Master-Studiengang
Informatik

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Master-Vertiefungsmodul: Modellierung

1. Modulkennung
MV2

2. Studiengang
Masterstudiengang Informatik

Modulbezeichnung

Modellierung (Mod)

4. Modul-Verantwortlicher

Valk, Moldt

5. Veranstalter/Dozent

Valk, Jantzen, Moldt

6. Sprache

Deutsch mit deutsch- und englischsprachigem Lehrmaterial; Englisch möglich

7. Motivation, Bedeutung für / Stellung im Gesamtprogramm

Die Frage nach den richtigen Modellierungsansätzen bei gegebenen Kontexten erfordert, dass die Beteiligten sowohl die Anwendungsdomäne (z.B. Wirtschaftswissenschaften, FlexibleFertigungssysteme, Spiele, Kommunikationssysteme, Informatiksysteme im Allgemeinen), als auch die zu verwendenden Modellierungsmittel beherrschen.

Zur Bearbeitung dieser Fragestellung werden in diesem Modul sowohl Systemeigenschaften selbst, als auch die geeigneten Techniken, Methoden und Werkzeuge als Bestandteil von Modellierungsansätzen zur Modellierung dieser Eigenschaften vorgestellt. Die konzeptionellen Grundlagen werden vorwiegend mit Hilfe von Petrinetzen und weiteren Techniken (z.B. eEPKs, UML) vermittelt. Weiterführende Konzepte ermöglichen es den Teilnehmern, Fragen der Steuerung von Systemen ebenso zu bearbeiten wie Problemstellungen in Hinblick auf die Architekturen von Informatiksystemen aufzugreifen und mit entsprechenden Abstraktionskonzepten zu modellieren. Die Kenntnisse im Bereich der formalen Spezifikation werden vertieft. Darüber hinaus werden neben den traditionellen, rein informatischen Techniken auch sozio-technische Modellierungsfragen behandelt. Im Rahmen der Modellierung ergeben sich anschließende Möglichkeiten der Analyse und Konstruktion von Informatiksystemen.

8. Lernziele/Kompetenzen

Im Informatikkontext ist die Verwendung von formalen und semiformalen Modellierungstechniken von großer Bedeutung. Um die Strukturen und Prozesse von Systemen unmittelbar zu unterstützen, müssen Systembeschreibungssprachen über entsprechende Modellierungskonstrukte verfügen. Die Stärken und Schwächen verschiedener Modellierungsansätze und–grundlagen werden in Hinblick auf ihre Verwendbarkeit diskutiert. Dabei bilden Petrinetze in Hinblick auf Abläufe und Prozesse sowie objekt- und agentenorientierte Modellierung einen Schwerpunkt.

Die Teilnehmenden sollen Grundkonzepte von Petrinetzen soweit kennenlernen, dass sie sie als Modellierungstechniken für verschiedenste Einsatzgebiete nutzen können. Dabei werden zum einen grundsätzliche Perspektiven der Modellierung behandelt und zum anderen aktuelle Schwerpunkte für spezielle Anwendungskontexte gesetzt.

Wissen über Systemeigenschaften von Petrinetzmodellen wird erworben und vertieft. Die Studierenden erlernen gefärbte Petrinetzen als eine wichtige Modellierungstechnik (computergestützt) einzusetzen. Vorhandenes Wissen aus den Wahlpflichtmodulen wird in Hinblick auf die praktische Verwendbarkeit theoretischer Ergebnisse vertieft. Semiformale Modellierungstechniken wie eEPKs, UML oder AUML runden das Technikenspektrum ab. Vor dem Hintergrund verteilter Softwaresysteme werden verschiedene Anwendungsgebiete und dort anfallende Problemstellungen der Modellierung aufgenommen.Insgesamt erwerben die Studierenden das Wissen zur Auswahl von eines Modellierungsansatzes für einen gegebenen Kontext.

1. Passung Leitbild

• Informatiksysteme werden über verschiedene Modelle erfasst, bearbeitet und erzeugt. Fortgeschrittene Konzepte, die vertiefungsgebietsübergreifend benötigt werden, wie z.B. Nebenläufigkeit, werden behandelt.

• Vermittlung von Fähigkeiten zum Erkennen von System- und Verhaltensstrukturen in Informatiksystemen sowie deren Zusammenhänge.

• Bewertung von Sachverhalten und deren Einordnung in auch fachübergreifende Zusammenhänge

• Modelle sollen verstanden, angewendet, erstellt, analysiert und genutzt werden.

1. Grundlagen-/Faktenwissen

• Erlernen der konzeptionellen und praktischen Grundlagen der Modellierung

• Verständnis der formalen und semiformalen Konzepte, Konstrukte und Verfahren

• Erlernen grundlegender und fortgeschrittener Perspektiven der Modellierung

• Verständnis der Verwendbarkeit, d.h. Machbarkeit und Grenzen

• Vertiefen von zentralen Standards der Modellierung in den verschiedenen Bereichen der Informatik

• Einbettung von formalen Ansätzen in andere Kontexte

1. Methodenwissen

• Einsatz von Methoden der theoretischen Informatik zur Lösung von Problemen bei Informatiksystemen

• Methoden zur Spezifikation und Analyse von Informatiksystemen

• Methoden zum Nachweis von Systemeigenschaften, insb. Validierung und Verifikation

• Entwicklung und Anwendung von Modellen sowie kompetente Beurteilung der Validität von Modellen

• Behandlung von Phänomenen der Nebenläufigkeit und Parallelität in Systemmodellen

1. Transferkompetenz

• Fähigkeit zu erkennen, warum, wie, wo, wann welche Art von Modellen verwendet werden können

• Übertragung von Modellierungsansätzen auf neue Kontexte

• Befähigung zur Entwicklung realistischer Modelle sowie zur Benutzung von Werkzeugen zur Unterstützung des Einsatzes

• Befähigung zur (interdisziplinären) Verwendung von Modellen

1. Normativ-bewertende Kompetenz

• Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Modellen

• Erkennen der Vorteile und Grenzen von Modellen

• Bewertung der Qualität von Modellen aus der Sicht der Anwendungen und der Sicht der Informatik

• Beurteilung der Verwendbarkeit von Modellen durch alle Beteiligten der Modellierung

1. ABK/BOK/Schlüsselqualifikationen

• Kooperations- und Teamfähigkeit in der Erstellung von Präsentationen

• Strategien des Wissenserwerbs: Kombination aus Vorlesung, Vor- und Nachbereitung am Vorlesungsmaterial (ergänzt um eLearning-Komponenten), Präsenzübungen mit eigenständigem Lösen von Übungsaufgaben in Kleingruppen

• Vertieftes Verständnis der Modellierung als grundlegende Aktivität bei der Behandlung von Informatiksystemen

9. Lehrveranstaltungen

1. 4 SWS Vorlesung mit integrierten Übungen oder

2. 2 SWS Vorlesung und 2 SWS integriertes Seminar

10. Inhalt

• Modellbegriff und Modellierungsansätze

• Grundlegende Konzepte, Paradigmen und Prinzipien

• Petrinetze

• UML und weitere Modellierungstechniken

• Methoden

• Werkzeuge

• Systemeigenschaften

• elementare Beschreibungen

• höhere Beschreibungen

• (Verteilte) Algorithmen

• Strukturelle Analyseverfahren
  Free-Choice, Verklemmungen, Lineare Invarianten, etc.

• Dynamische Analyseverfahren
  Zustandsraumanalyse

• Objektnetze und Objektorientierte Petrinetze

• Agentensysteme und Agententechnik

• Anwendungsgebiete:

• Software-Entwicklung, Systemarchitekturen, Geschäftsprozesse, Flexible Fertigung, Internetanwendungen / E-Business-Umgebungen, Organisation, etc.)

11. Bezüge zu anderen Modulen

Innerhalb des Studiengangs: Dieses Modul ist kombinierbar mit weiteren Vertiefungsmodulen.

12. Modulvoraussetzungen

Empfohlen:Wahlpflichtmodul Informatik-gestützte Gestaltung undModellierung von Organisationen

13. Semester, Studienjahr /-phase

Empfohlenes Semester: 2. Semester (bei Zulassung zum Wintersemester),1. Semester (bei Zulassung zum Sommersemester)

14. Prüfungsleistungen

Die Zulassung zur Modulprüfung setzt die regelmäßige und erfolgreiche (Seminararbeit und Referat in der Unterrichtssprache) Teilnahme an dem Seminar oder regelmäßige und erfolgreiche (alle Aufgaben bearbeitet und mindestens 50% richtig gelöst) Teilnahme an den Übungen voraus. Im Falle abweichender Kriterien müssen diese zu Beginn der Veranstaltung bekannt gemacht werden. Die Modulabschlussprüfung findet in Form einer mündlichen Prüfung (über die Gesamtinhalte des Vorlesungs- und ggf. Seminaranteils) in der Unterrichtssprache statt.

15. Bewertung

6 Leistungspunkte (Vorlesung: 3 bzw. 6 Leistungspunkte,integriertes Seminar: ggf. 3 Leistungspunkte)

16. Periodizität

Jährlich, Sommersemester, Dauer: 1 Semester

17. Methodische Aufbereitung und Medienformen

• Vorlesung mit Beamer, Overhead und Tafel ergänzt um computergestützte Werkzeuge

• Erwartete Aktivitäten der Studierenden: Selbständiges Vor- und Nachbereiten des Veranstaltungsinhalte, Mitarbeit bei Präsenzübungen, selbstständiges Bearbeiten von Übungsaufgaben, ggf. Vorträge im Seminar, Ausarbeitungen, Gruppenarbeit

18. Literatur

• W. Reisig: Petrinetze - Eine Einführung, Springer-Verlag, 1982

• B. Baumgarten: Petri-Netze - Grundlagen und Anwendungen, Spektrum Akad. Verlag, 1990

• K. Jensen und G. Rozenberg (eds.): High-level Petri Nets: Theory and Application, Springer-Verlag, 1991

• Oberweis: Modellierung und Ausführung von Workflows mit Petri-Netzen, Teubner, 1996

• O. Kummer: Referenznetze, Logos, Berlin, 2002

• C. Girault, R. Valk: Petri Nets for Systems Engineering, Springer-Verlag, Berlin, 2003

• H. Rölke: Modellierung von Agenten und MAS, Logos-Verlag, Berlin, 2004

• M.Köhler: Objektnetze: Definition und Eigenschaften, Logos-Verlag, Berlin, 2004