel tool that allows for collabo- rative innovation planning and requirements communication along the automotive value chain. To start off the work of the project, an architecture and prototype tool was developed. Designing ontologies and knowing how to use them proved to be a non-trivial task, requiring a lot of context and background knowledge. Some of this background knowledge has been selected for presentation and was utilized either in designing models or for later immersion. Examples are basic foundations like design guidelines for ontologies, ontology categories and a continuum of expressiveness of languages and advanced content like multi-level theory, foundational ontologies and reasoning. Finally, at the end, we demonstrate the overall framework, and show the ontology with reasoning, database and APPEL/SysMD (AGILA ProPErty and Dependency Descrip- tion Language / System MarkDown) and constraints of the hardware / software knowledge base. There, by example, we explore and solve roadmap constraints that are coupled with a car model through a constraint solver.
  • Diese Dissertation wurde im Kontext des von BMBF und EU / ECSEL gefördertem Projektes GENIAL! und Arrowhead Tools entwickelt. In diesen Projekten untersucht der Lehrstuhl Methoden zur Spezifikationen und Kooperation in der Automotive Wertschöp- fungskette, von OEM zu Tier1 und Tier2. Ziel der Arbeit ist es die Kommunikation und gemeinsame Planung, speziell in den frühen Entwicklungsphasen zu verbessern. Neben SysML ist die Benutzung von vereinbarten Vokabularen und Ontologien in der Modellierung von Requirements, des Gesamtkontextes, Varianten und vielen anderen Elementen angezielt. Ontologien sind dabei eine Möglichkeit, um das Vermeiden von Missverständnissen und Fehlplanungen zu unterstützen. Dieser Ansatz schlägt eine Web- datenbank vor, wobei Ontologien das Teilen von Wissen und das logische Schlussfolgern von implizitem Wissen und Regeln unterstützen. Diese Arbeit beschreibt Ontologien für die Domäne des Engineering 4.0, oder spezifischer, für die Domäne, die für das deutsche Projekt GENIAL! benötigt wurde. Dies betrifft Domänen, wie Hardware und Software, Roadmapping, Kontext, Innovation, IoT und andere. Neue Ontologien wurden entworfen, wie beispielsweise die Hardware-Software Allokations-Ontologie und eine domänen-spezifische "eFuse Ontologie". Das Ergebnis war eine modulare Ontologie-Bibliothek mit der GENIAL! Basic Ontology, die es erlaubt, automotive und mikroelektronische Komponenten, Funktionen, Eigenschaften und deren Abhängigkeiten basierend auf dem ISO26262 Standard zu entwerfen. Des weiteren ist Kontextwissen, welches Entwurfsentscheidungen beinflusst, inkludiert. Diese Wissensbasen sind in einem neuartigen Tool integriert, dass es ermöglicht, Roadmapwissen und Anforderungen durch die Automobil- Wertschöpfungskette hinweg auszutauschen. On tologien zu entwerfen und zu wissen, wie man diese benutzt, war dabei keine triviale Aufgabe und benötigte viel Hintergrund- und Kontextwissen. Ausgewählte Grundlagen hierfür sind Richtlinien, wie man Ontologien entwirft, Ontologiekategorien, sowie das Spektrum an Sprachen und Formen von Wissensrepresentationen. Des weiteren sind fort- geschrittene Methoden erläutert, z.B wie man mit Ontologien Schlußfolgerungen trifft. Am Schluss wird das Overall Framework demonstriert, und die Ontologie mit Reason- ing, Datenbank und APPEL/SysMD (AGILA ProPErty and Dependency Description Language / System MarkDown) und Constraints der Hardware / Software Wissensbasis gezeigt. Dabei werden exemplarisch Roadmap Constraints mit dem Automodell verbunden und durch den Constraint Solver gelöst und exploriert.

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Metadaten
Author:Frank Wawrzik
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-68887
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6888
Advisor:Christoph Grimm
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Year of Completion:2022
Date of Publication:2022/07/22
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/07/06
Date of the Publication (Server):2022/07/25
Tag:Engineering 4.0; ISO26262; OWL; constraint exploration; microelectronics ontology; reasoning; semantic web
Number of page:152, 2
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Informatik
CCS-Classification (computer science):E. Data
DDC-Cassification:0 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft / 004 Informatik
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung (CC BY 4.0)