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Ganzheitliche Modelle zur
Repräsentation aktiven
Wissens
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| D. Roller |
Das Projekt "Ganzheitliche Modelle zur Repräsentation aktiven Wissens" wird im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 374 "Rapid Prototyping" am Institut für Rechnergestützte Ingenieursysteme durchgeführt. Das Ziel des Sonderforschungsbereich 374 ist es Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß das in Unternehmen vorhandene Wissen besser genutzt und schneller in Produkte umgesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird im Teilprojekt C1 eine Wissensbasis entwickelt, in der alle den Rapid Prototyping-Prozeß betreffenden Informationen wiederverwendbar abgelegt werden und auf die alle Mitarbeiter des Produktentwicklungsprozesses zugreifen können. Diese Wissensbasis stellt im Rahmen des Sonderforschungsbereichs die datentechnische Grundlage für eine integrierte Software-Architektur für Rapid Product Development (RPD) - Prozesse dar.
Im Rahmen des Teilprojekts C1 wird ein Wissensrepräsentationssystem in Form eines Aktiven Semantischen Netzes (ASN) zur Abbildung des im RPD-Prozeß benötigten Wissens, beispielsweise aus Konstruktion, Qualitätswissen, Kostenmanagement, Planung und des Rapid Prototyping-Labors, entwickelt. Das ASN bildet hierzu eine Wissensbasis, in der alle für den Entwicklungsprozeß relevante Informationen abgelegt werden können und das in bestimmten Situationen selbständig Aktionen durchführt. Die inkrementelle Verfeinerung und Ergänzung des abgebildeten Wissens entspricht dabei dem Fortschritt des Entwicklungsprozesses. Für die Kooperation verschiedener Entwickler stellt das ASN eine gemeinsame Arbeitsfläche zur Verfügung auf die in kooperativer Weise zugegriffen werden kann. Bei der Umsetzung des ASN werden unter anderem Ansätze aus der Künstlichen Intelligenz und moderner (u.a. aktiver und objektorientierter) Datenbanksysteme verwendet und weiterentwickelt.
Das ASN wird durch eine Struktur realisiert, in der Objekte netzartig verbunden sind und damit die semantischen Zusammenhänge zwischen Objekten repräsentieren. Der aktive Teil dieses Netzes beinhaltet dabei die Möglichkeit, daß Änderungen an einer beliebigen Stelle des Semantischen Netzes selbständig Änderungen an anderen Stellen bewirken und auch Aktionen (z.B. automatische Benachrichtigungen von Benutzern oder Änderungen an der graphischen Oberfläche) auslösen können. Durch die automatische Propagierung von Änderungen durch das gesamte Netz können beispielsweise Ursache-Wirkungs-Ketten, kausale Abhängigkeiten oder komplexe Konsistenzbedingungen repräsentiert werden.
Die folgende Abbildung zeigt die Architektur der im Rahmen des Projektes realisierten Wissensbasis. Für den Entwicklungsprozeß relevante Daten werden in objektorientierten Datenbanksystemen gespeichert. Über eine datenbankunabhängige Programmierschnittstelle können Applikationen lesend und schreibend auf das ASN zugreifen, wobei der Zugriff auf große Teile der Wissensbasis auch über standardisierte objektorientierte Anfragesprachen möglich ist. Um eine verteilte Datenhaltung und einen verteilten Datenzugriff zu ermöglichen, wird eine Implementierung des CORBA-Standards verwendet. CORBA (Common Object Request Broker Architecture) ist ein von der OMG (Object Management Group) definierter Standard für verteilte, objektorientierte Anwendungen. Durch die Systemarchitektur des ASN ist sowohl der verteilte Zugriff auf gemeinsame Entwicklungsdaten möglich, als auch die verteilte Speicherung dieser Daten in verschiedenen Datenbanksystemen. |
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Verteilte Architektur des Aktiven Semantischen Netz |
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Der moderne Produktentwicklungsprozeß ist nicht nur durch die Arbeit einzelner Entwickler, sondern zunehmend auch durch die Kooperation sämtlicher Mitarbeitern eines Unternehmens geprägt. Zur wirkungsvolleren Gestaltung des Entwicklungsprozesses muß daher auch teamorientiertes Arbeiten unterstützt werden. Durch die Integration von CSCW (Computer Supported Cooperative Work) - Werkzeugen wird nicht nur das Abfragen bereits existierender Informationen aus der Wissensbasis gestattet, sondern auch das gemeinsame interdisziplinäre Arbeiten mehrerer Personen auf einer gemeinsamen Datenbasis. Konventionelle Transaktionsmodelle sind leider nicht geeignet, den speziellen Anforderungen von Datenbanktransaktionen im Bereich von CAD-Anwendungen zu unterstützen (sogenannte "CAD Transaktionen"). Aus diesem Grund wurde ein kooperatives Transaktionskonzept entwickelt, das die gemeinsame Nutzung und Weiterentwicklung von Produktdaten durch mehrere verteilte Entwicklung und Entwicklungsteams ermöglicht. Durch die Verwendung von Transaktionsgruppen und eines Checkout/Checkin-Ansatzes mit Rücksetzpunkten wurde ein neues Transaktionsmodell entwickelt, das kooperatives Arbeiten auf einer oder mehreren Objektkopien ermöglicht. Aktive Benachrichtigungsmechanismen und eine interaktive Konfliktauflösung unterstützen dabei die Kooperation von Entwickler. Das zugrundeliegende Transaktionsmodell wird durch eine formale Semantik definiert.
Durch einen regelbasierten Ansatz können im ASN komplexe, funktionale Abhängigkeiten modelliert werden. Zu diesem Zweck werden Constraints als Objekte in der Datenbank gespeichert, wobei ECA-Regeln die Einhaltung dieser Konsistenzbedingungen gewährleisten. Der Aktionsteil solcher Regeln kann sowohl automatische Schlußfolgerungen in der Wissensbasis als auch Benutzerbenachrichtigungen beinhalten. Die Modellierung von Constraints zwischen Bauteilen verschiedener Entwickler führt hierbei dazu, daß Konstrukteure automatisch darüber informiert werden, wenn parallele Entwicklungen Auswirkungen auf ihre Arbeit haben. Ebenso kann durch ein Constraint ein Entwickler informiert werden, wenn seine Entwicklungstätigkeiten bestimmte Bedingungen verletzen. Ansätze aktiver Datenbanken werden dabei zur Realisierung dieser Komponente verwendet. Durch sogenannte ECA (Event-Condition-Action) - Regeln können Benutzer Regeln in ein Modell einfügen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt automatisch Modelländerungen oder sonstige Aktionen durchführen, wobei innerhalb des Ausführungsteils einer Regel beliebig komplexe Berechnungen und Algorithmen formuliert werden können. Zusätzlich zu ECA-Regeln wurde mit dem Konzept des Slotdämons eine weitere Schlußfolgerungskomponente entwickelt. Slotdämonen gestatten das Abspeichern von Berechnungsvorschriften und Konsistenzbedingungen als einfach Attributwerte. Diese werden zum Abfragezeitpunkt ausgewertet und die entsprechenden Aktionen durchgeführt. Slotdämonen ergänzen ECA-Regeln, die Schlußfolgerungen vorwärtsverkettet durchführen, durch rückwärtsverkettete Inferenzstrukturen.Mit dem Ziel die Wiederverwendbarkeit von Produktdaten zu erhöhen, die Fehleranfälligkeit in der Konstruktion zu reduzieren und den gesamten Entwicklungsprozeß effizienter zu gestaltet, werden für das ASN verschiedene Mechanismen entwickelt, die Semantik von Produktdaten zu repräsentieren. Ein Anwendungsbereich beinhaltet in diesem Kontext beispielsweise die Verarbeitung von Maßeinheiten. Da in ingenieurstechnischen Datenmodellen numerische Werte meist keine dimensionslose Zahlen darstellen, sondern mit Maßeinheiten verbunden sind, werden im ASN numerische Werte zu semantischen Einheiten erweitert. Durch verschiedene Regelarten können auch beliebig komplexe Maßeinheiten (z.B. kg*m/s2) repräsentiert und in Multiplikationen und Divisionen automatisch umgerechnet, gekürzt und in eine gewünschte Maßeinheit umgewandelt werden. Die automatische Umrechnung zwischen verschiedenen Maßeinheiten wird unter Verwendung des Konzepts der Slotdämonen realisiert. |
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