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

Cell Type–Specific Thalamic Innervation in a Column of Rat Vibrissal Cortex

This is the concluding article in a series of 3 studies that investigate the anatomical determinants of thalamocortical (TC) input to excitatory neurons in a cortical column of rat primary somatosensory cortex (S1). We used viral synaptophysin-enhanced green fluorescent protein expression in thalamic neurons and reconstructions of biocytin-labeled cortical neurons in TC slices to quantify the number and distribution of boutons from the ventral posterior medial (VPM) and posteromedial (POm) nuclei potentially innervating dendritic arbors of excitatory neurons located in layers (L)2–6 of a cortical column in rat somatosensory cortex. We found that 1) all types of excitatory neurons potentially receive substantial TC input (90–580 boutons per neuron); 2) pyramidal neurons in L3–L6 receive dual TC input from both VPM and POm that is potentially of equal magnitude for thick-tufted L5 pyramidal neurons (ca. 300 boutons each from VPM and POm); 3) L3, L4, and L5 pyramidal neurons have multiple (2–4) subcellular TC innervation domains that match the dendritic compartments of pyramidal cells; and 4) a subtype of thick-tufted L5 pyramidal neurons has an additional VPM innervation domain in L4. The multiple subcellular TC innervation domains of L5 pyramidal neurons may partly explain their specific action potential patterns observed in vivo. We conclude that the substantial potential TC innervation of all excitatory neuron types in a cortical column constitutes an anatomical basis for the initial near-simultaneous representation of a sensory stimulus in different neuron types

Anti-Listeria Activities of Galleria mellonella Hemolymph Proteins ▿ †

We report the use of antimicrobial hemolymph proteins from the model host Galleria mellonella as an inhibitor for various Listeria strains, providing a novel source for antilisterial therapeutics. We also have shown that specific virulence-associated genes known to mediate antimicrobial resistance of Listeria in mammalian models indicated a similar function in Galleria

Derivation and Maintenance of Murine Trophoblast Stem Cells under Defined Conditions

Trophoblast stem cells (TSCs) are in vitro equivalents to the precursor cells of the placenta. TSCs are cultured in serum-rich medium with fibroblast growth factor 4, heparin, and embryonic-fibroblast-conditioned medium. Here, we developed a simple medium consisting of ten chemically defined ingredients for culture of TSCs on Matrigel or synthetic substrates, named TX medium. Gene expression and DNA methylation profiling demonstrated the faithful propagation of expression profiles and epigenomic characteristics of TSCs cultured in TX. Further, TX medium supported the de novo derivation of TSC lines. Finally, TSCs cultured in TX differentiate into all derivatives of the trophectodermal lineage in vitro, give rise to hemorrhagic lesions in nude mice, and chimerize the placenta, indicating that they retained all hallmarks of TSCs. TX media formulation no longer requires fetal bovine serum and conditioned medium, which facilitates and standardizes the culture of this extraembryonic lineage

Electron ionization, photoionization and photoelectron/photoion coincidence spectroscopy in mass-spectrometric investigations of a low-pressure ethylene/oxygen flame

Felsmann D, Moshammer K, Krüger J, et al. Electron ionization, photoionization and photoelectron/photoion coincidence spectroscopy in mass-spectrometric investigations of a low-pressure ethylene/oxygen flame. PROCEEDINGS OF THE COMBUSTION INSTITUTE. 2015;35(1):779-786