Wissensbasierte Entwurfsbewertung der Produktgestalt mittels Multi-Agentensystemen

Abstract

Beim Gestalten legen die Konstruierenden eine Vielzahl der Produkteigenschaften fest, welche Einfluss auf den gesamten Produktlebenszyklus haben. Daher verlangt ein moderner Produktentwicklungsprozess, dass ein Produkt nicht nur aufgrund seiner Funktionserfüllung optimiert wird, sondern auch vor dem Hintergrund des Design for X (DfX), welches die Berücksichtigung von Anforderungen aus dem gesamten Produktlebenszyklus beinhaltet. Die zunehmende Komplexität in der Produktentwicklung und der fehlende Wissensaustausch, beispielsweise zwischen der Entwicklung und Fertigung, führen zu unnötigen Iterationsschleifen und hohen Kosten. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine wissensbasierte Entwurfsbewertung der Produktgestalt mittels Multi-Agentensystemen vorgestellt, um den Konstruierenden ein digitales Assistenzsystem zur Überprüfung von CAD-Modellen hinsichtlich der DfX-Anforderungen zur Verfügung zu stellen. Hierzu werden, zum einen für die Repräsentation des domänenspezifischen Wissens wissensbasierte Entwicklungs- und Konstruktionssysteme untersucht und zum anderen für die Durchführung von dezentralen Schlussfolgerungsmechanismen und Verhandlungen das Multi-Agentensystem vorgestellt. Das methodische Vorgehen MaSE4D zur Entwicklung von Multi-Agentensystemen ermöglicht, ausgehend vom initialen Systemkontext, eine strukturierte Zusammensetzung der dezentral verteilten Wissensquellen, um eine ganzheitliche Bewertung in der Domäne der Produktgestaltung vorzunehmen. Durch einen generalisierten Aufbau einer Software-Architektur ist es zudem möglich ein 3D-Modell in einer CAD-Entwicklungsumgebung, mittels graphenbasierter Featureerkennung, zu analysieren und automatisiert anzupassen. Des Weiteren werden Templates für die Programmierung von Agenten zur Verfügung gestellt, welche die dezentrale Wissensverwaltung, die Kommunikation unter den Agenten sowie deren Verwaltung im Kontext der Produktgestaltung unterstützen. Die Anwendbarkeit und Validierung des methodischen Vorgehens und der Entwicklungsumgebung für das Multi-Agentensystem erfolgt durch die Bewertung von zehn unterschiedlichen Frästeilentwürfen.During the design process, the designers determine numerous product properties that have an influence on the entire product life cycle. Therefore, a modern product development process requires that a product is not only optimized based on its functional fulfillment but also regarding Design for X, which includes the consideration of requirements from the entire product life cycle. The increasing complexity in product development and the lack of knowledge exchange between development and manufacturing lead to iteration loops and higher costs. In the context of this work, a knowledge-based evaluation of embodiment design using multi-agent systems is presented to provide designers with a digital assistance system for the verification of CAD models regarding Design for X. For this purpose, knowledge-based engineering systems are investigated for the representation of domain-specific knowledge on the one hand. On the other hand, multi-agent systems are introduced for the execution of decentralized reasoning mechanisms and negotiations. The methodological approach MaSE4D for the development of multi-agent systems allows, starting from the initial system context, a structured composition of the decentralized distributed knowledge sources to perform a holistic evaluation in the domain of product design. A generalized software architecture allows analyzing and automatically adapting a 3D model in a CAD development environment using graph-based feature recognition. Furthermore, templates for programming agents are provided, which support decentralized knowledge management, communication among agents, as well as their management in the context of product design. The applicability and validation of the multi-agent system's methodological approach and development environment is performed by evaluating ten different milling designs