Models and simulations in the semantic web

Abstract

Models of the dynamic behaviour of mechatronic systems and their simulation provide a helpful way of dealing with the systems’ inherent complexity during both development and operations. However, the current state of technology has two significant shortcomings with respect to the use and reuse of models and simulations in a distributed setting: a lack of Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability (FAIRness) and the heterogeneity of the models’ interfaces. We explored the use of Semantic Web concepts and -technologies to provide modelling and simulation (M&S) entities and -capabilities as a service. Specifically, they were made available through a hypermedia application programming interface (API)—a service that fully implements the architectural style of the Web, Representational State Transfer (REST). This thesis shows that the approach makes sense; that it is new with respect to its specific focus; feasible; and directly useful. It is found that the approach increases the FAIRness of the exposed M&S entities and -capabilities and enables software agents to use them without being specifically programmed to do so on a syntactic level. Consequently, the problems caused by the interface heterogeneity of models are alleviated. In conclusion, the approach promotes the reuse of system models by multiple stakeholders for the development of systems as well as for the operations of distributed processes, and leads to interesting applications and further research.

Modelle des dynamischen Verhaltens mechatronischer Systeme sowie deren Simulation sind hilfreich, um die Komplexität der Systeme während Entwicklung und Betrieb beherrschen zu können. Allerdings werden mit dem aktuellen Stand der Technik zwei wesentliche Aspekte hinsichtlich Verwendung und Wiederverwendung der Modelle nicht ausreichend abgedeckt: die Auffindbarkeit, Zugänglichkeit, Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit (FAIRness) sowie die Formenvielfalt der Modellschnittstellen. Wir haben die Anwendung von Konzepten und Technologien des Semantic Web für die Bereitstellung von Modellen und Simulationen als Service untersucht. Konkret wurden diese durch eine Hypermedia API bereitgestellt—einen Service, der den Architekturstil des Web, Representational State Transfer (REST), vollständig umsetzt. Die Dissertation zeigt, dass der Ansatz Sinn ergibt; sowie hinsichtlich seines Fokus neu; machbar; und direkt anwendbar ist. Es wurde demonstriert, dass der Ansatz die FAIRness der Modelle und Simulationen erhöht und Softwareagenten in die Lage versetzt, diese zu nutzen, ohne auf syntaktischer Ebene dafür programmiert worden zu sein. Letzteres ist eine Lösung für die aufgrund der Formenvielfalt der Modellschnittstellen entstehenden Probleme. Zusammenfassend fördert der gewählte Ansatz die Wiederverwendung von Systemmodellen durch verschiedene Interessierte für Entwicklung und Betrieb verteilter Systeme; und ist anschlussfähig durch wissenschaftliche Fragestellungen und Anwendungen.