Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Faculty / Organisational entity
On-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem
(1991)
Dieses Kapitel gliedert sich in drei Teile. Zuerst wird die Vorgehensweise in dieser Diplomarbeit zusammengefaßt. Dann folgen die gewonnenen Schlußfolgerungen mit einer Bewertung der verglichenen Ansätze. Der letzte Teil ist ein Ausblick auf die möglichen Anwendungen der Ergebnisse dieser Arbeit. Methodik Bei der Aufgabe, eine on-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem zu untersuchen, wurden folgende Schritte vorgenommen: " Klassifizierung der bisherigen Ansätze zur Beschleunigung der Kollisionserkennung mit einem Arm. Dabei wurde unterschieden zwischen dem Einsatz-Zeitpunkt und der Methode der Ansätze. " Modifikation des Weltmodells der Kollisionserkennung für den Einsatz von mehreren Roboterarmen. Kollisionsklassen wurden in einer formalen Darstellung eingeführt und ihre Eigenschaften betrachtet. " Untersuchung der Approximation von Objekten (z. B. Armsegmente und Hindernisse) durch Primitive. Dabei wurden Algorithmen zur Berechnung der Approximationen entworfen und implementiert. Unterschiedliche Strategien zur Abstandsberechnung mit Primitiven-Approximationen wurden entwickelt. " Untersuchung und Erweiterung der hierarchischen Modellierung für den Einsatz bei bewegten Objekten (wie z. B. Roboterarmen). Dazu wurden eine on-line Aktualisierung der Geometrie und eine Auswahl der optimalen Baumstruktur eingesetzt. " Implementierung der bisherigen und eigenen Beschleunigungs-Ansätze. Für die Durchführung von Experimenten wurden die Ansätze in ein Simulationssystem eingebunden und das Simulationssystem erweitert. " Vergleich und Bewertung der Beschleunigungs-Ansätze durch Messung von Laufzeiten und Qualität der resultierenden Abstandsvektoren. Untersuchung anderer einflußnehmender Parameter, wie z. B. der Sicherheitsabstand oder die Frequenz (Schrittweite) der Kollisionserkennung. Schlußfolgerungen Die Untersuchung der implementierten Ansätze zur on-line Kollisionserkennung erlaubt folgende Bewertung und Folgerungen: " Die on-line Kollisionserkennung mit Abstandsvektoren für mehrere Arme ist bei der Verwendung der entsprechenden Beschleunigungs-Ansätze möglich. Die Berechnungszeit pro Bewegungsschritt liegt im Bereich von wenigen Millisekunden. " Die eingeführte Unterteilung der Umwelt in Kollisionsklassen schafft einen einfachen Mechanismus zur Kollisionserkennung in Szenen mit mehreren bewegten Objekten. Die Kollisionsklassen ermöglichen eine systematische Kollisionserkennung für ein Mehrarm-Robotersystem. " Der Vergleich der Primitiven-Approximationen zeigt, daß der ausschließliche Einsatz der Bounding-Box als Primitiv zu besseren Ergebnissen führt als der Einsatz von mehreren Primitiven wie z. B. in [Adolphs]. Die Verbesserungen betreffen den Aufwand der Abstandsberechnung und die Qualität des Abstandsvektors. " Schon bei wenigen Objekten empfiehlt sich eine hierarchische Darstellung zur Beschleunigung der Kollisionserkennung, da sie zu sehr schnellen Abstandsberechnungen führt. Vor allem bei Szenen mit vielen Objekten ist eine hierarchische Darstellung unverzichtbar. " Durch das neue Konzept der dynamischen Hierarchien ist eine hierarchische Modellierung auch für bewegte Objekte möglich. Die dynamischen Hierarchien garantieren eine optimale Darstellung und ermöglichen eine relativ genaue Modellierung des Roboterarms. Bei der Kollisionserkennung für mehrere Roboterarme ist durch den Einsatz von dynamischen Hierarchien ein Beschleunigungsfaktor von 100 gegenüber dem einfachen Verfahren erreicht worden. Damit ist eine on-line Anwendung möglich. Ausblick Aufbauend auf den hier erzielten Ergebnissen sind folgende Anwendungen denkbar: " Eine on-line Bahnplanung basierend auf den berechneten Abstandsvektoren ist möglich. Von Punkt zu Punkt geplante Bahnen können mit Hilfe der Abstandsvektoren modifiziert und Ausweichtrajektorien generiert werden. " Die Potential-Feld-Methode zur lokalen Bahnplanung kann aufgrund den on-line berechneten Abstandsvektoren angewendet werden. " Auch exakte Abstände können schnell berechnet werden. Diese Abstandsberechnung wird effizient durch die Kombination der dynamischen Hierarchien mit einer A*-Suche. " Die schnelle Abstandsberechnung kann auch für andere Gebiete eingesetzt werden. Beispiele dafür sind der Aufbau von Konfigurations-Räumen oder die Layout-Planung. " Bei zu handhabenden Objekten, wie z. B. Werkstücke, kann das Konzept der Kollisionsklassen einfach um einen dynamischen Wechsel erweitert werden. Dabei wechselt z. B. ein Werkstück, wenn es von dem Arm gegriffen wird, die Klasse.
Im Bereich der Expertensysteme ist das Problemlösen auf der Basis von Fallbeispielen ein derzeit sehr aktuelles Thema. Da sich sehr unterschiedliche Fachgebiete und Disziplinen hiermit auseinandersetzen, existiert allerdings eine entsprechende Vielfalt an Begriffen und Sichten auf fallbasiertes Problemlösen. In diesem Beitrag werden wir einige für das fallbasierte Problemlösen wichtige Begriffe präzisieren bzw. begriffliche Zusammenhänge aufdecken. Die dabei verfolgte Leitlinie ist weniger die, ein vollständiges Begriffsgebäude zu entwickeln, sondern einen ersten Schritt in Richtung eines einfachen Beschreibungsrahmens zu gehen, um damit den Vergleich verschiedener Ansätze und Systeme zu ermöglichen. Auf dieser Basis wird dann der derzeitige Stand der Forschung am Beispiel konkreter Systeme zur fallbasierten Diagnose dargelegt. Den Abschluss bildet eine Darstellung bislang offener Fragen und interessanter Forschungsziele.
In Laufe der letzten Jahrzehnte ist der Prozeß der Softwareentwicklung methodisiert und zum Teil auch formalisiert worden. I.a. unterteilt man den Vorgang in grobe Stufen, Entwicklungsphasen genannt. Jede dieser Phasen betrachtet den entstehenden Entwurf des Projekts aus verschiedenen Sichtweisen. Aus dieser Sichtweise resultieren etliche Modelle und Darstellungsformen und mit ihnen auch verschiedene rechnergestützte Entwicklungswerkzeuge. In frühen Phasen sind beispielsweise Datenflußdiagramme eine nützliche Darstellungsform, in späteren konkrete Algorithmenbeschreibungen. Entwurfsänderungen im Laufe der Entwicklungszeit müssen in allen betroffenen Ebenen neu formuliert werden, eine automatisierte phasenübergreifende Behandlung ist
daher i.a. nicht oder nur teilweise möglich. Um effizienter und weniger fehleranfällig arbeiten zu können, wurden aus diesem Grund in letzter Zeit Ansätze gemacht, den gesamten Softwareentwicklungsprozeß von der ·Anforderungsanalyse bis hin zur Wartungsphase einem einheitlichen Konzept und einer einheitlichen Darstellungsform zu unterwerfen, die sich darüberhinaus zur Realisation auf Rechnersystemen eignen. Der vorliegende Bericht entstand im Rahmen eines solchen Projekts. Es wurden eine allumfassende Systementwurfssprache und die dazugehörigen Konzepte entwickelt, die sämtliche Entwurfsphasen und die wichtigsten -prinzipien zu unterstützen vermögen. Es liegen bereits zwei Arbeiten zu diesem Projekt vor. Sie stellen im wesentlichen neben der eigentlichen Definition der Systementwurfssprache zwei Entwicklungswerkzeuge vor, die auf einer einheitlichen Datenbasis operieren [GK-91, Kel-90]. Ein Bereich innerhalb der Forschungen ist die Wiederverwendung von Softwareentwürfen. Schon existierende Lösungen sollen bei der Entwicklung eines neuen Entwurfs durch Vergleich und Bewertung des Grades der Ähnlichkeit ausgewählt und dem Entwickler nutzbar gemacht werden. Dieser Bericht beschäftigt sich mit einem Kernpunkt der Wiederverwendung, dem Vergleich zweier Softwareentwürfe. Es werden zunächst grundsätzliche Konzepte ausgearbeitet, die den Ähnlichkeitsaspekt unter verschiedenen Gesichtspunkten charakterisieren. Daraufhin werden Algorithmen konstruiert, die verschiedenartige Vergleichsfunktionen realisieren und zu einer Gesamtfunktion kombinieren. Um zu einem späteren Zeitpunkt die Leistungsfähigkeit dieser
Funktionen in der Praxis untersuchen zu können, liegt darüberhinaus ein lauffähiges
Programm vor.
In der CAGD Literatur werden häufig Ableitungen und Graderhöhungen von Bezierkurven und -flächen wiederum in Bezierform angegeben [1][2][3][6]. Meistens werden diese Darstellungen nur für theoretische Betrachtungen verwendet, z.B. geometrischer Deutung von Stetigkeiten zwischen angrenzenden Flächenstücken. Für praktische Anwendungen reicht die Menge der Operationen jedoch nicht aus. Farouki und Rajan [4] zeigten, daß die Resultate arithmetischer Operationen, wie Addition und Multiplikation auf Bezierkurven auch als Bezierkurven darstellbar sind. Hier werden wir die Operationen auf polynomiale und rationale Tensorprodukt Bezierflächen und Flächen über Dreiecken ausdehnen. Eine Erweiterung auf rationale Flächen ermöglicht insbesondere die Ausführung einer Division, wie sie für viele Anwendungen benötigt wird. Das Rechnen mit Flächen hat im Gegensatz zu punktweisen Auswertungen den Vorteil gleichzeitig mit Hilfe von notwendigen Bedingungen an das entstandene Beziernetz sichere Ergebnisabschätungen angeben zu können. Diese lassen sich für adaptive Verfahren nutzen und sind insbesondere dort wichtig, wo es auf exakte Aussagen über das Verhalten von Flächen ankommt, wie z.B. bei der Qualitätsanalyse von Freiformflächen [5]. Mit Hilfe der hier vorgestellten Operationen läßt sich u.a. an Vorzeichenwechseln erkennen, ob eine zu untersuchende Bezierfläche konvex ist oder nicht (siehe Kapitel 4). Außerdem können Fehler, die bei punktweisen Auswertungen auf Gittern mit großer Maschenweite entstehen, vermieden werden. Nachdem in Kapitel 2 die zum Verständnis nötigen Definitionen und Schreibweisen erläutert wurden, werden in Kapitel 3 die grundlegenden Operationen für eine Arithmetik
auf Bezierflächen beschrieben. Dabei werden Formeln angegeben, die die Bezierpunkte und Gewichte der Ergebnisfläche aus denen der Operandenflächen bestimmen. Durch Aneinanderreihung und Verkettung einzelner Operationen lassen sich dann komplexe Berechnungen mit der gesamten Fläche ausführen. Zum Schluß werden in Kapitel 4 einige Beispiele aus dem Bereich der Qualitätsanalyse von Freiformflächen angegeben.
Grob skizziert soll das System in der Lage sein, aus einer vorgegebenen Konstruktionszeichnung eines Drehteils einen Plan f"ur die maschinelle Fertigung dieses Teils zu erstellen. Ausgehend vom Ansatz des fallbasierten Schliessens besteht die Aufgabe des Systems darin, aus einer Menge bekannter Drehteile, für die bereits ein Fertigungsplan erstellt worden ist, das Teil zu finden, dessen Darstellung zu der des eingegebenen Teils am ähnlichsten ist. Der Plan dieses ähnlichsten Teils ist dann so zu modifizieren und anzupassen, dass damit das vorgegebene Teil gefertigt werden kann. Ein zentrales Problem ist hierbei die Definition des Ähnlichkeitsbegriffes, der auf jeden Fall den fertigungstechnischen Aspekt berücksichtigen muss.
Fallbasiertes Schliessen ist ein derzeit viel diskutierter Problemlösesansatz. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet, insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung von Expertensystemen (einen ersten Schritt in diese Richtung stellte bereits der Beitrag von Bartsch-Spörl, [BS87] dar). Dazu stellen wir die dem fallbasierten Schliessen zugrundeliegenden Mechanismen vor. Ergänzt wird dies durch den Vergleich mit alternativen Verfahren wie z.B. regelbasiertes, analoges und induktives Schliessen sowie eine ausführliche Literaturübersicht.
Forschungsprojekte im Bereich des fallbasierten Schliessens in den USA, die Verfügbarkeit kommerzieller fallbasierter Shells, sowie erste Forschungsergebnisse initialer deutscher Projekte haben auch in Deutschland verstärkte Aktivitäten auf dem Gebiet des fallbasierten Schliessens ausgelöst. In diesem Artikel sollen daher Projekte, die sich als Schwerpunkt oder als Teilaspekt mit fallbasierten Aspekten beschäftigen, einer breiteren Öffentlichkeit kurz vorgestellt werden.
Der ProLan-X - Sprachreport
(1992)
Bei der Realisierung großer Software-Projekte treten immer wieder Probleme auf, was die
Koordination der Mitarbeiter, die Ausnutzung der vorhandenen Ressourcen und nicht zuletzt die
Qualität der erzeugten Produkte angeht. Um die Vorgänge bei der Produktion von Software
durchschaubarer und verständlicher zu machen, versucht man, diese aus der Sicht von Meta-Modellen zu beschreiben. Dabei fließen die individuellen Rahmenbedingungen einer jeden
Entwicklungsumgebung ein; die vorhandenen Ressourcen werden ebenso modellien wie die
durchzuführenden Tätigkeiten und ihre Abhängigkeiten. Die Beschreibungssprache für den Software-Prozeß ProLan-X dient der (konkreten) Beschreibung der Bestandteile des Meta-Modells MoMo, das ebenfalls in dieser Arbeitsgruppe entwickelt wurde [Schramm]. Die am Projekt beteiligten Personen, Hardware- und Software-Ressourcen und ihre Aufgaben werden in möglichst natürlicher Weise verhaltensorientien beschrieben. Aus dieser Beschreibung kann eine Ablaufumgebung generien werden, die die Durchführung des Projekts unterstützt und protokolliert. Der vorliegende Bericht faßt die Eigenschaften der Sprache ProLan-X zusammen und erläuten ihre Verwendung. Er setzt das MoMo-Modell als bekannt voraus.
Vorliegender Bericht ist eine Studie für einen möglichen Immissionsdatenverbund in Österreich. Die Grundlage dieser ersten Version der Studie sind Gespräche, welche Anfang Januar 1992 im Forschungszentrum Seibersdorf und im Umweltbundesamt in Wien stattfanden. Seit einigen Jahren beschäftigt sich die von mir geleitete Gruppe Umweltinformatik an der Universität Kaiserslautern mit den besonderen Schwierigkeiten bei der Vernetzung und Integration heterogener Systeme, welche darüberhinaus unter unterschiedlichen Vollzugshoheiten stehen können. Wir haben diese Problemstellung bei der Führung verfahrenstechnischer Anlagen weitestgehend gelöst und beschäftigen uns, zum Teil in Zusammenarbeit mit Kollegen aus anderen Institutionen, nun hauptsächlich mit der Umsetzung dieser Lösungen in verteilten Systemen im Umweltschutz. Unsere derzeitigen Arbeiten haben zum Ziel, möglichst allgemeine Ansätze für die Integration in verteilten, offenen Umweltinformationssystemen (UIS) zu entwickeln. Dabei sind wir uns darüber bewußt, daß diese allgemeinen Ansätze nur aus den konkreten Gegebenheiten, Zielen und Vorstellungen abgeleitet werden können. Diese Studie soll zwei Dinge bezwecken: einerseits will ich versuchen, den Blick dafür zu öffnen, wie ein Immissionsdatenverbund aussehen könnte, welcher allen Betreibern eine hohe Funktionalität und großen Komfort bietet. Es soll auch diskutiert werden, welcher technischer und organisatorischer Aufwand unter Verwendung welcher Konzepte entsteht. Auch wenn man sich in naher Zukunft nicht dazu entschließen sollte, die von mir vorgeschlagenen oder ähnliche Wege zu gehen, so könnte man doch bei der Realisierung auf
niedrigerem funktionalen Niveau zukünftige Möglichkeiten schon heute berücksichtigen und damit zukünftige Entwicklungen begünstigen. Ich hoffe, daß die Leser dieser Studie in dieser Hinsicht von meinen Erfahrungen profitieren. Zum zweiten ist diese Studie für meine Arbeitsgruppe ein Einstieg in die konkreten Problemstellungen großer verteilter UIS. Meßnetze sind inhärente Komponenten solcher UIS und weisen aufgrund ihrer technischen Orientierung interessante Merkmale auf. Daher erhoffen wir uns, hier wichtige Erkenntnisse auch für unsere Arbeiten zu gewinnen. Im Prinzip weiß heute noch niemand, wie man einen großen Umweltdatenverbund organisieren könnte. Ein Teil eines solchen Verbundes sind die Meßnetze. Die damit verbundenen Probleme alleine technischer Art sind riesig und es gibt bisher nur wenige Personen, die in der Umweltinformatik sich überhaupt mit diesen Themen beschäftigen. Diese Studie versteht sich daher hochgradig als Diskussionpapier. Jegliche geäußerten Ideen und Konzepte sollen von Lesern kritisch bewertet, notfalls angegriffen und vernichtend geschlagen werden - sofern sie dies verdienen. Diese Diskussion ist notwendig, damit wir überhaupt einmal eine Ahnung davon bekommen, wohin die Umweltinformatik der verteilten Systeme gehen kann.
In diesem Papier vergleichen wir Hypermedia- und Expertensystemansaetze zur Wissensverarbeitung. Wir zeigen, wie ein integrierter Ansatz die Erstellung von Expertensystemen erleichtert. Das von uns entwickelte und implementierte System ermoeglicht einen "sanften" Entwicklungsprozess ausgehend von initialen Protokollen zu einer semi-formale Strukturierung in Form eines getypten Hypertextes. Dem Hypertext ist eine aufgabenorientierte Struktur aufgepraegt, so dass eine anschliessende Operationalisierung in Form eines Expertensystems vereinfacht wird. Die in diesem Prozess erzeugte Zwischenrepraesentation (der Hypertext) wird von einem Interpreter direkt zur interaktiven Loesung von Problemen benutzt, wobei die einzelnen Aufgaben auf die verschiedenen Sachbearbeiter verteilt werden. Abschliessend erlaeutern wir, dass Hypertext und Expertensysteme nur die Raender eines Kontinuums einer allgemeinen Wissensverarbeitung sind.
In diesem Papier stellen wir einen Interpreter vor, der die Validierung von konzeptuellen Modellen bereits in fruehen Entwicklungsphasen unterstuetzt. Wir vergleichen Hypermedia- und Expertensystemansaetze zur Wissensverarbeitung und erlaeutern, wie ein integrierter Ansatz die Erstellung von Expertensystemen vereinfacht. Das von uns entwickelte Knowledge Engineering Werkzeug ermoeglicht einen "sanften" Uebergang von initialen Protokollen ueber eine semi-formale Spezifikation in Form eines getypten Hypertextes hin zu einem operationalen Expertensystem. Ein Interpreter nutzt die in diesem Prozess erzeugte Zwischenrepraesentation direkt zur interaktiven Loesung von Problemen, wobei einzelne Aufgaben ueber ein lokales Rechnernetz auf die Bearbeiter verteilt werden. Das heisst, die Spezifikation des Expertensystems wird direkt fuer die Loesung realer Probleme eingesetzt. Existieren zu einzelnen Teilaufgaben Operationalisierungen (d.h. Programme), dann werden diese vom Computer bearbeitet.
Die Lösung einer Konfigurationsaufgabe in technischen Domänen besteht aus einer Menge von Bauteilen, die miteinander verträglich sind und in ihrem Zusammenspiel die gegebenen Anforderung erfüllen. Eine gängige Vorgehensweise bei der Suche nach einer Lösung ist die schrittweise Spezialisierung einer abstrakten Aufgabenstellung oder ihre Zerlegung in Teilaufgaben. Ein Konfigurationssystem, das diese Vorgehensweise unterstützt, muss Wissen enthalten, wie eine Aufgabe spezialisiert oder in Teilaufgaben zerlegt werden kann, welche konkreten Bauteile zur Erfüllung einer ausreichend detaillierten Teilaufgabe verwendet werden können und ob alle Teile einer Lösung miteinander verträglich sind. Aufgrund dieses Wissens kann eine konsistente Lösung durch Tiefensuche hergeleitet werden.
Neuronale Netze sind ein derzeit (wieder) aktuelles Thema. Trotz der oft eher schlagwortartigen
Verwendung dieses Begriffs beinhaltet er eine Vielfalt von Ideen, unterschiedlichste methodische
Ansätze und konkrete Anwendungsmöglichkeiten. Die grundlegenden Vorstellungen sind dabei nicht neu, sondern haben eine mitunter recht lange Tradition in angrenzenden Disziplinen wie Biologie, Kybernetik , Mathematik und Physik . Vielversprechende Forschungsergebnisse der letzten Zeit haben dieses Thema wieder in den Mittelpunkt des Interesses gerückt und eine Vielzahl neuer Querbezüge zur Informatik und Neurobiologie sowie zu anderen, auf den ersten Blick weit entfernten Gebieten offenbart. Gegenstand des Forschungsgebiets Neuronale Netze ist dabei die Untersuchung und Konstruktion informationsverarbeitender Systeme, die sich aus vielen mitunter nur sehr primitiven, uniformen Einheiten zusammensetzen und deren wesentliches Verarbeitungsprinzip die Kommunikation zwischen diesen Einheiten ist, d.h. die Übertragung von Nachrichten oder Signalen. Ein weiteres
Charakteristikum dieser Systeme ist die hochgradig parallele Verarbeitung von Information innerhalb
des Systems. Neben der Modellierung kognitiver Prozesse und dem Interesse, wie das menschliche Gehirn komplexe kognitive Leistungen vollbringt, ist über das rein wissenschaftliche Interesse hinaus in zunehmendem Maße auch der konkrete Einsatz neuronaler Netze in verschiedenen technischen Anwendungsgebieten zu sehen. Der vorliegende Report beinhaltet die schriftlichen Ausarbeitungen der Teilnehmerinnen des Seminars Theorie und Praxis neuronaler Netze , das von der Arbeitsgruppe Richter im Sommersemester 1993 an der Universität Kaiserslautern veranstaltet wurde. Besonderer Wert wurde darauf gelegt, nicht nur die theoretischen Grundlagen neuronaler Netze zu behandeln, sondern auch deren Einsatz in der Praxis zu diskutieren. Die Themenauswahl spiegelt einen Teil des weiten Spektrums der Arbeiten auf diesem Gebiet wider. Ein Anspruch auf Vollständigkeit kann daher nicht erhoben werden. Insbesondere sei darauf verwiesen, daß für eine intensive, vertiefende Beschäftigung mit einem Thema auf die jeweiligen Originalarbeiten zurückgegriffen werden sollte. Ohne die Mitarbeit der Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Seminars wäre dieser Report nicht möglich gewesen. Wir bedanken uns daher bei Frank Hauptmann, Peter Conrad, Christoph Keller, Martin Buch, Philip Ziegler, Frank Leidermann, Martin Kronenburg, Michael Dieterich, Ulrike Becker, Christoph Krome, Susanne Meyfarth , Markus Schmitz, Kenan Çarki, Oliver Schweikart, Michael Schick und Ralf Comes.
W-Lisp Sprachbeschreibung
(1993)
W-Lisp [Wippennann 91] ist eine Sprache, die im Bereich der Implementierung höherer
Programmiersprachen verwendet wird. Ihre Anwendung ist nicht auf diesen Bereich beschränkt. Gute Lesbarkeit der W-Lisp-Notation wird durch zahlreiche Anleihen aus dem Bereich der bekannten imperativen Sprachen erzielt. W-Lisp-Programme können im Rahmen eines Common Lisp-Systems ausgeführt werden. In der WLisp Notation können alle Lisp-Funktionen (inkl. MCS) verwendet werden, so daß die Mächtigkeit von Common-Lisp [Steele 90] in dieser Hinsicht auch in W-Lisp verfügbar ist.
In den Modellierungssystemen des CAD/CAM werden oft unterschiedliche Methoden zur mathematischen Beschreibung von Freiformkurven und -flächen eingesetzt. Als Basisfunktionen können sowohl Monome, Bernstein-Polynome, B-Spline-Basisfunktionen als auch nicht lineare Funktionen auftreten. In den einzelnen CAD-Systemen kann der maximal zulässige Grad dieser Basisfunktionen variieren. Müssen nun Daten zwischen verschiedenen CAD-Systemen ausgetauscht werden, so muß u. U. eine Basistransformation
und/oder eine Gradanpassung durchgeführt werden. Diese Transformationen sind i.a. nicht exakt möglich. Hier sind geeignete, möglichst optimale Approximationen nötig. Bisher wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Das älteste geht zurück auf Forrest [Forr72]. Farin [FAR90] invertiert den Prozeß der Graderhöhung. Watkins und Worsey [Wat88] sowie Lachance [Lach88] reduzieren den Polynomgrad in der Tschebyscheff-Basis. Hoschek et al. [Hos89] sowie Plass und Stone [Plas83] approximieren die Kurve bzw. Fläche punktweise. Dadurch lassen sich alle Kurven- und Flächenrepräsentationen durch eine Bézier-Darstellung approximieren. Ein Approximationsfehler kann jedoch auch nur punktweise garantiert werden. Durch einen anschließenden Parameteriterationsprozeß läßt sich eine weitere Approximationsverbesserung erzielen. Eine solche Parameterkorrektur ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Parametrisierung der Approximationskurve bzw. -fläche frei gewählt werden kann. In Fällen, in denen die Funktionswerte dei; zu approximierenden Flächen bzgl. ihrer Parameterwerte mit anderen Flächen korrespondieren, darf keine Parameteränderung durchgeführt werden, wie z.B. bei der Approximation sogenannter Eigenschaftsflächen, die eine bestimmte Eigenschaft einer anderen Fläche, wie etwa die Gausskrümmung oder die Normalenrichtung darstellen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur optimalen Gradreduktion von Bézierkurven und -flächen vorgestellt. Damit eine \(C^0\)-stetige Approximation innerhalb einer vom Benutzer vorgegebenen Fehlertoleranz durchgeführt werden kann, muß die Approximation mindestens eine Berührordnung ersten Grades mit der Originalkurve bzw. -fläche aufweisen. Mit Hilfe arithmetischer Operationen auf Bézierdarstellungen [Faro88], [Schr92] werden lineare Gleichungssysteme für eine optimale Belegung der freien Parameter aufgestellt, sowie eine Fehlerkurve bzw. -fläche in Bézierform berechnet, um die Einhaltung einer Fehlertoleranz zu gewährleisten.
In fallbasierten Systemen ist es notwendig, ein über die normalen Datenbank-Suchaufgaben hinausgehendes Retrieval bereitzustellen. Hier müssen die n zu einem Anfragefall ähnlichsten Fälle aus einer Fallbasis gesucht werden.In dieser Diplomarbeit wird ein solches System zum ähnlichkeitsbasierten Retrieval von Fällen entwickelt. Dieses System übernimmt die Verwaltung der Fälle unter Verwendung der Datenstruktur des k-d-Baumes, hierbei werden die k-d-Bäume so aufgebaut, dass sie in optimaler Weise die sogenannte Best-Match- bzw. Nearest-Neighbour-Suche ermöglichen. Hierbei stand bereits ein existierendes System zur Verfügung, welches diese Suche zwar schon unterstützt, aber noch eine unbefriedigende Performance aufwies.
Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf Analysen unterschiedlicher Lernstrategien für CBL-Systeme anhand einer universellen Testumgebung mit variablen Fallbasen. Keine der untersuchten dynamischen Lernregeln und keine feste Belegung der globalen Konstanten im Ähnlichkeitsmass besitzt im statistischen Mittel signifikante Vorzüge. Dagegen zeigen sich Abhängigkeiten des Lernerfolgs von bestimmten Merkmalen der Fallbasis. Deswegen wird als Synthese ein auto-adaptives Lernschema vorgeschlagen, das die Eigenheiten verschiedener Fallbasen berücksichtigt und durch die Wahl spezifischer Lernstrategien ein deutlich verbessertes Ergebnis zu erzielen vermag.
Ohne auf wesentliche Aspekte der in [Bergstra&al.89] vorgestellten alge-braischen Spezifikationssprache ASF zu verzichten, haben wir ASF um die folgenden Konzepteerweitert: Während in ASF einmal exportierte Namen bis zur Spitze der Modulhierarchie sichtbarbleiben müssen, ermöglicht ASF + ein differenziertes Verdecken von Signaturnamen. Das fehlerhafteVermischen unterschiedlicher Strukturen, welches in ASF beim Import verschiedener Aktualisie-rungen desselben parametrisierten Moduls auftritt, wird in ASF + durch eine adäquatere Form derParameterbindung vermieden. Das neue Namensraum_Konzept von ASF + erlaubt es dem Spe-zifizierer, einerseits die Herkunft verdeckter Namen direkt zu identifizieren und anderseits beimImport eines Moduls auszudrücken, ob dieses Modul nur benutzt oder in seinen wesentlichen Ei-genschaften verändert werden soll. Im ersten Fall kann er auf eine einzige global zur Verfügungstehende Version zugreifen; im zweiten Fall muß er eine Kopie des Moduls importieren. Schließlicherlaubt ASF + semantische Bedingungen an Parameter und die Angabe von Beweiszielen.
Planung ist ein vielfach untersuchtes Gebiet im Bereich der Künstlichen Intelligenz. Die hier vorgestellte Arbeit ist in diesem Gebiet angesiedelt: es geht um ein Planungssystem, welches auf die Unterstützung der Arbeitsplanerstellung in der computerintegrierten Fertigung abzielt. Der Bereich der computerintegrierten Fertigung ist allerdings nur als ein spezieller Anwendungsbereich für das System zu sehen.
In dieser Arbeit wird eine Kombinationsmöglichkeit von fallbasiertem und induktivem Schliessen, basierend auf k-d- und Entscheidungsbäumen, entwickelt. Dabei wurde versucht, die Vorteile des induktiven Mechanismus, wie z. B. die sehr effiziente Klassifiz ierung und automatische Generierung, in den fallbasierten Mechanismus zu integrieren. Die Aufgabe zerfällt dabei in zwei Teilaufgaben, die im folgenden zusammengefasst werden.
Planabstraktion ist eine Möglichkeit, den Aufwand bei der Suche nach einem Plan zur Lösung eines konkreten Problems zu reduzieren. Hierbei wird eine konkrete Welt mit einer Problemstellung auf eine abstrakte Welt abgebildet. Die abstrakte Problemstellung wird nun in der abstrakten Welt gelöst. Durch die Rückabbildung der abstrakten Lösung auf eine konkrete Lösung erhält man eine Lösung für das konkrete Problem. Da die Anzahl der zur Lösung des abstrakten Problems benötigten Operationen geringer ist und die abstrakten Zustände und Operatoren einer weniger komplexen Beschreibung genügen, wird der Aufwand zur Suche einer konkreten Problemlösung reduziert.
Die dreidimensionale Darstellung hybrider Datensätze hat sich in den letzten Jahren als
ein wichtiger Teilbereich der wissenschaftlichen Visualisierung etabliert. Hybride Datensätze enthalten sowohl diskrete Volumendaten als auch durch geometrische Primitive
definierte Objekte. Bei der visuellen Verarbeitung einer gegebenen Szene spielen Schatteninformationen eine wichtige Rolle, indem sie die Beziehungen von Objekten untereinander verständlich machen. Wir beschreiben ein einfaches Verfahren zur Berechnung von Schatteninformation, das in ein bestehendes System zur Visualisierung hybrider Datensätze integriert wurde. An einem Beispiel aus der klinischen Anwendung werden die Ergebnisse illustriert.
Diese Diplomarbeit hat zwei Schwerpunkte: Zum einen werden die Gebiete fallbasierte Planung und Arbeitsplanung unter- sucht, bisherige Methoden und Systeme vorgestellt und deren Fähigkeiten und Schwächen herausgearbeitet. Dieser Teil macht etwa die Hälfte der Arbeit aus. Zum anderen wird, basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen, ein Konzept für die fallbasierte Arbeits- planung vorgestellt, gegenüber alternativen Ansätzen abgegrenzt und die Möglichkeit der Realisierung anhand einer prototypischen Imple- mentierung aufgezeigt. Während dem ersten Teil vorwiegend eine Literaturarbeit zugrundeliegt, beinhaltet der zweite Teil ausschliesslich eigene Ansätze.
Bei der industriellen Fertigung von rotationssymmetrischen Drehteilen kommt es in hohem Masse auf die Effizienz der verwendeten Fertigungspläne an. Diese können durch eine ungeschickte Wahl der Abfolge der Fertigungsschritte zusätzliche Werkzeug- oder Aufspannungswechsel enthalten, welche die Bearbeitungszeit eines Werkstückes wesentlich verlängern und durch die so bedingte geringere Ausnutzung der Maschinenkapazitäten erhebliche Kosten verursachen. In der vorliegenden Arbeit wird in diesem Rahmen eine Komponente zur Fallauswahl implementiert, deren Steuerung sowohl auf oberflächlicher als auch auf struktureller Ähnlichkeit zwischen zwei Werkstücken beruht. Zielsetzung dieser Zweiteilung ist eine Reduzierung der Anzahl der zu betrachtenden Fallbeispiele durch eine Indizierung der Fallbasis mit (schnellen) Algorithmen aufgrund von syntaktischen Übereinstimmungen bestimmter Attributwerte; anschliessend werden diese (wenigen) Fälle mit Hilfe tiefergreifender Analyseschritte nach maximaler Übereinstimmung mit der Aufgabenstellung durchsucht. Des weiteren wird eine Komponente zur Verfügung gestellt, die hilft, frühere Planungsfehler durch Wahl geeigneter Fallbeispiele zu vermeiden.
Eine Möglichkeit das Planen in Planungssystemen zu realisieren, ist das fallbasierte Planen. Vereinfacht kann darun ter das Lösen von neuen Planungsproblemen anhand von bereits bekannten Plänen aus der Planungsdomäne verstanden werden. Dazu werden Pläne, die in der Vergangenheit ein Planungsproblem gelöst haben, gesammelt und bei der Lösung neuer Planungsprobleme dahin gehend modifiziert, dass sie das aktuelle Planungsproblem lösen. Um eine grössere Wiederverwendbarkeit der bereits bekannten Pläne zu erreichen, kann man nun eine konkrete Problemstellung mit ihrer Lösung aus der konkreten Planungswelt in eine abstraktere Planungswelt durch eine Abstraktion transformieren.
Nicht nur im Bereich der Forschung, sondern auch in der industriellen Anwendung wird die Informationsversorgung - die Bereitstellung der für Arbeitsabläufe benötigten Daten - immer wichtiger. Soll mit mehreren Personen im Team eine Aufgabe gelöst werden, so müssen die dazu benötigten Daten rechtzeitig in der erforderlichen Form zur Verfügung stehen. Die Kommunikation zwischen den Mitarbeitern und die Koordination der anfallenden Tätigkeiten ist mitentscheidend für die Leistung des Teams. Besonders wichtig wird dies, wenn die kooperierenden Personen nicht nur verschiedene Arbeitsplätze haben, beispielsweise verschiedene Bildschirme, sondern diese Arbeitsplätze weit voneinander entfernt sind. So können sich die Arbeitsplätze durchaus in verschiedenen Stockwerken eines Firmengebäudes oder an verschiedenen Orten befinden, jedoch müssen die Mitarbeiter trotzdem eng zusammenarbeiten. Die sich dabei herausbildenden Arbeitsprozesse sind keineswegs statisch, sondern müssen - bedingt durch neue Aufgaben, neue Rahmenbedingungen und neue Erkenntnisse - ständig angepasst werden.
Lernen von Abstraktionshierarchien zur Optimierung der Auswahl von maschinell abstrahierten Plänen
(1994)
Mit Hilfe von "Multistrategy" Ansätzen, die erklärungsbasiertes und induktives Lernen integrieren, ist es möglich, die Performanz von Planungssystemen signifikant zu verbessern. Dabei können gelöste Planungsprobleme zunächst mit einem wissensintensiven Verfahren abstrahiert und generalisiert werden. Durch den in diesem Beitrag im Vordergrund stehenden induktiven inkrementellen Lernalgorithmus ist es dann weiterhin möglich, die Gesamtheit des deduktiv generierten Wissens in einer Abstraktionshierarchie anzuordnen. Dabei wird die, im allgemeinen unentscheidbare, "spezieller-als-Relation" zwischen generalisierten Plänen, induktiv aus den gegebenen Planungsfällen gelernt. Diese Abstraktionshierarchie dient dann zur Klassifikation neuer Problemstellungen und damit zur Bestimmung einer speziellsten anwendbaren abstrakten Problemlösung.
In dieser Arbeit beschreiben wir einen Ansatz zur automatischen Synthese zustandsendlicher, reaktiver Systeme, ausgehend von einer rein deklarativen, logischen Spezifikation. Dazu verwenden wir temporal stratifizierte Programme,
das sind spezielle Logik-Programme auf der Grundlage einer linearen, temporalen Aussagenlogik. Die Umgebung eines zu implementierenden Steuerungsprogrammes wird hier durch eine Menge von PROLOG-ähnlichen Programmklauseln beschrieben; zusätzlich wird eine Sicherheitsbedingung angegeben, die in dem System gelten soll. Wir zeigen, wie durch eine solche Spezifikation ein sie implementierender endlicher Automat definiert ist und geben einen Algorithmus zu seiner Berechnung auf der Grundlage einer Fixpunkt-Iteration an.
Temporal stratifizierte Programme sind spezielle Logik-Programme auf der Grundlage einer linearen, temporalen Aussagenlogik, mit denen zustandsendliche reaktive Systeme spezifiziert werden können. Dabei wird die Umgebung eines zu implementierenden Steuerungsprogrammes durch eine Menge von PROLOG-ähnlichen Programmklauseln beschrieben; zusätzlich wird eine Sicherheitsbedingung angegeben, die in dem System gelten soll. Die Sprache ist so gestaltet, daß sie für resolutionsbasierte Verfahren zur Verifikation und Synthese von Steuerungsprogrammen geeignet ist. Wir zeigen, daß temporal stratifizierte Programme in ihrer Ausdrucksmächtigkeit endlichen Automaten gleichkommen.
Software-Projekte bestehen aus einer Vielzahl von Teilaufgaben, die durch komplexe Wechselbeziehungen miteinander verknüpft sind. Systematische Unterstützung bei der Durchführung von Software-Projekten erfordert deshalb nicht nur die isolierte Unterstützung einzelner Teilaufgaben, sondern insbesondere der Wechselbeziehungen. Außerdem müssen Aktivitäten des Messens und Bewertens durchgeführt werden, um quantitative Aussagen über Produkte und Prozesse ableiten zu können. Ziel des MVP-Projekts (Multi-View Process modeling) ist es, derartige integrierte Unterstützung auf der Basis meßbarer Projektpläne zur Verfügung zu stellen. Projektpläne setzen sich dabei unter anderem aus Prozeß-, Produkt-, Ressourcen- und Qualitätsmodellen zusammen. Meßansätze werden nicht nur zur systematischen Unterstützung von Projekten, sondern auch zur Verbesserung existierender Prozeß-, Produkt-, Ressource- und Qualitätsmodelle aufgrund 'gemessener' Erfahrungswerte verwendet. Die Benutzer des MVP-Entwicklungssystems (MVP-S) werden durch ihre Rollen im Rahmen eines Projekts charakterisiert werden können. Es wird beschrieben, wie Rollen das MVP-System nutzen können. Dies geschieht entweder durch direkte Repräsentation ihrer Aufgaben als Prozesse oder indem die im Projektplan repräsentierte Information ausgewertet und präsentiert wird; entsprechend bezeichnen wir eine Rolle als "zustandsverändernd" oder als "zustandserfragend". Um diese Rollen zu unterstützen, existieren unterschiedliche Möglichkeiten abhängig vom Grad der Automatisierung. Es werden beispielhaft drei Stufen aufgezeigt. Anschließend wird die Realisierung einer prototypischen, qualitätsorientierten, prozeßsensitiven Software-Entwicklungsumgebung diskutiert. Zum Abschluß wird auf gegenwärtige und zukünftige Forschungsfragen im Rahmen des MVP-Projekts eingegangen.
Die Lösung einer Konfigurationsaufgabe innerhalb einer technischen Domäne besteht in der Konstruktion eines komplexen Objektes, das sowohl alle in der Aufgabe gestellten Anforderungen bezüglich seiner Funktionalität erfüllt, als auch den innerhalb der Domäne vorhandenen Restriktionen vollständig genügt. Durch die als bekannt vorausgesetzte Struktur der Anwendungsdomäne wird ein Suchraum aufgespannt, in dem es eine in diesem Sinne korrekte - und wenn möglich besonders gute - Lösung zu finden gilt. Wegen der Grösse des Suchraums wird zu diesem Zweck im allgemeinen ein Verfahren zur Tiefensuche eingesetzt.
CAPlan[Web94] basiert auf dem SNLP-Algorithmus [BW92], einer bekannten Version des Originalalgorithmus von McAllester und Rosenblitt [MR91]. Seit dessen Veröffentlichung hat eine Flut von Papieren die Überlegenheit dieses Planers gegenüber herkömmlichen Planverfahren gezeigt. Diese Überlegenheit liegt einerseits in seinem nur partiell ordnenden least-commitment Ansatz begründet und anderseits in der Systematik der Suche, die einen minimalen Suchraum garantiert.
David Chapman hat 1987 mit seinem Artikel Planning for Conjunctive Goals einen wichtigen Schritt in Richtung der Formalisierung von partiell ordnen der Planung und ihrem Verständnis gemacht. Grundlegendes Konzept von David Chapman ist die Idee modaler Wahrheit in Plänen; sein Modal Truth Criterion (MTC) macht Aussagen über die Gültigkeit einer Aussage in einem partiell geordneten Plan. Kambhampati und Nau zeigten mit ihrem Papier On the Nature of Modal Truth Criteria in Planning einige wesentliche Mängel bzw. begriffliche Ungenauigkeiten an Chapmans Kriterium auf und machten mit ihrem Modal Conditional Truth Criterion Vorschläge für eine Korrektur. Insbesondere bekam die Frage nach der Ausführbarkeit eines Planes hier ein grösseres Gewicht. Ziel dieser Projektarbeit ist es zunächst, das MTC von Chapman sowie die Modifikation darzustellen und, als praktische Aufgabe, die Realisierung des MTC für den Causal Link Planer CAPlan, basierend auf der bestehenden Implementation des Systems.
In diesem Beitrag wird ein Ansatz vorgestellt, mit dem Entwurfsprozesse geplant, koordiniert und durchgeführt werden können. In der Projektplanung wird zunächst ein explizites Modell des Entwurfsprozesses erstellt. Dieses wird von einem Workflowmanagementsystem als Basis für die Projektdurchführung benutzt. Projektplanung und -durchführung können miteinander verzahnt werden, d. h. während der Durchführung kann weiter-, um- und feingeplant werden. Während der Projektabwicklung werden kausale Abhängigkeiten zwischen (Teil-) Ergebnissen (wie z. B. Anforderungen, Vorentwürfen und Zeichnungen) fein-granular erfaßt, repräsentiert und verwaltet. Diese Abhängigkeiten werden im wesentlichen automatisch aus dem Prozeßmodell abgeleitet. Durch die Repräsentation der kausalen Abhängigkeiten wird die Verfolgbarkeit des Entwicklungsprozesses erhöht und dessen Ergebnisse dokumentiert. Basierend auf den repräsentierten Abhängigkeiten kann auf Änderungen gezielt reagiert werden, wodurch die Entwicklungskosten sinken. Die entwickelten Techniken werden am Beispiel der Bebauungsplanung erläutert.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mit Hilfe von Knowledge Engineering Techniken eine komplexe Domäne, die Entwicklung von Bebauungsplänen, modelliert werden kann. Dabei wird insbesondere auf notwendige Erweiterungen bekannter Ansätze eingegangen, die sich aus einer praxisbezogenen Entwurfsdomäne ergeben. Der beschriebene Ansatz unterstützt die Koordination mehrerer Agenten durch die Verwaltung von Abhängigkeiten. Das beschriebene Projekt "Intelligenter Bebauungsplan" integriert GIS/CAD, Hypertext und Expertensystemtechnologie. Die Strukturierung der benötigten Informationen als Hypertext wurde von den beteiligten Stadtplanern gewünscht und ist eine natürliche Repräsentation für Gesetzestexte (und Kommentare), da sie ohnehin viele Querverweise enthalten.
In diesem Papier beschreiben wir eine Methode zur Spezifikation und Operationalisierung von konzeptuellen Modellen kooperativer wissensbasierter Arbeitsabläufe. Diese erweitert bekannte Ansätze um den Begriff des Agenten und um alternative Aufgabenzerlegungen. Das Papier beschreibt schwerpunktmäßig Techniken, die unserem verteilten Interpreter zugrunde liegen. Dabei gehen wir insbesondere auf Methoden ein, die Abhängigkeiten zwischen Aufgaben behandeln und ein zielgerichtetes Backtracking effizient unterstützen.
Die Sichten von Projektmitgliedern auf Prozesse von Software-Entwicklungen sollen in der Prozeßmodellierungssprache MVP-L formuliert und anschließend in ein Umfassendes Prozeßmodell integriert werden. Dabei ist die Identifikation ähnlicher Informationen in verschiedenen Sichten von Bedeutung. In dieser Arbeit berichten
wir über die Adaption und Synthese verschiedener Ansätze zum Thema Ähnlichkeit aus unterschiedlichen Domänen (Schema-Integration beim Datenbank-Entwurf, Analoges und Fallbasiertes Schließen, Wiederverwendung und System-Spezifikation). Das Ergebnis, die Ähnlichkeitsfunktion vsim, wird anhand eines Referenzbeispiels illustriert. Dabei gehen wir insbesondere auf die Eigenschaft der Funktion vsim ein und berichten über Erfahrungen im Umgang mit dieser Funktion zur Berechnung der Ähnlichkeit zwischen Prozeßmodellen.
Aufbau einer domänenunabhängigen Fallbasis und Fallauswahl mit Zielabhängigkeiten in CAPLAN/CBC
(1995)
Zur Planung und Steuerung von komplexen rechnerintegrierten Fertigungssystemen (CIM) ist die Abarbeitung vieler extrem aufwendiger Algorithmen notwendig. Aus dem Bereich der Fertigungssteuerung zählt die Generierung von Maschinenbelegungsplänen (scheduling) dazu. Zur Steigerung der Lösungsgeschwindigkeit bzw. zum Erreichen exakter Ergebnisse bietet sich der massive Einsatz von Rechenparallelität an. Mit Parallelrechnern ist durch die gleichzeitige Verwendung von vielen Prozessoren potentiell eine sehr große Leistungssteigerung zu erreichen. Dafür muß jedoch die vorhandene Parallelität effektiv genutzt werden. Die dazu erforderliche Verteilung der anstehenden Arbeit auf eine große Menge von Prozessoren heißt Lastverteilung und stellt den Kern dieser Arbeit dar. Als allgemeiner Algorithmus zur Lösung kombinatorischer Optimierungs-probleme wird das Branch-and-bound-Verfahren eingesetzt und auf fein-körnigen Parallelrechnerarchitekturen ausgeführt. Zur Lastverteilung werden folgende drei Ansätze verfolgt und untersucht: " Statische Lastverteilung: Es werden mehrere Methoden zur Initialisierung der Prozessoren, welche vor dem eigentlichen Optimierungsalgorithmus ausgeführt werden, analysiert. Es zeigt sich, daß sich die statische Last-verteilung überproportional stark auf die Laufzeit des nachfolgenden Branch-and-bound-Algorithmus auswirkt. Es ist daher wichtig, der bisher unterschätzten statischen Lastverteilung für die parallele Baumsuche mit realen Problemstellungen, besondere Aufmerksamkeit zu schenken. " Dynamische Lastverteilung: Es wird ein vereinfachtes, gut skalierbares Flüssigkeitsmodell als erste synchrone lokale Lastverteilung entwickelt, welche besonders für Parallelrechner mit kurzer Verzögerungszeit beim Aufbau von Kommunikationsverbindungen effizient ist. Die Methode wird mit dem bekannten, aus dem Asynchronen übertragenen, Mittelungs-Ansatz verglichen. Zum analytischen Vergleich wird als ein realistischeres Aufwandsmaß die Kommunikationsmenge statt der üblichen Anzahl von Kommunikationsschritte verwendet. Der in der Prozessoranzahl bisher benötigte quadratische Zeitaufwand wird durch das Flüssigkeitsmodell auf einen linearen Aufwand reduziert, wobei das Flüssigkeitsmodell auch bzgl. der konstanten Zeitfaktoren signifikant effizienter ist. " Implizite Lastverteilung: Zur Vermeidung von Wartezeiten der unbe-teiligten Prozessoren während der Lastverteilung wird der Lastverteilungs-prozeß mit dem Branch-and-bound-Prozeß verschmolzen. Das neuartige Konzept der k-Expansion unterstützt eine automatische Lastverteilung und approximiert eine globale Suchstrategie. Zur Validierung der Ergebnisse werden Simulationen und Experimente mit einem Satz von Benchmark-Problemen durchgeführt. Der zugrunde liegende SIMD-Rechner ist eine MasPar MP-1 mit 16.384 Prozessoren in einem 2- dimensionalen Torus. Als exemplarische, NP-harte Anwendungsdomäne werden statische, non-operationale Planungsprobleme betrachtet.
Das Thema dieser Arbeit ist die Erweiterung von CoMo-Kit um eine Zeitplanungskomponente. Man möchte Informationen über die Dauer der einzelnen Teilaufgaben gewinnen und diese zu Dauern der übergeordneten abstrakten Aufgaben abschätzen. Auf diese Weise kann sich ein Manager über die voraussichtliche Gesamtdauer des Projektes und dessen Fortgang informieren. Dazu werden frühestmögliche und spätestmögliche Anfangs- und Endzeitpunkte der Vorgänge berechnet. Die Differenz zwischen frühesten und spätesten Zeitpunkten gibt dem Projektmanager eine Aussage über den Dispositionsspielraum der einzelnen Vorgänge. Ist kein Spielraum vorhanden, kann man erkennen, daß dieser Vorgang die Projektdauer determiniert und eventuell für Verzögerungen verantwortlich sein kann. Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist das Verfahren der Allgemeine Hierarchischen Netzplantechnik entwickelt und als Zeitplanungskomponente in das System CoMo-Kit integriert worden.
Im Rahmen der Arbeit werden verschiedene Ansätze im Bereich Design Rationale untersucht und miteinander verglichen. Darauf aufbauend wird ein Konzept entwickelt, wie Design Rationales in dem Projektplanungs- und Abwicklungswerkzeug CoMo-Kit eingesetzt werden können. Die Realisierung wird beschrieben.
Im Rahmen dieser Arbeit beschreiben wir die wesentlichen Merkmale der CAPlan-Architektur, die die interaktive Bearbeitung von Planungsproblemen ermöglichen. Anhand des SNLP-Algorithmus, der der Architektur zugrunde liegt, werden die im Laufe eines Planungsprozesses auftretenden Entscheidungspunkte charakterisiert. Mit Hilfe von frei definierbaren Kontrollkomponenten kann das Verhalten an diesen Entscheidungspunkte festgelegt werden, wodurch eine flexible Steuerung des Planungsprozesses ermöglicht wird. Planungsziele und -entscheidungen werden in einem gerichteten azyklischen Graphen verwaltet, der ihre kausalen Abhängigkeiten widerspiegelt. Im Gegensatz zu einem Stack, der typischerweise zur Verwaltung von Entscheidungen eingesetzt wird, erlaubt die graphbasierte Repräsentation die flexible Rücknahme einer Entscheidung, ohne alle zeitlich danach getroffenen Entscheidungen ebenfalls zurücknehmen zu müssen.
Fallbasiertes Schliessen (engl.: Case-based Reasoning) hat in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung für den praktischen Einsatz in realen Anwendungsbereichen erlangt. In dieser Arbeit stellen wir zunächst die allgemeine Vorgehensweise und die verschiedenen Teilaufgaben des fallbasierten Schliessens vor. Anschliessend erörtern wir die charakteristischen Eigenschaften eines Anwendungsbereiches, die einen Einsatz des fallbasierten Ansatzes begünstigen, und demonstrieren an der konkreten Aufgabe der Kreditwürdigkeitsprüfung die Realisierung eines fallbasierten Ansatzes in der Finanzwelt. Die abschliessende Diskussion zeigt durch einen Vergleich mit verschiedenen Methoden der Klassifikation das grosse Innovationspotential des fallbasierten Schliessens in der Finanz- welt als eine echte Alternative zu bisherigen Methoden.
In diesem Artikel diskutieren wir Anforderungen aus der Kreditwürdigkeitsprüfung und ihre Erfüllung mit Hilfe der Technik des fallbasierten Schliessens. Innerhalb eines allgemeinen Ansatzes zur fallbasierten Systementwicklung wird ein Lernverfahren zur Optimierung von Entscheidungskosten ausführlich beschrieben. Dieses Verfahren wird, auf der Basis realer Kundendaten, mit dem fallbasierten Entwicklungswerkzeug INRECA empirisch bewertet. Die Voraussetzungen für den Einsatz fallbasierter Systeme zur Kreditwürdigkeitsprüfung werden abschliessend dargestellt und ihre Nüt zlichkeit diskutiert.
Bei der Erstellung komplexer Software spielt die Wiederverwendung vorhandener Programmbestandteile eine besonders grosse Rolle, da hierdurch sowohl die Software-Qualität gesteigert, als auch der gesamte Erstellungsund Wartungsaufwand erheblich reduziert werden kann. In jüngster Zeit gewinnen objektorientierte Programmiersprachen zunehmend an Bedeutung, da die Wiederverwendung hierbei bereits durch Sprachkonzepte wie z.B. Vererbung und Polymorphie unterstützt wird. Weiterhin besteht jedoch das Problem, zur Wiederverwendung geeignete Programmbestandteile aufzufinden. Ziel dieser Arbeit ist es herauszufinden, inwieweit fallbasiertes Schliessen nach dem aktuellen Stand der Kunst die Wiederverwendung objektorientierter Software unt erstützen kann. Hierzu wurde eine entsprechende Anwendung prototypisch auf der Basis des INRECA-Systems entwickelt. Durch ausgewählte Testsituationen wurden Erfahrungen mit diesem Prototyp gesammelt und systematisch ausgewertet.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Werkzeugs dargestellt, mit des-sen Hilfe die Analyse von Feature-Interaktionen in Intelligenten Netzwerkenunterstützt wird. Es basiert auf der formalen Beschreibungstechnik Estelle, wo-bei durch einen speziellen Spezifikationsstil Feature-Interaktionen anhand vonbestimmten Wechselwirkungen zwischen Transitionen verschiedener Features(u.a. Indeterminismus) erkannt werden können. Das Ziel ist dabei die statischeErkennung und Protokollierung dieser Wechselwirkungen sowie die Entfernungvon nicht ausführbaren Transitionen zur Laufzeitoptimierung.Dazu werden zunächst die theoretischen Möglichkeiten zur Erkennung dieserWechselwirkungen untersucht. Danach werden anhand der Implementierung desAnalysewerkzeugs die eingesetzten Methoden und Algorithmen dargestellt undschließlich der Einsatz des Werkzeugs erläutert, das auf dem Estelle-Compiler PET basiert.
Die Entwicklung und Wartung von Software-Systemen wird ständig komplexer, da die entwickelte Software selbst immer komplexer und umfangreicher wird. Daher bietet sich zur Entlastung der Projektleiter, Projektmanager und weiterer Projektmitarbeiter eine Rechnerunterstützung der Software-Entwicklung und -wartung an. So können sie einen Überblick über den gesamten Prozess bekommen und diesen optimieren. Eine Möglichkeit der Unterstützung liefert die Modellierung des Software-Entwicklungsprozesses. Um einen Software-Entwicklungsprozess modellieren zu können, müssen die notwendigen Basisstrukturen identifiziert und bereitgestellt werden, was Thema dieser Arbeit ist.
Ein umfangreiches Gebiet der Künstlichen Intelligenz beschäftigt sich mit dem Bereich Planung. Im wesentlichen gibt es zwei Planungsansätze, zum einen nicht-hierarchische und zum anderen hierarchische arbeitende Verfahren. Als Beispiel für einen nicht-hierarchischen Ansatz kann SNLP1 genannt werden. Die nachfolgende Ausarbeitung ist auf dem zweiten Gebiet, der hierarchischen Planung, angesiedelt: Der Planungsassistent CAPlan2, der eigentlich auf dem nicht-hierarchischen Planungsansatz SNLP beruht, soll um die Möglichkeiten der hierarchischen Planung erweitert werden.
Problemspezifikation für die Arbeitsplanerstellung rotationssymmetrischer Drehteile mit AutoCAD
(1996)
Um den Anforderungen am industriellen Markt gerecht werden zu können, sind Unternehmer gezwungen, immer komplexere, speziell auf den Kunden abgestimmte Produkte möglichst schnell in kleinen Losgrössen herzustellen. Dabei umfasst die Herstellung eines neuen Produkts eine Vielzahl von Arbeitsschritten. Um den Marktanforderungen zu genügen wird bereits heute ein grosser Teil dieser Arbeitsvorgänge computerunterstützt durchgeführt.
Das Lernen ist für den Menschen ein wichtiger Teil des Entwicklungsprozesses und erlaubt ihm, aus positiven und negativen Erfahrungen Konsequenzen für sein weiteres Verhalten abzuleiten, insbesondere für seine Entscheidungsfindung. Diese Art des Lernens, das Lernen aus Erfahrung, kann jedoch nur stattfinden, wenn diese Erfahrungen erklärt werden können. Auf diesem Ansatz aufbauend, werden seit einigen Jahren Verfahren zur Übertragung erklärungsbasierter Lernprozesse auf Computersysteme untersucht.
Erstellung eines Software-Monitors zur Analyse automatisch generierte Protokollimplementierungen
(1996)
Der Trend zu einer immer stärkeren Kopplung von Systemen bei gleichzeitiger Dezentralisierung durch Vernetzung hat dazu geführt, daß Computernutzern auf Wunsch enorme Datenmengen zur Verfügung stehen, die sich einer sinnvollen Bearbeitung durch den Nutzer allein völlig entziehen. Unterschiedliche Repräsentationsformalismen für Informationen, Mehrdeutigkeiten, Redundanz sowie eingeschränkte Verfügbarkeit sowohl von Informationen als auch von Rechenleistung machen konventionelle Suchverfahren unanwendbar. Stattdessen werden Suchverfahren und Programme benötigt, die sich intelligent an unterschiedliche Formalismen anpassen, ihre Handlungen ständig evaluieren und fähig sind, ihre Benutzer individuell zu unterstützen. Schlagwörter wie Knowbots, Search-Engines oder Data-Miningsind deshalb zur Zeit in aller Munde. Ein umfassendes Buch, das die hinter diesen und ähnlichen Schlagwörtern verborgenen Ideen und Konzepte präsentiert, existiert jedoch zur Zeit noch nicht. Dies war für uns die Motivation, das Thema "Intelligente Suche im Internet mit Lernenden Systemen" in einem Seminar zu behandeln. Wir haben damit ein Forschungsgebiet aufgegriffen, das sowohl für alle am LSA beteiligten Gruppen von Interesse ist, aber darüber hinaus aktuell von vielen Seiten aufmerksam beobachtet wird. Daher haben wir uns entschlossen, die Ausarbeitungen, die im Rahmen dieses Seminars von den TeilmehmerInnen erstellt wurden, durch den vorliegenden Bericht einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
In dieser Arbeit wird ein fallbasiertes System entwickelt, das Angaben über existiertende fallbasierte Anwendungen und Werkzeuge verwaltet. Mit diesem System kann ein Entwickler von fallbasierten Systemen sich einen Überblick über den Stand der Technik verschaffen und vor allem Informationen über Systeme erhalten, die dem System, das er selbst entwickeln will, ähnlich sind.
Der Bereich der Workflow-Management-Systeme (WFMS - z.B. [Jab95ab]) wird in jüngerer Zeit in verschiedenen Bereichen der Informatik genauer erforscht. Ziel der Bemu"hungen ist es, die besonderen Anforderungen , die WFMS an Rechner- und Programmsysteme stellen, zu ermitteln und zu befriedigen. In dieser Arbeit untersuchen wir Aspekte des Umplanens ("Replanning" bzw. "Remodeling") während der Abarbeitung eines Workflows. Sie entstand im Rahmen des Projektes CoMo-Kit, im Rahmen dessen Methoden und Werkzeuge entwickelt werden, die die Planung und das Management komplexer Arbeitsabläufe, insbesondere im Entwurfsbereich, unterstützen. Der CoMo-Kit wird seit 1989 am Lehrstuhl für Expertensysteme der Universität Kaiserslautern unter der Leitung von Prof. Dr. M.M. Richter entwickelt.
Es wird das Lernen uniform rekursiv aufzählbarer Sprachfamilien anhand guter Beispiele untersucht und Unterschiede und Gemeinsamkeiten zum Lernen von rekursiven Sprachfamilien und rekursiven Funktionen aufgezeigt. Dem verwendeten Modell liegt das Lernen von Schülern mit einem Lehrer zugrunde. Es werden verschiedene Varianten vorgestellt, verglichen und teilweise auch charakterisiert, und versucht, mit Beispielen und anderen typischen Eigenschaften ein Gefühl für die Leistungsfähigkeit zu vermitteln. Unter anderem wird gezeigt, dass es nicht immer "universelle" gute Beispiele gibt, mit denen eine Sprachklasse in allen Situationen erklärt werden kann.
Fallbasiertes Schliessen (engl.: Case-based Reasoning) hat in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung für den praktischen Einsatz in realen Anwendungsbereichen erlangt. In dieser Arbeit werden zunächst die allgemeine Vorgehensweise und die verschiedenen Teilaufgaben des fallbasierten Schliessens vorgestellt. Anschliessend wird auf die charakteristischen Eigenschaften eines Anwendungsbereiches eingegangen und an der konkreten Aufgabe der Kreditwürdigkeitsprüfung die Realisierung eines fallbasierten Ansatzes in der Finanzwelt beschrieben.
In der industriellen Praxis werden immer häufiger Verbesserungs- und Meßansätze zur Steigerung der Qualität von Software-Produkten und -Projektdurchführungen diskutiert. Dieser Artikel gibt eine Übersicht über potentielle Ansätze zur kontinuierliche Software-Qualitätsverbesserung:
QIP, CMM und AMI. Aus dem Vergleich der Verbesserungsansätze geht hervor, daß u.a. zielorientiertes Messen eine integrale Technologie zur Verbesserung ist. Deshalb wird in diesem Artikel ein Ansatz für zielorientiertes Messen, der GQM-Ansatz, detaillierter diskutiert. Insbesondere wird auf die Anwendung in der Praxis eingegangen, wobei die Erfahrungen aus realen Projekten in Form von Richtlinien vorgestellt werden. Der Artikel will Praktikern einen Einstieg in die Software Qualitätsverbesserung mittels Messen vermittlen.
Skelettbasierte implizite Flächen haben aufgrund ihrer Fähigkeit, durch automatisches Verschmelzen aus wenigen, einfachen Primitiven komplexe Strukturen zu formen, für Modellierung, Visualisierung und Animation zunehmend an Bedeutung gewonnen. Eine wesentliche Schwierigkeit beim Einsatz impliziter Flächen ist nach wie vor eine effiziente Visualisierung der resultierenden Objekte. In der vorliegenden
Arbeit werden die grundlegenden Ideen einer Methode zur partikelgestützten Triangulierung skelettbasierter impliziter Flächen beschrieben, die die Vorteile einer partikelgestützten Abtastung
impliziter Flächen mit der polygonalen Darstellung durch Dreiecke kombiniert. Der Algorithmus ist in der Lage, effizient auf dynamische Veränderungen der Gestalt sowie das Auseinanderreißen nicht allzu
komplexer implizit gegebener Objekte zu reagieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Triangulierung krümmungsadaptiv zu gestalten, um bei gleichbleibender Darstellungsqualität eine Reduktion der Dreiecksanzahl zu erreichen.
Viele Entwicklungsprozesse, wie sie z.B. beim Entwurf von grossen Softwaresystemen benötigt werden, basieren in erster Linie auf dem Wissen der mit der Entwicklung betrauten Mitarbeiter. Mit wachsender Komplexität der Entwurfsaufgaben und mit wachsender Anzahl der Mitarbeiter in einem Projekt wird die Koordination und Verteilung dieses Wissens immer problematischer. Aus diesem Grund versucht man zunehmend, das Wissen der Mitarbeiter in elektronischer Form, d.h. in Rechnern zu speichern und zu verwalten. Dadurch, dass der Entwurf eines komplexen Systems ebenfalls am Rechner modelliert wird, steht benötigtes Wissen sofort zur Verfügung und kann zur Entscheidungsunterstützung herangezogen werden. Gerade bei der Planung grosser Projekte stehen jedoch oft Entscheidungen aus, die erst später, während der Abwicklung getroffen werden können. Da gängige Workflow-Management-System zumeist eine komplette Modellierung verlangen, bevor die Abwicklung eines Projektmodells beginnen kann, habt sich dieser Ansatz gerade für umfangreiche Projekte als eher ungeeignet herausgestellt.
Das Modell des Intelligenten ist eine Abstraktion von Telefonvermittlungs-systemen und beschreibt auch deren Erweiterungen. Zunächst wird ein einfachesBasissystem spezifiziert, das dann um weitere Leistungsmerkmale, sog. Features, erweitert wird. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir ein bereits bestehendes, in Estellespezifiziertes Basissystem um sechs Features erweitert. Dabei konnten wir verschiedene Stile für die Featurespezifikation in Estelle überprüfen. Wir entwerfen Prinzipien füreine verhaltenerhaltende Transformation, die geeignete Ansatzpunkte für neueFeatures schaffen kann. Für das Ergänzen von neuen Rufnummern haben wir eine einfache Methode entwickelt. Wir zeigen zwei Schwächen von Estelle beim Erweitern vonSystemen auf. Schließlich berichten wir über unsere Erfahrungen mit dem im IN-Modellverwendeten Prinzip der Detection Points.
Formale Beschreibungstechniken (FDTs) erlauben durch ihre formale Syntax und Semantik eine präzise Systembeschreibung und sind Grundlage für die formale Verifikation. Bei der Implementierung von Systemen wird jedoch nach wie vor von Hand implementiert, selbst wenn ausgereifte Werkzeuge zur automatischen Generierung von Kode direkt aus der formalen Spezifikation existieren. Die Ursache dafür liegt in dem Ruf dieser Werkzeuge, Kode mit extrem geringer Leistungsfähigkeit zu erzeugen. Es gibt jedoch kaum quantitative Leistungsvergleiche zwischen manuell und automatisch generierten Implementierungen, die dieses Vorurteil stützen oder widerlegen könnten. In diesem Beitrag wird ein solcher Leistungsvergleich anhand des Hochleistungsprotokolls XTP und der FDT Estelle vorgestellt. Er liefert eine Bestandsaufnahme des momentanen Entwicklungsstandes bei der automatischen Generierung von Kode aus Estelle-Spezifikationen im direkten Vergleich zu gut optimierten Handimplementierungen. Es zeigt sich, daß in dem betrachteten Fall eines komplexen Protokolls die Handimplementierung zwar merklich leistungsstärker ist. Dieser Leistungsvorteil wird jedoch durch einen sehr hohen Implementierungsaufwand sowie die Schwierigkeit, die Korrektheit bzgl. der Spezifikation sicherzustellen, erkauft. Im einzelnen Anwendungsfall kann es daher trotz der Leistungseinbußen durchaus vorteilhaft sein, automatisch Kode zu erzeugen, zumal in der Bestandsaufnahme festgestellt wurde, daß automatisch generierte Implementierungen z.T. besser abschneiden als erwartet. Zudem besteht - anders als bei der bereits umfassend optimierten Handimplementierung - noch ein erhebliches ungenutztes Potential zur Leistungsverbesserung der automatisch generierten Implementierung.
Die Bewegungsplanung für Industrieroboter ist eine notwendige Voraussetzung, damit sich autonome Systeme kollisionsfrei durch die Umwelt bewegen können. Die Berücksichtigung von dynamischen Hindernissen zur Laufzeit erfordert allerdings leistungsfähige Algorithmen, zur Lösung dieser Aufgabenstellung in Echtzeit. Eine Möglichkeit zur Beschleunigung der Algorithmen ist der effiziente Einsatz von skalierbarer Parallelverarbeitung. Die softwaretechnische Umsetzung kann aber nur dann erfolgreich sein, wenn ein Parallelrechner zur Verfügung steht, der einen hohen Datendurchsatz bei geringer Latenzzeit bietet. Darüber hinaus muß dieser Parallelrechner unter vertretbarem Aufwand bedienbar sein und ein gutes Preisleistungsverhältnis aufweisen, damit die Parallelverarbeitung verstärkt in der Industrie zum Einsatz kommt. In diesem Artikel wird ein Workstation-Cluster auf der Basis von neun Standard- PCs vorgestellt, die über eine spezielle Kommunikationskarte miteinander vernetzt sind. In den einzelnen Abschnitten werden die gesammelten Erfahrungen bei der Inbetriebnahme, Systemadministration und Anwendung geschildert. Als Beispiel für eine Anwendung auf diesem Cluster wird ein paralleler Bewegungsplaner für Industrieroboter beschrieben.
In dieser Arbeit wird eine Integration der temporallogischen Verarbeitungskonzepte
der Programmiersprache ExTeLL in die objektorientierte Wirtssprache \(C^{++}\) vorgestellt. Dabei war unser Ziel eine Schnittstelle zur komfortablen Kommunikation der Sprachkomponenten zu entwickeln, derart daß die Sprachsynthese eine homogene Gesamtsprache darstellt . Hierbei haben wir besonderen Wert auf die Nutzung der Möglichkeiten der jeweils hinzugefügten Sprachkomponente und einen syntaktisch einheitlichen Aufbau der Gesamtsprache gelegt. Dies erforderte insbesondere die Integration des Typkonzepts von \(C^{++}\) sowie der Mechanismen zur Überladung von Funktionen und Prozeduren in ExTeLL und in der zugrundeliegenden Temporallogik
EITeL.
Es wird die Aufgabe der vollständigen räumlichen Abdeckung von Regionen in durch mobile Roboter betrachtet. Da-bei können die Regionen in vollständig, teilweise oder nicht bekannten Umgebungen liegen. Zur Lösung wird ein Verfahren aus der Computer-grafik zum Füllen von Bildregionen zugrunde gelegt. Das Verfahren hat eine lokale Sichtweise und läßt somit den Einsatz von Sensordaten und das Auftreten von unvorhergesehenen Hindernissen zu. Die Regionen können durch Karten off-line vorgegeben sein oder durch Sensordaten on-line aufgebaut werden. Dennoch ist eine vollständige und genau einma-lige Flächenbearbeitung garantiert. Dies wird an Beispielen in einer graphischen Visualisierung der Realzeit-Steuerung des Roboters validiert.
Anwendungen effizienter Verfahren in Automation - Universität Karlsruhe auf der SPS97 in Nürnberg -
(1998)
Beim Greifen deformierbarer oder zerbrechlicher Werkstücke kommen der Greifgeschwindigkeit sowie der Greifkraft besondere Bedeutung zu. In dieser Arbeit wird eine universelle Steuerung für pneumatische Greifer beschrieben, die eine einfache Einstellung dieser Größen über zwei spannungsgesteuerte Proportionalventile gestattet. Diese Anordnung wird für eine Einflußanalyse von Greifkraft und Greifgeschwindigkeit beim Greifen von Kabeln und Kabelbäumen genutzt, welche sich als robust und unproblematisch erwiesen haben.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Möglichkeit zur Effizienzverbesserung, wobei das SNLP-basierte Planungssystem CAPlan verwendet wird. Dabei werden neue, zu lösende Probleme einer Vorverarbeitung unterzogen. Dort werden bestimmte Eigenschaften ermittelt, ohne jedoch das Problem zu lösen. Anschliessend wird dem Planungssystem das neue Problem mit dem Zusatzwissen in Form der analysierten Eigenschaften übergeben. Das Planungssystem verwendet das Wissen, um effizienter eine Lösung zu finden.
Vorgestellt wird ein System basierend auf einem 3D-Scanner nach dem Licht- schnitt-Prinzip mit dem es möglich ist, einen Menschen innerhalb von 1,5 Sekun- den dreidimensional zu erfassen. Mit Hilfe von Evolutionären Algorithmen wird über eine modellbasierte Dateninterpretation die Auswertung der Meßdaten betrie- ben, so daß beliebige Körpermaße ermittelt werden können. Das Ergebnis ist ein individualisiertes CAD-Modells der Person im Rechner. Ein derartiges Modell kann als virtuelle Kleiderpuppe zur Produktion von Maßbekleidung dienen.
Ein verhaltensorientierter Ansatz zum flächendeckenden Fahren in a priori unbekannter Umgebung
(1998)
In diesem Aufsatz wird ein Verfahren zum flächendeckenden Fahren in zu- nächst unbekannter Umgebung beschrieben, wie es z.B. für Reinigungsanwen- dungen im Heimbereich benötigt wird. Parallel zur Durchführung der Reini- gungsaufgabe wird dabei die Umgebung exploriert und kartiert. Der verhaltensorientierte Ansatz ermöglicht eine robuste, zielgerichtete und dennoch ressourcenschonende Implementierung und gestattet es, einzelne Ver- haltensweisen leicht durch verbesserte oder auch speziell erlernte Versionen auszutauschen. Das vorgestellte Verfahren wurde simulativ getestet und wird in Kürze auf einem realen Roboter erprobt.
Im Bereich der Expertensysteme ist das Problemlösen auf der Basis von bekannten Fallbeispielen ein derzeit sehr aktuelles Thema. Auch für Diagnoseaufgaben gewinnt der fallbasierte Ansatz immer mehr an Bedeutung. In diesem Papier soll der im Rahmen des Moltke -Projektes1 an der Universität Kaiserslautern entwickelte fallbasierte Problemlöser Patdex/22 vorgestellt werden. Ein erster Prototyp, Patdex/1, wurde bereits 1988 entwickelt.
Das System ART (ASF RRL Translation) stellt im wesentlichen eine Umgebung dar,in welcher die Modularisierbarkeit von Beweisen (Induktionsbeweisen über Gleichungs-spezifikationen) untersucht werden kann. Es wurde die bereits bestehende Spezifikati-onsprache ASF (siehe [BeHeKl89]), in welcher modularisierte Spezifikationen möglichsind, so erweitert, daß zusätzlich auch Beweisaufgaben spezifiziert werden können. Imfolgenden wird diese erweiterte Spezifikationsprache auch ASF genannt. Als Bewei-ser für die Beweisaufgaben einer Spezifikation wurde RRL (siehe [KaZh89]) gewählt.RRL kann sowohl Kommandos aus einem File abarbeiten, wie auch Sitzungsprotokolleanfertigen, mit deren Hilfe sich die Beweisverläufe und Benutzereingaben der entspre-chenden RRL-Sitzung rekonstruieren lassen. In ART kann nun eine ASF-Spezifikation,die Beweisaufgaben umfassen kann, in ein File übersetzt werden, welches von RRLabgearbeitet werden kann. Dies wird im folgenden kurz mit 'Übersetzung von ASF nach RRL' bezeichnet. Bei der Abarbeitung eines solchen Files wird von RRL ein Sit-zungsprotokoll angelegt. ART kann dieses Sitzungsprotokoll dazu heranziehen, neueErgebnisse, wie etwa den erfolgreichen Beweis einer Beweisaufgabe, zu ermitteln, umdiese Ergebnisse der ursprüngliche Spezifikation hinzuzufügen. Dies wird im folgendenkurz mit 'Rückübersetzung von RRL nach ASF' bezeichnet. Im Kern besteht ART alsoaus einer Komponente zur Übersetzung von ASF nach RRL und aus einer Komponentezur Rückübersetzung von RRL nach ASF.
Die systematische Verbesserung von Techniken zur Entwicklung und Betreuung von Software setzt eine explizite Darstellung der in einem Projekt ablaufenden Vorgnge (Prozesse) voraus. Diese Darstellungen (Prozemodelle) werden durch Software- Prozemodellierung gewonnen. Eine Sprache zur Beschreibung solcher Modelle ist MVP-L. Verschiedene Standard-Prozemodelle existieren bereits. Bisher gibt es jedoch kaum dokumentierte Software-Entwicklungsprozesse, die speziell fr die Entwicklung reaktiver Systeme entworfen worden sind, d. h. auf die besonderen Anfordernisse bei der Entwicklung reaktiver Systeme zugeschnitten sind. Auch ist bisher nur wenig Erfahrung dokumentiert, fr welche Art von Projektkontexten diese Prozesse gltig sind. Eine Software- Entwicklungsmethode, die - mit Einschrnkungen - zur Entwicklung reaktiver Systeme geeignet ist, ist SOMT (SDL-oriented Object Modeling Technique). Dieser Bericht beschreibt die erfahrungsbasierte Modellierung der Software-Entwicklungsprozesse von SOMT mit MVP-L. Zunchst werden inhaltliche Grundlagen der Software-Entwicklungsmethode SOMT beschrieben. Insbesondere wird auf die eingesetzten Techniken und deren Kombination eingegangen. Anschlieend werden mgliche Projektkontexte charakterisiert, in denen das SOMT-Modell im Sinne eines Erfahrungselements Gltigkeit hat. Darauf werden der Modellierungsvorgang sowie hierbei gemachte Erfahrungen dokumentiert. Eine vollstndige Darstellung des Modells in grafischer MVP-L-Notation befindet sich im Anhang. Die Darstellung des Modells in textueller Notation kann der SFB-Erfahrungsdatenbank entnommen werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methode zur Verfügung zu stellen, mit der ein Simulator für gebäudespezifische Aufgaben modelliert werden kann. Die Modellierung muß dabei so angelegt sein, daß sowohl einfache als auch sehr komplexe Simulatoren für spezielle Gebäude entworfen werden können. Aus dem erstellten Modell ist es anschließend möglich, mit Hilfe von Generatoren automatisch ein Programm zu erzeugen. Dadurch kann ein Entwerfer ohne spezielle Kenntnisse auf dem Gebiet der Simulation einen Gebäude-Simulator entwickeln. Zur Modellierung wurde ein domänenspezifischer Katalog von Entwurfsmustern erstellt. Dabei können die einzelnen Muster direkt zur Modellierung und Codegenerierung eingesetzt werden.
Verfahren des Maschinellen Lernens haben heute eine Reife erreicht, die zu ersten erfolgreichen industriellen Anwendungen geführt hat. In der Prozessdiagnose und -steuerung ermöglichen Lernverfahren die Klassifikation und Bewertung von Betriebszuständen, d.h. eine Grobmodellierung eines Prozesses, wenn dieser nicht oder nur teilweise mathematisch beschreibbar ist. Ausserdem gestatten Lernverfahren die automatische Generierung von Klassifizierungsprozeduren, die deterministisch abgearbeitet werden und daher für die Belange der Echtzeitdiagnose und -steuerung u.U. zeiteffektiver als Inferenzmechanismen auf logischer bzw. Produktionsregelbasis sind, da letztere immer mit zeitaufwendigen Suchprozessen verbunden sind.
Der Wissenserwerb erschwert bisher häufig den Einsatz wissensbasierter Systeme der Arbeitsplanerstellung in der industriellen Praxis. Die meisten Anwendungen gestatten nur das Erfassen und Editieren des durch aufwendige Erhebung, Systematisierung und Formulierung gewonnenen fachspezifischen Planungswissens. Im Rahmen eines DFG-Projektes soll die Anwendbarkeit bekannter maschineller Lernverfahren auf technologische Reihenfolge- und Zuordnungsprobleme im Rahmen der generierenden Arbeitsplanerstellung von Teilefertigungsprozessen im Maschinenbau nachgewiesen werden. Dazu wird ein Prototyp mit Hilfe eines verfügbaren Softwarewerkzeuges entwickelt, der das maschinelle Lernen aus vorgegebenen Beispielen ermöglichen und mit einem existierenden Prototypen der wissensbasierten Arbeistplanung kommunizieren soll. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über das mit Lernverfahren zu behandelnde Planungswissen und stellt mögliche Repräsentationsmöglichkeiten des Wissens zur Diskussion.
Das Ziel dieses Projekts war es, anhand von empirischen Untersuchungen klassische statistische Verfahren und aktuelle Methoden des Maschinellen Lernens mit einem Ansatz zu vergleichen, der in der Arbeitsgruppe entworfen und theoretisch analysiert wurde. Implementiert wurden f"unf Verfahren, einige davon in verschiedenen Varianten: FeedForward Neuronale Netze, Entscheidungsbäume, Bayes Entscheidungen, die auf Chow-Expansionen beruhen, Harmonische Analyse und die Methode des N"achsten Nachbarn. Als Referenzmassstab wurden Vorhersagen herangezogen, die den Trend oder den Mittelwert der letzten letzten Beobachtungen vorhersagten. Als Daten standen 16 Zeitreihen von Aktien- und Devisenkursen zur Verf"ugung. Jede der Zeitreihen bestand aus 2000 Daten, von denen die ersten 1500 zum Training und die restlichen 500 für den Vergleich der Verfahren dienten. Dabei zeigte es sich, dass die naiven Referenzverfahren einen recht guten Pr"ufstein darstellten. Die Bayes-Entscheidungen und die Entscheidungsbäume erwiesen sich als besonders stark und übertrafen die Referenzmethoden fast immer. Neuronale Netze und die Methode des n"achsten Nachbarn waren etwa genausogut, während die Harmonische Analyse für kurzfristige Vorhersagen schlechter und für langfristige besser war. Bei Entscheidungsbäumen und Neuronalen Netzen fiel auf, dass kleine B"aume bzw. Netze bessere Ergebnisse lieferten als grosse.
Die Induktive Logische Programmierung (ILP) ist ein Forschungsgebiet, das Techniken aus dem Maschinellen Lernen und der Logischen Programmierung vereint. Sie untersucht das klassische Problem induktiven Lernens aus klassifizierten Beispielen im Rahmen der Hornlogik erster Stufe. Inzwischen gibt es eine grosse Zahl verschiedener Ansätze für dieses Lernproblem, die sich hauptsächlich in der Suchrichtung im Hypothesenraum, den Generalisierungs- und Spezialisierungsoperatoren und den verwendeten nichtlogischen Beschränkungen (Bias) unterscheiden. Der Vergleich und die Integration dieser verschiedenen Ansätze war die Hauptmotivation für die Entwicklung des Systems MILES. MILES ist eine Programmierumgebung für die ILP, die neben Mechanismen zur Repräsentation und Verwaltung von Beispielen, Hintergrundwissen und Hypothesen einen Werkzeugkasten mit einem Grossteil der bekannten Generalisierungs-, Spezialisierungs- und Reformulierungsoperatoren enthält. Eine generische Kontrolle erlaubt, verschiedene dieser Operatoren in einen spezifischen ILP-Algorithmus zu integrieren. In diesem Beitrag wird ein kurzer Überblick über die Repräsentation, die Operatoren und die Kontrolle von MILES gegeben.
Die Verfahren der Induktiven Logischen Programmierung (ILP) [Mug93] haben die Aufgabe, aus einer Menge von positiven Beispielen E+, einer Menge von negativen Beispielen E und dem Hintergrundwissen B ein logisches Programm P zu lernen, das aus einer Menge von definiten Klauseln C : l0 l1, : : : ,ln besteht. Da der Hypothesenraum für Hornlogik unendlich ist, schränken viele Verfahren die Hypothesensprache auf eine endliche ein. Auch wird oft versucht, die Hypothesensprache so einzuschränken, dass nur Programme gelernt werden können, für die die Konsistenz entscheidbar ist. Eine andere Motivation, die Hypothesensprache zu beschränken, ist, dass das Wissen über das Zielprogramm, das schon vorhanden ist, ausgenutzt werden soll. So sind für bestimmte Anwendungen funktionsfreie Hypothesenklauseln ausreichend, oder es ist bekannt, dass das Zielprogramm funktional ist.
In diesem Beitrag werden konnektionistische Lernverfahren für die wissensbasierte Diagnose technischer Systeme vorgestellt. Es werden zwei Problemstellungen untersucht: die Prognose von Signalverläufen technischer Zustandsgrössen sowie die diagnostische Klassifikation von Systemzuständen und die Ergebnisse der Untersuchungen dargestellt.
Die Entwicklung des Zusammenlebens der Menschen geht immer mehr den Weg zur Informations- und Mediengesellschaft. Nicht zuletzt aufgrund der weltweiten Vernetzung ist es uns in minutenschnelle möglich, fast alle erdenklichen Informationen zu Hause auf den Bildschirm geliefert zu bekommen. Es findet sich so jeder zwar in einer gewissen schützenden Anonymität, aber dennoch einer genauso gewollten, wie erschreckenden Transparenz wieder. Jeder klassifiziert in gewisser Weise Informationen, die er preisgibt etwa in öffentliche, persönliche und vertrauliche Nachrichten. Gerade hier müssen Techniken und Methoden bereitstehen, um in dieser anonymen Transparenz Informationen, die nur für spezielle Empfänger gedacht sind vor unbefugtem Zugriff zu schützen und nur denjenigen zugänglich zu machen, die dazu berechtigt sind. Diesen Wunsch hat nicht nur allgemein die Gesellschaft, sondern im speziellen wird die Entwicklung auf diesem Gebiet gerade von staatlichen und militärischen Einrichtungen gefordert und gefördert. So sind häufig eingesetzte Werkzeuge die Methoden der Kryptologie, aber solange es geheime Nachrichten gibt, wird es Angreifer geben, die versuchen, sich unberechtigten Zugang zu diesen Informationen zu verschaffen. Da die ständig wachsende Leistung von EDV-Anlagen das "Knacken" von Verschlüsselungsmethoden begünstigt, muß zu immer sichereren Chiffrierverfahren übergegangen werden. Dieser Umstand macht das Thema Kryptologie für den Moment hochaktuell und auf lange Sicht zu einem zeitlosen Forschungsgebiet der Mathematik und Informatik.