Design & KI

In diesem Bericht werden die wichtigsten Begriffe aus dem Bereich des (Produkt)Designs aus dem Blickwinkel der künstlichen Intelligenz untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei nicht so sehr auf den technischen Details von existierenden Designsystemen als vielmehr in der Untersuchung der wesentlichen Konzepte wie Designmodelle, Modelle des wissensbasierten Designs, innovatives Design, etc. auf einem informellen Level, die der grundsätzlichen Beschreibung des Vorgehens eines Experten beim Design genügen

Hybride Wissensverarbeitung in der präventivmedizinischen Diagnostik

von Andreas KollerPaderborn, Univ.-GH, Diss., 199

Innovationspotentiale in der rechnerintegrierten Produktion durch wissensbasierte Systeme

Die Realisierung einer Rechnergeführten Fabrik unter dem Schlagwort CIM ist eine der größten Herausforderungen für die industrielle Produktionstechnik. Komplexe Informations- und Automatisierungssysteme steuern und überwachen die Fabrik der Zukunft. Doch die konventionelle Informations- und Datenverarbeitung erreicht ihre Grenzen dort, wo Wissen und Erfahrung zur Problemlösung im Vordergrund steht, und wo komplexe, unstrukturierte und nicht algorithmierbare Zusammenhänge angetroffen werden. Hier eröffnen die Methoden der Künstlichen Intelligenz und Wissensverarbeitung vielfältig neue Möglichkeiten. Unter diesen Randbedingungen will die vorliegende Arbeit Innovationspotentiale in der Rechnerintegrierten Produktion durch den Einsatz wissensbasierter Systeme erschließen. Dazu werden eingangs die grundsätzlichen Methoden und Hilfsmittel der Wissensverarbeitung erläutert. Diese Ausführungen erstrecken sich auf den Wissensbegriff selbst, auf die Methoden zur Wissensrepräsentation, Manipulation und auch Akquisition. Eine grobe Klassifizierung der Softwarehilfsmittel in Programmiersprachen und Werkzeugsysteme schließt sich an. Das nächste Kapitel beschäftigt sich mit dem Einsatz wissensbasierter Systeme in der Produktion allgemein. Erfolgreiche Systeme und interessante Prototypen aus den Anwendungsgebieten Diagnose, Arbeitsplanung, Konstruktion und Simulation werden vorgestellt. Die Wissensverarbeitung erfordert eine neue Qualifikation an Engineeringleistung. Die Aufgaben eines Wissensingenieurs werden im Zusammenhang mit dem Entwicklungsprozeß von wissensbasierten Systemen erläutert. Im anschließenden Kapitel wird ein wissensbasiertes Rahmensystem (WWS) für die Lösung von Planungs- und Konfigurationsaufgaben vorgestellt. Es besteht aus Komponenten für den Dialog, für die Wissensrepräsentation, für die Problemlösung und für den Wissenserwerb. Ein ereignisorientiertes Simulationssystem ist in die Problemlösungskomponente voll integriert. Mit Hilfe dieser logischen und programmtechnischen Integration von Konfigurations- und Simulationswerkzeugen ist es erstmals gelungen, völlig neue Möglichkeiten der Optimierung von Planungstätigkeiten in einem ganzheitlichen und wissensbasierten Ansatz zu erschließen. Innerhalb der industriellen Produktion gilt die Montagetechnik als weitgehend unerschlossenes Rationalisierungspotential. Als exemplarische Anwendung des wissensbasierten Werkzeugsystems (WWS) wurde das Expertensystem MOPLAN zur Planung von Montageanlagen implementiert. Als einziges System seiner Art ist es hardware- und softwareseitig voll in ein CIM-Konzept für die Montage integriert und kommuniziert mit einem dreidimensionalen Modellierer (ROMULUS). Damit steht der Montageplanung erstmals ein rechnergestütztes Werkzeug zur Verfügung, das für einen Großteil der Aufgaben bei der Grobplanung eingesetzt werden kann. Das letzte Kapitel beschäftigt sich mit alternativen Einsatzmöglichkeiten für das wissensbasierte Werkzeugsystem WWS. Hier ist in erster Linie die Planung von produktionstechnischen Anlagen im allgemeinen und die Planung von Flexiblen Fertigungssystemen im speziellen zu nennen. Aber auch zur Planung von Fertigungsabläufen und Fertigungsaufträgen kann das Werkzeug eingesetzt werden. Für die implizite offline-Programmierung von Industrierobotern wird hierzu ein Beispiel gegeben. Die vorliegende Arbeit zeigt das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten wissensbasierter Systeme in einer Rechnerintegrierten Produktion auf. Angefangen bei der Konstruktion, über die Fertigungsplanung und -steuerung, bis hin zur Diagnose können mit Hilfe von wissensbasierten Konzepten vielfältige Innovationspotentiale erschlossen werden. Es wird deutlich, daß die Wissensverarbeitung eine wesentliche Komponente in der Fabrik der Zukunft darstellt. Mit dem Rahmensystem WWS und dem Expertensystem MOPLAN ist es gelungen, breit einsetzbare Werkzeuge als Basis für viele weiterführende Arbeiten im Bereich der Planung und Konfiguration zu schaffen. Damit wird auch ein Beitrag dazu geleistet, die Wissensverarbeitung in Forschung und Lehre zu etablieren.The realization of a computer-controlled factory under the catchphrase CIM is one of the greatest challenges for industrial production technology. Complex information and automation systems control and monitor the factory of the future. But conventional information and data processing reaches its limits where knowledge and experience are the focus of problem-solving and where complex, unstructured and non-algorithmic relationships are encountered. The methods of artificial intelligence and knowledge processing open up a variety of new possibilities here. Under these boundary conditions, the present work aims to develop innovation potential in computer-integrated production through the use of knowledge-based systems. To this end, the basic methods and tools of knowledge processing are explained. These explanations extend to the concept of knowledge itself, to the methods for representing knowledge, manipulation and also acquisition. This is followed by a rough classification of software tools in programming languages and tool systems. The next chapter deals with the use of knowledge-based systems in production in general. Successful systems and interesting prototypes from the fields of diagnosis, work planning, construction and simulation are presented. Knowledge processing requires a new qualification in engineering performance. The tasks of a knowledge engineer are explained in connection with the development process of knowledge-based systems. In the following chapter, a knowledge-based framework system (WWS) for the solution of planning and configuration tasks is presented. It consists of components for dialogue, for representing knowledge, for solving problems and for acquiring knowledge. An event-oriented simulation system is fully integrated in the problem-solving component. With the help of this logical and technical integration of configuration and simulation tools, it was possible for the first time to open up completely new possibilities for optimizing planning activities in a holistic and knowledge-based approach. In industrial production, assembly technology is considered a largely untapped rationalization potential. The MOPLAN expert system for planning assembly systems was implemented as an exemplary application of the knowledge-based tool system (WWS). As the only system of its kind, it is fully integrated in terms of hardware and software into a CIM concept for assembly and communicates with a three-dimensional modeller (ROMULUS). For the first time, assembly planning now has a computer-aided tool that can be used for a large part of the rough planning tasks. The last chapter deals with alternative uses for the knowledge-based tool system WWS. The planning of production engineering systems in general and the planning of flexible manufacturing systems in particular should be mentioned here. The tool can also be used to plan production processes and production orders. An example is given for the implicit offline programming of industrial robots. The present work shows the spectrum of possible uses of knowledge-based systems in computer-integrated production. Starting with the construction, through the production planning and control, up to the diagnosis, knowledge-based concepts can be used to open up a wide range of innovation potential. It becomes clear that knowledge processing is an essential component in the factory of the future. With the WWS frame system and the MOPLAN expert system, it has been possible to create widely applicable tools as the basis for many further work in the area of planning and configuration. This also makes a contribution to establishing knowledge processing in research and teaching

Der Design-Analyzer - decision support im Designprozeß

Die Entwicklung moderner Industrieprodukte erfordert schon in der Designphase viele frühzeitige Entscheidungen mit weitreichenden Konsequenzen. Verschiedenartige Informationsquellen wie fachspezifische Informationssysteme, Fachexperten und die Anforderungsliste des Kunden stellen sowohl die notwendigen Daten als auch die Bewertungsgrundlage für eine optimale Designentscheidung bereit. Die Arbeit stellt einen Ansatz zur Unterstützung der Auswahl eines besten Konstruktionsvorschlags unter Berücksichtigung der verschiedenen Informationsquellen vor. Die Formalisierung der Produktanforderungen stützt sich auf Methoden des Maschinenbaus. Alle kompetenten Experten und relevanten Daten werden in einer Mehr-Kriterien-Gruppenentscheidung integriert. Der Entscheidungsalgorithmus basiert auf einer Nutzwertanalyse aus der klassischen Entscheidungstheorie. Die Implementation des DESIGN-ANALYZERS orientiert sich an der Dreiteilung von entscheidungsunterstützenden Systemen nach dem DDM-Paradigma.Modern industrial product development necessitates already during the design phase lots of early decisions with farreaching consequences. Various information resources like domain specific information systems, technical experts, and customer\u27s product requirements contribute both the necessary data and the valuation background for the optimal design. This document presents a basic approach to support the selection of a best design suggestion using the different information resources. The formalization of the product requirements is based on engineering methods. All competent experts and all relevant data are integrated in a multi-criteria multi-participants decision. The decision algorithm is based on an utility analysis taken from classical decision theory. The implementation of the DESIGN-ANALYZER follows the trisection of decision support systems according to the DDM-Paradigma

Konzeption eines Assistenzsystems für die Entwicklung innermaschineller Verfahren für produktionstechnische Systeme

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erstellung eines Konzeptes für ein softwarebasiertes Assistenzsystem für die Erstellung des innermaschinellen Verfahrens produktionstechnischer Systeme. Das Konzept wird dabei in Form eines Software-Mockups für die Benutzerschnittstelle des Systems präsentiert. Nach einer Recherche zum Stand von Wissenschaft und Technik, hinsichtlich des konstruktiven Entwicklungsprozesses von Verarbeitungsmaschinen, werden besonders die Arbeitsinhalte und Methoden der zum Prozess zugehörigen Konzeptphase untersucht. Dabei wird abschließend geprüft, inwiefern konkrete Rechnerunterstützungen für die Konzeptphase des allgemeinen Maschinenbaus auf den Bereich des Verarbeitungsmaschinenbaus übertragbar sind. Es folgt die Zusammenfassung verschiedener Vorgehensmodelle für die Softwareentwicklung sowie ein Überblick zu den Grundlagen der Softwareergonomie. Bei der folgenden Konzeptentwicklung werden die Rechercheergebnisse aufgegriffen. Angelehnt an die Arbeitsschritte des klassischen Phasenmodells der Softwareentwicklung werden zunächst Anforderungen und Spezifikationen für das zu entwickelnde Assistenzsystem aufgestellt. In einer sich anschließenden Entwurfsphase wird der zukünftige Systemaufbau umrissen. Zudem werden Entwürfe, in Form von Wireframes, für die Darstellung einzelner Funktionalitäten der künftigen Benutzerschnittstelle des Assistenzsystems erstellt. Diese werden verglichen und kombiniert, sodass eine gewählte Vorzugslösung für die Mockup-Erstellung bereitsteht. Abschließend werden, nach erfolgter Umsetzung des Mockups, für die Erstellung des innermaschinellen Verfahrens anhand eines konkreten Maschinenbeispiels, Möglichkeiten zur Konzepterweiterung und -umsetzung vorgeschlagen.The aim of the following thesis is the development of a concept for a software-based assistance system which supports the creation of the process model of processing machines. The concept is presented as a software mockup that shows the user interface of the system. After an investigation on the state of science and technology, regarding the constructive development process of processing machines, especially the contents and methods of the concept phase, which is associated with the process, are examined. Finally, it is being checked which specific computer support for the concept phase of general mechanical engineering can be transferred to the field of processing machine construction. The summary of various proceed models for general software development follows as well as an overview on the basics of software ergonomics. During the subsequent concept development, the findings from the research are used. Based on the work steps of the phase model of software development, requirements and specifications for the concept, which has been developed, are initially set up. In the following design phase, the future system structure is outlined. In addition, drafts presented as wireframes are created for the presentation of individual functionalities of the future user interface of the assistance system. In the conclusion they are compared to and combined with each other so that a chosen preferred solution is available for mockup creation. Finally, after the realization of the mockup that shows the creation of the process model based on a tangible machine example, ways to expand and to implement the concept are proposed

Rechnerunterstützung für die Suche nach verarbeitungstechnischen Prinziplösungen

Die hier zur Verfügung gestellte Datei ist leider nicht vollständig, aus technischen Gründen sind die folgenden Anhänge leider nicht enthalten: Anhang 3: Begriffshierarchie "verarbeitungstechnische Funktion" S. 141 Anhang 4: Begriffshierarchie "Eigenschaftsänderung" S. 144 Anhang 5: Begriffshierarchie "Verarbeitungsgut" S. 149 Anhang 6: Begriffshierarchie "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 151 Konsultieren Sie die Druckausgabe, die Sie im Bestand der SLUB Dresden finden: http://slubdd.de/katalog?TN_libero_mab21079933:ABKÜRZUNGEN UND FORMELZEICHEN S. 5 1. EINLEITUNG S. 7 2. UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DIE KONZEPTPHASE IN DER VERARBEITUNGSMASCHINEN-KONSTRUKTION - ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN, ENTWICKLUNGSSTAND 9 2.1. DIE BEDEUTUNG DER KONZEPTPHASE IN DER VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION S. 9 2.2. ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DEN KONSTRUKTEUR ALS PROBLEMLÖSER S. 13 2.3. SPEZIFIK VERARBEITUNGSTECHNISCHER PROBLEMSTELLUNGEN S. 17 2.3.1. Verarbeitungstechnische Informationen im Konstruktionsprozeß von Verarbeitungsmaschinen S. 17 2.3.2. Komplexität verarbeitungstechnischer Probleme S. 19 2.3.3. Unbestimmtheit verarbeitungstechnischer Probleme S. 21 2.3.4. Beschreibungsspezifik verarbeitungstechnischer Problemstellungen S. 22 2.4. UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DIE KONZEPTPHASE UND IHRE EIGNUNG FÜR DIE VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION S. 24 2.4.1. Traditionelle Unterstützungsmittel für die Lösungssuche S. 24 2.4.1.1. Lösungskataloge S. 24 2.4.1.2. Konstruktionsmethodik in der Prinzipphase S. 25 2.4.2. Rechnerunterstützung für die Konstruktion mit Relevanz für die Konzeptphase S. 28 2.4.2.1. Kurzüberblick über Konstruktionsunterstützungssysteme und ihre Einbindung in übergeordnete Systeme S. 28 2.4.2.2. Rechnerunterstützung zum Analysieren S. 31 2.4.2.3. Rechnerunterstützung zum Informieren S. 32 2.4.2.4. Rechnerunterstützung zum Synthetisieren S. 34 2.4.2.5. Rechnerunterstützung zum Bewerten und Auswählen S. 39 2.4.2.6. Integrierende Systeme mit Unterstützung für die Konzeptphase S. 41 2.4.3. Der Wissensspeicher Verarbeitungstechnik S. 43 2.5. SCHLUßFOLGERUNGEN AUS DER ANALYSE DES IST-STANDES S. 46 3. ANFORDERUNGEN AN EINE RECHNERUNTERSTÜTZUNG DER PRINZIPPHASE DER VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION 47 3.1. FUNKTIONSBESTIMMUNG S. 47 3.1.1. Typisierung der mit dem System zu lösenden Fragestellungen S. 47 3.1.2. Anforderungen an Funktionalität und Dialoggestaltung S. 50 3.2. INHALTLICHE ABGRENZUNG S. 54 3.3. ANFORDERUNGEN AN DIE WISSENSREPRÄSENTATION S. 57 4. INFORMATIONSMODELL DES VERARBEITUNGSTECHNISCHEN PROBLEMRAUMES S. 61 4.1. ÜBERBLICK ÜBER MÖGLICHE DARSTELLUNGSARTEN S. 61 4.1.1. Allgemeiner Überblick S. 61 4.1.1.1. Unterschiede zwischen wissensbasierten Systemen und anderen Wissensrepräsentationsformen S. 61 4.1.1.2. Algorithmische Modellierung S. 62 4.1.1.3. Relationale Modellierung S. 63 4.1.1.4. Darstellungsformen in wissensbasierten Systemen S. 64 4.1.2. Die verwendete Software und ihre Möglichkeiten S. 71 4.2. ÜBERBLICK ÜBER DEN SYSTEMAUFBAU S. 74 4.2.1. Gesamtüberblick S. 74 4.2.2. Sichtenmodell S. 78 4.2.3. Relationale Darstellung von Prinzipinformationen, Kennwerten und Kenngrößen S. 83 4.2.4. Bildinformationen S. 85 4.2.5. Ergänzende Informationen in der Benutzeroberfläche S. 86 4.3. MODELLIERUNG VON WISSENSKOMPONENTEN DER DOMÄNE VERARBEITUNGSTECHNIK S. 87 4.3.1. Abbildung verarbeitungstechnischer Funktionen S. 87 4.3.1.1. Darstellungsarten für verarbeitungstechnische Funktionen - Bedeutung, Verwendung, Probleme S. 87 4.3.1.2. Die Sicht "Verarbeitungstechnische Funktion" S. 89 4.3.1.3. Die Sicht "Eigenschaftsänderung" S. 90 4.3.2. Abbildung von Informationen über Verarbeitungsgüter S. 93 4.3.2.1. Beschreibungskomponenten und ihre Verwendung bei der Lösungssuche S. 93 4.3.2.2. Die Sicht "Verarbeitungsgut" S. 94 4.3.2.3. Abbildung von Verarbeitungsguteigenschaften S. 94 4.3.3. Abbildung verarbeitungstechnischer Prinzipe S. 96 4.3.3.1. Die Sicht "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 96 4.3.3.2. Die Detailbeschreibung verarbeitungstechnischer Prinzipe S. 97 4.3.4. Verarbeitungstechnische Kenngrößen S. 99 4.3.5. Darstellung von Zusammenhängen mittels Regeln S. 100 4.3.6. Unterstützung der Feinauswahl S. 102 5. PROBLEMLÖSEN MIT DEM BERATUNGSSYSTEM VERARBEITUNGSTECHNIK S. 104 5.1. INTERAKTIVE PROBLEMAUFBEREITUNG S. 104 5.2. BESTIMMUNG DER LÖSUNGSMENGE - GROBAUSWAHL S. 109 5.3. FEINAUSWAHL S. 110 5.4. VERARBEITUNG DER ERGEBNISSE S. 112 6. WISSENSAKQUISITION S. 113 6.1. PROBLEME BEI DER WISSENSAKQUISITION S. 113 6.2. VORSCHLÄGE ZUR UNTERSTÜTZUNG UND ORGANISATION DER AKQUISITION FÜR DAS BERATUNGSSYSTEM VERARBEITUNGSTECHNIK S. 115 7. GEDANKEN ZUR WEITERENTWICKLUNG S. 116 7.1. INHALTLICHER UND FUNKTIONALER AUSBAU DES BERATUNGSSYSTEMS VERARBEITUNGSTECHNIK S. 116 7.1.1. Ergänzung der Sichtenbeschreibung durch weitere Sichten S. 116 7.1.2. Andere Erweiterungsmöglichkeiten S. 117 7.2. EINBINDUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DAS BERATUNGSSYSTEMS VERARBEITUNGSTECHNIK S. 118 8. ZUSAMMENFASSUNG S. 120 LITERATURVERZEICHNIS S. 123 Anhang 1: Beispiele für phasenübergreifende Rechnerunterstützung der Konstruktion 134 Anhang 2: Inhalt der Kerntabelle "Prinzip" S. 138 Anhang 3: Begriffshierarchie "verarbeitungstechnische Funktion" S. 141 Anhang 4: Begriffshierarchie "Eigenschaftsänderung" S. 144 Anhang 5: Begriffshierarchie "Verarbeitungsgut" S. 149 Anhang 6: Begriffshierarchie "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 151 Anhang 7: Implementierung einer umstellbaren Formel am Beispiel Dichteberechnung S. 15