Flexible Kooperation zwischen Autonomen Agenten in Dynamischen Umgebungen

Die vorliegende Dissertation präsentiert ein Schema zur Holonenformierung in dynamischen Umgebungen eines holonischen Multiagenten-Systems. Holo- ne werden dazu eingesetzt, um eine Gruppe von Agenten für einen begrenzten Zeitraum zu einem strukturierten Verbund zusammenzufassen. Unter der Führung eines ausgezeichneten Agenten, dem Holonenführer bzw. Kopf des Holons, können gemeinsam komplexe Aufgaben gelöst werden. Die Holonenführer, wie auch die restlichen Agenten eines Multiagenten-Systems, besitzen dabei nur ein eingeschränktes, vages und zum Teil fehlerhaftes Wissen über die anderen Agenten. Das Schema beschreibt, wie jeder Agent sein Wissen erlernen und davon ausgehend potentielle Holonenstrukturen simulationsbasiert aufbauen kann. Anschlieÿend werden diese hypothetischen Holonenstrukturen in Verhandlungen realisiert. Zur Umsetzung des Schemas und der daraus resultierenden Algorithmen wird ein mathematischer Formalismus zur Abbildung eines Multiagenten- Systems auf einen Vektorraum vorgestellt, der es ermöglicht, die Entitäten des Multiagenten-Systems und die Funktionen des Schemas formal zu beschreiben. Aufbauend auf diesen Arbeiten und des Schemas werden abschlieÿend vier Algorithmen, von einem einfachen randomisierten Verfahren bis hin zu komplexen wissensbasierten Verfahren zur Holonenformierung, exemplarisch entwickelt, diskutiert und evaluiert.This work proposes a scheme for the formation of holonic agents in a multiagentsystem acting in a dynamic environment. This model captures cooperative holonic multiagent-systems in which each agent has incomplete, vague and erroneous information about the other agents and about its dynamic and uncertain world. Holons are temporarily formed to fulfill complex tasks, that a single agent cannot handle alone. To find assistance the head of a holon continuously tries to improve its holonic structure. Therefore it builds a set of hypothetical holons, rating them and if a higher ranked holon structure than the current one is found, it starts with the (re-)negotiation of the holon. Also if the holon is for some reason not longer capable to achieve its goals, re-negotiation starts. The scheme describes in particular, how an agent learns the properties of other agents. Based on this knowledge the agents are then able to build hypothetical holons by simulations. In the following these hypothetical holons are realised by bilateral negotiations with the agents of that pre-computed holonstructure. For describing this scheme and the algorithms based on this scheme, I first present a formalism to map a multiagent-system onto a vector space, such that it is possible to give a formal description of the entities of a multiagenten-system and of the functions of the proposed scheme. Finally present four algorithms to form dynamically holons based on that scheme. These algorithms consist of a simple randomised agent selection to a complex knowledge-based selection of relevant agents to solve the given tasks. These algorithms are in the end discussed and evaluated in detail

Integrationsaspekte der Simulation: Technik, Orgnisation und Personal, Karlsruhe, 7. und 8. Oktober 2010 = Integration Aspects of Simulation: Equipment, Organization and Personnell, Karlsruhe, 7th and 8th October 2010

Die Integration technischer, organisatorischer und personalorientierter Aspekte in Simulationsverfahren ist das Leitthema der 14. Fachtagung der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) innerhalb der Gesellschaft für Informatik, die vom Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation im Oktober 2010 ausgerichtet wurde. Der vorliegende Tagungsband gibt somit einen vertiefenden Einblick in neue Entwicklungen und Beispiele guter Praxis der Simulation über den deutschsprachigen Raum hinaus

Entwicklung von prozessorientierten Informationssystemen für die industrielle Dienstleistungsbeschaffung

In der industriellen Dienstleistungsbeschaffung mangelt es an adäquaten domänenspezifischen Lösungsansätzen für die präzise Modellierung, qualitative und quantitative Analyse und Implementierung elektronischer Geschäftsprozesse in prozessorientierte Informationssysteme. In der vorliegenden Arbeit werden neue Lösungsansätze auf Basis von Methoden, Modellen und E-Business-Lösungen erarbeitet, um die Entwicklung und Gestaltung prozessorientierter Informationssysteme zu verbessern

Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions

Nachhaltige Digitalisierung einer dezentralen Energiewende

NACHHALTIGE DIGITALISIERUNG EINER DEZENTRALEN ENERGIEWENDE Nachhaltige Digitalisierung einer dezentralen Energiewende / Gährs, Swantje (Rights reserved) ( -

Monetäre Bewertung des belastungsbasierten Leasings für Werkzeugmaschinen

Die Anschaffungskosten von Werkzeugmaschinen stellen eine finanzielle Herausforderung für Unternehmen dar. Das Leasing als alternative Finanzierung zum kreditfinanzierten Kauf verspricht Vorteile. Durch die Fortschritte der Digitalisierung können neuartige Pay-per-X Modelle angeboten werden, welche eine höhere Flexibilität der Zahlungen in volatilen Märkten versprechen. Die aktuellen Modelle sind jedoch dem Prinzipal-Agenten-Problem ausgesetzt. Der Leasingnehmer ist an einer hohen Auslastung der Maschine interessiert, der Leasinggeber an deren Werterhalt. Die Nutzung der Maschine ist dem Leasinggeber nicht bekannt und eine übermäßige Belastung führt zu erhöhtem Verschleiß und Wertverlust. Folglich wird dieses Restwertrisiko in die Leasingrate eingepreist. Das belastungsbasierte Leasing verspricht die Auflösung die-ses Problems, indem die durch den Leasingnehmer verursachte Belastung in die Leasingrate integriert wird. Inwiefern sich ein solches Modell für den Leasingnehmer lohnt, ist durch die ungewisse Abnutzung der Maschine aktuell nicht im Vorfeld bestimmbar. In der vorliegenden Dissertation wird die monetäre Bewertung eines entwickelten belastungsbasierten Leasings für Werkzeugmaschinen als Grundlage einer Investitionsentscheidung des Leasingnehmers untersucht. Dazu wird das belastungsbasierte Leasing konzeptionell und mathematisch auf Basis des Leasingvertrags mit Teilamortisation entwickelt. Der Amortisationsanteil der Leasingrate wird durch die Abnutzung der Werkzeugmaschine auf Baugruppenebene bestimmt. Durch die Verrechnung der Belastung verändern sich die Anreize und damit das Nutzungsverhalten des Leasingnehmers. Diese Veränderung führt zu einem höheren erwarteten Restwert und niedrigeren Lebenszykluskosten in Form der Instandhaltungskosten. Darauf aufbauend wird die Bewer-tungsmethode zur Investitionsentscheidung als computerausführbares Simulationsmodell entwickelt. Die Unsicherheit bezüglich der Maschinenbelastung und der Leasingraten ist hierbei ein zentrales Element. Die Unsicherheit wird durch eine Monte-Carlo-Simulation modelliert, wobei n-fache Grundmietzeiten simuliert und anhand des Kapitalwerts aller entscheidungsrelevanten Kosten in mehreren Szenarien bewertet werden. Die Entscheidung erfolgt zweistufig. Nach einer Vorauswahl der Investitionsalternativen anhand der stochastischen Dominanz der alternativen Risikoprofile, werden diese anhand einer Risikonutzenfunktionen nach dem μ-σ-Prinzip bewertet und die beste Alternative ausgewählt. Die unsichere Maschinenbelastung während der Grundmietzeit wird über ein Simulationsmodell auf Basis historischer Instandhaltungs- und Betriebsdaten beschrieben. Dieser Simulationskern besteht zum einen aus der Ereignissimulation auf Basis statistischer, parametrischer Zuverlässigkeitsmodelle. Zum anderen besteht er aus der Abnutzungssimulation durch einen Gamma-Prozess als Approximation der Belastung. Die veränderte Nutzung der Maschine wird durch Manipulation der Datenbasen beschrieben. Der Bewertungsansatz wird am Beispiel einer Investitionsentscheidung eines mittelständischen Unternehmens validiert. Es wird gezeigt, dass sowohl in Bezug auf die Leasingraten als auch die Lebenszykluskosten das belastungsbasierte dem klassischen Leasing vorzuziehen ist, da es zu geringeren erwarteten Kosten und einem höheren Maschinenrestwert führt. Das neue Modell besitzt durch das gesunkene Restwertrisiko und die gesteigerte erwartete Gewinnmarge auch Vorteile für den Leasinggeber gegenüber dem klassischen Leasing