Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Faculty / Organisational entity
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.
JSR 170 spezifiziert die Java Content Repository (JCR) Schnittstelle. Diese Schnittstelle wird als Standard im Bereich Web-Anwendungen und Content Management akzeptiert. Sie gliedert sich in Level 1 (lesender Zugriff) and Level 2 (Lese- und Schreibzugriffe) und beschreibt darüber hinaus vier weitere optionale Funktionen. Das in JSR 170 beschriebene hierarchische Datenmodell weist starke Analogie zu XML auf. Jedoch verwenden die meisten JCR-Implementierungen relationale Datenbanken. Durch native XML Datenbanken, wie XTC, können XML-Daten effizient verwaltet werden. Diese Arbeit beschreibt das Design und die Implementierung eines Level 2 JCRs, welches alle Anforderungen an die Persistenz mit Hilfe von DOM und XQuery Operationen auf XML-Dokumenten in XTC erfüllt. Die optionalen FuJSR 170 spezifiziert die Java Content Repository (JCR) Schnittstelle. Diese Schnittstelle wird als Standard im Bereich Web-Anwendungen und Content Management akzeptiert. Sie gliedert sich in Level 1 (lesender Zugriff) und Level 2 (Lese- und Schreibzugriffe) und beschreibt darüber hinaus vier weitere optionale Funktionen. Das in JSR 170 beschriebene hierarchische Datenmodell weist starke Analogie zu XML auf. Jedoch verwenden die meisten JCR-Implementierungen relationale Datenbanken. Durch native XML Datenbanken, wie XTC, können XML-Daten effizient verwaltet werden. Diese Arbeit beschreibt das Design und die Implementierung eines Level 2 JCRs, welches alle Anforderungen an die Persistenz mit Hilfe von DOM und XQuery Operationen auf XML-Dokumenten in XTC erfüllt. Die optionalen Funktionen “Versionierung” und “Transaktionen” werden ebenfalls unterstützt. Um die Implementierung zu testen werden zwei Demo-Anwendungen (Blog & Wiki) entwickelt und Vergleichstests gegen die Referenzimplementierung angestellt.
Ultraschall ist eines der am häufigsten genutzen, bildgebenden Verfahren in der Kardiologie. Dies ist durch die günstige Erzeugung, die Nicht-Invasivität und die Unschädlichkeit für die Patienten begründet. Nachteilig an den existierenden Geräten ist der Umstand, daß lediglich zwei-dimensionale Bilder generiert werden können. Zusätzlich können diese Bilder aufgrund anatomischer Gegebenheiten nicht aus einer wahlfreien Position akquiriert werden. Dies erschwert die Analyse der Daten und folglich die Diagnose. Mit dieser Arbeit wurden neue, algorithmische Aspekte des vier-dimensionalen, kardiologischen Ultraschalls ausgehend von der Akquisition der Rohdaten, deren Synchronisation und Rekonstruktion bis hin zur Visualisierung bearbeitet. In einem zusätzlichen Kapitel wurde eine neue Technik zur weiteren Aufwertung der Visualisierung, sowie zur visuellen Bearbeitung der Ultraschalldaten entwickelt. Durch die hier entwickelten Verfahren ist es möglich bestimmte Einschränkungen des kardiologischen Ultraschalls aufzuheben oder zumindest zu mildern. Hierunter zählen vor allem die Einschränkung auf zwei-dimensionale Schnittbilder, sowie die eingeschränkte Sichtwahl.
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.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der visuellen Kontrolle raumplanerischer Entwürfe. Grundlage der Überlegungen ist das gegenwärtige Verfahren, der Planungsprozess, das zur Erstellung der Entwürfe führt. Der Entscheidungsweg hin zum endgültigen Ergebnis erfolgt zurzeit noch ohne Rechnerunterstützung. Die in den Planungsprozess Involvierten stützen ihre Entscheidungen bspw. auf Pläne, eigene Erfahrungen und Statistiken und fertigen im Verlauf von Diskussionsrunden verschiedene Entwürfe an. Dieser Ablauf ist komplex, aufgrund der eingehenden Daten und der damit zusammenhängenden Diskussionen, und langwierig da erst nach einigen Iterationsschritten ein Ergebnis vorliegt. Die Arbeit verfolgt das Ziel, die Akteure durch eine Rechnerunterstützung schneller und zielgerichtet zu einer Entscheidungsfindung zu führen. Meine Untersuchung des Anwendungsumfeldes hat ergeben, dass dies nur möglich ist, wenn zum Einen das entstehende System in der Lage ist, die großen, heterogenen Datenmengen zu verarbeiten und andererseits die Visualisierung der Ergebnisse in einer Form erfolgt, die den Akteuren vom bisherigen Planungsprozess her bekannt ist. Die Visualisierung darf dabei keine bewertende Aussage treffen, sondern muss die Informationen der Analyse neutral in einem dem Nutzer bekannten Format abbilden. Als Ansatzpunkt stellt sich der informelle Bereich der Entscheidungsfindung dar. Es werden zwei Lösungswege aus dem Bereich der Clusteringalgorithmen verfolgt, die die großen Datenmengen verarbeiten und analysieren. Als Ergebnis erhalten die Akteure durch das Voronoi-Diagramm direkt einen Entwurf, der die Einschätzungen aller Akteure widerspiegelt und durch ein Übereinanderlegen mit der Karte des Plangebietes dem klassischen Format im Rahmen des Planungsprozesses entspricht. Dadurch wird die Akzeptanz der Rechnerunterstützung bei den Beteiligten des Planungsprozesses gesteigert. Sollte dieser Entwurf noch keine direkte Zustimmung finden, kann über die entwickelte Informationsvisualisierung eine Anzeige und in der Folge eine Anpassung der Eingangsgrößen erfolgen und somit sehr schnell ein neuer Entwurf entwickelt werden. Die Visualisierung übernimmt dabei die Funktion der bisher in Papierform erstellten Pläne im Entscheidungsprozess und bietet damit auch fachfremden Beteiligten eine visuelle Kontrollmöglichkeit der Qualität des Entwurfes. Insgesamt werden mit dem Tool IKone die Akteure in Anlehnung an die standardmäßigen Abläufe und visuellen Darstellungen mittels eines rechnergestützten Systems unterstützt.
Ein typisches Mittelklassefahrzeug hat mittlerweile 100 Computerprozessoren,die miteinander kommunizieren, und bildet damit ein komplexes Softwaresystem. Die steigende Anzahl der miteinander kommunzierenden Funktionen trägt dazu bei, dass die Komplexität der Steurungssoftware immer schwerer zu beherrschen ist. Trotz eines enormen Kostenaufwands zur Entwicklung der entsprechenden Softwarekomponenten sind Softwarefehler bei Fahrzeugen der automobilen Oberklasse eine der am häufigsten angeführten Ursachen in der Pannenstatistik. Die Tatsache, dass die angeführten Funktionalitäten verteilt und parallel auf einer steigenden Anzahl unterschiedlicher Mikrokontroller abgearbeitet werden, birgt zusätzliche Probleme. Es ist jedoch Fakt, dass der Markt nach Funktionalitäten wie ABS, ASR und ESP verlangt, die zu einem wesentlichen Teil aus Software bestehen. Es ist also notwendig, einen alternativen Softwareansatz zu finden, der die Komplexität der Steuerungssoftware beherrschbar werden lässt und dennoch den Anforderungen des automobilen Umfelds, wie zum Beispiel der Verlässlichkeit gerecht wird. Dies wird in dieser Arbeit mit hilfe einer verhaltensbasierten steuerung erreicht.
Anwendungen effizienter Verfahren in Automation - Universität Karlsruhe auf der SPS97 in Nürnberg -
(1998)
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.
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.
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.
In nebenläufigen Systemen erleichtert das Konzept der Atomarität vonOperationen, konkurrierende Zugriffe in größere, leichter beherrschbareAbschnitte zu unterteilen. Wenn wir aber Spezifikationen in der forma-len Beschreibungstechnik Estelle betrachten, erweist es sich, daß es un-ter bestimmten Umständen schwierig ist, die Atomarität der sogenanntenTransitionen bei Implementationen exakt einzuhalten, obwohl diese Ato-marität eine konzeptuelle Grundlage der Semantik von Estelle ist. Es wirdaufgezeigt, wie trotzdem sowohl korrekte als auch effiziente nebenläufigeImplementationen erreicht werden können. Schließlich wird darauf hinge-wiesen, daß die das Problem auslösenden Aktionen oft vom Spezifiziererleicht von vorneherein vermieden werden können; und dies gilt auch überden Kontext von Estelle hinaus.
Aufbau einer domänenunabhängigen Fallbasis und Fallauswahl mit Zielabhängigkeiten in CAPLAN/CBC
(1995)
Die formale Spezifikation von Kommunikationssystemen stellt durch die mit ihr verbundene Abstraktion und Präzision eine wichtige Grundlage für die formale Verifikation von Systemeigenschaften dar. Diese Abstraktion begrenzt jedoch auch die Ausdrucksfähigkeit der formalen Beschreibungstechnik und kann somit zu problemunangemessenen Spezifikationen führen. Wir untersuchen anhand der formalen Beschreibungstechnik Estelle zunächst zwei solche Aspekte. Beide führen speziell in Hinsicht auf die Domäne von Estelle, der Spezifikation von Kommunikationsprotokollen, zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen der Ausdrucksfähigkeit. Eines dieser Defizite zeigt sich bei dem Versuch, in Estelle ein offenes System wie z. B. eine Protokollmaschine oder einen Kommunikationsdienst zu spezifizieren. Da Estelle-Spezifikationen nur geschlossene Systeme beschreiben können, werden solche Komponenten immer nur als Teil einer fest vorgegebenen Umgebung spezifiziert und besitzen auch nur in dieser eine formale Syntax und Semantik. Als Lösung für dieses Problem führen wir die kompatible syntaktische und semantische Estelle-Erweiterung Open-Estelle ein, die eine formale Spezifikation solcher offener Systeme und ihres Imports in verschiedene Umgebungen ermöglicht. Ein anderes Defizit in der Ausdrucksfähigkeit von Estelle ergibt sich aus der strengen Typprüfung. Wir werden zeigen, dass es in heterogenen, hierarchisch strukturierten Kommunikationssystemen im Zusammenhang mit den dort auftretenden horizontalen und vertikalen Typkompositionen zu einer unangemessenen Modellierung von Nutzdatentypen an den Dienstschnittstellen kommt. Dieses Problem erweist sich beim Versuch einer generischen und nutzdatentypunabhängigen Spezifikation eines offenen Systems (z. B. mit Open-Estelle) sogar als fatal. Deshalb führen wir die kompatible Containertyp-Erweiterung ein, durch die eine formale Spezifikation nutzdatentypunabhängiger und somit generischer Schnittstellen von Diensten und Protokollmaschinen ermöglicht wird. Als Grundlage für unsere Implementierungs- und Optimierungsexperimente führen wir den „eXperimental Estelle Compiler“ (XEC) ein. Er ermöglicht aufgrund seines Implementierungskonzeptes eine sehr flexible Modellierung des Systemmanagements und ist insbesondere für die Realisierung verschiedener Auswahloptimierungen geeignet. XEC ist zudem mit verschiedenen Statistik- und Monitoring-Funktionalitäten ausgestattet, durch die eine effiziente quantitative Analyse der durchgeführten Implementierungsexperimente möglich ist. Neben dem vollständigen Sprachumfang von Estelle unterstützt XEC auch die meisten der hier eingeführten Estelle-Erweiterungen. Neben der Korrektheit ist die Effizienz automatisch generierter Implementierungen eine wichtige Anforderung im praktischen Einsatz. Hier zeigt sich jedoch, dass viele der in formalen Protokollspezifikationen verwendeten Konstrukte nur schwer semantikkonform und zugleich effizient implementiert werden können. Entsprechend untersuchen wir anhand des Kontrollflusses und der Handhabung von Nutzdaten, wie die spezifizierten Operationen effizient implementiert werden können, ohne das Abstraktionsniveau senken zu müssen. Die Optimierung des Kontrollflusses geschieht dabei ausgehend von der effizienten Realisierung der Basisoperationen der von XEC erzeugten Implementierungen primär anhand der Transitionsauswahl, da diese speziell bei komplexen Spezifikationen einen erheblichen Teil der Ausführungszeit bansprucht. Wir entwickeln dazu verschiedene heuristische Optimierungen der globalen Auswahl und der modullokalen Auswahl und werten diese sowohl analytisch wie auch experimentell aus. Wesentliche Ansatzpunkte sind dabei verschiedene ereignisgesteuerte Auswahlverfahren auf globaler Ebene und die Reduktion der zu untersuchenden Transitionen auf lokaler Ebene. Die Überprüfung der Ergebnisse anhand der ausführungszeitbezogenen Leistungsbewertung bestätigt diese Ergebnisse. Hinsichtlich der effizienten Handhabung von Daten untersuchen wir unterschiedliche Ansätze auf verschiedenen Ebenen, die jedoch in den meisten Fällen eine problemunangemessene Ausrichtung der Spezifikation auf die effiziente Datenübertragung erfordern. Eine überraschend elegante, problemorientierte und effiziente Lösung ergibt sich jedoch auf Basis der Containertyp-Erweiterung, die ursprünglich zur Steigerung des Abstraktionsniveaus eingeführt wurde. Dieses Ergebnis widerlegt die Vorstellung, dass Maßnahmen zur Steigerung der effizienten Implementierbarkeit auch immer durch eine Senkung des Abstraktionsniveaus erkauft werden müssen.
Im Bereich des Software Engineering werden komplexe Software-Entwicklungsprojekte betrachtet. Im Rahmen dieser Projekte werden große Mengen von Informationen bearbeitet. Diese Informationen werden in Software-Artefakten (z.B. in Projektplänen oder Entwicklungsdokumenten, wie Anforderungsbeschreibungen)
festgehalten. Die Artefakte werden während der Entwicklung und der Wartung eines Softwaresystems häufig geändert. Änderungen einer Information in einem Artefakt haben häufig Änderungen
im selben und in anderen Artefakten zur Folge, da Beziehungen innerhalb und zwischen den in den Artefakten festgehaltenen Informationen bestehen. Die Beziehungen liegen meist nicht explizit vor, so daß die Konsequenzen einer Änderung schwer zu überblicken sind. In dieser Arbeit wurde ein Verfolgbarkeitsansatz ausgewählt, der den Benutzer bei der Durchführung von Änderungen an Artefakten unterstützt. Unterstützung bedeutet hierbei, daß der Aufwand zur Durchführung einer Änderung reduziert wird und weniger Fehler bei der Durchführung gemacht werden.
In der Arbeit wurden Anforderungen an einen auszuwählenden Verfolgbarkeitsansatz gestellt. Eine Anforderung war, daß er auf verschiedene Bereiche des Software Engineering, wie z.B. Systementwurf oder Meßplanung, mit jeweils sehr unterschiedlichen Artefakten, anwendbar sein sollte. Die durchgeführte
Literaturrecherche und die anschließende Bewertung anhand der gestellten Anforderungen ergaben, daß das Prinzip der Metamodellierung in Verbindung mit Wissensbankverwaltungssystemen ein geeigneter Verfolgbarkeitsansatz ist. Eine Evaluation, die sich auf Fallstudien aus den Bereichen
"Objektorientierter Entwurf mit UML" und "Meßplanung mit GQM" bezog, ergab, daß das Wissensbankverwaltungssystem
ConceptBase, das auf der Wissensrepräsentationssprache 0-Telos basiert, ein geeignetes Werkzeug zur Unterstützung des Verfolgbarkeitsansatzes ist.
Bestimmung der Ähnlichkeit in der fallbasierten Diagnose mit simulationsfähigen Maschinenmodellen
(1999)
Eine Fallbasis mit bereits gelösten Diagnoseproblemen Wissen über die Struktur der Maschine Wissen über die Funktion der einzelnen Bauteile (konkret und abstrakt) Die hier vorgestellte Komponente setzt dabei auf die im Rahmen des Moltke-Projektes entwickelten Systeme Patdex[Wes91] (fallbasierte Diagnose) und iMake [Sch92] bzw. Make [Reh91] (modellbasierte Generierung von Moltke- Wissensbasen) auf.
Zur Zeit haben Industrieroboter nur eine sehr begrenzte Wahrnehmung ihrer Umwelt. Wenn sich Menschen im Arbeitsraum des Roboters aufhalten sind sie daher gefährdet. Durch eine Einteilung der möglichen Roboterbewegung in verschiedene Klassen kann gezeigt werden, dass die für einen Menschen im Arbeitsraum gefährlichste Bewegung die freie Transferbewegung ist. Daher besteht die betrachtete Aufgabe darin, diese Transferbewegung eines Manipulators durchzuführen, ohne mit dynamischen Hindernissen, wie zum Beispiel Menschen, zu kollidieren. Das vorgestellte SIMERO-System realisiert eine globale Ganzarmkollisionsvermeidung auf der Basis von Bildern stationärer Kameras. Das System gliedert sich in die vier Hauptkomponenten Bildverarbeitung, Robotermodellierung, Kollisionserkennung und Bahnplanung. Diese Komponenten werden im einzelnen vorgestellt.
Die Realisierung zunehmend komplexer Softwareprojekte erfordert das direkte und indirekteZusammenwirken einer immer größer werdenden Zahl von Personen. Die dafür benötigte Infrastrukturist mit der zunehmenden globalen Rechner-Vernetzung bereits vorhanden, doch wird ihr Potential vonherkömmlichen Werkzeugen in der Regel bei weitem nicht ausgeschöpft. Das in diesem Artikelvorgestellte Rahmenmodell für Softwareentwicklung wurde explizit im Hinblick auf die globaleKooperation von Entwicklern entworfen. WebMake, eine auf diesem Modell basierende Software-entwicklungsumgebung, adressiert das Ziel seiner Einsetzbarkeit im globalen Maßstab durch dieVerwendung des World-Wide Web als Datenspeicherungs- und Kommunikationsinfrastruktur.
Die Verwendung von existierenden Planungsansätzen zur Lösung von realen Anwendungs- problemen führt meist schnell zur Erkenntnis, dass eine vorliegende Problemstellung im Prinzip zwar lösbar ist, der exponentiell anwachsende Suchraum jedoch nur die Behandlung relativ kleiner Aufgabenstellungen erlaubt. Beobachtet man jedoch menschliche Planungsexperten, so sind diese in der Lage bei komplexen Problemen den Suchraum durch Abstraktion und die Verwendung bekannter Fallbeispiele als Heuristiken, entscheident zu verkleinern und so auch für schwierige Aufgabenstellungen zu einer akzeptablen Lösung zu gelangen. In dieser Arbeit wollen wir am Beispiel der Arbeitsplanung ein System vorstellen, das Abstraktion und fallbasierte Techniken zur Steuerung des Inferenzprozesses eines nichtlinearen, hierarchischen Planungssystems einsetzt und so die Komplexität der zu lösenden Gesamtaufgabe reduziert.
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.
Es handelt sich um den Aufbau des ersten Roboter-gestützten Systems zum Fräsen an der lateralen Schädelbasis. Durch Rückkopplung der Sensordaten lässt sich ein menschähnliches Fräsen nachahmen. Mehr noch: Es besteht die Möglichkeit der automatisierten Detektion der Dura mater durch Analyse der Standardabweichung der Kräfte, da die Dura mater dämpfend auf den Fräser wirkt. Mit dem Roboter ist es möglich, ein exaktes Implantatbett im Bereich der lateralen Schädelbasis auszufräsen.
In order to discuss the kinds of reasoning a visualization supports and the conclusions that can be drawn within the analysiscontext, a theoretical framework is needed that enables a formal treatment of the reasoning process. Such a model needs toencompass three stages of the visualization pipeline: encoding, decoding and interpretation. The encoding details how dataare transformed into a visualization and what can be seen in the visualization. The decoding explains how humans constructgraphical contexts inside the depicted visualization and how they interpret them assigning meaning to displayed structuresaccording to a formal reasoning strategy. In the presented model, we adapt and combine theories for the different steps intoa unified formal framework such that the analysis process is modelled as an assignment of meaning to displayed structuresaccording to a formal reasoning strategy. Additionally, we propose the ConceptGraph, a combined graph-based representationof the finite-state transducers resulting from the three stages, that can be used to formalize and understand the reasoning process.We apply the new model to several visualization types and investigate reasoning strategies for various tasks.
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.
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.
NoSQL-Datenbanken werden als Alternative zu klassischen relationalen Datenbanksystemen eingesetzt, um die Herausforderungen zu meistern, die „Big Data“ mit sich bringt. Big Data wird über die drei V definiert: Es sind große Datenmengen („Volume“), die schnell anwachsen („Velocity“) und heterogene Strukturen haben („Variety“). NoSQL-Datenbanken besitzen zudem meist nur sehr einfache Anfragemethoden. Um auch komplexe Datenanalysen durchzuführen, kommen meist Datenverarbeitungsframeworks wie MapReduce, Spark oder Flink zum Einsatz. Diese sind jedoch schwieriger in der Benutzung als SQL oder andere Anfragesprachen.
In dieser Arbeit wird die Datentransformationssprache NotaQL vorgestellt. Die Sprache verfolgt drei Ziele. Erstens ist sie mächtig, einfach zu erlernen und ermöglicht komplexe Transformationen in wenigen Code-Zeilen. Zweitens ist die Sprache unabhängig von einem speziellen Datenbankmanagementsystem oder einem Datenmodell. Daten können von einem System in ein anderes transformiert und Datenmodelle dementsprechend ineinander überführt werden. Drittens ist es möglich, NotaQL-Skripte auf verschiedene Arten auszuführen, sei es mittels eines Datenverarbeitsungsframeworks oder über die Abbildung in eine andere Sprache. Typische Datentransformationen werden periodisch ausgeführt, um bei sich ändernden Basisdaten die Ergebnisse aktuell zu halten. Für solche Transformationen werden in dieser Arbeit verschiedene inkrementellen Ansätze miteinander verglichen, die es möglich machen, dass NotaQL-Transformationen die vorherigen Ergebnisse wiederbenutzen und Änderungen seit der letzten Berechnung darauf anwenden können. Die NotaQL-Plattform unterstützt verschiedene inkrementelle und nicht-inkrementelle Ausführungsarten und beinhaltet eine intelligente Advisor-Komponente, um Transformationen stets auf die bestmögliche Art auszuführen. Die vorgestellte Sprache ist optimiert für die gebräuchlichen NoSQL-Datenbanken, also Key-Value-Stores, Wide-Column-Stores, Dokumenten- und Graph-Datenbanken. Das mächtige und erweiterbare Datenmodell der Sprache erlaubt die Nutzung von Arrays, verschachtelten Objekten und Beziehungen zwischen Objekten. Darüber hinaus kann NotaQL aber nicht nur auf NoSQL-Datenbanken, sondern auch auf relationalen Datenbanken, Dateiformaten, Diensten und Datenströmen eingesetzt werden. Stößt ein Benutzer an das Limit, sind Kopplungen zu Programmiersprachen und existierenden Anwendungen mittels der Entwicklung benutzerdefinierter Funktionen und Engines möglich. Die Anwendungsmöglichkeiten von NotaQL sind Datentransformationen jeglicher Art, von Big-Data-Analysen und Polyglot-Persistence-Anwendungen bis hin zu Datenmigrationen und -integrationen.
Deduktionssysteme
(1999)
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.
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.
Die Beweisentwicklungsumgebung Omega-Mkrp soll Mathematiker bei einer ihrer Haupttätigkeiten, nämlich dem Beweisen mathematischer Theoreme unterstützen. Diese Unterstützung muß so komfortabel sein, daß die Beweise mit vertretbarem Aufwand formal durchgeführt werden können und daß die Korrektheit der so erzeugten Beweise durch das System sichergestellt wird. Ein solches System wird sich nur dann wirklich durchsetzen, wenn die rechnergestützte Suche nach formalen Beweisen weniger aufwendig und leichter ist, als ohne das System. Um dies zu erreichen, ergeben sich verschiedene Anforderungen an eine solche Entwicklungsumgebung, die wir im einzelnen beschreiben. Diese betreffen insbesondere die Ausdruckskraft der verwendeten Objektsprache, die Möglichkeit, abstrakt über Beweispläne zu reden, die am Menschen orientierte Präsentation der gefundenen Beweise, aber auch die effiziente Unterstützung beim Füllen von Beweislücken. Das im folgenden vorgestellte Omega-Mkrp-System ist eine Synthese der Ansätze des vollautomatischen, des interaktiven und des planbasierten Beweisens und versucht erstmalig die Ergebnisse dieser drei Forschungsrichtungen in einem System zu vereinigen. Dieser Artikel soll eine Übersicht über unsere Arbeit an diesem System geben.
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.
Editorial
(2020)
Editorial
(2020)
Editorial
(2021)
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.
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.
Diese Arbeit skizziert einen allgemeinen Ansatz zur Montage deformierbarer linearer Werkstücke (wie Kabel, Drähte, Schläuche, Blattfedern) mit Industrierobotern. Hierzu werden insbesondere die folgenden zwei Aspekte betrachtetet. Erstens die zuverlässige Ausführung der Montage unter Berücksichtigung der Werkstückdeformation und anderer Unsicherheiten, zweitens die numerische Simulation des Werkstückverhaltens. Zur robusten Ausführung der Montage wird das aus der Montage starrer Werkstücke bekannte Konzept der Manipulation-Skills auf deformierbare Werkstücke übertragen. Bei der numerischen Simulation wird insbesondere die Bestimmung der Greifertrajektorie bei gegebener Aufgabenstellung betrachtet.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB314, Projekt X9 "Lernen und Analogie in technischen Expertensystemen", wurde die Verwendbarkeit von Techniken des fallbasierten Schliessens in wissens- basierten Systemen untersucht. Als prototypische Anwendungsdomäne wurde die Arbeitsplanerstellung rotationssymmetrischer Werkstücke gewählt. Im vorliegenden Beitrag wird ein Modell der Arbeits- planerstellung unter Berücksichtigung der verschiedenen, bisher als unabhängig behandelten Planungsmethoden beschrieben. Auf der Basis einer modelbasierte Wissensakquistion aus in Unternehmen verfügbaren Arbeitsplänen wird ein Ausschnitt der Arbeitsplanerstellung, die Aufspannplanung, detailliert. Die Anwendbarkeit wurde durch eine prototypische Realisierung nachgewiesen.
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.
Selbstorganisation ist eine interessante und vielversprechende Möglichkeit, um die Komplexität verteilter Systeme beherrschbar zu machen. In diesem Beitrag schlagen wir ein leistungsfähiges Rechnersystem auf Basis von rekonfigurierbarer Hardware vor, welches aufgrund seiner Flexibilität in vielen Bereichen eingesetzt werden kann. Es wird die geplante Systemarchitektur und Systemsoftware beschrieben und ein intelligentes, verteiltes Kamerasystem vorgestellt, welches wir als Anwendung mit dem vorgeschlagenen System realisieren wollen, um Selbstorganisation in verteilten Systemen näher zu untersuchen.
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.
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.
Hadoop ist ein beliebtes Framework für verteilte Berechnungen über große
Datenmengen (Big Data) mittels MapReduce. Hadoop zu verwenden ist einfach: Der
Entwickler definiert die Eingabedatenquelle und implementiert die beiden
Methoden Map und Reduce. Über die verteilte Berechnung und Fehlerbehandlung muss
er sich dabei keine Gedanken machen, das erledigt das Hadoop-Framework.
Allerdings kann die Analyse von Big Data sehr lange dauern und da sich die
Eingabedaten jede Sekunde ändern, ist es vielleicht nicht immer die beste
Idee, die vollständige Berechnung jedes Mal aufs Neue auf die kompletten
Eingabedaten anzuwenden. Es wäre geschickter, sich das Ergebnis der
vorherigen Berechnung zu betrachten und nur die Deltas zu analysieren, also
Daten, die seit der letzten Berechnung hinzugefügt oder gelöscht wurden. In dem Gebiet der
selbstwartbaren materialisierten Sichten in relationalen Datenbanksystemen gibt
es bereits mehrere Ansätze, die sich mit der Lösung dieses Problems
beschäftigen. Eine Strategie liest nur die Deltas und inkrementiert oder
dekrementiert die Ergebnisse der vorherigen Berechnung. Allerdings ist diese
Inkrement-Operation sehr teuer, deshalb ist es manchmal besser, das komplette
alte Ergebnis zu lesen und es mit den Deltas der Eingabedaten zu kombinieren.
In dieser Masterarbeit wird ein neues Framework namens Marimba vorgestellt,
welches sich genau um diese Probleme der inkrementellen Berechnung kümmert. Einen
Map\-Re\-duce-Job in Marimba zu schreiben ist genau so einfach wie einen Hadoop-Job.
Allerdings werden hier keine Mapper- und Reducer-Klasse implementiert, sondern
eine Translator- und Serializer-Klasse. Der Translator ähnelt dem Mapper: Er
bestimmt, wie die Eingabedaten gelesen und daraus Zwischenwerte berechnet
werden. Der Serializer erzeugt die Ausgabe des Jobs. Wie diese Ausgabe berechnet
wird, gibt der Benutzer durch Implementierung einiger Methoden an, um Werte zu
aggregieren und invertieren.
Vier MapReduce-Jobs, darunter auch das Paradebeispiel für MapReduce WordCount,
wurden im Marimba-Framework implementiert. Das Entwickeln von inkrementellen
Map-Reduce-Jobs ist mit dem Framework extrem einfach geworden. Außerdem konnte
mit Performanztests gezeigt werden, dass die inkrementelle Berechnung deutlich
schneller ist als eine vollständige Neuberechnung.
Ein weiterer unter den vier implementierten Jobs berechnet
Wortauftrittswahrscheinlichkeiten in geschriebenen Sätzen. Dies kann
beispielsweise für Spracherkennung verwendet werden. Wenn ein Wort in einer
gesprochenen SMS nicht richtig verstanden wurde, hilft der Algorithmus zu raten,
welches Wort am wahrscheinlichsten an einer bestimmten Stelle stehen könnte,
abhängig von den vorherigen Wörtern im Satz. Damit dieser Algorithmus auch
brauchbare Ergebnisse liefert, ist die Menge und die Qualität der Eingabedaten
wichtig. Durchaus brauchbare Ergebnisse wurden durch die Verarbeitung von
Millionen von Twitter-Feeds, die deutsche Twitter-Nutzer in den letzten Monaten
geschrieben haben, erreicht.
Ein maßgeschneidertes Kommunikationssystem für eine mobile Applikation mit Dienstgüteanforderungen
(2004)
In diesem Beitrag wird die Maßschneiderung eines Ad-Hoc-Kommunikationssystems zur Fernsteuerung eines Luftschiffs über WLAN vorgestellt. Dabei steht die Dienstunterstützung bei der Übertragung mehrerer Datenströme im Vordergrund. Es werden verschiedene Dienstgütemechanismen erklärt und deren Entwicklung und Integration in ein Kommunikationsprotokoll mit Hilfe eines komponentenbasierten Ansatzes genauer erläutert.
Software stellt ein komplexes Werkzeug dar, das durch seine umfassenden Möglichkeiten die moderne Gesellschaft entscheidend geprägt hat. Daraus ergibt sich eine Abhängigkeit von Funktion und Fehlfunktion der Software, die eine an den funktionalen Anforderungen orientierte Entwicklung und Qualitätssicherung der Software notwendig macht. Die vorliegende Arbeit schafft durch Formalisierung und Systematisierung der Verfahren im funktionsorientierten Test eine fundierte Basis für eine Hinwendung zu den funktionsorientierten Techniken in Softwareentwicklung und –qualitätssicherung. Hierzu wird in der Arbeit zunächst ein formales Modell für das Vorgehen im dynamischen Test beschrieben, das sich an der Begriffsbildung der Literatur und dem Verständnis der Praxis orientiert. Das Modell beruht auf wenigen zentralen Annahmen, eignet sich für formale Untersuchungen und Nachweise und ist wegen seiner sehr allgemein gehaltenen Definitionen breit anwendbar und einfach erweiterbar. Auf dieser Basis werden Vorgehen und Verfahren zum funktionsorientierten Test analysiert. Zunächst wird dazu das Vorgehen im funktionsorientierten Test im Rahmen des Modells dargestellt. Darauf aufbauend werden zentrale Verfahren des funktionsorientierten Tests analysiert, die zum Gegenstand die systematische Prüfung der Umsetzung von weitgehend informal beschriebenen Anforderungen in einem Softwareprodukt haben. Betrachtet werden Verfahren der funktionalen Partitionierung, der funktionalen Äquivalenzklassenanalyse und Grenzwertbildung, Verfahren zur Prüfung von kausalen Zusammenhängen zwischen Ursachen und Wirkungen, Verfahren zur Prüfung von graphisch spezifizierter Funktionalität in Syntaxdiagrammen, Aktivitätsdiagrammen, Sequenz- und Kollaborationsdiagrammen und Petrinetzen, Verfahren zum Test zustandsbasierter Systeme sowie Ansätze einer funktionalen Dekomposition. Die Analyse und Diskussion der bekannten Verfahren im formalisierten Rahmenwerk führt zu zahlreichen Ergebnissen und Verfahrensergänzungen. So zeigt sich, dass in den klassischen, informalen Beschreibungen häufig Unklarheiten bestehen. Diese werden hier adressiert und durch Angabe von Kriterien präzisiert, Optimierungsmöglichkeiten werden aufgezeigt. Darüber hinaus wird an der einheitlichen formalen Darstellung der in der Literatur meist separat betrachteten Verfahren deutlich, welche Vergleichbarkeit zwischen den Verfahren besteht, welche Verfahrenskombinationen sinnvoll sind und wie durch ein kombiniert funktions- und strukturorientiertes Vorgehen eine hohe Aussagekraft in der analytischen Qualitätssicherung erreicht werden kann. Bei der Formulierung der Verfahren im Rahmen des Modells wird herausgearbeitet, wo zur Verfahrensdurchführung die kreative Leistung des Testers notwendig ist und welche Anteile formalisiert und damit automatisiert unterstützt werden können. Diese Betrachtungen bilden die Grundlage für die Skizzierung einer integrierten Entwicklungsumgebung, in der ein funktionsorientiertes Vorgehen in Entwicklung und Qualitätssicherung umgesetzt wird: Hier helfen funktionsorientierte Beschreibungsformen bei der Angabe der Spezifikation, ihrer Verfeinerung und ihrer Vervollständigung, sie unterstützen die Entwicklung durch Modellbildung, sie liefern die Basis für eine funktionsorientierte Testdatenselektion mit Adäquatheitsprüfung, sie können bei geeigneter Interpretierbarkeit über den Datenbereichen zur automatisierten Testfallgenerierung genutzt werden und unterstützen als suboptimale Testorakel eine automatisierte Auswertung des dynamischen Tests. Diese Skizze zeigt die praktische Umsetzbarkeit der vorwiegend theoretischen Ergebnisse dieser Arbeit und setzt einen Impuls für ein verstärktes Aufgreifen funktionsorientierter Techniken in Wissenschaft und Praxis.
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.
In diesem Aufsatz wird die Arbeitsweise eines Werkzeuges dargestellt, mit dessen Hilfedie Analyse von Feature-Interaktionen in Intelligenten (Telefon-)Netzwerken unterstütztwird. Dieses Werkzeug basiert auf einem von uns entwickelten formalen Lösungsansatz, deraus einem geeigneten Spezifikationsstil, aus einem formalen Kriterium zur Erkennung vonFeature-Interaktionen und aus einer Methode zur Auflösung der erkannten Feature- Interaktionen besteht. Das Werkzeug führt eine statische Analyse von Estelle-Spezifikationendurch und erkennt dabei potientielle Feature-Interaktionen sowie nichtausführbare Transitionen. Darüberhinaus kann es die erkannten nichtausführbaren Transitionen zur Optimierung aus der Spezifikation entfernen. Wir erläutern zunächst kurz den zugrundeliegendenAnsatz und beschreiben danach die Anwendung auf Estelle anhand der Funktionsweisedes Werkzeuges.
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 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.
Beim funktionsorientierten Testen von Steuergeräten im automobilen Bereich ist das Expertenwissen aufgrund der hohen Komplexität der Testfälle unersetzlich. Bei Basistesttechniken wie der Grenzwertanalyse ist die Absicht eines Testfalls implizit durch die Technik gegeben. Beim Expertenwissen wird jedoch zur Zeit zu jedem erstellten Testfall zusätzlich ein Prosatext verfasst um die Testabsicht anzugeben. Diese Prosabeschreibung ist anfällig für Mehrdeutigkeiten, fällt bei jedem Testentwickler unterschiedlich aus und der inhaltliche Bezug zum Testfall ist lose. Ziel der Arbeit ist eine Spezifikationssprache für die Testfallbeschreibung zu entwerfen um die Nachteile der natürlichen Sprache zu minimieren und testablaufspezifische Sprachelemente zu definieren, so dass sie als ein Grundgerüst für einen Testfall verwendet werden kann. Dazu wird aus der Einsatzumgebung (Systemspezifikation, Testimplementierung und Testprozessthemen) Sprachelemente für die Beschreibung abgeleitet und Ansätze für die Überführung der Beschreibung in die Testimplementierung betrachtet. Das Ergebnis ist eine Testfall-Spezifikationssprache, die auf formaler Grundlage basiert und u.a. in eine graphische Sicht überführt werden kann. Ähnlich der UML wird der Mehrwert erst durch eine werkzeugunterstützte Eingabe deutlich: So sind die Testentwickler in der Lage, einheitliche, formale, wieder verwendbare, verständliche Testfälle zu definieren.
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.
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.
Ähnlich wie Data-Mining die Analyse strukturierter numerischer Daten bezeichnet, beschreibt der Begriff des Text-Mining eine Menge von Methoden zur (halb-) automatischen Auswertung großer Mengen natürlichsprachlicher Texte. Das Gebiet des Text Mining umfaßt vielfältige Methoden zur Extraktion von Informationen aus natürlichsprachlichen Texten. In diesem Gebiet bzw. in dem Forschungsgebiet der Namenserkennung und Namensklassifikation werden viele Algorithmen vorgestellt und dokumentiert. Bei diesen Namenerkennungssystemen, die Teile der sogenannten "Information-Extraction-Systems" sind, werden hauptsächlich zwei Ansätze verwendet und zwar der sogenannte "Knowledge-Engineering-Approach" und "Automatic-Training-Approach"
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Framework und einen funktionsfähigen Prototypen für eine Middleware zu entwickeln, die es ermöglicht, Berechnungen verteilt in einem Peer-to-Peer-Netz auszuführen. Dabei sollen verschiedene Arten der Berechnung unterstützt werden. Eine Art der Berechnung sind Aufträge, die massiv parallel berechnet werden können, d.h. solche, die in unabhängige Teilaufträge zerlegt werden können und ohne gegenseitige Kommunikation auskommen. Diese Aufträge können entweder so parametrisiert sein, dass jeder Teilauftrag einen anderen Satz Parameter erhält (z.B. Fraktalberechnung), oder zufallsbasiert, so dass jeder Teilauftrag mit den gleichen Ausgangswerten berechnet wird und unterschiedliche Ergebnisse resultieren. Eine andere Art der Berechnung setzt voraus, dass Knoten, die am gleichen Auftrag arbeiten, auch miteinander kooperieren und durch Nachrichten beispielsweise Teillösungen austauschen (z.B. verteilte evolutionäre Algorithmen). Alle Knoten in diesem Netz sollen gleichberechtigt sein, d.h. jedem Knoten soll es möglich sein, eigene Anwendungen und Aufgaben im Netz zu verteilen. Den verteilten Anwendungen soll zudem die Möglichkeit gegeben werden, mit anderen Knoten, die an der gleichen Aufgabe arbeiten, kommunizieren zu können. Alle benötigten Informationen zur Berechnung eines Auftrags (d.h. Parameter, ausführbarer Code der Anwendung, Anzahl der zu berechnenden Fälle) sollen den rechnenden Knoten durch Middlewarefunktionen zur Verfügung gestellt werden, ebenso soll der Rücktransport der Ergebnisse zum Initiator durch die Middleware erfolgen. Der Nutzer soll also an seinem Arbeitsplatz seine verteilte Anwendung starten können und die Ergebnisse schließlich wieder auf seinem Rechner vorfinden. Die Implementierung soll möglichst modular angelegt sein und nicht auf ein konkretes P2P-Protokoll beschränkt sein, sondern einen leichten Austausch bzw. eine nutzergesteuerte Auswahl von verschiedenen Protokollen ermöglichen. Im Rahmen dieses Prototypen soll ein epidemisches P2P-Protokoll realisiert werden.
Die am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering entwickelte MARMOT-Methode beschreibt einen Ansatz für die komponentenbasierte Entwicklung eingebetteter Systeme. Sie baut auf der ebenfalls am IESE entwickelten KobrA-Methode auf und erweitert diese um spezielle Anforderungen für eingebettete Systeme. Die Idee dahinter ist es, einzelne Komponenten zu modellieren, implementieren und zu testen um später auf vorhandene qualitätsgesicherte Komponenten zurückgreifen zu können, und zu Applikationen zu komponieren ohne diese immer wieder neu entwickeln und testen zu müssen. Im Rahmen dieser Projektarbeit sollte mit Hilfe der MARMOT-Methode ein Antikollisionssystem für ein Modellauto entwickelt werden. Nach Auswahl der hierfür geeigneten Hardware wurde zunächst ein Grundkonzept für die Sensorik entwickelt. Die vom verwendeten RADAR-Sensor gelieferten Signale müssen für die weitere Verwendung durch einen Mikrocontroller aufbereitet werden. Vor der eigentlichen Systemmodellierung musste deshalb zu diesem Zweck eine Sensorplatine entwickelt werden. Anschließend folgte die Modellierung des Antikollisionssystems in UML 2.0 und die Implementierung in C. Zum Abschluss wurde das Zusammenspiel der Hard- und Software getestet.
Entwicklung von TDMA-basierten QoS-Routing-Protokollen und Simulationskomponenten für Ad-Hoc-Netze
(2016)
Ad-Hoc-Netze sind selbstorganisierende Netze ohne zentrale Infrastruktur, die heutzutage in vielen Bereichen Verwendung finden. Sie bestehen aus drahtlosen Knoten, die zur Erfüllung ihrer Aufgaben miteinander kommunizieren. Jedoch befinden sich nicht notwendigerweise alle Knoten in Reichweite zueinander. Damit entfernte Knoten einander erreichen können, werden Routingverfahren benötigt. Die Etablierung einer beliebigen Route ist jedoch oft nicht ausreichend, denn viele Anwendungen stellen spezielle Dienstgüteanforderungen (QoS-Anforderungen) an die Verbindung, beispielsweise die Gewährleistung einer Mindestbandbreite. Um diese QoS-Anforderungen erfüllen zu können, werden sie bereits bei der Ermittlung einer Route berücksichtigt, und die benötigten Ressourcen werden entlang der Route reserviert. Dazu dienen QoS-Routing- und Reservierungsprotokolle.
In dieser Arbeit wird zunächst der Aspekt der deterministischen Reservierung von Bandbreite in Form von konkreten Zeitslots einer TDMA-basierten MAC-Schicht betrachtet. Da sich die Übertragungen verschiedener Knoten in drahtlosen Netzen gegenseitig stören können, wurde ein Interferenzmodell entwickelt. Dieses identifiziert Bedingungen, unter denen Zeitslots innerhalb eines Netzes für mehr als eine Übertragung verwendet werden können. Zudem definiert es durch Aggregation der Informationen anderer Knoten Möglichkeiten zur Ermittlung der benötigten Informationen, um zu entscheiden, welche Zeitslots für eine störungsfreie Übertragung verwendet werden können.
Weiterhin werden existierende QoS-Routing- und Reservierungsprotokolle auf inhärente Probleme untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Protokollen liegt, die deterministische Reservierungen von Zeitslots vornehmen. In diese Kategorie fällt auch das im Rahmen der Arbeit entwickelte Protokoll RBBQR, dessen Hauptziel darin besteht, die identifizierten Probleme zu eliminieren. Ferner wird das ebenfalls zu dieser Kategorie gehörende Protokoll QMRP beschrieben, welches zentralisiert Multicast-Routen inklusive der zugehörigen Reservierungen in teilstationären Netzen ermittelt.
Ein weiterer Bestandteil der Arbeit behandelt die Entwicklung von Simulationskomponenten, welche beispielsweise zur Evaluation von QoS-Routing- und Reservierungsprotokollen genutzt werden können. Das existierende Simulationsframework FERAL wurde um eine Komponente erweitert, die die Verwendung von Kommunikationstechnologien des Netzwerksimulators ns-3 ermöglicht. Weiterhin wurde ein Modul zur Simulation eines CC2420-Transceivers entwickelt, welches in eigenständigen ns-3-Simulationen und in Simulationen mit FERAL verwendet werden kann.
Entwurf einer formalen Semantik für Estelle unter Verwendung von TLA mit Prädikatentransformatoren
(1999)
Die formale Beschreibungstechnik Estelle wird in einem internationalen Standarddefiniert. Ein Hauptnutzen einer formalen Semantik für eine Beschreibungs-sprache besteht darin, daß sie die formale Verifikation von Systembeschreibungenermöglicht. Leider ist die im Standard enthaltene Semantikdefinition für Estellenicht formal (und verständlich) genug, um formale Verifikation zu ermöglichen.Daher wird in dieser Arbeit ein Ansatz entwickelt, um die Semantik von Estellevollständig formal und in einer für die Verifikation geeigneten Weise zu definieren. Für diesen Ansatz werden ausführliche Untersuchungen angestellt, insbesondere über die Methoden der Verifikation, die unterstützt werden müssen, und über eine geeignete Darstellung der sogenannten " Transitionen" von Estelle. Um die hieraus resultierenden Forderungen zu erfüllen, wird ein neuer Formalismus entworfen, in dem Lamports temporale Logik der Aktionen und Dijkstras Prädikaten-transformatoren vereinigt werden. Anschließend wird die Definition der gesamten Semantikvon Estelle skizziert und die Definition des " Kerns von Estelle", des sogenannten Ausführungsmodells, in diesem Formalismus vollständig ausgeführt. Es zeigtsich, daß der neue Ansatz die formale Verifikation von Estelle Spezifikationen beimechanischer Unterstützung nun möglich erscheinen läßt. Eine Ausarbeitung derDetails des zum Formalismus gehörigen Schlußsystems und der skizzierten Gesamt-Semantik verbleibt allerdings zukünftigen Arbeiten.
Diese Projektarbeit beschreibt die Anforderungen, den Aufbau und die Implementierung der Anfrageverarbeitung (Query-Engine). Im diesem Kapitel werden die Zielsetzungen des Meta-Akad Projekts und die Realisierungsmöglichkeiten mit dem Java 2 Enterprise Edition Framework erörtert. Ferner wird die Einordnung der Anfrageverarbeitung in das Gesamtsystem gezeigt. Das zweite Kapitel erläutert grob Anforderungen sowie Ablauf der Anfrageverarbeitung und stellt das Implementierungskonzept dar. In den Nachfolgenden Kapitel wird dann näher auf die einzelnen Phasen der Verarbeitung und die auftretenden Probleme eingegangen. Am Ende werden im Kapitel Ausblick Möglichkeiten für Erweiterungen und Verbesserungen der Anfrageverarbeitung des Meta-Akad Suchdienstes dargelegt.
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.
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.
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.
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.
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)
Das Handlungsreisendenproblem ist eines der bekanntesten NP-vollständigen kombinatorischen Optimierungsprobleme. Algorithmen mit unterschiedlichen Konzepten und Strategien wurden entwickelt, die sich in Lösungsqualität und Laufzeit unterscheiden. Ein vergleichsweise neuer Ansatz stellt jedoch das Kombinieren vorhandener Lösungen dar. Hier werden die Kantenmengen gegebener Handlungsreisendertouren als Ausgangsbasis für weitere Optimierungen verwendet. Erste Veröffentlichungen zu diesem Gebiet stellen bereits vielversprechende Ergebnisse vor, die nachfolgend vertieft evaluiert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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 den letzten Jahren wurden Methoden des fallbasierten Schliessens häufig in Bereichen verwendet, in denen traditionell symbolische Verfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Klassifikation. Damit stellt sich zwangsläufig die Frage nach den Unterschieden bzw. der Mächtigkeit dieser Lernverfahren. Jantke [Jantke, 1992] hat bereits Gemeinsamkeiten von Induktiver Inferenz und fallbasierter Klassifikation untersucht. In dieser Arbeit wollen wir einige Zusammenhänge zwischen der Fallbasis, dem Ähnlichkeitsmass und dem zu erlernenden Begriff verdeutlichen. Zu diesem Zweck wird ein einfacher symbolischer Lernalgorithmus (der Versionenraum nach [Mitchell, 1982]) in eine äquivalente, fallbasiert arbeitende Variante transformiert. Die vorgestellten Ergebnisse bestätigen die Äquivalenz von symbolischen und fallbasierten Ansätzen und zeigen die starke Abhängigkeit zwischen dem im System verwendeten Mass und dem zu lernenden Begriff.
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.
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.
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.
Im Bereich der Automobilelektronik ist eine Zunahme an Fahrerassistenzsystemen zu bemerken, die den Fahrer neben einer warnenden Funktion durch autonomes aktives Eingreifen in seiner Fahraufgabe unterstützen. Dadurch entsteht eine hohe Anforderung an die funktionale Sicherheit dieser Systeme, um ein einwandfreies Verhalten in allen Fahrsituationen zu garantieren und sicherheitskritische Situationen zu vermeiden oder zu entschärfen. Die funktionale Sicherheit derartiger Fahrerassistenzsysteme muss u. a. durch adäquate Testmethoden und einen effizienten Umgang damit innerhalb der etablierten industriellen Entwicklungsprozesse erhöht und sichergestellt werden.
Diese Arbeit bietet einen Überblick über existierende wissenschaftliche wie industrielle Ansätze zum Testen von Automobilelektronik sowie über aktive Fahrerassistenzsysteme. Der Schwerpunkt wird dabei auf diejenigen Systeme gelegt, die Informationen über ihre Umgebung aus Kamerasensoren gewinnen. Aus der Herausforderung, die funktionale Absicherung derart sicherheitskritischer Systeme zu gewährleisten, werden spezifische Anforderungen abgeleitet. Aus dem „Delta“ zwischen Anforderungen und Stand der Technik ergibt sich ein Handlungsbedarf, um neue Methoden und für deren Anwendung nötige Vorgehensweisen und Werkzeuge zu erforschen bzw. bestehende zu erweitern.
Die Methode des „Visual Loop Tests“ wird dafür vorgestellt. Sie kann durch die Anwendung sog. Grafik-Engines als neuer Bestandteil der Test-Technologien zur Absicherung eingesetzt werden. Dabei werden fotorealistische Grafiken zur Stimulation der Assistenzsysteme erzeugt. Die für die effiziente Anwendung dieser Technologien benötigten neuen Vorgehensweisen zur Beschreibung und Erzeugung von Testfällen in einem visuell repräsentierbaren Format werden erarbeitet.
Dadurch können moderne Assistenzfunktionen gleichzeitig effizienter, zuverlässiger, sicherer und kostengünstiger entwickelt werden und die Sicherheit auf den Straßen wird erhöht. Die erste empirische Bewertung im Rahmen der prototypischen Umsetzung bestärkt diese Einschätzung.
Das Projekt META-AKAD beschäftigt sich mit dem automatisierten Sammeln und bibliothekarischen Erschließen von Lehr- und Lernmaterialien. Es ist unterteilt in drei zentrale Säulen (Anfrageverarbeitung, Ergebnisverarbeitung und XML-Dokument-Management). Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem XML-Dokument-Management. Es stellt eine generische Schnittstelle bereit, um neue XML-Dokumente in das System einzufügen und bestehende Daten zu aktualisieren oder zu löschen. Hierbei wurden Konzepte entwickelt und umgesetzt, um vom verwendeten Datenbank- und Metadatenschema abstrahieren zu können.
Der ständig zunehmende Einsatz verteilter DV-Systeme führt zu einem stark steigendenBedarf an verteilten Anwendungen. Deren Entwicklung in den verschiedensten Anwen-dungsfeldern wie Fabrik- und Büroautomatisierung ist für die Anwender bislang kaum zuhandhaben. Neue Konzepte des Software Engineering sind daher notwendig, und zwar inden drei Bereichen 'Sprachen', 'Werkzeuge' und 'Umgebungen'. Objekt-orientierte Me-thoden und graphische Unterstützung haben sich bei unseren Arbeiten als besonders taug-lich herausgestellt, um in allen drei Bereichen deutliche Fortschritte zu erzielen. Entspre-chend wurde ein universeller objektorientierter graphischer Editor, ODE, als einesunserer zentralen Basis-Werkzeuge ('tool building tool') entwickelt. ODE basiert aufdem objekt-orientierten Paradigma sowie einer leicht handhabbaren funktionalen Sprachefür Erweiterungen; außerdem erlaubt ODE die einfache Integration mit anderen Werk-zeugen und imperativ programmierten Funktionen. ODE entstand als Teil von DOCASE,einer Software-Produktionsumgebung für verteilte Anwendungen. Grundzüge von DO-CASE werden vorgestellt, Anforderungen an ODE abgeleitet. Dann wird ODE detaillier-ter beschrieben. Es folgt eine exemplarische Beschreibung einer Erweiterung von ODE,nämlich der für die DOCASE-Entwurfssprache.
Handhabung deformierbarer linearer Objekte: Programmierung mit verschiedenen Manipulation-Skills
(2002)
Diese Arbeit beschreibt verschiedene Bewegungsprimitive zur Lösung einiger häufig auftre-tender Probleme bei der Handhabung von deformierbaren linearen Objekten. Anhand der beispielhaften Montage einer Feder wird die Nützlichkeit der verschiedenen Manipulation-Skills im einzelnen, aber auch deren Kombination dargestellt.
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.
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.
Die Computerisierung der Gesellschaft bedingt ein ständiges Zunehmen der Geschwindigkeit, mit der neue Daten erzeugt werden. Parallel zu dieser Entwicklung steigt der Bedarf an geeigneten Analyseverfahren, die in diesen großen und oftmals heterogenen Datenmengen Muster finden, Zusammenhänge entdecken und damit Wissen erzeugen. Das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren findet die passende Struktur in einer ungeordneten, abstrakten Datenmenge, ordnet die zugrunde liegenden Informationen und bündelt diese somit für eine gezielte Anwendung. Dieser Prozess des Information Clustering ist zweistufig, es erfolgt zuerst ein generelles Clustering, an das sich eine interpretierende Visualisierung anschliesst. Für das Clustering wird das Verfahren der Voronoidiagramme erweitert. Durch den Einsatz einer generellen Distanzfunktion wird die Modellierung der durch die großen Datenmengen entstehenden multidimensionalen Parameter sowie weiterer Gewichte ermöglicht. Eine anschließende Visualisierung aus dem Bereich der Informationsvisualisierung unterstützt die Interpretation der neu gewonnenen Informationen. Für die praktische Anwendung wird die Stadtplanung betrachtet. In der Stadtplanung wird das Modell des Planungsablaufes eingesetzt, mit dem verschiedene Planungsalternativen erzeugt werden. Dieses Modell ist jedoch zu starr, um den dynamischen Anforderungen in der Realität gerecht zu werden. Das Information Clustering erweitert den klassischen Planungsablauf, die Flexibilität des Modells wird dadurch erhöht und die Komplexität reduziert. Das Ergebnis der Berechnung ist genau eine Planungsalternative, die sämtliche Eingabeparameter kanalisiert.
Das Projekt Meta-Akad hat das Ziel, Lernenden und Lehrenden den möglichst einfachen, umfassenden und schnellen Zugriff auf Lehrmaterial zu ermöglichen. Dabei werden verschiedene, über die Aspekte einer reinen Internet- Suchmaschine hinausgehende Aspekte berücksichtigt: Neben dem Aufbau einer umfangreichen und repräsentativen Sammlung von Lerndokumenten sollen diese mittels bibliothekarischer Methoden erschlossen und mit umfangreichen Metadaten, wie beispielsweise einer inhaltlichen Einordnung, versehen werden. Um dem Problem der fraglichen Qualität von Dokumenten aus dem Internet gerecht zu werden, bietet Meta-Akad die Möglichkeit diese durch Beguchtachtungsverfahren sicherzustellen. Aufgrund dieses Mehrwerts versteht sich das Projekt als virtuelle, über das Internet erreichbare Bibliothek. Der Zugriff auf die erfassten Dokumente ist durch eine Web-basierte Schnittstelle realisiert: Diese soll sowohl die Möglichkeit einer Suche durch Angabe von Schlüsselwörtern, als auch das Blättern in der Dokumentsammlung erlauben. Eine Suche nach Schlüsselwörtern soll neben den Meta-Daten auch den gesamten textuellen Inhalt der Dokumente betreffen. Die Integration der Volltextsuche in den bereits vorhandenen Meta-Daten Suchvorgang ist das Kernthema dieser Projektarbeit.
Die Mehrzahl aller CBR-Systeme in der Diagnostik verwendet für das Fallretrieval ein numerisches Ähnlichkeitsmass. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, bei dem durch die Einführung eines an den Komponenten des zu diagnostizierenden technischen Systems orientierten Ähnlichkeitsbegriffs nicht nur das Retrieval wesentlich verbessert werden kann, sondern sich auch die Möglichkeit zu einer echten Fall- und Lösungstransformation bietet. Dies führt wiederum zu einer erheblichen Verkleinerung der Fallbasis. Die Ver- wendung dieses Ähnlichkeitsbegriffes setzt die Integration von zusätzlichem Wissen voraus, das aus einem qualitativem Modell der Domäne (im Sinne der modellbasierten Diagnostik) gewonnen wird.
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.
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.
Komprimierungsverfahren
(1999)
Bedingt durch das Wachstum von Informationsnachfrage und -angebot werden effizientere Wege zur Repräsentation von Informationen aller Art benötigt. Dies kann sowohl durch Assimilation und Optimierung der gewählten Datenstruktur und ihrer Repräsentation als auch (additiv) durch Komprimierung derselbigen erreicht werden. Diese Ausarbeitung soll in pragmatischer Art und Weise in das Themengebiet der Komprimierung einführen. Vorgestellt werden insgesamt 3 Stellvertreter aus unterschiedlichen Bereichen : Komprimierung von Texten mittels Huffman-Code, Komprimierung von Bitlisten mittels Laufkomprimierung (RLE-Komprimierung), Komprimierung von - auf dem RGB-Farbmodell basierenden - Grafiken mittels eines eigenen Verfahrens. Während die ersten beiden Verfahren Vertreter verlustfreier Komprimierung sind, ist das Dritte ein Vertreter der verlustbehafteten Komprimierung. Die vorgestellten Verfahren werden zur Arrondierung an konkreten Beispielen eingeübt und schließlich sogar in der Programmiersprache Pascal implementiert. Die konkrete Realisation in einer gegebenen Programmiersprache birgt kanonischerweise die Gefahr, den Blick für das Wesentliche zu verlieren. Deshalb wurde bei der Erstellung dieser Ausarbeitung (im speziellen der Programmieraufgaben) akribisch auf Abstrahierung unnötiger Details geachtet.