Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung

Slide 1: Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung 8. DZUG-Tagung (04.-05.06.2007, PIK, Potsdam) Andreas Schreiber <Andreas.Schreiber@dlr.de> Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Köln-Porz http://www.dlr.de/sc/verteiltesysteme Folie 1 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 2: Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Raumfahrt-Agentur der Bundesrepublik Deutschland Folie 2 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 3: Zahlen zum DLR DLR ist die größte deutsche  Hamburg Forschungseinrichtung Bremen   Neustrelitz Trauen  Berlin- Charlottenburg  5.300 Mitarbeiter arbeiten in Braunschweig  Berlin--  28 Forschungsinstituten und Adlershof Einrichtungen  Göttingen 9 Standorten,  Köln-Porz  Bonn  Sankt Augustin 7 Außenstellen.  Kernkompetenzen des DLR liegt im  Darmstadt Bereich Ingenieurwissenschaften  Lampoldshausen Mehr als 1000 DLR-Mitarbeiter  Stuttgart entwickeln Software  Oberpfaffenhofen  DLR ist eines der größten Weilheim  Softwarehäuser Deutschlands! Folie 3 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 4: Software-Entwicklungen in Luft- und Raumfahrt Klassifizierung Software für missionskritische Systeme Embedded Software und Real-Time-Software in Satelliten, Flugzeugen, Space Station, … Software mit großen Userzahlen Internet/Intranet/Email, Webshop für Satellitendaten Software mit großem Anteil an der Wertschöpfungskette Prozessunterstützung, Datenmanagement, Modellierungs- und Simulationsumgebungen, … Software deren Effizienz sich unmittelbar auf die Betriebskosten auswirkt Numerische Simulationscodes Folie 4 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 5: Einsatzfelder von Python Art der Software Wissenschaftliche Software und Prototypen Selten Einsatz in Produkten Kein Einsatz in kritischen Systemen Beispiele für Einsatzfelder von Python Web-Anwendungen ( Plone, Zope) Datenmanagement Steuerung von (großen) Simulationen Visualisierung Skript-Schnittstellen für numerische Software Test und Qualitätssicherung von wissenschaftlicher Software Folie 5 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 6: Warum Python in der Luft- und Raumfahrt? Zielgruppe: Ingenieure, Physiker, Mathematiker Beschreibung Objektorientierte vollständige Programmiersprache Klare, einfache Syntax Portabel, verfügbar auf allen Plattformen mit C-Compiler Warum ist Python geeignet für Ingenieure und industrielle Anwender? Sehr einfach zu lernen und zu benutzen ( = steile Lernkurve) Erlaubt eine schnelle Entwicklung ( = geringe Entwicklungszeit) Inherent great maintainability “Python has the cleanest, most-scientist- or engineer friendly syntax and semantics.” (Paul F. Dubois. Ten good practices in scientific programming. Comp. In Sci. Eng., Jan/Feb 1999, pp.7-11) Folie 6 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 7: Beispiele für Einsatz von Python, Plone und Zope Projekt- Steuerung großer Webseite Virtual Lab Simulationen Folie 7 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 8: Virtual Lab Web-basiertes Repository für wissenschaftliche Codes Portal zur Bereitstellung wissenschaftlicher Software Einfache numerische Codes werden integriert („eingestellt“) Nutzer können Eingabedateien hochladen und Rechnungen starten Entwickelt vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung http://vl.nz.dlr.de/VL Folie 8 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 9: Virtual Lab (2) Technologie Datenbanken Daten: ZODB Metadaten: MySQL User: OpenLDAP Task-Management OpenPBS Web-Schnittstelle ZOPE Folie 9 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 10: Virtual Lab (3) Integration von Codes Integration von Codes geschieht durch Spezifikation von Input und Output des Codes Input Description Language Benutzt Python als Basis Generierung von Eingabeelementen für numerische Werte Beispiel: ID(na='Lambda', pe='_NF and _Lambda_use', ty='FloatType', de='0.5', ce='Lambda > 0.0', un='mu_m', an='Input wavelength'), Folie 10 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 11: Virtual Lab (4) Beispiel: Streuungsberechnung Liste verfügbarer Codes im Virtual Lab Berechnung von Streuungseigenschaften MIESCHKA CYL Durchführung von „virtuellen Experimenten“ Parameter-Eingabe Durchführen einer Rechnung Visualisierung der Ergebnisse Download der Ergebnisse Folie 11 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 12: Virtual Lab (5) Bsp.: Parametersatz für Streuung eines Wassertropfens Folie 12 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 13: Virtual Lab (6) Bsp.: Output der Berechnung Folie 13 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 14: Virtual Lab (7) Bsp.: Einfache Visualisierung der Ergebnisse Folie 14 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 16: Steuerung von großen Simulationen Einführung Software wie Virtual Lab reicht für „kleine“ Simulationsanwendungen Viele komplexere Probleme erfordern hochgenaue numerische Simulationen mit vielen Verarbeitungsschritten („Workflows“) Oft wird multidisziplinär gekoppelt simuliert Strömung – Struktur – Wärme – Flugmechanik – Radarsignatur … Solche Rechnungen werden softwaretechnisch ständig komplexer! Folie 16 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 17: Komplexe Workflows Beispiele aus der Praxis Satellitendaten- Struktur-Optimierung Flugzeug-Design Prozessing Geometry Optimizer Definition (DOT) Design Variables Induced Drag 1 PCrash PView Main Analysis Subroutine positionierung PView Pammed PCrash Concept Nasbif Friction Drag Orbit Atmosphere SFE Kopf Script 2 Medina Model Model Structures Aerodynamics Engine/Aero Drag Wing PView PCrash Weight n Engine Instrument Downlink L0 Weight Wave Drag L1b Weights Propulsion Model Model Processor Processor Permas SFC L2 L2 Parameter ASCII File mit DesParO Processor Processor Stability & Flight Perf. Noise Field Perf. . Balance Fuel Volume Ergebnissen Control DesParO GUI Objective Function & Constraints Softwaretechnische Aufgaben: Nutzung von Codes mit umfangreichen Schnittstellen Anstoßen unterschiedlichster Codes in korrekter Reihenfolge Nutzung von Höchstleistungsrechnern und Clustern Transferieren von Daten zwischen den Codes Zusammenarbeit mit Kollegen Folie 17 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 18: Integrations- uns Simulationsumgebung System zur Steuerung komplexer Simulationen Integrations- und Simulationsumgebung „TENT“ für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen. Gesamtsoftware-System entwickelt in Java Python als eingebettete Skriptsprache Integration von Jython Haupt-Anwendungsfälle von Skripten Integration von Applikationen („Wrapper“) Steuerung von Simulationen Formelauswertung Folie 18 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 19: Beispiel: Gekoppelte Simulation in der Luftfahrt Flugmanöverberechnung Interaktive Simulation eines frei fliegenden elastischen Kampfflugzeugs Hochgenaue Simulation erfordert Kopplung von Aerodynamik (Strömung) Flugmechanik Aeroelastik Hohe Rechenzeiten Mehrere Wochen auf großem Cluster Steuerung der Kopplung als Python- Skript in der Simulations-Umgebung http://www.dlr.de/as/sikma Folie 19 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 20: Kopplungs-Steuerung als Python-Skript Folie 20 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 21: Ergebnis der Rechnungen Strömung Folie 21 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 22: Scripting in Applikationen Einbettung von Python-Interpretern Allgemein gilt: Anwendungen können von Haus aus nicht alles! Aber Scripting erlaubt das einfache Hinzufügen fehlender Features Realisierung durch Einbettung („Embedding“) von Python-Interpretern (C-)Python oder Jython Erfahrung: Nutzung von Python erhöht Akzeptanz bei Anwendern Voraussetzung: Das Scripting-API muss einfach sein Folie 22 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 23: Scripting in Applikationen Abstraktion der (komplexen) Framework-Architektur Framework / Plattform Kenntnis der Architektur notwendig Applikation Erweiterung Extension-API Versteckt Komplexität vor dem Benutzer Architektur- unabhängig Benutzer-Skripte Folie 23 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 25: Projekt-Webseiten Nutzung von Plone als CMS Plone wird eingesetzt für (öffentliche) Projekt-Webseiten Weitere eingesetzte Web-Systeme Typo3: Häufig als CMS für Projektseiten verwendet z.B. D-Grid-Site (Grid Computing): http//www.d-grid.de z.B. SESIS-Site (Schiffbau): http://www.sesis.de MS SharePoint Portal Server: Intranet-Anwendungen contentXXL: DLR-Webseite (http://www.dlr.de) Folie 25 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 26: Einsatz von Plone Vorteile Plone basiert auf Zope, damit auf Python Entwicklung von Erweiterungen sind leicht möglich Viele Ingenieure und Wissenschaftler nutzen bereits Python Plone bietet WebDAV-Zugang WebDAV wird auch für wissenschaftlich-technisches Datenmanagement verwendet Die Bearbeitung von Inhalten ist einfach Geeignet für Gelegenheitsnutzer Erfahrung: Steilere Lernkurve als z.B. bei Typo3 Folie 26 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 27: Plone-Beispiel-Seite AeroGrid-Projektseite Webseite des BMBF-Projekts AeroGrid Grid-basierte Zusammenarbeit in der Luftfahrtforschung Information der Öffentlichkeit http://www.aero-grid.de Plone 2.5.2 SuSE 9.2 (VMware, ¼ Blade) Betrieb durch T-Systems SfR Anbindung an ActiveDirectory/LDAP des DLR Folie 27 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 28: Turbinensimulation in AeroGrid Simulation -> Entwurf -> Einsatz (Bilder: © DLR bzw. MTU Aero Engines) Folie 28 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 29: AeroGrid-Seite Informationen mit Querverweisen Intensive Nutzung von Stichwörtern und Referenzen Folie 29 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 30: Schlussbemerkungen Es gibt viele weitere Python-Anwendungen im DLR In anderen Luft- und Raumfahrt Organisationen und Firmen Neue eigenständige Projektseiten basieren auf Plone Ehemals: Typo3, PHP In einigen Projekten wird an der Neuimplementierung existierender Software in Python gearbeitet Ehemals: Perl, C, PHP Folie 30 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 31: Ganz am Ende… Hinweise pyCologne: Python User Group Köln Monatliche Treffen von Python-Interessierten aus dem Großraum Köln http://wiki.python.de/User_Group_Köln Dort gibt es auch eine längere Fassung dieses Vortrags (https://wiki.sistec.dlr.de/AndreasSchreiber/ PythonInDerLuftUndRaumfahrt) Interesse an spannenden Tätigkeiten in Luft- und Raumfahrt? https://wiki.sistec.dlr.de/StellenAusschreibungen Folie 31 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

Slide 32: Folie 32 8. DZUG-Tagung > Andreas Schreiber > Python, Plone und Zope in der Luft- und Raumfahrtforschung > 05.06.2007

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