05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Adaption des Systems XSTAMPP 4 an die Analysemethode STAMP/CAST in der Einzelplatzanwendung(2020) Zimmermann, EvaTäglich geschehen Unfälle, die analysiert werden müssen und für die Erklärungen gefunden warden sollten. Dazu gibt es einen Analyseprozess CAST, der auf STAMPP aufbauend, existierende Unfälle betrachtet und durch dessen Erkenntnisse weitere Unfälle verhindert werden sollen. Um diesen Prozess zu unterstützen, wird in dieser Bachelorarbeit eine Einzelplatzanwendung umgesetzt, die den Anwender bei der Analyse von Unfällen unterstützt. Dafür wurde aufbauend auf der Theorie und den existierenden Arbeiten, eine Anforderungsanalyse durchgeführt, auf dessen Grundlage dann die Einzelplatzanwendung implementiert wurde. Als Ergebnis der Arbeit wurde eine Software fertiggestellt, die es dem Analyst ermöglicht, alle Schritte von CAST durchzuführen.Item Open Access Weiterentwicklung und Verbesserung der Usability einer auf dem (E)DCC-Ansatz basierenden Grafendatenbank und Implementierung von zugehörigen Verwaltungs- und Analysetools(2020) Belz, FelixDiese Arbeit beschreibt die Entwicklung von Datenbanktools, für die am Institut für Eisen-bahn und Verkehrswesen der Universität Stuttgart entwickelte, Datenbankverwaltungs- und Analysesoftware PULTrack. Diese Funktionen sind zum einen Weiterentwicklungen und Verbesserungen bestehender Funktionen und zum anderen neue Datenbanktools. Die Wei-terentwicklungen beziehen sich auf Tools zur Verwaltung der, mit PULTrack verknüpften Datenbank sowie zur Dursuchung und Visualisierung des Inhaltes dieser Datenbank. Die Evaluation einiger Weiterentwicklungen erfolgt im Rahmen einer Usability Fallstudie. Neue Tools wurden für die Übersetzungs- Protokoll- und Projektverwaltung sowie für die Erstellung von Planungsinformationen entwickelt. Methodisch wird ein agiler, nutzerorientierter Prozess zugrunde gelegt. Für jedes Tool werden zunächst die Anforderungen erhoben, in die, falls vorhanden auch eine Ist-Zustandsanalyse mit einfließt, gefolgt von einer Skizzierung der geplanten Funktionen und anschließenden iterativen Implementierung dieser Funktionen. Abschließend werden einige Optimierungsvorschläge und mögliche Weiterentwicklungen für PULTrack erläutert.Item Open Access Quality attributes in AI-ML-based systems : differences and challenges(2020) Damyanova, BeloslavaContext: There is an increasing need for ubiquitous distribution and deployment of AI-ML-based systems in industry and public sectors. This is driven by advances in machine learning techniques, including deep learning and neural networks. However, there are specifc problems with machine learning applications in terms of their quality, which reduce trust in these systems. This is especially problematic for systems which fnd application in safety-critical domains like self-driving cars and disease diagnosis. Machine learning-enabled systems learn from data for decision-making and are not designed to meet conventional requirements specifcations. Whether existing standards and principles of quality attributes demand adaptation to the new context is an open research question. Objectives: In this bachelor thesis, we have four objectives. First, we aim to identify if any non-functional requirements from ISO 25010 undergo a shift in ML-enabled systems. Then, we examine whether any new quality characteristics, e.g., trainability, generalizability, fairness, have emerged and need to be added to the standard. Lastly, we intend to determine the most critical and most challenging attributes in AI-ML-based systems. Concerning the objectives mentioned above, it is especially diffcult to receive an overview of the perspective of software practitioners. Some knowledge does exist on the topic, however, it is insuffcient. Our primary goal is, therefore, to fnd and understand the state-of-practice on quality attributes in AI-ML-enabled systems based on experts’ opinions and needs. Method: We conducted a grey literature review to accomplish the goals of our study. We use two different search engines and a QA website to identify literature on quality attributes coming from software practitioners. In total, 91 grey literature sources were selected from which we extracted the detailed knowledge necessary for our research. Results: The results of our research show that for software systems with machine learning components, some modifcations and adjustments of the conventional quality attributes have to be undertaken. We also encountered several unique non–functional requirements for machine learning-enabled systems such as explainability, fairness, trainability, and generalizability. Moreover, we identifed 13 quality attributes as important and challenging to assure, based on the perspective of authoritative software practitioners. We propose that the quality of systems with machine learning components should be monitored and improved based on the quality attributes resulted from our study. Conclusion: To support machine learning practitioners with resolving the challenges associated with AI-ML-based systems, we present an analysis on which quality characteristics should be accommodated for the unique nature of these applications. The limited 3research on quality attributes for machine learning makes our study more needed in the industry at the moment. We believe it provides major opportunities for future research, which results would foster the improvement of AI-ML-based systems.Item Open Access Konzeption und Umsetzung der Identifikation abhängiger Elemente in XSTAMPP 4 sowie deren Anwendung bei strukturellen Änderungen des Systems(2020) Dietrich, Yannik FlorianUm den Sicherheitsanforderungen immer komplexer werdender Systeme aus den unterschiedlichsten Bereichen gerecht zu werden, wurde ergänzend zu herkömmlichen Verfahren die Gefährdungsanalyse STPA (System-Theoretic Process Analysis) zur Untersuchung potentieller Unfallursachen vorgestellt. Die STPA ermöglicht umfangreiche Sicherheitsanalysen durch zusammenhängende Kontrollfragen mit vorgegebenen, semantisch abhängigen Elementen, die sich während des iterativen Analyseprozesses bei strukturellen Änderungen des Systems ständig verändern können. Die am Institut für Softwaretechnologie der Universität Stuttgart bereitgestellte Webanwendund XSTAMPP 4.1 zur vereinfsachten Bearbeitung komplexer Systeme mit STPA implementiert die vollständige Erkennung dieser semantischen Elementabhängigkeiten nicht, wodurch einerseits die Benutzerfreundlichkeit der Webanwendung beeinträchtigt wird und andererseits ein internes Datenbankproblem entsteht. Infolgedessen wird eine Konzeption und Implementierung vorgestellt, mit welcher XSTAMPP 4.1 um die Erkennung semantisch abhängiger Elemente und deren Anwendung bei strukturellen Änderungen des Systems während des Analyseprozesses erweitert wurde.Item Open Access Entwicklung und Implementierung von Analysetools zur Dimensionierung von Entwässerungsanlagen am Bahnkörper und zur Aufstellung der Investitionsschätzung von vorgeplanten Eisenbahninfrastrukturen in das vorhandene DCC-Modell(2020) Koch, DanielDiese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Implementierung von zwei Analysetools in das vorhandene DCC-Modell. Dabei wird der DCC-Ansatz erläutert und die Umsetzung in Bezug auf die zu implementierenden Tools aufgeführt. Eine der Softwarelösungen dient zur Aufstellung der Investitionsschätzung von vorgeplanten Eisenbahninfrastrukturen. Hierbei wird die Kostenermittlung in Form einer Kostenschätzung für den Verkehrsträger Schiene im Detail betrachtet. Das zweite Analysetool unter-sucht die Dimensionierung von Entwässerungsanlagen am Bahnkörper. Dafür wird auf die hydraulische Bemessung von offenen Entwässerungsanlagen umfänglich eingegangen. Für beide Softwarelösungen wird die Vorgehensweise der Implementierung schrittweise erklärt und die enthaltenen Funktionen dargelegt. Zudem wird die Integration der Analysetools in die vom Studienprojekt „ModellBahn“ entwickelte Software namens „PULTrack“ ausführlich beschrieben, und mögliche Anpassungen und Optimierungen dieser erwähnt.Item Open Access Entwicklung und Implementierung von Analysemethoden zur Einzelfehlerdetektion in Verbindung mit Deep Learning und Machine Learning(2020) Pavlovski, AlexanderIn Deutschland beförderte die Deutsche Bahn AG 148 Millionen Fahrgäste und erreichte eine Gesamtbetriebsleistung von 1,09 Milliarden Trassenkilometern. Die Fahrgastanzahl stieg hier um 4% im Vergleich zum Vorjahr [1]. Dieser Trend lässt vermuten, dass in den kommenden Jahren der Zugverkehr weiter zunehmen wird, so auch aber auch die Belastung der Schienenwege. Aus diesem Grund ist es maßgeblich die Instandhaltung dieser weiter zu verbessern, um einen reibungslosen Schienenverkehr zu gewährleisten. Dazu existiert die Möglichkeit die Vertikalbewegung bzw. Vertikalbeschleunigung der Achse eines Zuges auf dem Gleis zu messen und darauf Fehler zu erkennen. Damit der Prozess der Fehlererkennung aus dem Signal vereinfacht wird, beauftragte das Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen im Sommersemester 2019 an der Universität Stuttgart, über das Studienprojekt der Fakultät Informatik, acht Studenten damit, eine Software zu entwickeln, die diesem Problem abhilft. Das Ergebnis ist die Software PUL-Anfahr, welche aus zwei Prozessabläufen besteht: Aufbereitung und Analyse der Messdaten. In dem Analyseteil geschieht die tatsächliche Fehlererkennung. Jede Gleisinstabilität folgt einem bestimmten Muster im Signal. Jedes dieser Fehlermuster gilt es zu erkennen. Insbesondere hatten Machine Learning Algorithmen, ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz, in den letzten Jahren starke Fortschritte im Themengebiet Mustererkennung zu verzeichnen. Somit bietet es sich an solche Algorithmen in PUL-Anfahr zu integrieren, die in dieser Bachelorarbeit implementiert und erörtert werden.Item Open Access A meta-approach to guide architectural refactoring from monolithic applications to microservices(2020) Gu, QiwenThe concept of microservices in the software development industry is getting growing attention nowadays. This architectural style is widely discussed both in industry and academia. Refactoring a monolithic application into a microservice application is common practice. Nevertheless, software architects and developers often find it di cult because they lack a structured overview of various migration approaches. Even though literature views about microservice migration were conducted, they were either obsolete or did not follow a systematic approach to ensure correctness and reproducibility of results. The goal of this study is to provide a classification framework as well as a web-based tool that can guide software architects and developers to comprehend up-to-date migration approaches and select a suitable one according to their requirements. In order to achieve this, a systematic literature review was conducted, resulting in thirty-one contributions from 2017 to 2020. Next, a web-based tool was developed based on the knowledge repository created after review. An evaluation of the developed tool by experts and students in the field revealed that it was able to serve the predefined purpose. The proposed framework, as well as the web-based tool, can provide the users a comprehensive overview of microservice migration and various practical approaches. Keywords: Microservices, Monolith Migration, Architectural Refactoring, Microservice Migration FrameworkItem Open Access Implementation of a user interface for the monitoring of a refactoring bot(2020) Dam, Hai DuyThe Refactoring-Bot automatically removes code smells by refactoring the source code and creates pull requests with the changes on GitHub. However, the process of configuring the bot isn’t very user-friendly and it’s not possible to monitor the bot comfortably. In this paper, we introduce the implementation of a Graphical User Interface (GUI) for the Refactoring-Bot in which you can easily manage configurations to start refactorings with the Sonar-Qube Analysis Service and monitor the pull requests of your designated bot user in a specific GitHub repository. The GUI communicates with the Representational State Transfer (REST) Application Programming Interface (API) of the Refactoring-Bot to exchange all the data which are needed to present it to the user. Then we evaluate the usability of the GUI by conducting a usability test, asking the participants to perform specific tasks while we take notes their behaviour and interaction with the service to find possible usability issues. Our findings show that the implemented product is easy-to-use and provides a high usability which results in a satisfying experience.Item Open Access Weiterentwicklung und Implementierung eines Analysetools zum Trassieren von vorhandenen und zu planenden Verkehrswegen in das vorhandene (E)DCC-Modell(2020) Greif, JanekDiese Arbeit befasst sich mit der Darstellung und Verwendung von Vorschriften für das Planen und Warten von Verkehrswegen. Dazu wird die Datenbank erweitert um die Vorschriften als Abhängigkeit zwischen einzelnen Parametern darzustellen, und diese Parameter in Relation zueinander zu stellen, indem allgemeine logische Ausdrücke formuliert werden können, die von der Anwendung ausgewertet werden. Verwendet wird diese Mechanik, um Strecken er-stellen zu können, die diesen Vorschriften entsprechen und dadurch, dass die Vorschriften in einer Datenbank abgelegt sind, können auch neue Vorschriften hinzugefügt werden, ohne große Änderungen in der Anwendung durchführen zu müssen. Dazu muss die Anwendung in der Lage sein, die Grundelemente der Trassierung berechnen und anzeigen zu können. Die angelegten Strecken werden in Projekten gespeichert, und diese in der Datenbank abgelegt.Item Open Access Implementierung des Systems XSTAMPP 4 als Einzelplatzanwendung(2020) Greiner, MauriceMit dem fortschreitenden technologischen Wandel nehmen zunehmend komplexe soziotechnische Systeme eine wichtige Rolle des modernen Lebens ein. Zur Analyse des Faktors Safety stellt Nancy Leveson [Lev16] dazu Systems-Theoretic Accident Model and Processes (STAMP) und die daraus resultierende Gefahrenanalysemethode Systems-Theoretic Process Analysis (STPA) [LT19] vor. Die neueWebanwendung eXtensible STAMP Platform (XSTAMPP) 4, zur Umsetzung von STPA, wurde in dieser Arbeit zum breiten Einsatz in Industrie und Forschung als Einzelplatzanwendung umgesetzt. Dazu wird in dieser Arbeit der Entwurf und die Umsetzung der Einzelplatzanwendung vorgestellt. Auch werden Schritte zu Verbesserungen der Anwenderfreundlichkeit und Erweiterbarkeit eingebracht.