Table Of ContentInfo rmat ik -Fachberichte
Herausgegeben von W Brauer
im Auftrag der Gesellschaft fur Infomlatik (GI)
21
Formale Modelle
fur Informationssysteme
GI-Fachtagung, 24.-26. Mai 1979, Tutzing
Herausgegeben von
H. C. Mayr und B. E. Meyer
Springer- Verlag
Berlin Heidelberg New York 1979
Herausgeber
Heinrich C. Mayr
Institut fOr Informatik II
Universitat Karlsruhe
Zirkel 2
7500 Karlsruhe 1
Bernd E. Meyer
Institut fOr Angewandte Informatik
Technische Universitat Berlin
KurfOrstendamm 202
1000 Berlin 15
AMS Subject Classifications (1970): 68-00, 68-02
CR Subject Classifications (1974): 3.63
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Formale Modelle fOr Informationssysteme:
GI-Fachtagung, 24. -26. Mai 1979, Tutzing / hrsg. von H. C. Mayr u. B. E. Meyer. -
Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 1979.
(Informatik-Fachberichte; 21)
ISBN-13: 978-3-540-09773-0 e-ISBN-13: 978-3-642-67485-3
001: 10.1007/978-3-642-67485-3
NE: Mayr, Heinrich Christian [Hrsg.]; Gesellschaft fOr Informatik
This work is subject to copyright. All rights are reserved. whether the whole or part of the
material is concerned, specifically those of translation, reprinting, re-use of illustrations,
broadcasting, reproduction by photocopying machine or similar means, and storage in
data banks.
Further, storage or utilization of the described programms on date processing installations is
forbidden without the written permission of the author.
Under § 54 of the German Copyright Law where copies are made for other than private use,
a fee is payable to the publisher, the amount of the fee to be determined by agreement
with the publisher.
© by Springer-Verlag Berlin· Heidelberg 1979
2145/3140 -5 4 3 2 1 0
v 0 R W 0 R T
Vie ~tandig waeh~ende Komplexitat bet~iebliehe~ und ~ozioteehni~ehe~
In6o~mation~~y~teme be~uh~t heute be~eit~ die G~enzen un~e~e~ Planung~
~apazitat. Ein 6o~mal abge~iehe~te~ In~t~umenta~ium 6u~ die Planung,
den Entwu~6, die Entwie~lung und 6u~ den Bet~ieb ~olehe~ Sy~teme i~t
dahe~ unbedingt e~6o~de~lieh. So we~den z.B. Methoden zu~ E~mittlung
de~ an ein In6o~mation~~y~tem zu ~tellenden An6o~de~ungen geb~aueht,
eben~o 6o~male Modellie~ung~~onzepte zu ~eine~ Be~eh~eibung, Spezi6i
~ation und Analy~e, ~ehlie~lieh aueh Teehni~en zu~ Bewe~tung ~eine~
Ve~halten~.
E~ gibt be~eit~ eine ganze Reihe inte~e~~ante~ An~atze zu einem ~olehen
In~t~umenta~ium. Sie 6inden ~ieh in unte~~ehiedliehen Fo~~ehung~gebie
ten, wie z.B. in de~ Netztheo~ie, in de~ G~aphentheo~ie, im Be~eieh de~
Ope~ation~ Re~ea~eh, in de~ Simulation~teehni~, in de~ P~og~amm~on~t~uR
tion und natu~lieh aueh im Gebiet de~ ~eehne~ge~tutzten In6o~mation~
~y~teme. Eine zu~ammenhangende Methodologie, die gleiehzeitig allen
An6o~de~ungen de~ P~axi~ ge~eeht wu~de, exi~tie~t alle~ding~ bi~lang
noeh nieht.
Vie~ wa~ 6u~ un~ de~ Anla~, inne~halb de~ Faehau~~ehu~~e~ 5/1 ("Reehne~
ge~tutzte In6o~mation~~y~teme"l de~ Ge~ell~eha6t 6u~ In6o~mati~ die
G~undung eine~ Faehg~uppe "Methoden und Modelle 6u~ die Entwie~lung von
In6o~mation~~y~temen" anzu~egen. Sie ~oll zunaeh~t die in den ve~~ehie
denen Gebieten gewonnenen E~~enntni~~e ~iehten und au6 ih~e Ve~wendba~
~eit im Be~eieh de~ In6o~mation~~y~teme p~u6en. E~ ~teht zu ho66en, da~
au6 die~e Wei~e ein e~~te~ Satz von Konzepten zu~ammenge~tellt we~den
~ann, au6 dem ~ieh dann da~ gewun~ehte In~t~umenta~ium au6bauen laBt.
Ve~ vo~liegende Tagung~band ~piegelt da~ E~gebni~ de~ e~~ten Seh~itte~
in die genannte Riehtung wide~. E~ enthalt die Beit~age zu~ G~undung~
ve~an~taltung de~ Faehg~uppe, mit de~ die Be~tand~au6nahme und de~ E~-
6ah~ung~au~tau~eh ube~ exi~tie~ende An~atze begonnen wi~d. 12 A~beiten
behandeln ~pezielle Konzepte, 3 ve~mitteln eine abe~~ieht ube~ Methoden
ve~~ehiedene~ Faehgebiete, ~o daB ~ieh in~ge~amt ein gute~, wenn aueh
~iehe~lieh nieht voll~tandige~ abe~blie~ ube~ den de~zeitigen Stand
e~gibt. Vie Spezialvo~t~age wu~den du~eh da~ P~og~amm~omitee anhand von
Ku~z6a~~ungen au~ eine~ g~oBe~en Zahl von Vo~t~ag~vo~~ehlagen au~ge
wahlt.
IV
W~~ dan~~n H~~~n W. B~au~~ und d~m Sp~~ng~~-V~~lag 6u~ ~h~~ 4pontan~
B~~~~t4cha6t zu~ v~~o66~ntl~chung d~~ Vo~t~ag4manu4~~~pt~. Eb~n4o g~lt
Un4~~ Van~ d~m Sp~~ch~~ d~4 FA 5/7, H~~~n P. Loc~~mann, d~~ d~~ E~n
~~chtung d~~ Fachg~upp~ w~~~ung4voll unt~~4tutzt~.
Zu b~4ond~~~m Van~ 4~nd w~~ auch d~n H~~~~n H. Bau~n~cht, V. G~~n~~t,
H.-J.G~n~~ch und H. Nolt~m~~~~ v~~p6l~cht~t, d~~ al4 ~~ng~lad~n~
Sp~~ch~~ d~n Stand d~4 W~44~n4 ~n v~~4ch~~d~n~n Fachg~b~~t~n da~4t~ll
t~n und - obwohl d~~4 u~4p~ungl~ch n~cht vo~g~4eh~n wa~- 6a4t all~ ~~n~
4ch~~6tl~ch~ AU4a~b~~tung zu~ V~hvoll4tand~gung d~~4~4 Band~4 b~~-
4t~u~ht~n.
N~cht zul~tzt dan~~n W~h d~n ubh~g~n M~tgl~~d~~n d~4 P~og~amm~om~t~~4,
d~~ d~~ AU4wahl d~~ Tagung4b~~t~ag~ und Tagung4~oohd~nat~on V~hant
wOhtl~ch m~tg~t~ag~n hab~n, 40W~~ all~n and~h~n B~t~~l~gt~n, d~~ zum
G~l~ng~n d~h Tagung b~~g~thag~n hab~n.
Ma~ 1979 H.C. May~, B.E. M~y~~
I N HAL T S V E R Z E I C H N I S
MODEllE FOR DIE PRAXIS
Ko Bauknecht:
Simulationstechnik 1
Go StUbel:
ISAC - eine formale Methode zur rechnergestUtzten
Beschrei bung von Betri ebsab 1a ufen 25
0 0 0 0 0 0
Ro Bischoff:
Ein Ansatz zur rechnergestUtzten Modellierung
0
betriebl icher Informationssysteme 47
0 0 0 0 0 0 0
Ho-Jo Ehl ing:
Evolutionarer System-Entwurf 69
INTEGRATION UNO BEWERTUNG VON INFORMATIONSSYSTEMEN
Do Gernert:
Moglichkeiten und Probleme der Integration von
Daten- und Methodenbanken 94
0 0 0 0 0 0
Wo Effelsberg, Tho Harder, Ao Reuter:
leistungsanalyse von Datenbanksystemen durch
Messung, analytische Modelle und Simulation 110
Ho Thoma:
leistungsaspekte bei Datenbanksystemen 128
Bo Commentz-Walter, Ho-Jo Schek:
Methoden und Algorithmen zur
automatischen lriformationsverwaltung 149
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
BESCHREIBUNGSMETHODEN
Ho Noltemeier:
Graphentheoretische Modelle und Methoden 170
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ho Ehrig, Ho-Jo Kreowski, Ho Weber:
Neue Aspekte algebraischer Spezifikations-
schemata fUr Datenbanksysteme 181
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ao Maggiolo-Schettini, HoWedde, J IJinkowski:
0
Modelling a Solution for a Control Problem
in Distributed Systems by Restrictions 199
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Go Schwichtenberg:
Formale Beschreibungsmittel fUr offene Kommuni-
kationssysteme im Rahmen von Normungsvorhaben 202
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VI
NETZTHEORIE
W. Reisig:
Zur Verwendung von Petrinetz-Morphismen
bei der System-Konstruktion . 220
G. Scheschonk:
Zur Modellierung von Systemen auf der
Basis der Nebenlau~igkeit . 236
H. p. Godbersen:
Funktionsnetze - Ein Ansatz zur Beschreibung,
Analyse und Simulation soziotechnischer Systeme 246
PRO G RAM M K 0 MIT E E
O. Herzog (IBM Sindelfingen)
K. Lautenbach (GMD Birlinghoven)
P.C. Lockemann (Uni Karlsruhe)
H.C. Mayr (Uni Karlsruhe)
B.E. Meyer (TU Berlin)
L. Priese (Uni Dortmund)
H.J. Schneider (TU Berlin)
I. Schwarz (Uni Hamburg)
E. Zahn (Uni Stuttgart)
SIMULATIONSTECHNIK
K. Bauknecht
Institut fur Informatik
der Universitat Zurich
Das Ziel dieser die Tagung eroffnenden Ausfuhrungen soll es sein, zu
zeigen, welche Rolle die Simulationstechnik bei der Bildung formaler
Modelle fur Informationssysteme spielen kann. Zu diesem Zweck wird ne
ben grundsatzlichen Bemerkungen und definitorischen Aussagen vor allem
auf die Modellbildung eingetreten und es wird auch diskutiert, wie die
Modelle formuliert, analysiert und implementiert werden. Zudem sollen
neuere Moglichkeiten, Simulationen durchzufuhren, betrachtet werden,
dies vor allem im Hinblick auf einen effizienten Mensch-Maschine Dia
log wah rend den Simulationsuntersuchungen.
Die Wahl des Stoffs bietet fur eine solche Aufgabe irnmer Schwieriakei
ten, denn fur einige Teilnehmer mag das Gesagte trivial sein, bei ande
ren fehlt hingegen der Hintergrund, urn die Bedeutung der Aussagen voll
zu erfassen. Vom Fachgebiet selbst her ist zudem zu sagen, dass die
Simulation heute haufig verwendet wird und dabei oft anspruchsvolle
lokale Probleme, die sich spezifisch aus der anstehenden Aufgabe erge
ben, zu losen sind; wesentliche grundsatzliche Erkenntnisse sind in
letzter Zeit aber kaum zu verzeichnen, was auch aus der eben erschiene
nen Arbeit "Concept for advanced Simulation methodologies" von Oren
und Zeigler [lJ hervorgeht.
1. Begriffe der Simulation
Die Simulation gehort zu jenen Verfahren, die dank der Verfugbarkeit
von leistungsfahigeren Computer-Systemen auf den heutigen Stand ge
bracht wurden und die in sehr viele Anwendungsbereiche Eingang gefunden
haben. In fast allen Zweigen der modernen Wissenschaft und Technik be
stehen Aufgaben, die mit Simulation bearbeitet werden konnen, und auch
sogenannt typisch kornmerzielle Problemstellungen geben ofters Anlass
fur Simulationsuntersuchungen. Die dabei bestehenden fundamentalen Zu
sarnmenhange wurden von Mresse in [2J formuliert und sie sind hier in
Abb. 1 und Abb. 2 auszugsweise dargestellt.
2
-
ABSTRAKTION FORMALES
REALES
SYSTEM
SYSTEM
FORMALE
SCHLUSS
FOLGERU NGEN
--- FORMALE
~REIATION
FOLGERUNGEN ERGEBNISSE
Abb. 1 Formales System als Modell eines realen Systems
ROCKSCHLOSSE AUF DAS VER-
HALTEN DURCH SIMULATION
MENSCH REALES SYSTEM
ANALOGE
ABBILDU NG
BEOBACHTETE REAKTIONEN DES
MODELLS
SYSTEMATISCHE ALTERNATIVRECHNUNGEN MODELL
Abb. 2 Modellbildung aus der Sicht des Menschen
3
Die Art der durch die Abbildung erzeugten Modelle und deren Behandlung
kann dabei recht unterschiedlich sein; wir gehen hier wiederum von
einer Klassifikation in [2J aus (Abb. 3), wobei wir uns dann in der
Folge primar auf die diskrete Simulation beschranken.
MODalE
Materi ell e- Abstrakte-
ildlich athematische-
Verbale-
KUnstliche- NatUrliche-
V~nalYtische
Analog Digita le
Simulation Diskussion Verfahren Simulation
I
Kontinuierli- Diskrete
che Simulation Simulation
Abb. 3
Die Systeme, denen unsere Aufmerksamkeit gilt, bestehen aus einer Menge
von Elementen zwischen denen Beziehungen (Relationen) bestehen, so dass
sich eine Struktur ergibt. Der Zustand des Systems zum Zeitpunkt T ist
durch den Zustand seiner Elemente und Relationen zu diesem Zeitpunkt
bestirnrnt und ·Zustandsanderungen ergeben sich dann, wenn sich der Zu
stand der Elemente und/oder der Relationen andert. Bei jeder Modell-
4
bildung geht es nun darum, die einzelnen Elemente und Elementgruppen,
die Struktur sowie die Auswirkungen von Zustandsanderungen geeignet
darzustellen.
Zur Definition des Begriffs Simulation gehen wir von der systemtheore
tischen Sicht aus, die besagt, dass ein System als organisierte
Struktur einen Input u aus einer Inputmenge U(S) in einen Output y
aus der Outputmenge yeS) transformiert. Unter der Simulation des
Systems S durch ein zweites System M wird nun folgendes verstanden:
Ein Output y des Systems S, welcher durch einen Input u erzeugt wird,
muss auch dadurch erreicht werden konnen, dass der Input u zunachst
in einen Input u' = a(u) £ U(M) des Systems M umgewandelt wird; der zu
gehorige Output y' £ Y(M) des Systems M wird dann wieder in den Output
y = B(y') des Systems S zurlick transformiert (Abb. 4). Das System M
wird nun das Modell des Systems S genannt.
__
-U--II"~I s_:---Y~Y(s)
U(S)
__
~I
U (M) - U' ---I. . M_----'I--- y'~Y(M)
Abb. 4 Bildung des Modells M fur das System S
Die ideale Situation, dass man ein Modell bilden kann, welches ein
identisches Verhalten zum zu untersuchenden System S zeigt, ist in der
Praxis ausserst selten. Bei der Modellbildung sind im allgemeinen we
sentliche Vereinfachungen in Kauf zu nehrnen. Kunst des Modellbauers ist
es nun, ein Modell zu entwickeln, welches fur gegebene Fragestellungen
bestmogliche Naherungen ergibt. Die Schwierigkeiten beim Modellbau
liegen einerseits darin, die geeigneten Vereinfachungen einzufuhren und
