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Open Source im DLR

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Chaosdorf, Düsseldorf, 28.10.2015

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Open Source im DLR

  1. 1. Open Source im DLR Andreas Schreiber Chaosdorf Düsseldorf, 28.10.2015 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 1
  2. 2. > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 2 "Open Source im DLR" von Andreas Schreiber (DLR) ist lizenziert unter einerCreative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz.
  3. 3. • Software im DLR • Software Engineering • Open-Source-Strategie • Migration nach Python • Beispiele für Open-Source-Software > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 3 Überblick
  4. 4. Forschungsgebiete • Raumfahrt • Luftfahrt • Energie • Verkehr • Sicherheit Softwareforschung- und Entwicklung • Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik • Softwareentwicklung in allen 33 DLR-Instituten > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 4 Forschung im DLR
  5. 5. Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik DLR.de • Folie 5 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 • Zentrale Einrichtung mit Softwarekompetenz • Standorte • Berlin-Zentrum • Braunschweig • Köln-Porz • Ca. 50 Mitarbeiter • http://www.DLR.de/sc
  6. 6. Software-Forschung Erforschen und Entwickeln neuer Softwaretechnologien DLR.de • Folie 6 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  7. 7. Software-Entwicklung Individualsoftware für die Forschung im DLR DLR.de • Folie 7 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  8. 8. Software-Qualität Verbessern der Qualität der Software im DLR DLR.de • Folie 8 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  9. 9. DLR Simulations- und Softwaretechnik Aktuelle Forschungsgebiete DLR.de • Folie 9 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 High Performance Computing Software Engineering Verteilte Systeme Sicherheit Big Data Wissensmanagement Eingebettete Systeme Modellbasiertes Systems Engineering Mobile Systeme Datenmanagement Virtual und Augmented Reality Interaktive Visualisierung Multidisziplinäre Simulation QuantencomputingUsability
  10. 10. Einige Zahlen… • Mehr als 1200 Mitarbeiter entwickeln Software • Mehr als 100 Mio EUR Personalkosten pro Jahr für Softwareentwicklung • DLR ist eines der größten „Softwarehäuser“ in Deutschland > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 10 Software im DLR Umfang
  11. 11. • Im DLR entwickelte Software ist in der Regel Nicht- Standard-Software ( Individualsoftware) • Oft spezielle und spezifische Anforderungen • Die „Entwickler“ haben oft keine Ausbildung in Software- Entwicklung • Vielzahl an eingesetzten Software-Technologien • Sowohl Open-Source als auch proprietäre Software • Viele Fragen und Probleme mit Open-Source-Lizenzen • Große Anzahl an Software-Projekten • Überblick über existierende Software ist schwierig > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 11 Software im DLR Charakteristiken
  12. 12. Software im DLR DLR.de • Folie 12 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 COM COM Power Equation LP Spool Power Equ. HP Sp. HPT Cooling COM COM Power Equation LP Spool Power Equ. HP Sp. HPT Cooling -2000 0 2000 -15000 -10000 -5000 0 2000 4000 6000
  13. 13. DLR.de • Folie 13 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  14. 14. Methoden und Werkzeuge für die Software-Entwicklung • Entwickeln von angepassten Prozessen für Wissenschaftler, inklusive Web-basierter Dokumentation • Integration von Entwicklungswerkzeugen in die Arbeitsumgebungen der Wissenschaftler • Werkzeuge sind für jeden verfügbar und einfach im Intranet zugreifbar • Schulungen für verbreitete Entwicklungswerkzeuge und Software-Technologien > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 14 Software-Engineering-Strategie Unterstützen der Software-Entwicklung im DLR
  15. 15. Austausch von Wissen und Informationen • Netzwerk von Software-Engineering-Beauftragten • Informationsaustausch per Intranet und auf Workshops • Software-Engineering-Wiki für Dokumentationen und Zusammenarbeit • Software-Katalog • Informationsbroschüre und Schulungen zu Open- Source-Lizenzrecht > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 15 Software-Engineering-Strategie Wissensmanagement
  16. 16. Software-Engineering-Wiki Startseite DLR.de • Folie 16 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  17. 17. Software-Engineering-Wiki Programming-Guides für Entwickler DLR.de • Folie 17 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  18. 18. DLR Software-Katalog http://software.DLR.de DLR.de • Folie 18 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 • Verzeichnis für alle Software-Projekte im DLR • Zugriff für DLR-Mitarbeiter und die Öffentlichkeit • Für Open Source und proprietäre Software
  19. 19. Open-Source-Strategie DLR’s Open-Source-Agenda DLR.de • Folie 19 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Sortiert nach Priorität • Anleitungen und Hilfe für Open-Source-Lizenzen • Kriterien für Auswahl von Open-Source-Software • Best-Practices für eigene Open-Source-Projekte • Migration nach Open Source
  20. 20. Bereits vorhanden • Standard-Open-Source-Licenzen ausgewählt • Broschüre für Open-Source-Lizenzrecht • Schulungen • Hilfe und Unterstützung Nächste Schritte • „Standard“-Hosting von Open Source • Zur Zeit: SourceForge.net, Github, Google Code, … • Prozesse für Auswahl und Freigabe • Teil des Qualitätsmanagementsystems > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 20 Open-Source-Strategie Status im DLR
  21. 21. Im DLR werden viele Open-Source-Lizenzen verwendet • AGPLv3, GPLv2, GPLv3, EPL, QPL, LGPLv2, LGPLv3, CDDL, MPLv2, Apache 2.0, BSD 2/3, MIT, Zlib, ZPLv2, Python 2.0, … Empfohlene Lizenzen (geprüft durch Rechtsabteilung) • Simplified BSD License • Apache License 2.0 • Eclipse Public License 1.0 DLR wird keine eigene Open-Source-Lizenz entwickeln • Die OSI-zertifizierten Lizenzen reichen aus! > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 21 Open-Source-Strategie Licenses
  22. 22. Open-Source-Broschüre Lizenzrecht DLR.de • Folie 22 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 • Grundlagenwissen über Open-Source-Lizenzrecht • Entwickelt durch Anwaltskanzlei • Finanziert und Herausgegeben von DLR- Technologiemarketing
  23. 23. Open-Source-Broschüre Praktische Informationen DLR.de • Folie 23 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Checklisten Infoboxen
  24. 24. Open-Source-Broschüre Entscheidungshilfen DLR.de • Folie 24 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Entscheidungs- baum
  25. 25. Lizenzrecht • „Rechtliche Aspekte der Open-Source-Nutzung im DLR“ • Regelmäßige Standardschulung im DLR Bildungsprogramms • Zusätzlich bei Bedarf für Institute oder Teams Entwicklung • „Werkzeug-gestützte Software-Entwicklung” • Entwicklung mit Open-Source-Tools • Standardschulung & nach Bedarf (siehe oben) > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 25 Open Source Schulungen
  26. 26. Hilfe und Unterstützung je nach Fragestellung • Allgemeine Lizenzfragen, Schutzrechte  DLR-Technologiemarketing • Rechtliche Unterstützung für Copyright- und sonstige Rechtsfragen  DLR-Rechtsabteilung • Lizenzkompatibilität, Lizenzauswahl, Entwicklung  DLR-Simulations- und Softwaretechnik Email • opensource@dlr.de > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 26 Open Source Hilfe & Unterstützung
  27. 27. Langfristig: Ersatz / Alternativen für Standard-Software • Microsoft Office • Messenger und Telefonie (Microsoft Lync) • Betriebssysteme • ... Kurzfristig: Alternativen für techn./wiss. Tools • MATLAB • Visualisierungs-Tools • Compiler • ... > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 27 Migration nach Open Source Ersatz für kommerzielle Software
  28. 28. Migration nach Python > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 28
  29. 29. Viele kommerzielle Anwendungen sind noch Standard • Microsoft Excel • MATLAB • IDL • Fortran-Compiler Der Weg nach Python... • Einheitliche Sprache für viele Anwendungsgebiete • Workshop „Migration nach Python“ > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 29 Wichtige Anwendungssoftware Wissenschaft und Technik
  30. 30. Wesentliche Funktionen • Tabellen • Sortier-, Gruppier-, Filterfunktionen • Pivot-Tabellen • Diagramme Python-Alternative • Jupyter / IPython • pandas > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 30 Microsoft Excel Verarbeitung tabellarischer Daten
  31. 31. Wesentliche Funktionen • Eigene proprietäre Programmiersprache • Viele Anwendungs-Toolboxes z.B. Statistik, Signal- und Bildverarbeitung Python-Alternative • NumPy • Matplotlib Nützliche Quelle: wiki.scipy.org/NumPy_for_Matlab_Users > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 31 The MathWorks MATLAB Numerische Matrixberechnungen
  32. 32. Wesentliche Funktionen • Array-basierte Programmiersprache • Gute Bildverarbeitungsfunktionen Python-Alternative • IDL-nach-Python-Compiler PIKE > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 32 IDL – Interactive Data Language Analyse und Visualisierung von Daten
  33. 33. Free-Wake (DLR-Flugsystemtechnik) • Simulation dreidimensionaler Strömungen um einen aktiv gesteuerten Rotor eines Helikopters • Code entwickelt 1994-1996 • MPI-parallelisiert in Fortran • Aufwendige Performance- Optimierung 2013-2014 • MPI und Open ACC > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 33 Python als Ersatz für Fortran? Beispiel: Simulation von Hubschrauber-Rotoren
  34. 34. Visualisierung der Wirbel DLR.de • Folie 34 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  35. 35. Kern-Schleifen von Free-Wake (Standard Python) DLR.de • Folie 35 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 for iblades in range(numberOfBlades): for iradial in range(1, dimensionInRadialDirection): for iazimutal in range(dimensionInAzimualDirectionTotal): for i1 in range(len(vx[0])): for i2 in range(len(vx[0][0])): for i3 in range(len(vx[0][0][0])): # wilin-Aufruf 1 for iblades in range(numberOfBlades): for iradial in range(dimensionInRadialDirection): for iazimutal in range(1, dimensionInAzimualDirectionTotal): for i1 in range(len(vx[0])): for i2 in range(len(vx[0][0])): for i3 in range(len(vx[0][0][0])): # wilin-Aufruf 2 for iDir in range(3): for i in range(numberOfBlades): for j in range(dimensionInRadialDirection): for k in range(dimensionInAzimualDirectionTotal): x[iDir][i][j][k] = x[iDir][i][j][k] + dt * vx[iDir][i][j][k]
  36. 36. Vergleich der hoch-optimierten Fortran-Version mit parallelen Python-Versionen • Multi-core CPUs • Cython mit OpenMP • Python-Bindings für Global Array Toolkit • GPGPUs • NumbaPro > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 36 Free-Wake Performance-Vergleich Fortran – Python
  37. 37. Performance-Tests Single-Core Performance (Xeon E5645, 6 Cores) DLR.de • Folie 37 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  38. 38. Performance-Tests Multi-Core Performance (Xeon E5645, 6 Cores) DLR.de • Folie 38 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  39. 39. Performance-Tests GPGPU Perf. (NVIDIA Tesla C2075, 448 CUDA-Cores) DLR.de • Folie 39 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  40. 40. Beispiele für Open-Source-Projekte des DLR > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 40
  41. 41. Beispiel Software für multidisziplinären Entwurf Remote Component Environment (RCE) DLR.de • Folie 41 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  42. 42. Ziel: Neue Flugzeugkonfigurationen • geringere Betriebskosten • umweltverträglicher > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 42 Entwurf in der Luftfahrt
  43. 43. DLR.de • Folie 43 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 COM COM Power Equation LP Spool Power Equ. HP Sp. HPT Cooling COM COM Power Equation LP Spool Power Equ. HP Sp. HPT Cooling -2000 0 2000 -15000 -10000 -5000 0 2000 4000 6000 Multidisziplinärer Entwurf
  44. 44. > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 44 Multidisziplinäre Entwurfswerkzeuge
  45. 45. > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 45 Kopplung multidisziplinärer Entwurfswerkzeuge
  46. 46. > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 46 Kopplung verteilter, multidisziplinärer Entwurfswerkzeuge
  47. 47. Softwaresystem • Zur Modellierung von Entwurfsprozessen • Zur automatisierten Ausführung von verteilten, verketteten Entwurfswerkzeugen Historie • Entwickelt für den Schiffbau im Drittmittelprojekt SESIS • Im und fürs DLR weiterentwickelt und inzwischen in Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr eingesetzt • Externe Nutzer > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 47 Integrationsumgebung RCE
  48. 48. Open Source unter der Eclipse Public License (EPL) Links • Github: https://github.com/rcenvironment • Website: http://rcenvironment.de • Twitter: @rcenvironment • Youtube: http://youtube.com/rcenvironment > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 48 Integrationsumgebung RCE Open Source
  49. 49. Grafische Benutzeroberfläche von RCE DLR.de • Folie 49 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  50. 50. Grafische Benutzeroberfläche DLR.de • Folie 50 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Ergebnisdarstellung während und nach einer verteilten Ausführung der Werkzeuge
  51. 51. RCE in der Raumfahrt DLR.de • Folie 51 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  52. 52. RCE in der Luftfahrt DLR.de • Folie 52 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  53. 53. Beispiel Numerische Bibliotheken Geometriebibliothek TiGL DLR.de • Folie 53 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  54. 54. Geometriebibliothek TiGL Herausforderungen DLR.de • Folie 54 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Berechnen einer 3D-Geometrie aus parametrisierten Daten (DLR- Format CPACS) Ausschnitte extrahieren • Punkte auf der Oberfläche • Punkte auf das Flugzeug projizieren • Schnitte durch den Rumpf • Schnitte mit Linien • Schnittkurve zwischen Flügel und Rumpf • … Von parametrisierten CPACS-Daten… …zur 3D-CAD-Geometrie
  55. 55. Geometriebibliothek TiGL Geometrieoperationen für Flugzeugentwurf DLR.de • Folie 55 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Benutzt für viele Simulations- codes des DLR • Multi-purpose • Multi-language • Multi-platform Aerodynamik Radar-Signatur Infrarot-Signatur Struktur und Aeroelastik CPACS
  56. 56. Geometriebibliothek TiGL Export-Funktionen DLR.de • Folie 56 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 Collada, STL Rendering, Visualisierung Gittergenerierung für CFD Modellierung (CAD) 3D-Druck
  57. 57. Geometriebibliothek TiGL Plattformunabhängige Betrachter DLR.de • Folie 57 > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015
  58. 58. Open Source unter der Apache License 2.0 Links • Github: https://github.com/DLR-SC/tigl • Android-App: https://play.google.com/store/apps/details?id=de.dlr.sc.t iglviewer.android > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015DLR.de • Folie 58 Geometriebibliothek TiGL Open Source
  59. 59. > FSFE Fellowshiptreffen Düsseldorf > Andreas Schreiber • Open Source im DLR > 19.05.2015 DLR.de • Chart 59 Vielen Dank! Fragen? Andreas.Schreiber@dlr.de www.DLR.de/sc | @onyame

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