BHL-Jahrbuch-2016

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56 systems & aircraft technologies Nahtlose Daten- und Modellintegration im Flugzeugentwurf Seamless data and model integration for aircraft design Der Flugzeugvorentwurfsprozess vereint typischerweise eine Reihe von Softwarewerkzeugen verschiedener Fachbereiche. Ein konsistenter, semantisch korrekter Datenaustausch zwischen diesen Werkzeugen ist für die Ingenieure von großer Bedeutung. Das am Bauhaus Luftfahrt entwickelte OIDA Framework (Ontology-based integration of data models for aeronautics) realisiert semantisches Tagging für strukturierte Modelldaten. Dabei werden lokale Modellparameter mit Entitäten einer Referenzontologie verknüpft. Sind Parameter verschiedener Modelle der gleichen Entität zugeordnet, so können diese als bedeutungsgleich angesehen und ausgetauscht werden. Im Nachfolgeprojekt „SYMO4PD“ 1 (System model for preliminary design) wird OIDA mit einem speziell entwickelten Metamodell verknüpft. Dieses besteht aus wenigen flexibel einsetzbaren Elementen. Mit dem Tagging-Mechanismus werden diese Modellelemente mit Bedeutung aus lokalen, geteilten oder öffentlichen Ontologien angereichert. Das Metamodell kann flexibel von allen Domänenexperten eingesetzt werden, während Ontologien als gemeinsame Wissensbasis für den Datenaustausch dienen. Ein weiterer Fokus im Projekt liegt auf dem Verknüpfungsprozess, der für den korrekten Datenaustausch entscheidend ist. Durch ein Vorschlagssystem soll der Experte mit relevanter Kontextinformation versorgt werden, um korrekte Zuordnungen erstellen zu können. Die Ergebnisse aus dem „SYMO4PD“-Projekt sollen im LuFo-Projekt „EFFPRO_4.0“ 2 aufgegriffen werden, um strukturierte Daten (zum Beispiel Modelle von Flugzeugkomponenten) mit unstrukturierten Daten (zum Beispiel Textdokumenten) zu verknüpfen. 1 Das Projekt „Normierung eines Datenformats und einer Referenzontologie für die semantische Interoperabilität in modellgetriebenen Entwurfsprozessen“ wird durch das BMWi gefördert (Fördervertragsnummer 01FS14026). 2 Das Projekt „Integration und Analyse von Entwurfs- und Produktionsdaten für eine effizientere Entwicklungsprozesskette“ wird durch das LuFo-Programm LUFOV2 gefördert (Fördervertragsnummer 20Y1509E). „SYMO4PD“ unterstützt die Einbindung öffentlicher Wissensquellen auf Basis der Web Ontology Language (OWL). “SYMO4PD” supports the integration of a public knowledge base using the Web Ontology Language (OWL). Preliminary aircraft design typically uses a variety of domain-specific software tools. Thus, consistent and semantically correct data exchange becomes a necessity to support engineers in their work. In the past, Bauhaus Luftfahrt developed the OIDA framework (Ontology-based integration of data models for aeronautics) to enable semantic tagging for structured model data. This was achieved by linking local model parameters to entities defined in a reference ontology. When parameters of different models are linked to the same entity, they become synonyms and their values can be transferred among models. In the follow-up project “SYMO4PD” 1 (System model for preliminary design), OIDA is being coupled with a dedicated meta-model. “SYMO4PD” models consist of few, simple, multifunctional meta-model components. Using OIDA’s tagging mechanism, unspecific model elements are semantically enriched with entities of local, shared, or public ontologies. This produces a flexible meta-model for all domains and a common knowledge base for data exchange. “SYMO4PD” also investigates how to improve OIDA’s mapping process. To achieve semantic correctness and appropriate data exchange, it is crucial that the user receives enough support while tagging model elements. A recommendation system is being developed to suggest ontology entities as potential tags, based on the selected model element and its context. The application of “SYMO4PD”’s results is being considered in the LuFo project “EFFPRO_4.0” 2 for integrating structured data (for example aircraft component models) with unstructured data (for example domain-specific textual data). 1 The project “Normierung eines Datenformats und einer Referenzontologie für die semantische Interoperabilität in modellgetriebenen Entwurfsprozessen” is funded by the BMWi under grant agreement no. 01FS14026. 2 The project “Integration und Analyse von Entwurfs- und Produktionsdaten für eine effizientere Entwicklungsprozesskette” is funded by the LuFo programme LUFOV2 under grant agreement no. 20Y1509E.
57 Schematische Darstellung des Tagging-Mechanismus in „SYMO4PD“ Modellelemente werden in einer (durch die Javafunktion „Observes“) synchronisierten Modellontologie abgebildet und darin mit Begriffen aus der Referenzontologie verknüpft. Schematic representation of the tagging mechanism in “SYMO4PD” Model elements are mapped to a model ontology synchronised through Java procedure “observes”. Within this model ontology, the links to the reference ontology are established. Model Airbus A320 Mapping layer (Java) Model ontology imports Reference ontology Wing Wing Fuselage SystemElement isA instanceOf TrapezWing Wing instanceOf instanceOf Fuselage Fuselage observes observes Classes Individuals Ontologie-Include-Struktur in „SYMO4PD“ Benutzer können in „SYMO4PD“ entscheiden, ob sie ihr Wissen lokal ablegen, teilen oder öffentlich zugänglich machen. Ontology include structure in “SYMO4PD” “SYMO4PD” users can divide their knowledge into personal, shared, and public content. Public ontology imports imports Shared ontology imports imports User A’s reference ontology User B’s reference ontology Fabian Peter Lead Systems and Aircraft Technologies Ontologien stellen eine Basis für einen unterstützten Datenaustausch zwischen verschiedenen Tools dar. Für unsere hausinternen Flugzeugentwurfsmethoden ermöglichen sie eine automatisierte Interaktion unterschiedlicher Datenstrukturen. Die Verbindung von Modellen dient zwei Zwecken: Zum einen erlaubt sie einen automatischen Vergleich mit externen Flugzeugentwürfen. Zum anderen ermöglicht sie, falls nötig, die Anwendung von Methoden mit unterschiedlichen Schnittstellen (zum Beispiel Simulation von Grenzschichtbeeinflussung mit numerischen Methoden). Hierdurch kann mehr Zeit in die Erkenntniserzeugung investiert werden statt in die Schnittstellendefinition. Ontologies provide a basis for an augmented exchange between data formats of various tools. For our in-house aircraft design tools, they enable automated interoperability of differing data structures. The interconnection of models serves two purposes: First, it allows for automated and efficient comparison to aircraft design data of other partners. Second, it enables immediate interaction with other tools, where necessary, with differing data interfaces (for example simulation of boundary layer ingestion with higher-order numerical tools). Thereby more time can be dedicated to applying methods and providing insights rather than to gaining data compatibility.
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