.pn26
    3.   Konzept eines Expertensystems fuer die technische 
         Produktionsvorbereitung

    Die  unter diesem Punkt niedergelegten Ausfuehrungen sind das 
    Ergebnis  einer Diplomarbeit /60/,  die unter  Betreuung  des 
    Verfassers  entstand.  Bei den Darlegungen handelt es sich  - 
    bis auf im Sinne der Thematik praezisierende Aenderungen - um 
    zitierende   Uebernahmen,   die  durchgaengig  nicht   eigens 
    kenntlich gemacht wurden.


    3.1. Entwicklungstechnologie

    In  Bezug auf die Realisierung des Prototypes des Expertensy-
    stems  (ES) wird die allgemeingueltige  Softwareentwicklungs
    technologie  als die Wissenschaft von den Gesetzmaeszigkeiten 
    produktionstechnischer  Vorgaenge im Prozesz der  Herstellung 
    von  Software angewendet.  Danach werden die  auszufuehrenden 
    Taetigkeiten  in  ihrer Reihenfolge wie  folgt  untergliedert 
    /96/ :
      - Analysieren      - Spezifizieren     - Entwerfen
      - Implementieren   - Testen und Verifizieren
      - Dokumentieren    - Verwalten         - Recherchieren
      - Messen und Bewerten.

    Wie  ebenfalls in  /96/  hingewiesen wird,  entspricht  diese 
    Folge und  deren  Inhalt im wesentlichen der Nomenklatur  der 
    Arbeitsstufen E1 bis E6 /121/.
     Die drei ersten Anstriche sind besonders zu beachten. Um dem 
    groszen und sehr umfangreichen  Softwareprodukt - Expertensy
    stem - Rechnung zu tragen, ist auf die Qualitaet der Analyse, 
    Spezifizierung  und vor allem des Entwurfs besonders zu  ach
    ten.  Ein  in  diesem Bereich unentdeckt  gebliebener  Fehler 
    fuehrt zu aufwendigen Korrekturen und Anpassungsschwierigkei-
    ten in spaeter angesiedelten Entwicklungsstufen.
     Als wesentlich fuer den Entwurf werden folgende Problemkrei-
    se  angesehen,  die  innerhalb der vorgenannten  Taetigkeiten 
    realisiert werden sollten :
              - Gesamtsystem nach dem Bausteinprinzip
              - Systemmodell - allgemein
              - Dialograhmenprogramm
              - Ein- und Ausgabeanforderungen der Bausteine
              - Datenstruktur in der Wissensbasis
              - Schnittstellen zu CAD/CAM
              - Wissenserwerbsmodell.
    Als  Entwurfsstrategie  kommt die Top-down-Strategie zur  An
    wendung,  da  die  Anforderungen der Systemnutzer  ueber  die 
    Programmiersprache auf den Rechner uebertragen werden  sollen 
    ( d.h. Outside-in Prinzip )  und nicht von den Moeglichkeiten 
    der  Rechenanlage  ausgehend  Anwendungsfunktionen  aufgebaut 
    werden.
     Das  Prinzip der schrittweisen Verfeinerung wird sowohl  bei 
    der  Realisierung  des  Entwurfes als auch  beim  Aufbau  der 
    Wissensbasis angewendet. Innerhalb der  Wissensbasis betrifft 
    das das fakten- und regelorientierte Wissen. Die Fakten  sind 
    gemaesz ihrer Zusammengehoerigkeit aufgefaechert  und  lassen 
    so  die  hierarchische Suche zu.  Bei den Regeln ergeben sich 
    ebenfalls  Gliederungen in einander aufrufende und  vernetzte  
    Ebenen entsprechend der gewaehlten Loesungstiefe. Der Entwurf 
    wird gleichermaszen vom Groben zum Feinen durchgefuehrt,  da-
    bei  aber  der Aspekt der Modularisierung von Anfang  an  be
    ruecksichtigt.
     Als Methode wird die datentyp- und funktionsorientierte Ent-
    wurfsmethode /96/ vorgeschlagen, da diese die hier auftreten-
    den   Datenmanipulationen und Funktionsverknuepfungen am  be
    sten  unterstuetzt  und auf den bereits  genannten  Konzepten 
    aufbaut. 
     Da  sich aus informationstheoretischer Sicht die Technologie
    analog  zur  Konstruktion in die Bereiche  Informationsgewin
    nung, Informationsverarbeitung und Informationsausgabe unter
    teilen laeszt /3/,  wurde, auch aus der Kenntnis der Vielfalt 
    und  der Komplexitaet der Problematik heraus, bei der Auswahl 
    der  naeher  betrachteten  Informationsbestaende  eine   Ein
    schraenkung  auf  die  technologische  Fertigungsvorbereitung  
    vorgenommen,  was  aber die Allgemeingueltigkeit der  Loesung 
    nicht beeintraechtigen soll.




    3.2. Modellierung der Problemloesung

    Um  zu einem allgemeinen  Systemmodell zu gelangen, wird  der 
    Vorgang,  den  das ES in seiner realisierten Form  abarbeiten 
    soll beschrieben :

         1. Ausgangspunkt ist der Technologe mit seinem Tae-
            tigkeitsgebieten,  der als Hauptnutzer in  Frage 
            kommt.

         2. Es  tritt ein  Informationsbeduerfnis  bei einem 
            Problem  auf,  das der Technologe aus seiner Er-   
            fahrung  heraus und mit  vorhandenen  Programmen 
            nicht loesen kann. 

         3. Der Technologe nimmt sich Unterlagen (z.B. Kata-
            loge,  Richtwertsammlungen  o.ae.) mit  entspre-
            chendem Fachwissen zu Hilfe.

         4. Der Technologe besitzt zum aufgetretenen Problem 
            ein "Anfangswissen".
               
         5. Er wird sich ueber die notwendige  Loesungstiefe 
            (Aufloesung, Qualitaet der Antwort) bewuszt.

         6. Der  Technologe  greift auf das in den  entspre
            chenden  Unterlagen gespeicherte Fachwissen  zu
            rueck und verbindet dieses mit den problemspezi
            fischen Parametern.

         7. Er findet auf der gegebenen Grundlage eine Teil-
            loesung oder Loesung des Problemes (je nach Loe-
            sungstiefe).

         8. Der Technologe bereitet seine Loesung bzw. Teil
            loesung fuer die Anwendung auf.

         9. Der  Technologe vergleicht die aufbereitete Loe
            sung mit seinen Anforderungen und Moeglichkeiten.

         10.Er trifft  eine  Entscheidung, ob  die  Anforde-
            rungen  und Moeglichkeiten erfuellt bzw. gegeben 
            sind oder nicht .

         11.Reaktionen auf die moeglichen  Entscheidungskom
            binationen :
           a = Anforderung erfuellt   ; b = nicht erfuellt
           e = Moeglichkeiten gegeben ; f = nicht gegeben

         a+e = Das Problem ist geloest.

         a+f = Das  Problem musz unter  anderen  Bedingungen 
               noch einmal erarbeitet werden.  Dazu arbeitet  
               der  Technologe die hierarchisch gegliederten 
               Entscheidungsstufen  ab,  woraus er sich  die 
               entsprechenden Moeglichkeiten  auswaehlt.  Er 
               findet  eine Loesung und der Prozesz  wieder
               holt  sich ab Punkt 8.  Der Technologe leitet 
               die  Entscheidungsfindung erst ab  dem  Punkt 
               wieder ein, an dem die Recherchekriterien mit 
               denen der Moeglichkeiten nicht mehr ueberein
               stimmen  (Er  merkt sich das  bis  zu  dieser 
               Stelle ermittelte Wissen).

         b+e = Der  Technologe bringt fuer tiefere Loesungs
               stufen weitere problemspezifische Informatio
               nen in die Loesungsfindung ein. Die bis dahin       
               gemachten Erkenntnisse werden als richtig in-
               terpretiert. Der formale Loesungsprozesz setzt
               ab Punkt 6 wieder ein.

         b+f = Bevor weiter  in die Tiefe  gegangen   werden 
               kann, muessen erst die Moeglichkeiten gegeben 
               sein, dies ist also primaer. Demzufolge  wird 
               wie unter a+f verfahren, bis die  Kombination 
               b+e erreicht wird, die die weitere Abarbeitung 
               ermoeglicht.

    Diese  verbale  Beschreibung zeigt schon in groben  Umrissen, 
    wie das Expertensystem  einmal arbeiten soll. Eine graphische 
    Darstellung  dieser Modellierung ist in der Abbildung  3.2.1. 
    in Anlehnung an /76/ zu sehen :
.pa
          ___________ 
         |Startwissen|
          ~~~~|~~~~~~               ________________
              v                    |  Erkennen der  |
         |~~~~~~~~~~~|------------>|Aufgabenstellung|
         | Experten- |              ~~~~~~~|~~~~~~~~
         | wissen    |              _______v________
         |           |------------>|Auffinden eines |
         |           |             | Loesungsweges  |<-,
         |           |              ~~~~~~~|~~~~~~~~   |geringer
         |           |              _______v________   |Erfolg
         |           |------------>|Ergebnis vollst.|--'
         |           |             |  und korrekt   |
         |           |              ~~~~~~~|~~~~~~~~
         |           |              _______v________
         |           |------------>| vollstaendige  |
         |           |             |     Antwort    |
          ~~~~~^~~~~~               ~~~~|~~~~~~|~~~~
               |________________________|      |
                  Erfolgsrueckkopplung         v
                                            Antwort

    Bild 3.2.1. : Arbeitsweise eines Expertensystems /76/

    Die mathematische  Funktion,  die die Informationssuche  dar
    stellt,  ist   y  = f(x)  mit  x  als Suchfrage und   y   als 
    technologische  Information  zu der  gestellten  Frage.   Die 
    Recherche  wird durch das System in hierarchisch  aufgebauten 
    Stufen  durchgefuehrt (Prinzip  der Selektion vom Groben  zum 
    Feinen unter Verwendung von Menuetechnik).
     Im  Folgenden wird der Versuch vorgestellt,  eine mathemati
    sche  Modellierung der Problemloesung sowohl  deduktiv  (also 
    vom  Allgemeinen zum Besonderen/Speziellen) als auch induktiv 
    aufzubauen.
     Zuvor  sollen die verwendeten mathematischen Groeszen  defi
    niert werden :

    X ...... Menge der Suchkriterien und Anforderungen
    Y ...... Menge der Ergebnisse bzw. ausgewaehlten Parameter
    P ...... das Problem als "Ausgangspunkt"
    L ...... die technologische Information als Loesung
             (Teilmenge von Y)
    R ...... Menge der Regeln, die fuer eine Loesung gebildet wird
    i,j,k,v. ganzzahlige Laufvariable
    x  ..... Element aus der Menge der Suchkriterien mit dem
             Index i = 1,...,k , wobei k als natuerliche Zahl end-
             lich grosz ist
    y  ..... Element aus der Menge der gefundenen Ergebnisse 
             mit dem Index i = 1,...,k 
    x  ..... spezielles Element aus der Menge der Suchkrite-
             rien, welches direkt vom Nutzer bezogen wird
    r  ..... Element der Menge R , das eine elementare Regel
             darstellt, mit j=1,...,k
.pa
    Geht  man vom allgemeinen Begriff der Loesung als einer Menge 
    von zusammengetragenen Einzelloesungen aus, so kann folgendes 
    deduktiv geschluszfolgert werden :
                            k
           L = Y  mit Y =   U {y }    |  i = 1,...,k    ( 1 )
                           i=1

    Im  System der intelligenten Informationssuche wird der  Loe
    sungsvorschlag  ebenfalls selektiv vom Groben zum Feinen  ge
    sucht,  nur erfolgt die Selektion nicht ueber Menue,  sondern 
    es werden die Auswahlkriterien durch die im Regelwerk gespei
    cherten "Erfahrungen" des Experten festgelegt.
     Fuer die Such- oder Auswahlkriterien existieren drei moegli
    che Entstehungsquellen :

    1. von der Nutzerinformation direkt Zuordenbare
    2. durch Schluszfolgerung aus dem Regelwerk Entstehende
    3. aus der Umwandlung von Ergebnissen bereits getaetigter 
       Suchen in neue Suchkriterien Hervorgehende.

    Mathematisch stellt sich dies folgendermaszen dar:
          
         1.  y  = f(x )                                ( 2 )

         2.  y  = f( f(R))  ; mit f(R) = x             ( 3 )

         3.  y  = f(y   )   ; mit y    = f(x   )       ( 4 )
                                     v = 1,...,k-1        


    Die Strukturen der Gleichungen ( 2 ) und ( 4 ) entsprechen der 
    indizierten  Informationssuche in der Wissensbasis.  Darunter 
    wird  die Selektion aus einem Informationsbereich  (IB)  nach 
    einem Suchkriterium verstanden, oder mathematisch ausgedrueckt :

                  IB   c  Y          | y c IB          ( 5 )

    Das Ergebnis y  entspricht dann der Menge aller Elemente  des 
    Informationsbereiches,  auf die x  zutrifft.  Gleichung ( 3 ) 
    musz nochmals untersetzt werden,  denn hier ergeben sich wei
    tere Ablaeufe durch das Regelwerk. 
    Es folgt aus ( 3 )   x  = f(R)

                                  
             R  = f(x )  mit R =  U {r }   |   =<k      ( 6 )
                                 j=1 

    ,  d.h. die einzelnen Elemente  r  des Regelwerkes, auf die x  
    angewendet  werden,  ergeben  in ihrer  logisch  verknuepften 
    Folge eine fuer die Spezifik des Problemes zutreffende Regel
    menge R,  die in ihrer Anwendung x  generiert.  Zu den  Glei
    chungen  ( 2 ) bis ( 4 ) ist noch zu erwaehnen,  dasz sie bei 
    der  Abarbeitung  frei kombinierbar sind.  In Bezug  auf  die 
    Kombinierbarkeit  ist  gleiches auf  die  elementaren  Regeln 
    zutreffend,  wobei  diese aber den Rahmen der  Themenkomplexe 
    nicht verlassen.
     Ebenso musz fuer eine Regel nicht nur ein Suchkriterium bzw. 
    eine  Anforderung gueltig sein ;  es koennen durchaus mehrere 
    Kriterien verwendet werden.
     In Zusammenfassung der  bisherigen Erkenntnisse ergibt  sich 
    die   mathematisch-funktionale  Darstellung fuer die  Loesung 
    wie folgt :

                       k
             L = Y | = U {y } | ; y  =  | f (x )
                   |  i=1     |         |
                   |          |         | f (f (R))
                   |   k      |         | 
                   | c U {y } |         | f (y   )
                   |  i=1     |         |          

               mit : x    c{x  }        | j = 1,...,k
                              j
                     y    c{y , x , x } | j < i

                         k
                     R c U {r }         | j = 1,...,k          
                        j=1                               ( 7 )

    In Gleichung   ( 7 )  wird die Auffaecherung von der Loesungs
    seite her beschrieben. Um zum Systemmodell zu kommen, ist aber 
    in umgekehrter Vorgehensweise zu verfahren. Dabei ist das Pro- 
    blem Ausgangspunkt und die Loesung als Ziel zu setzen.
     Stellt man nun das Problem als eine Menge von dazugehoerigen 
    Informationen dar (d.h. problemabhaengige Eingangsparameter), 
    -> mathematisch wie folgt :
         
               k
               U {x  } = f(P)                           ( 8 )
              j=1

    so ergibt sich aus der Umkehrung von ( 7 ) und Beruecksichti
    gung  von ( 8 ) das in Abbildung 3.2.2.  dargestellte  allge
    meine  Systemmodell.  Diese Darstellung stellt die  Grundlage 
    fuer die weiteren Betrachtungen dar.
.pa








      


        +---+
        | P |
        +---+
          |
          |x
          v
    +-----------+             +-----------+         +----------+
    |           |      x      |           |         |          | 
    | Erkennen, |------------>| Programm- |         | Wissens- |
    | Einordnen |             | aufbau    |         | basis    |
    |     P     |      +----->|           |    +--->|          |
    +-----------+      |      +-----------+    |    +----------+
          |        x   |            |       x  |     |
          |x   +-------+            |x   +-----+  y  |
          v    |                    v    |     +-----+
    +-----------+      x      +-----------+    |    +----------+
    | Regelwerk |------------>| Steuer-   |<---+    | Regi-    |
    |  =r ...r  |      y      | programm/ |    y    | strieren |
    |           |<------------| Abarbtg.  |-------->|    Y     |
    +-----------+             +-----------+         +----------+
                                                         |
                                                         |Y
                                                         v
                                                       +---+
                                                       | L |
                                                       +---+











              P' = interne Darstellung des Problemes
              Y' = ---------"--------- der Loesung
              X' = ---------"--------- der Suchkriterien   


          Bild 3.2.2. : Systemmodell, allgemein
.pa
    Das in Bild 3.2.2. aufgezeigte allgemeine Systemmodell stellt 
    den  rein funktionalen Zusammenhang auf dem Weg  zur  Loesung 
    dar.  Um dieses Modell zu einem autonomen Expertemsystem aus
    zubauen,  sind erstens ein servicefreundlicher Dialog,  zwei
    tens  ein Pflegeprogramm fuer die Wissensbasis und  schliesz
    lich drittens ein Modul zur Aenderung des Regelwerkes notwen
    dig. In /106/ werden aehnliche Aussagen betreffs des Modelles 
    getroffen.  Es werden Moeglichkeiten  dargestellt,  gefundene 
    Zustaende  ueber aufgerufene oder gebildete Kriterien zu  be-
    werten und resultierend daraus die Suchraumeinschraenkung und 
    Loesungsfindung zu beschleunigen.
     Fuer die folgenden  Ausfuehrungen wird der Begriff der  Wis
    sensbasis neu definiert.  Aufgrund der in der weiteren  Bear
    beitung  absehbaren Verschmelzung der Modulinhalte des Regel-
    werkes und der Wissensbasis wird dafuer im Weiteren nur  noch 
    einheitlich  der Begriff 'Wissensbasis' verwendet.  Diese un
    terteilt sich in regel- und faktenorientiertes Wissen.
.pa
    3.3. Funktionales Bausteinkonzept des Expertensystems





















































    Bild 3.3.1. : Gesamtsystem nach dem Bausteinprinzip
    Bei  der angedeuteten  Dialog-Systemfuehrung  handelt es sich 
    um ein groesztenteils mit Hilfe von Menuetechnik zu realisie
    rendes Rahmen- bzw. Steuerprogramm.
     Der  Nutzer  soll hier zur  Kontaktaufnahme mit dem  ES  ein 
    Rahmen- bzw.  Serviceprogramm  zur Verfuegung gestellt bekom
    men,  das es ihm erlaubt, seine Anforderungen innerhalb eines 
    bestimmten  Menues  auszudruecken.  Das Angebot wird  in  der 
    Sprachform vorliegen, die er gewohnt ist, so dasz keine sepe-
    rate Rechnersprache (bzw. Fachsprache)  erlernt werden musz.
     Ebenso werden Rueckfragen des Systems ohne  Verschluesselung 
    gestellt. Die  unterschiedlichen Nutzeranforderungen im  Hin
    blick  auf die Inanspruchnahme von Serviceleistungen sind  zu 
    beruecksichtigen.
     Auf  eine Erklaerungskomponente,  wie sie  international  in 
    Diagnostik - ES gebraeuchlich ist, wird in der ersten Ausbau-
    stufe verzichtet. Der programmtechnische Aufwand ist fuer die 
    derzeit verfuegbare Rechentechnik zu umfangreich.  Als Alter
    native  auf einer niederen Stufe ist dafuer der Baustein  zur 
    Manipulation  der Programmabarbeitung anzusehen.  Dieser wird 
    hauptsaechlich  bei Ablehnung des Loesungsvorschlags mit  der
    Kennzeichnung "Moeglichkeiten nicht gegeben"  aktiviert.  Die 
    Loesungsschritte sollen dann hierarchisch gegliedert sichtbar 
    gemacht werden;  somit hat der Nutzer die Moeglichkeit,  ent
    sprechend  der Problemstellung die Entscheidung  des  Systems 
    einzugrenzen.
     Durch die Moeglichkeit der Auflistung  der vom System durch
    laufenen Loesungsschritte ist eine Form der Erklaerung gefun
    den. Diese kann auch fuer solche Zwecke bei der "portionswei
    sen" Abarbeitung zu Rueckfragen genutzt werden.
     Der angegebene Aenderungsmodul wird in seinen Funktionen de-
    nen eines konventionellen Dateipflegeprogrammes entsprechen. 
     Die anderen Module oder Bausteine sind vom Systemmodell  ab-
    geleitet  und  in ihrer Verknuepfung im  Bild  3.3.1.  darge
    stellt.  Diese sind teilweise selbsterklaerend, so dasz keine 
    weiteren Erlaeuterungen gegeben werden.  Naehere Beschreibun
    gen bzw. Verfeinerungen ergeben sich in einer spaeteren Stufe 
    des Entwurfes (siehe auch Punkt 3.8.). 
     Als Ergaenzung zum funktionalen Bausteinkonzept des ES  sind 
    noch  die  notwendigen Datenbestaende  bzw.  Bibliotheken  zu 
    nennen.  Dazu gehoeren die Programmasken (als Kompromisz zwi
    schen  moeglichst  allgemeinen und trotzdem  fachspezifischen 
    Strukturen),  die sachgebietsbezogenen Dateien fuer die Suche 
    mittels des ES sowie die  ueberbetriebliche Datenbasis, worin
    die betrieblichen Daten markiert sind.



    3.4. Technologische Informationssuche - Anwendungsgebiete 
         fuer das Expertensystem
     
    Unter diesem Punkt soll eine Untersuchung des technologischen 
    Taetigkeitsgebietes  durchgefuehrt  werden,  die der  Aussage 
    'mit dem Expertensystem loesbar' entspricht.  Hiermit  sollen  
    also  die Grenzen des Anwendungsgebietes fuer das Expertensy
    stem gezogen werden.
    Als  Ausgangspunkt dient die Taetigkeitsanalyse in  /83/.  Es 
    folgt  die Aufschluesselung und Wertung der einzelnen Gebiete 
    in Bezug auf eine Behandlung durch das ES.

    A: Organisatorische Taetigkeit
      Fuer die Behandlung durch das ES kommen nur solche Informa
      tionen in Betracht, die in den anderen  Problemkreisen ent
      halten sind und  kurzfristig  benoetigt werden; fuer  diese 
      Taetigkeitsgruppe  werden keine speziellen Gebiete oder da-
      fuer notwendige Regeln belegt bzw. erstellt.

    B: Operative Taetigkeit
      analog A

    C: Informationsaustausch mit Mitarbeitern
      Dieses Gebiet wird  teilweise durch das ES realisiert. Alle 
      Informationen, die aus gespeichertem technologischen Wissen 
      bestehen,  muessen schnell abrufbar und alle neuen Informa-
      tionen leicht einzugliedern sein.

    D: Fertigungsbelegerstellung
      Das  Haupttaetigkeitsfeld des  Technologen  stellt auch das 
      Hauptanwendungsgebiet des  ES  dar. Hier treten die meisten 
      Probleme  auf, die zur Loesung anstehen. Weitere Unterglie-
      derung wie folgt :

      1. Analyse der Fertigungsaufgabe
       - Die Analyse der Flaechen, der Bemaszung und Qualitaet so-
         wie der Fertigungsstueckzahl ist nicht zu realisieren, da
         das  System kaum ueber solche  analytischen  Faehigkeiten
         verfuegt.
       - Die  Analyse der  Konstruktion  (komplex) und der Ferti-
         gungsbedingungen wird im  Systemrahmen  nicht naeher be-
         trachtet.

      2. Aufstellung technologischer Varianten
       - Prozeszstufenvorschlag  wird  durch das ES unterbreitet.
       - Komplexvorschlag Verfahren, Fertigungsmittel, Anfangsma-
         terial soll ueber das ES moeglich sein (keine feste  Zu-
         ordnung).

      3. Einschaetzung und Einschraenkung der Varianten
       - in Zusammenhang mit 2. Festlegung von  Optimalitaetskri-
         terien, ansonsten kein Anwendungsgebiet des ES. Optimie-
         rungsprogramme,  sofern sie  extern existieren,  koennen
         bei Bedarf eingebunden werden.

      4. Ausarbeitung verbleibender Varianten
       - Die Generierung der Arbeitsgangfolge soll nicht Bestand-
         teil des ES sein, da  hierfuer Programme  existieren. Es 
         ist aber  ein  seperater  Aufruf  aus dem  System heraus 
         prinzipiell moeglich.
       - Festlegung der Anfangsform
       - ------"------- Maschinen und Anlagen
       - ------"------- Wst. - Spanner
       - ------"------- Werkzeuge und Wz. - Spanner
       - ------"------- Pruefmittel
       - ------"------- Arbeitswerte
       - Ermittlung von Zeiten
       
      5. Technologischer Variantenvergleich
       - Berechnung von Vergleichskosten \ 
       - Ermittlung der Grenzstueckzahl   > ~~~\
       - arbeitsgestalterische Aspekte   /      |V
                               Diese Problematik ist nicht direkt
                               Bestandteil  des ES, sie  wird von 
                               externen Programmen geloest.

     6.  Ausfertigung der technologischen  Fertigungsunterlagen    
       - ist nicht Bestandteil des Expertensystemes

    Zu den positiv  bewerteten Taetigkeitsgebieten muessen in ei-
    ner spaeteren Phase  noch weitere Differenzierungen  erfolgen
    (s.a. Punkt 3.8.).
     Um  trotzdem  eine definierte Aussage betreffs  der  inhalt
    lichen  Fuellung  der Wissensbasis zu  erlangen,  folgt  eine 
    Uebersicht  der Datenbestaende,  die auf Grund der obigen In
    formationsgebiete   Inhalt  der  Wissensbasis  sein   sollen. 
    Gleichzeitig  wird versucht, die Kriterien,  nach denen  eine 
    Suche bzw. Zuordnung erfolgen kann, mit anzugeben.

         Themenkomplex |   Klassifizierung, Index nach ... 
         --------------|------------------------------------
         Prozeszstufen | Wst.-Geometrie, Genauigkeit, Stueckzahl,
                       | ...(weiteres wird noch festgelegt)
                       |
         Verfahren     | Prozeszstufen, Wst.- Geometrie, Verfueg-
                       | barkeit, Stueckzahl
                       |
         WZM, Anlagen  | Verfahren,  Bewegungsmoeglichkeiten, Di-
                       | mensionen der fertigbaren Wst.,moegliche 
                       | Genauigkeiten, rentable Stueckzahlen,Ar-
                       | beits- u. Leistungswerte
                       |
         Anfangs-      | geometrische Abmessungen, Formen, Tole-
         material      | ranzen, Wff., (Verfahren)
                       |
         Wst.-Spanner  | Verfahren, Anfangsmaterial, Formen, 
                       | geometrische Abmessungen, Toleranzen
                       |
         Werkzeuge     | Verfahren, Fertigungsmittel, geom. Abmes-
                       | sungen,  Stabilitaet,  Anschluszmasze, 
                       | Stueckzahl, Genauigkeit          
                       | 
         Wz.-Spanner   | Werkzeuge, moegliche Abmessungen, Ferti-
                       | gungsmittel
                       |
         Pruefmittel   | Verfahren, Stueckzahl, Genauigkeit
                       |
         Arbeitswerte  | Verfahren, Wz. ,Schneidstoffe, Wff.
                       |
         Schneidstoffe | Verfahren, Wz. , Standzeit, Wff.
                       |
         Grenzstueck-  | Verfahren
         zahlen        |
                       |
         Werkstoffe    | Kennwerte, Verfahren, ... (weiteres wird
                       | noch festgelegt)
                       |




    3.5. Anforderungen an die Datenstruktur

    Die  in der Wissensbasis zusammengefaszte Menge von Wissen in 
    Form  von Fakten und Relationen musz auf einheitliche Reprae
    sentationsschemata zurueckzufuehren sein. Ein fuer die Anwen
    dung  im  ES  wichtiges Kriterium ist  die  Moeglichkeit  der 
    Mehrfachindizierung  der Daten.  Die bereits unter Punkt 3.4. 
    erwaehnten Kriterien zur Auswahl muessen in den Dateien  bzw. 
    Datenstrukturen  als Index vorgesehen werden.  Eine moegliche
    Form koennte folgende sein :

         ___________________________________________________
         | Faktum | Index1 | Index2 | ... |        |       |
         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^|~~~~~~~~^|~~~~~~~
                                          frei     frei
                                          fuer Be- fuer Aus-
                                          wertung  sonderung
                                          `-------v--------'
                                  koennen waehrend der Abarbei-
                                  tung gesetzt werden !

    Die  verwendete Struktur musz ueber  themenkomplexspezifische 
    Parameter  waehrend der Abarbeitung ansprechbar,  lesbar  und 
    markierbar sein. Es soll ein seperates  Auswaehlen bezueglich 
    eines Problemes moeglich sein (Direktzugriff auf die Wissens
    basis  - nutzergefuehrt),  aber  ebenfalls  das  automatische 
    Auswaehlen  aus  dem Programm heraus  (Zugriff  - programmge
    fuehrt). 
     Einmal gespeicherte Daten entsprechen den jeweiligen Themen-
    komplexen.  Wird ein weiterer Themenkomplex in das System in-
    tegriert, so bekommt dieser in der Wissensbasis seinen 'eige-
    nen'  Bereich.  Zugriff bzw.  Verbindung zu anderen Daten er-
    folgt nur ueber Regeln.
     Die  vorgesehenen "Pruefspalten" sollen die  Rueckverfolgung 
    sowie  das mehrmalige Durchsuchen einer Datei  unterstuetzen. 
    Dabei dient die Spalte fuer das Aussonderungskennzeichen  der 
    Markierung  solcher Daten,  die mit dem  Zielproblemkreis  in  
    Verbindung  stehen;  die Spalte fuer die Bewertung  differen
    ziert nochmals die gefundenen Fakten ueber vorgegebene Bewer
    tungskriterien  (programmabhaengig) und soll spaeter fuer die 
    Korrektur (beim Auswaehlen der gegebenen Moeglichkeiten)  die 
    Daten in Wichtungsgruppen geordnet vorschlagen.
    3.6. Moegliche Einbindung des Expertensystems in ein
         CAD/CAM - Konzept

    Im  Sinne des zu  konzipierenden ES werden Informationen  be- 
    noetigt, verarbeitet und bereitgestellt. Die durch das System 
    bereitzustellenden  Informationen,  als  Loesung  bezeichnet, 
    sind in ihrem Inhalt unter Punkt 3.4. beschrieben.
     Betrachtet  man  nun die Einbindung des Systems in  den  be
    trieblichen  Reproduktionsprozesz, so  stellt sich die  Frage 
    nach dem Informationsflusz zum und vom System, also die Frage 
    der Schnittstellen.


    3.6.1. Voraussetzungen und Anforderungen

    Bevor  zu den Schnittstellen des ES selbst Aussagen getroffen 
    werden,  sei auf die Vorleistungen bei der Verwirklichung der 
    CAD-,  CAP- und CAM-Gebiete hingewiesen.  Es wird ein  reali
    siertes  CAD/CAM- System vorausgesetzt,  in dem die Verknuep
    fung  des  Informationsflusses  zwischen  einzelnen  Gebieten 
    ueber  eine  klare Definition der Schnittstellen  organisiert 
    ist.  Es ist dabei auch ein System ohne durchgaengigen Infor
    mationsflusz  einsetzbar,  da  ES in Verbindung mit  CAD/CAM-
    Teilsystemen  in naher Zukunft ihren Einsatz finden  muessen. 
    Zu  einem  solchen System nimmt das ES seinerseits ueber  die 
    ihm eigenen Schnittstellen Kontakt auf. 
     Ein Betrieb benoetigt, um ein umfaszendes CAD/CAM-Konzept zu 
    verwirklichen, ein hierarchisch aufgebautes Rechnernetz, des
    sen Leitrechner Groszrechner (2. oder 3. Generation) darstel
    len sollten /42/.  Auf dieser Hardware wird der ueberwiegende 
    Teil der betrieblichen Datenbasis,  z.B.  die Daten der Lohn
    rechnung,  die  Materialbestaende bis hin zu einem  Gesamtue
    berblick der im Betrieb verfuegbaren Grund- bzw. Produktions
    mittel, abgelegt sein. 
     Auch die umfangreiche Wissensbasis,  die auf diese  Datenbe-
    staende  hauptsaechlich zurueckgreift,  wird auf  Massenspei
    chern abgelegt sein.
     Der Informationsflusz von der Konstruktion ueber die techno
    logische Produktionsvorbereitung bis hin zur  Produktion  mit  
    den   entsprechenden Rueckmeldungen von den  Bedienern an den  
    Fertigungsanlagen wird ueber ein Rechnerverbundnetz zu reali- 
    sieren sein.  Eine diesbezuegliche Praezisierung und  konzep
    tionelle  Ausarbeitung der Hardwareauswahl,  -anordnung sowie 
    deren Peripherie und Verbindungen soll nicht Gegenstand  die
    ser Betrachtungen sein. Damit soll nur auf die erforderlichen 
    Voraussetzungen,  die  geschaffen werden  muessen,  verwiesen 
    werden. 
     Das auf einem als intelligentes Terminal arbeitenden  Mikro- 
    rechner installierte Expertensystem soll ueber  on-line-Kopp
    lung  Verbindung zu den auf dem Leitrechner abgelegten  Daten 
    (bzw.  seinen Speichereinheiten) haben. Die jeweiligen Moduln
    sind  (moeglicherweise)  auf  Floppy-Disketten  abgelegt  und 
    koennen entsprechend ihres Umfanges in den Hauptspeicher  des 
    Mikrorechners geladen werden.  Vorstellbar ist dabei ein Per
    sonalcomputer (z.B. A7100), wobei ein min. 128 KByte-Arbeits
    speicher als guenstig angesehen wird (einschlieszlich 16 bit-
    Systembus).
     Da im betrieblichen CAD/CAM-System Informationsanforderungen, 
    die das ES loesen kann,  sowohl vom Konstrukteur, vom Techno
    logen,  als  auch vom Dispatcher an der Anlage (im  weitesten 
    Sinne) gestellt werden koennen, ist eine Verbindung zu diesen 
    Abteilungen notwendig.
     Um  bei Nutzungswuenschen auch auf die von der  Konstruktion 
    bereitzustellenden Werkstueckinformationen zugreifen zu koen
    nen,  ist eine einheitliche rechnerinterne Darstellung  (RID) 
    notwendig. Hier ist entweder von der vorhandenen RID auszuge
    hen, wobei die Schnittstelle zum ES dem bereits existierenden 
    Beschreibungsmittel  der  Konstruktion angepaszt  wird,  oder 
    wenn eine  Neuinstallierung des CAD/CAM - Systemes und des ES 
    moeglich ist,  auf die MAP-Darstellung (Manufacturing Automa
    tion Protocoll) aufzubauen /75/.  Diese im Trend liegende und 
    international  auf  Vereinheitlichung ausgerichtete  Darstel
    lungsform beruecksichtigt die Anforderungen aller Teilgebiete 
    und  bietet gute Voraussetzungen in Bezug auf die Entwicklung 
    in Richtung CIM.
     Sind solche Gegebenheiten vorhanden,  entfallen die oft auf
    wendigen Anpassungs- bzw. Konvertierungsbausteine oder, falls 
    keine rechnerinterne Schnittstelle zur Konstruktion  moeglich 
    ist, die Programmbausteine zur Erfassung  aller konstruktiven 
    Daten  der Werkstueckbeschreibung.



    3.6.2. Schnittstellenbetrachtung

    Es  muessen  drei  Arten von Informationen,  die  zum  System 
    flieszen beachtet werden.
     Erstens  bezieht das autonom arbeitsfaehige System bei  Not
    wendigkeit  ueber  das Rechnernetz die  jeweilige  RID  (Wst. 
    u./o.VWP)  der von der Konstruktion bereits realisierten  und 
    abgelegten Datenbestaende. Ueber deren Einheitlichkeit ist es 
    in der Lage ,  die die Geometrie und technologischen Anforde
    rungen betreffenden Fragen zu beantworten.
     Konkret laeszt sich die Uebernahme aus der Wst.- Datei durch 
    eine  entsprechende Zeichnungsnummer oder eine aehnliche evt. 
    betriebsinterne Kennzeichnungsregistratur loesen, nach der in 
    der  entsprechenden Datei die Daten gesucht und   uebernommen 
    werden.
     Einen weiteren Informationsflusz zum System stellt die Aktu
    alisierung der Wissensbasis dar, welcher aber nicht permanent 
    erfolgt,  sondern moeglicherweise in definierten Zeitabstaen
    den von einem dafuer ermaechtigten Personenkreis.
     Die dritte Art von Information,  welche zum System  flieszt, 
    ist  die vom Nutzer eingegebene und noetigenfalls abverlangte 
    Information zum Problem.
     Vom  System  werden natuerlich in erster Linie  Loesungsvor
    schlaege an den Nutzer unterbreitet.  Nach Akzeptanz  koennen 
    diese Loesungen in die entsprechenden Kanaele des Netzes wei-
    tergeleitet  werden,  oder  die Ergebnisdaten werden  in  die 
    spezifischen Datenbestaende selektiert,  d.h. in erster Linie 
    fuer  die  technologische  Fertigungsvorbereitung,   -planung 
    sowie -durchfuehrung.
    Ein  weiterer Aspekt des  Informationsfluszes vom und zum  ES 
    stellt  die Nutzung schon vorhandener Programme  dar.  Dieser 
    wuerde sich bei der Erstellung von Arbeitsgangfolgen ergeben. 
    Dazu  bleibt eine mit  entsprechenden  programmierungstechni
    schen  Mitteln zu realisierende Absprungstelle mit Wiederein
    trittspunkt nach der Abarbeitung offen.
     Betrachtet man rueckwirkend die unter diesem Punkt getroffe-
    nen Aussagen,  so kann die folgende Struktur die Schnittstel
    len  des Expertensystemes im Ueberblick verdeutlichen (Abbil-
    dung 3.6.1.) :
.pa






















































    Bild 3.6.1. : Schnittstellen des Expertensystemes
    Der Zugriff zum ES von Seiten der Konstruktion bzw.  vom Dis-
    patcher ist an keine speziellen fachspezifischen Routinen ge-
    bunden.  Der  Bedarf der Verbindung zu beiden ergibt sich aus 
    der  Ueberdeckung von Teilgebieten des  Informationsbedarfes. 
    So nutzt das ES die von der Konstruktion erstellten und abge-
    legten Wst.- und VWP-Dateien,  der Konstrukteur kann auf  der 
    anderen  Seite  ueber das ES bestimmte Informationen aus  der 
    Wissensbasis abfragen (z.B. Werkstoffe, Werkzeuge o.a.), oder 
    er  kann mit einem minimalen technologischen Grundwissen  das 
    System  auch  zu  einer Art Ueberpruefung  der  Fertigungsge
    rechtheit des entworfenen Werkstueckes benutzen.
     Der Dispatcher hat Verbindung zum ES, um sich bei auftreten
    den  Problemen  (z.B. operative Arbeitswert- oder Zeitermitt- 
    lung,  oder auch bei Ausfall von Werkzeugen) entsprechend in-
    formieren zu lassen. Bei durchgaengigen CAD/CAM-Systemen gibt 
    das  ES  die Arbeitswerte on-line an die  WZM,  so  dasz  ein 
    Eingriff des Dispatchers entfaellt.
     Die  Schnittstelle  zum System-Ingenieur,  die durch das  ES 
    selbst ueber einen Baustein realisiert wird,  dient zur Aktu
    alisierung und Aenderung des know-how des  Systems,  d.h.  es 
    koennen  die Dateien,  Fakten und Regeln modifiziert  werden. 
    Diesen  Eingriff wird das System nur dazu  ermaechtigten  und 
    ueber  entsprechende Codes zu identifizierenden Personen  ge
    statten.  Der System-Ingenieur musz zu diesem Zweck ueber die 
    Kenntnis des Regelaufbaus, der Syntax und Semantik verfuegen.
     Der nichtprivilegierte Nutzer (oder Normalnutzer) hat  ueber 
    den MANIpulations-Baustein die Moeglichkeit, fuer seine Abar- 
    beitung  die  Wissensbasis und auch die  Regelnutzung  einzu
    schraenken.  Dabei  werden aber nur Markierungen gesetzt, die 
    bei Abarbeitung ein Uebergehen veranlassen. Um bleibende Ver-
    aenderungen zu erzielen,  ist der System-Ingenieur zu konsul
    tieren; nur er ist dazu in der Lage und berechtigt.
      Wie  eine moegliche Einbindung des Expertensystemes in  ein 
    CAD/CAM-System gestaltet werden kann zeigt Bild 3.6.2. .  Zur 
    Darstellung des ES wurde ein Mehrebenen-Modell gewaehlt.
.pa





















































    Bild 3.6.2. :  Mehrebenen-Modell mit  moeglicher Einbin- 
                   dung in ein CAD/CAM-System
