LAYLAB : ein System zur automatischen Plazierung von Text-Bild-Kombinationen in multimodalen Dokumenten

Im Bereich der intelligenten Benutzerschnittstellen besteht derzeit, bedingt durch die wachsende Komplexität der von wissensbasierten Anwendungssystemen zu übermittelnden Information, ein zunehmender Bedarf an Werkzeugen zur flexiblen und effizienten Informationspräsentation. Neben Sprache spielt beim Design von (elektronischen) Dokumenten die Verwendung von graphischen Darstellungen sowie eine Kombinationen dieser beiden Medien zur Informationsvermittlung eine entscheidende Rolle. Während heute in der Regel solche Graphiken noch manuell erstellt werden, z.B. mittels interaktiver 3D-Graphikeditoren, bestand die Aufgabe in diesem Fortgeschrittenenpraktikum darin, Graphiken in Abhängigkeit von bestimmten Generierungsparametern wie Präsentationsziel, Präsentationssituation, Zielgruppe, Ausgabemedium, etc. automatisch zu erzeugen. Eine zentrale Rolle spielte dabei die Repräsentation von Wissen über die Verwendung von Graphik. Zum einen sollte Wissen über Objekte und Darstellungstechniken in den Entwurfsprozeß einfließen, zum anderen war der Bildinhalt zu repräsentieren, um beispielsweise darauf natürlichsprachlich Bezug nehmen zu können. In dieser Arbeitsgruppe stand die Entwicklung einer automatischen Plazierungskomponente zur Gestaltung des Layouts von multimodalen Dokumenten im Vordergrund, während sich zwei weitere Gruppen mit der wissensbasierten Anwendung spezieller Graphiktechniken (z.B. Explosion, Aufriß, Annotation) befaßten. Die vorliegende Arbeit beschreibt die prototypische Implementierung des Systems LayLab, einem Experimentiersystem zum automatischen Layout multimodaler Präsentationen, das im Kontext des WIP-Projektes entwickelt wurde. Als Programmierungumgebung standen hierzu Symbolics Lisp-Maschinen und Apple MacIvory Workstations zur Verfügung. Bei der Entwicklung konnte auf einen Lisp-basierten interaktiven 3D-Graphikeditor (S-Geometry) sowie die objektorientierte Symbolics Fensterumgebung zurückgegriffen werden

Typsysteme für die Dienstvermittlung in offenen verteilten Systemen

Das Thema dieser Arbeit ist die Dienstvermittlung in offenen verteilten Systemen und die Rolle, die ein Typsystem dabei einnimmt. Ein Typsystem besteht aus einer Typbeschreibungssprache und der Definition einer Typkonformität. Die Typbeschreibungssprache erlaubt die Spezifiation von Typen, wohingegen mit der Typkonformität während eines Vermittlungsvorgangs überprüft wird, ob Angebot und Nachfrage zusammenpassen. In dieser Arbeit wurde zunächst nachgewiesen, daß es sinnvoll ist, bei einem Typ zwischen seiner Intension und seiner Extension zu unterscheiden. Die Intension eines Typs ist die Gesamtheit aller Beschreibungen, die auf diesen zutreffen. Die Extension eines Typs repräsentiert dagegen eine konkrete Beschreibung (d.h. Spezifikation eines Dienstangebots). Eine Interpretation ordnet jeder Extension eine Intension zu. Um in einem offenen verteilten System Dienste vermitteln zu können, müssen sich Dienstnutzer und {anbieter auf die Extensionen aller Typen einigen. Einem Typ kommt hierdurch die Rolle eine Standards zu, der allen beteiligten Parteien a priori bekannt sein muß. Daraus resultiert eine injektive Interpretation, die jeder Intension genau eine Extension zuordnet. Die eindeutig bestimmte Extension einer Intension fungiert als systemweiter Standard. Ein Typ als Standard steht im Widerspruch zu der Vielfalt und Dynamik eines offenen Dienstmarktes. Der Standardisierungsprozeß von Extensionen, der einem Vermittlungsvorgang vorausgehen muß, hemmt gerade die Dynamik des Systems. Die Konsequenz daraus ist, daß neben den Diensten auch die Diensttypen Gegenstand der Vermittlung sein müssen. Diese Schlußfolgerung ist bisher noch nicht formuliert worden. Es wäre somit wünscheswert, nicht{injektive Interpretationen zuzulassen, so daß eine Intension mehrere Extensionen besitzen kann, die unterschiedliche Sichten der Dienstnutzer und {anbieter repräsentieren. Die Analyse einiger bestehender Typsysteme zeigte, daß mit diesen eine nicht-injektive Interpretation nicht realisierbar ist. Im Hauptteil dieser Arbeit wurden zwei neue Typsysteme vorgestellt, die diese Eigenschaft unterstützen. Das deklarative Typsystem erweitert die Schnittstellenbeschreibungssprache eines syntaktischen Typsystems, indem semantische Spezifiationen zugelassen werden. Die deklarative Semantik dient dabei als Grundlage für die Beschreibung der Semantik einer Typspezifikation. Die Extension entspricht einem definiten Programm bestehend aus einer endlichen Menge von Horn-Klauseln. Die Intension eines Typs korrespondiert mit dem kleinsten Herbrand-Modell des definiten Programms, welches die semantische Spezifikation des Typs darstellt. Die Forderung nach der Möglichkeit nicht{injektiver Interpretationen ergibt sich aus den Eigenschaften der deklarativen Semantik, wonach verschiedene definite Programme ein identisches kleinstes Herbrand-Modell besitzen können. Das zweite in dieser Arbeit vorgestellte Typsystem entspringt einem wissensbasierten Ansatz. Grundlage bildet eine Wissensrepräsentationstechnik, die anwenderbezogene semantische Spezifikationen erlaubt. Ein Konzeptgraph als wissensbasierte Typspezifikation vereinigt in sich unterschiedliche Beschreibungen eines Typs. Ein Konzeptgraph, der selbst eine Extension darstellt, repräsentiert somit die Vereinigung mehrerer Extensionen eines Typs. Die Intension ist jedoch durch einen Konzeptgraph nicht eindeutig bestimmt. Dieser stellt lediglich eine Approximation dar. Hier liegt ein fundamentaler Unterschied in den beiden Typsystemen. Während eine Extension im deklarativen Typsystem auch immer eindeutig eine Intension charakterisiert, ist dies bei dem wissensbasierten Typsystem nicht der Fall. Die Konsequenz daraus ist, daß dieser Umstand bei einem Vermittlungsvorgang berücksichtigt werden muß. Ein wissensbasierter Vermittler muß über ein spezielles Vermittlungsprotokoll die Verfeinerung einer wissensbasierten Typspezifikation erlauben, die zu einer besseren Approximation der Intension führt. Das deklarative Typsystem besitzt aufgrund der Unentscheidbarkeit der deklarativen Typkonformität keine praktische Relevanz. Es zeigt jedoch, wie mit Hilfe der deklarativen Semantik der Open World Assumption genüge geleistet werden kann. Im Vergleich dazu kann das wissensbasierte Typsystem als "Fuzzyfizierung" des deklarativen Typsystems angesehen werden. Die wissensbasierte Typbeschreibungssprache ermöglicht im Sinne der Fuzzy Logik unscharfe Spezifikationen, die im Laufe der Zeit verfeinert werden. Ein Vorteil des wissensbasierten Ansatzes ist die Möglichkeit von anwenderbezogenen Typspezifikationen. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß eine wissensbasierte Typbeschreibungssprache eine Meta-Sprache repräsentiert, in der Spezifikationen aus anderen Domänen dargestellt werden können. Ungeachtet dieser Vorteile bleibt jedoch der Beweis offen, daß die wissensbasierte Dienstvermittlung tatsächlich eine geeignete Methodik für die Vermittlung von Typen darstellt

Wissensbasierte Überprüfung mikrotechnologischer Fertigungsabläufe

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein wissensbasiertes System zur Konsistenzprüfung von mikrotechnischen Fertigungsabläufen. Die Inhalte führen von einer allgemeinen Betrachtung des Entwurfs in der Mikrotechnik und der noch benötigten Unterstützung im fertigungsgerechten Entwurf hin zur Vorstellung und Implementierung eines geeigneten Lösungskonzepts. Des Weiteren sind die Einbindung in eine bestehende Konstruktionsumgebung sowie die Verdeutlichung des Entwurfsvorgehens durch Beispiele Gegenstand der Ausarbeitung. Der Entwurfsprozess in der Mikrotechnik verlangt im Gegensatz zu den verwandten Domänen der Mikroelektronik und Mechatronik eine wesentlich stärkere Betonung der Fertigungsgerechtheit. Dies ist bedingt durch die Vielfalt einsetzbarer Fertigungsmethoden, die in der Regel nur sehr eingeschränkt zueinander kompatibel sind und zudem meist nur begrenzte Möglichkeiten zur Materialbearbeitung bieten. Aufgrund mangelnder Entwurfsunterstützung ist der Entwickler auf fundierte technologische Erfahrung angewiesen. Eine zeit- und kostenaufwändige iterative Optimierung des Bauteildesigns in Entwurf und Fertigung ist daher häufig die Regel. Entwurfswerkzeuge müssen diesen besonderen Anforderungen der Mikrotechnik gerecht werden. Bei den bisherigen Bemühungen, diesen Aspekt des Entwurfs mikrotechnischer Bauteile stärker zu berücksichtigen, lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Herstellbarkeit konkreter Mikrostrukturen mit einzelnen Fertigungstechnologien. Hinsichtlich der technologischen Wechselwirkungen innerhalb der Fertigung wird in Analogie zur Mikroelektronik versucht, diese Probleme durch die Standardisierung von Fertigungsprozessen, kompatiblen Prozessfolgen und Komponenten zu umgehen. Die hierbei notwendige Festlegung auf bestimmte Technologien und deren Einstellungen führt jedoch zu einer Einschränkung der Lösungsmöglichkeiten. Der Entwurf domänenübergreifender Anwendungen, die z.B. elektromechanische, fluidische, optische oder andere Funktionselemente beinhalten, ist auf diese Weise bislang nicht möglich. Nur wenige Werkzeuge versuchen dagegen, eine Untersuchung der Wechselwirkungen von Technologien direkt in den Entwurf einzubeziehen, indem Inkonsistenzen in Fertigungsabläufen automatisiert erkannt werden. Die derzeit bestehende Unterstützung auf diesem Gebiet ist allerdings noch sehr elementar. Das in dieser Arbeit entwickelte Werkzeug RUMTOPF nutzt den aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz stammenden Ansatz der regelbasierten Systeme, um diese Problemstellung des mikrotechnischen Entwurfs zu adressieren. Die Philosophie des Gesamtsystems liegt darin, seitens des Anwenders möglichst wenig technologisches Expertenwissen vorauszusetzen. Das zur Definition und Prüfung einer Fertigungsprozessfolge benötigte Wissen kann in im Netzwerk verfügbaren Wissensbasen bereitgestellt werden. Da die Strukturierung dieser Basen entscheidenden Einfluss auf die Flexibilität und Erweiterbarkeit des Gesamtsystems hat, wurden angepasste objektorientierte Datenmodelle zur Wissensrepräsentation von Technologien, Fertigungsabläufen und Kompatibilitätsbeziehungen entwickelt und implementiert. Den gleichen Stellenwert haben geeignete Anwenderschnittstellen, die zum einen zum Erwerb zusätzlichen Wissens und zur Information des Anwenders dienen, zum anderen die Nutzung dieses Wissens zur Konsistenzprüfung von Fertigungsabläufen ermöglichen. Dem Anwender wird daher u.a. eine graphische Oberfläche geboten, mit der Prozessfolgen einfach aus dem vorhandenen Technologiewissen konfigurierbar sind. Die schrittweisen Änderungen des zu fertigenden Mikrobauteils werden für jeden Fertigungsschritt in einer schematischen Darstellung visualisiert. Mit technologie-orientierten Regeln kann die definierte Prozessfolge auf mögliche Wechselwirkungen der eingesetzten Prozessierung geprüft werden. Hierzu wird die Diagnosekomponente des Werkzeugs genutzt, welche mit dem Anwender zur Meldung und Erklärung gefundener Mängel kommuniziert. Besonderes Augenmerk wurde auf die Möglichkeiten zur Formulierung von komplexen, möglichst allgemeingültigen Zusammenhängen gelegt, um die Inkompatibilitäten der Fertigung flexibel und kontextbezogen beschreiben zu können. Eine entsprechende Regelbeschreibungssprache wurde entwickelt. Für die Verwendung der erstellten und geprüften Prozessplänen in der Praxis wird die Möglichkeit zum Ausdruck gegeben. Ein generelles Defizit der Entwurfsunterstützung in der Mikrotechnik ist die mangelnde Integration der vorhandenen Werkzeuge. Sie stellen in sich Insellösungen dar, die lediglich einen konkreten Bereich des fertigungsgerechten Entwurfs abdecken können. Zusätzlich zur Prüfung der technologischen Wechselwirkungen ist die Fertigbarkeit der geometrischen Zielvorgaben durch den jeweiligen Fertigungsprozess zu untersuchen. In diesem Bereich ist bereits umfangreiche Entwurfsunterstützung vorhanden, sodass eine Integration der vorgestellten Anwendung mit technologiebezogenen Werkzeugen vollzogen werden kann. Das Vorgehen wurde am Beispiel des am Institut für Mikrotechnik entwickelten Ätzsimulationsprogramms SUZANA aufgezeigt. Abschließende Beispiele zur Herstellung einer planaren Mikrospule und eines 3D-Beschleunigungssensors zeigen die Möglichkeiten und eine generelle Vorgehensweise bei der Nutzung des Werkzeuges. In der Praxis wird ein paralleler Entwurf von Mikrobauteil und Fertigungsablauf angestrebt. Funktionale und somit geometrische Aspekte müssen bezüglich ihrer Herstellbarkeit mit einzelnen Technologien sowie im Rahmen der Gesamtfertigung untersucht werden. Dieses iterative Vorgehen, das bislang häufig erst in der Herstellung stattgefunden hat, kann somit in den eigentlichen Entwurfsprozess eingebunden und somit der fertigungsgerechte Entwurf in der Mikrotechnik umfassend unterstützt werden

Semantische Informationsintegration - Konzeption eines auf Beschreibungslogiken basierenden Integrationssystems für die Produktentwicklung

Aufgrund der Notwendigkeit, unkontrolliert aufkommende Datenfluten zu beherrschen sowie der steigenden Produktkomplexität resultiert der Handlungsbedarf, skalierbare Informationsintegrationslösungen zu finden, die einen effizienten und kontextbezogenen Zugriff auf Wissen unterstützen. Einsatz eines semantischen Integrationskonzepts in der Produktentwicklung erweitert den Wissensbeschaffungsraum des Ingenieurs enorm und ermöglicht die Interoperabilität heterogener Informationssysteme