
    T  h  e  s  e  n          zur    Dissertationsschrift

    "Untersuchungen  zur  Entwicklung eines Expertensystems  fuer 
     die technische Produktionsvorbereitung"
     
    vorgelegt von Dipl.-Ing. Benno Dorff

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 1. Aus  der Dynamik unserer Volkswirtschaft sowie aus den Forde-
    rungen, die der internationale Markt stellt, ergeben sich die 
    steigenden Anforderungen an die Industrie, staendig neue Pro-
    dukte  zu entwickeln und zu produzieren.  Die  internationale 
    Entwicklung  zur  Loesung dieser Probleme zeigt  deutlich  in 
    Richtung automatisierten Betrieb.
     Die  Einfuehrung von rechnergestuetzten Arbeitsweisen in der 
    technischen Produktionsvorbereitung verfolgt die Ziele :

       - Steigerung der Arbeitsproduktivitaet in der technischen 
         Vorbereitung und in der Fertigung 
       - Erhoehung der Flexibilitaet und Qualitaet der Produktion
       - Erhoehung des Anteiles qualitativer Faktoren an der 
         Taetigkeit der Produktionsvorbereitung
         (Entlastung der Konstrukteure und Technologen von 
          Routinearbeiten und Erhoehung des Anteiles der geistig-
          schoepferischen Arbeiten)
       - Verbesserung der Arbeitsbedingungen.

 2. Einen  wesentlichen  Beitrag zur Unterstuetzung dieser  Ziele 
    leistet die Rationalisierung solcher Taetigkeitskomplexe  wie 
    Informationsermittlung und -bereitstellung,  welche innerhalb 
    der  technischen Vorbereitung einen groszen Zeitanteil  bean-
    spruchen.
     Die technische Produktionsvorbereitung laeszt sich in Berei-
    che  wie Informationsgewinnung,  Informationsverarbeitung und 
    Informationsausgabe  unterteilen.  Das  untersetzt  fuer  die 
    technologische Fertigungsvorbereitung folgende naeher zu  un-
    tersuchende Gebiete :

             - Fertigungsbelegerstellung
             - Operative Taetigkeiten
             - Organisatorische Taetigkeiten
             - Informationsaustausch mit Mitarbeitern.

    Das  Haupttaetigkeitsgebiet des Technologen - die Fertigungs
    belegerstellung  - stellt auch das Hauptanwendungsgebiet  von 
    zu entwickelnden Rationalisierungsloesungen dar.  Hier treten 
    u.a. folgende Probleme auf, die zur Loesung anstehen :

             - Erarbeiten technologischer Varianten
             - Bewertung und Einschraenkung der Varianten
               (Auswahl der unter den gegebenen Bedingungen
                besten Loesung)
             - Detaillierung der verbleibenden Variante.
 3. Die Loesung dieser Probleme mit Hilfe der Rechentechnik setzt 
    die Entwicklung qualitativ hochwertiger Software voraus.
     In modernen Softwareloesungen werden Mittel und Methoden der 
    "Kuenstlichen  Intelligenz" eingesetzt,  um mit dem Uebergang 
    von der Daten- zur Wissensverarbeitung die Rationalisierungs
    effekte,  die  sich aus dem Einsatz der Rechentechnik ergeben 
    weiter zu erhoehen.  Wissensbasierte Informationssysteme bzw. 
    Expertensysteme repraesentieren einen vorteilhaften Weg, spe-
    zielle  Erfahrungen  und allgemeingueltige Aspekte  zur  Loe
    sungsfindung  zu verwenden. 
     Wie  bei der Entwicklung von anderen  Softwareloesungen  ist 
    auch  bei der Entwicklung von Expertensystemen die  Software
    technologie als Wissenschaft von den Gesetzmaeszigkeiten pro-
    duktionstechnischer  Vorgaenge im Prozesz der Herstellung von 
    Software anzuwenden.  Um der Bedeutung dieses sehr umfangrei
    chen  Softwareproduktes Rechnung tragen zu koennen,  ist  auf 
    eine  qualitativ hochwertige Realisierung  der  Analyse,  der 
    Spezifizierung und vor allem des Entwurfes zu achten.

 4. Bestandteile von Expertensystemen sind folgende Komponenten :
   
             - Wissensbasis
             - Kommunikationskomponente
             - Problemloesungskomponente
             - Erklaerungskomponente und 
             - Wissensakquisitionskomponente.

    Die in der Wissensbasis zusammengefaszte Menge von Wissen  in 
    Form  von Fakten und Relationen musz auf einheitliche Reprae
    sentationsschemata  zurueckzufuehren sein.  Ein fuer die  An-
    wendung in Expertensystemen wichtiges Kriterium ist die Moeg
    lichkeit der Mehrfachindizierung von Daten.
     Den  Dialog zwischen dem Nutzer und dem Expertensystem steu-
    ert die Kommunikationskomponente.  Die  Problemloesungskompo-
    nente  erweitert die Anfrage-Interpretation um  Schluszfolge-
    rungsverfahren. Die Aufgabe der Erklaerungskomponente ist die 
    Rekapitulation der von der Problemloesungskomponente erarbei-
    teten Loesungen bei Anforderung.  Fuer die Unterstuetzung der 
    Konstruktion  und  der Modifikation der Wissensbasis ist  die 
    Wissensakquisitionskomponente zustaendig.

 5. Fuer  eine  effektive Implementierung ist  ein  detaillierter 
    Entwurf guenstig,  aus dem direkt die Programmstrukturen  und
    -schritte abgeleitet werden koennen.  Zu einem vollstaendigen 
    Entwurf gehoert die Betrachtung und Auswahl der Basismaschine 
    und  damit der Programmiersprache.  Fuer Expertensysteme  ist 
    die  Sprache  PROLOG aufgrund der ihr  verfuegbaren  Methoden 
    vorteilhaft auf leistungsstarker Rechentechnik einsetzbar, da 
    sich  inzwischen auch Strukturen der bisher dominierenden KI-
    Sprache  LISP  durch PROLOG  darstellen  lassen.  Desweiteren 
    ist mit der Anwendung von PROLOG eine guenstige Portabilitaet 
    fuer den Uebergang zu Computern der 5. Generation gegeben, da 
    PROLOG dort als Softwarekern gewaehlt wurde. 


 6. Expertensysteme  koennen sowohl autonom als auch in  CAD/CAM-
    Systemen  integriert auftreten.  Der autonome Betrieb von Ex
    pertensystemen  ist  in einem  abgegrenzten  Anwendungsgebiet 
    unter  Verwendung von entsprechenden  Daten- bzw.  Wissensbe
    staenden moeglich. Fuer die Einbindung in CAD/CAM-Systeme ist 
    eine  klare  Schnittstellendefinition unumgaengliche  Voraus
    setzung.
     Die  relevante  Schnittstelle zum vorgelagerten  Modul  Kon-
    struktion  ist eine einheitliche  rechnerinterne  Darstellung 
    (RID) des Werkstueckes.
     Bei einer Neuinstallierung ist z.B.  auf die MAP-Darstellung 
    (Manufacturing  Automation Protocoll)  aufzubauen,  da  diese 
    Darstellungsform die Anforderungen aller Teilgebiete berueck
    sichtigt.

 7. Eine  Hauptaufgabe in der technischen Vorbereitung und  damit 
    des  zu entwickelnden Expertensystems ist die Informationssu
    che. Die mathematische Funktion, welche die Informationssuche 
    ausdrueckt,  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.

 8. Beim  Aufbau von Expertensystemen zur Informationssuche koen-
    nen  mit gegenwaertig  verfuegbarer  8-bit-Mikrorechentechnik 
    nur Grundsatzuntersuchungen vorgenommen werden.  Diese Unter
    suchungen schaffen jedoch den erforderlichen Vorlauf,  um um-
    fassend  praktisch einsetzbare Expertensysteme fuer  nachfol
    gende  Geraetetechnik aufbauen zu koennen.  Andererseits  er
    laubt  die derzeit verfuegbare  8-bit-PROLOG-Version  keinen 
    effizienten Einsatz.
    
 9. Eine Grundstufe fuer ein Expertensystem auf nationaler 8-bit-
    Mikroprozessortechnik (BC A 5120/30 ; PC 1715) ist ein inter
    aktives   technologisches  Informations- und  Auskunftssystem 
    (TEAS). Grundkomponenten des Auskunftssystems TEAS sind : 

             - die Datenbasis
             - ein Recherchemodul sowie 
             - ein Dateipflegemodul.

    Waehrend  der  Recherchemodul solche Funktionen  wie  Finden, 
    Holen  und Ausgeben von Daten realisiert,  umfaszt die Datei
    pflege Werkzeuge zur Erstellung bzw.  Aktualisierung von  In
    formationsbestaenden.  Auch  hier  laeszt sich die  Recherche 
    effektiv  in Hierarchieebenen ("Stufenrecherche")  durchfueh
    ren,  so dasz Rechercheroutinen in verschiedenen Stufen mehr
    fach genutzt werden koennen.  Der Recherchefortschritt  ueber 
    die Recherchestufen wird durch "Adreszwoerter" realisiert.

10. Im  Hinblick auf den potentiellen Nutzerkreis des  Auskunfts-
    systems TEAS in der technischen Produktionsvorbereitung  sind 
    zwei  voneinander  verschiedene Dialogformen  anzubieten.
     Waehrend  im "Programmgefuehrten Dialog" der Nutzer bei  der 
    Programmabarbeitung durchgaengig,  z.B.  mit  Menueangeboten, 
    unterstuetzt  wird,  werden im "Nutzergefuehrten Dialog"  die 
    Eingaben vom Nutzer selbst bestimmt.  Der Angebotsservice des 
    "Programmgefuehrten  Dialoges" entfaellt im "Nutzergefuehrten 
    Dialog" zugunsten einer hoeheren Abarbeitungsgeschwindigkeit.
     Fuer den Dialog in der Dateipflege entfaellt die nutzerfueh
    rende  Dialogform,  da  diese Arbeit so sicher  wie  moeglich 
    gestaltet sein musz.

11. Zur  Abspeicherung  der technischen Daten in  der  Datenbasis 
    eignet sich das Relationenmodell besonders gut,  da hier  die 
    Beziehungen  zwischen  den  Daten durch deren  Inhalt  selbst 
    definiert werden. Die Strukturaenderung einer relational auf-
    gebauten Datenbasis reduziert sich damit auf die einfache An-
    passung von Tabellen. Desweiteren koennen die Operationen der 
    Relationenalgebra auf relationale Datenbasen angewendet  wer
    den.
     Fuer die Ablage von groszen Datenbestaenden ist zweckmaeszig 
    ein Rechnerverbund,  z.B. eine Kopplung zwischen einem Buero-
    bzw.  Personalcomputer  und  einem  Rechnersystem  groeszerer 
    Haupt- und  Externspeicherkapazitaet, als Umsetzung des Prin
    zips  der verteilten Informationsverarbeitung zum Einsatz  zu 
    bringen,  um somit die begrenzte Speicherkapazitaet am Mikro
    computer zu kompensieren.

12. Zur  rationellen Entwicklung und Abarbeitung  eines  Informa
    tions- und  Auskunftssystems ist Grundsoftware einzusetzen.
     Die Datenmanipulationssprache des relationalen  Datenbanksy-
    stems REDABAS besitzt sowohl alle jene Befehle, die fuer eine 
    vollstaendige Anwendungsprogrammierung benoetigt werden,  als 
    auch die Moeglichkeit die Daten zu verwalten.  Die Datenmani
    pulationen  koennen in die Verarbeitungsprogramme  integriert 
    werden,  ohne  dasz spezielle Schnittstellenprogramme zu  er
    stellen sind.  Aus diesem Grunde bietet sich REDABAS fuer die 
    derzeit  umfassend verfuegbare  8-bit-Mikrorechentechnik  als 
    Grundsoftware  fuer  Informations- und  Auskunftssysteme  an, 
    welche  wiederum Vorlaeufer von Expertensystemen  darstellen. 
    Damit  wird  die Nichtverfuegbarkeit von effizienten  PROLOG-
    Sprachversionen fuer diese Rechentechnik teilweise  ausgegli
    chen  und die Forschung zur Entwicklung von  Expertensystemen 
    kann gezielt weitergefuehrt werden.


    Zwickau, den 31.08.1987
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