Allgemeine Konzepte zur software-technischen Unterstützung verschiedener Petrinetz-Typen

194 Pages·2003·1.6 MB·German

Michael Weber
Allgemeine Konzepte zur software-technischen
Unterstützung verschiedener Petrinetz-Typen
Dissertation

Allgemeine Konzepte zur software-technischen
Unterstützung verschiedener Petrinetz-Typen
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Naturwissenschaften
(doctor rerum naturalium, Dr.rer.nat.)
im Fach Informatik
eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät II
Humboldt-Universität zu Berlin
von
Herrn Dipl.-Inf.
Michael Weber
geboren am . Mai  in Mühlhausen/Thür.
Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät II
Prof. Dr. Elmar Kulke
. Gutachter Prof. Dr. Wolfgang Reisig Humboldt-Universität zu Berlin,
Institut für Informatik
. Gutachter Prof. Dr. Eike Best Universität Oldenburg,
Fachbereich Informatik
. Gutachter Prof. Dr. Holger Schlingloff Humboldt-Universität zu Berlin,
Institut für Informatik
eingereicht am . Juni 
Tag der mündlichen Prüfung . Dezember 
DieseArbeitwurdemitdemTextsatzsystemTEX(pdftexmitoptischemRandausgleich),der
Dokumentenbeschreibungssprache LATEX und darauf aufbauenden Makropaketen (insbeson-
dere KOMA-Script) sowie aus der European Computer Modern /, Pkt. gesetzt.
Kurzfassung
Petrinetze werden in vielen Bereichen als Modellierungstechnik verwendet. Die ver-
schiedenenEinsatzgebieteundModellierungszieleerforderndabeiunterschiedlicheTy-
pen von Petrinetzen. Einen Petrinetz-Typ kennzeichnen – neben den üblichen Stellen,
Transitionen und Kanten – eine Menge zusätzlicher, spezifischer Elemente, sowie eine
spezifische Schaltregel.
In der Literatur findet man zahlreiche verschiedene Petrinetz-Typen. Diese Vielfalt
an Petrinetz-Typen lässt sich nicht ohne weiteres überblicken. Deshalb fehlt es auch
nicht an Versuchen, allgemeine Petrinetz-Typen oder Klassifikationen – auch einzel-
ner Aspekte – zu etablieren. Allerdings erfassen die bisherigen Ansätze nur einen
kleinen Teil aller Petrinetz-Typen. Unser semantisch orientierter Klassifizierungsan-
satz des Petrinetz-Hyperwürfels umfasst deutlich mehr Petrinetz-Typen und erhebt
den Anspruch, universell zu sein.
DerPetrinetz-HyperwürfelhateinensyntaktischorientiertenKlassifizierungsansatz
als Grundlage. Dieser Ansatz führt einerseits zum Vorschlag der Petri Net Markup
Language. Damit können Petrinetze aller Typen einheitlich beschrieben werden.
Andererseits führt derselbe Ansatz zu einer Basis für Petrinetz-Werkzeuge, in der
die einzelnen Teile eines Petrinetz-Typs unabhängig voneinander implementiert wer-
den. DerPetrinetz-KernisteinederartigeBasismitdessenHilfePetrinetz-Werkzeuge
gebaut werden. Er implementiert Konzepte, die allen Petrinetzen gemein sind, unab-
hängig von konkreten Petrinetz-Typen. Gemeinsam mit dem Petrinetz-Hyperwürfel
bildet der Petrinetz-Kern ein weiteres Basiswerkzeug für einen parametrisierten Petri-
netz-Typ mit einer parametrisierten Schaltregel.
Die Petri Net Markup Language und der Petrinetz-Kern sind die wesentlichen Bei-
träge der vorliegenden Arbeit. Gemeinsam bilden sie ein mächtiges Grundgerüst für
Petrinetz-Werkzeuge beliebiger Petrinetz-Typen.
Schlagwörter:
Petrinetze, Petrinetz-Typen, Petrinetz-Kern, Petri Net Markup Language, Petri-
netz-Würfel
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Abstract
Petrinetsarewidelyusedformodellingsystems. Thedifferentareasandgoalsrequire
different types of Petri nets. Each Petri net contains beside places, transitions, and
arcs several further specific elements. Furthermore, a Petri net type defines a specific
firing rule.
There are many different Petri net types. It is not easy to have a general view on
this bulk of Petri net types. Thus, there are attempts to establish general Petri net
types or classifications of Petri net types (even of particular aspects). But, current
approaches include only a few of all Petri net types. Our approach is a classification
bysemanticsofPetrinets. WecallthisclassificationPetriNetHypercube. Itismeant
to be universal for all Petri net types.
A syntactical classification approach is the base of the Petri Net Hypercube. This
approach leads on the one hand to the proposal of the Petri Net Markup Language.
This language describes Petri nets of all types.
On the other hand, the same approach leads to a base of Petri net tools. The parts
ofaPetrinettypeareimplementedinthisbaseindependentlyofeachother. ThePetri
Net Kernel is such a base for building Petri net tools. It implements those concepts
which are general concepts of each Petri net. The Petri Net Kernel forms together
with the Petri Net Hypercube a further basic Petri net tool for a parameterized Petri
net type with a parameterized firing rule.
The Petri Net Markup Language and the Petri Net Kernel are the main contribu-
tions ofthis thesis. Together, theyarea powerful basefor Petri nettools ofeach Petri
net type.
Keywords:
Petri nets, Petri net types, Petri Net Kernel, Petri Net Markup Language, Petri Net
Cube
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Vorwort
DievorliegendeArbeitsowieinsbesonderederPetrinetz-Kern(PNK)unddiePetriNet
Markup Language (PNML)entstandenimRahmendervonderDeutschenForschungs-
gemeinschaft (DFG) geförderten Forschergruppe „Petrinetz-Technologie“. Ihr gehörte
ich von Februar  bis März  als wissenschaftlicher Mitarbeiter an. Die For-
schergruppe beschäftigte sich mit dem Einsatz von Petrinetzen als Technologie zum
Bau von Software-Systemen.
Eine umfangreiche Arbeit wie die vorliegende Dissertation kann nicht unbeeinflusst
von vielerlei Eindrücken entstehen. Neben den in dieser Arbeit explizit und implizit
dokumentierten, sind es die nicht sichtbaren Einflüsse, die mich vor allem persön-
lich geprägt haben und so nicht unerheblich zum Ergebnis beigetragen haben. Im
folgenden seien die Urheber der wesentlichen Einflüsse gewürdigt.
Meinem Doktorvater Prof. Wolfgang Reisig danke ich sehr für den gewohnt
ungeduldig geduldigen Ansporn, meine Gedanken und Ergebnisse verständlich zu prä-
sentieren. Ihm verdanke ich ein ideales Arbeitsklima zwischen Anspruch und Gelas-
senheit. Prof. Eike Best danke ich für die Übernahme des zweiten Gutachtens und
seine Forderung nach dem „Roten Faden“. Prof. Holger Schlingloff danke ich für
das dritte Gutachten; ihm verdanke ich zukunftsweisende Fragen, die zweifellos den
weiteren Fortgang der Projekte PNK und PNML beeinflussen werden.
Eine besondere Unterstützung fand ich in Ekkart Kindler. Ihm danke ich für
gemeinsame Arbeiten, beständige Ermutigungen und Anregungen, geistige Diskussio-
nen sowie Hinweise zur formalen Darstellung in meiner Arbeit. Wichtige Impulse
zur Entwicklung des PNK gingen von ihm aus. Dem PNK-Team danke ich für seine
bis in die nahe Zukunft fortgesetzte Arbeit am PNK. Seinen Mitgliedern ist der er-
reichte Zustand – insbesondere die Implementation – hoch anzurechnen. Dem Team
gehör(t)en neben Ekkart Kindler und Bodo Hohberg an: Frank Oschmann
(vielen Dank für kompetente Implementierungsarbeit), Alexander Grünewald
(vielen Dank für die Beiträge zur Reimplementierung und Ideen zur graphischen Nut-
zerschnittstelle), Erik Fischer (vielen Dank für die Implementierungsarbeiten zum
Petrinetz-Hyperwürfel), Matthias Jüngel (vielen Dank für die entscheidende Anre-
gung zur PNML), Ines Schwenzer, Jens Hauptmann, Abdourahaman, Reiner
Schulz und Raimund Klein. Alexander Grünewald danke ich außerdem für
die gründliche Durchsicht der Abbildungen und Programme in der vorliegenden Ar-
beit. Er fand einige Formulierungsfehler und machte mich auf Unzulänglichkeiten im
formalen Teil aufmerksam.
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Vorwort
Den Mitgliedern derKaffeerundeam Lehrstuhl TheoriederProgrammierung danke
ich für ihre Geduld, meine halb fertigen Gedanken ertragen zu haben. Prof. Bodo
Hohberg danke ich für einen wichtigen Hinweis zur Belegung in der parametrisier-
ten Schaltregel. Stundenlange Telefongespräche mit Hagen Völzer brachten mehr
Klarheit in die formale Darstellung. Stephan Roch und Karsten Schmidt ver-
danke ich eine Einführung in Signal-Netzsysteme sowie die kritische Begleitung des
PNKundderPNML.Axel Martenshatgezeigt,dassderPNKfürsinnvolleProjekte
außerhalb der Kompetenzen des PNK-Teams verwendet werden kann. Vorgenannte
Mitglieder der Kaffeerunde sowie Ekkart Kindler, Birgit Heene, Adrianna
Alexander und Sibylle Peuker haben immer geglaubt (manchmal im Gegensatz
zu mir), dass ich es schaffen werde, und mich immer wieder angespornt.
Der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) danke ich für die großzügige finan-
zielle Unterstützung des Projektes „Petrinetz-Technologie“ ohne die die Entwicklung
des PNK und der PNML nicht möglich gewesen wäre.
Ich danke Marko Mäkelä für Hinweise auf Publikationen des Projektes Maria
und Fehler im Textsatz. Frank Schramm hat dankenswerterweise eine frühe Vor-
version der Arbeit durchgesehen und mich auf die Standardisierungsbemühungen für
ein kompaktes XML-Format hingewiesen.
Nadja Richter, Katrin Dahme sowie Hella und Volker Weber haben den
Text auf Rechtschreibung und Zeichensetzung untersucht. Ihnen danke ich sehr, dass
sie sich durch den gesamten Text „gekämpft“ haben. Meinen Freunden und Verwand-
ten danke ich für Zerstreuung und spitzfindige Fragen.
UndschließlichdankeichNadja Richterdafür,dasssiemeineArbeitvonAnfang
an wohlwollend und mit aller Kraft unterstützt hat. Sie war mir die wichtigste Stütze
insbesondere in den „heißen“ und heiklen Phasen der Arbeit. Unsere gemeinsamen
Söhne und sie haben mir immer wieder verständnisvoll gezeigt, was wirklich wichtig
ist im Leben. Das gab mir die nötige Gelassenheit, alle Widrigkeiten zu meistern.
Berlin, im Januar 
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