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Blackboard- systems Thema Nr.4: Lösung von Allokationsproblemen mit wissensbasierten Verfahren IP3S-ein blackboardbasierter Agent Norman Dosch.

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1 Blackboard- systems Thema Nr.4: Lösung von Allokationsproblemen mit wissensbasierten Verfahren IP3S-ein blackboardbasierter Agent Norman Dosch

2 Blackboard- systems 2 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Gliederung 1.Das Blackboardsystem 2.Der IP3S Agent »Das IP3S Blackboard »Ereignisse »Ungeklärte Fragen »Die Steuereinheit »Der Lösungszyklus »Knowledge Sources 3. Anwendungsbeispiele und Ergebnisse

3 Blackboard- systems 3 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren 1. Das Blackboardsystem Wissensbasiertes Verfahren, sog. Expertensystem Die drei Hauptbestandteile: »Knowledge Sources, bzw. Wissensquellen »Der Blackboarddatenspeicher »Die Steuereinheit

4 Blackboard- systems 4 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren 2.Der IP3S Agent Integrated Process Planning/ Production Scheduling Entwickelt für Raytheon`s company, einem Maschinenhersteller Zweck: Optimierung von just-in-time- Produktionen in flexiblen Produktionsprozessen Vorläufer von Mascot hier: low-level-Agent für ein Unternehmen in der Supply-Chain

5 Blackboard- systems 5 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren IP3S Steuerungs- wissensbasis Agenda Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI Context... Blackboard Aktueller Arbeitscontext Produktionsplanungs-KS Prozessplanungs-KS Analyse/Diagnose-KS Ereignisschleife Kommunikations-KS... Wissensquellen Unternehmens- stufenplanungs- system Rostoff- lieferant MontageProduktion externe... Systeme Eingehende Ereignisse Ausgehende Ereignisse Quelle: Hildum (1996), S. 5

6 Blackboard- systems 6 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Das IP3S Blackboard Steuerungswissens -basis Agenda Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI Context... Blackboard Aktueller Arbeitscontext Produktionsplanungs-KS Prozessplanungs-KS Analyse/Diagnose-KS Ereignisschleife Kommunikations-KS... Wissensquellen Unternehmens- stufenplanungs- system Rostoff- lieferant MontageProduktion externe... Systeme Eingehende Ereignisse Ausgehende Ereignisse Quelle: Hildum (1996), S. 5

7 Blackboard- systems 7 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Das IP3S Blackboard Nimmt Berechnungs- und Lösungsdaten für und von den Wissensquellen auf Aufnahme von Informationen und Zusammenhängen In IP3S contexte genannt: –Eingabe des Problems vom Nutzer –Ein context enthält Informationen, wie Arbeitspotenzial, Werkzeuge, Rohstofflagerbestände und -lieferungen, mögliche Nachfrageschwankungen und einer Produktions- und Prozessplanung, außerdem einer Zusammenfassung des aktuellen Lösungsstands in Form von ungeklärten Fragen

8 Blackboard- systems 8 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Das IP3S Blackboard Nur der aktuelle context wird verändert Lösungsverfolgung durch ständige Aktualisierung der ungeklärten Fragen Probleme werden fortschreitend und abwechselnd definiert. Indem: –Ereignisse aus externen Systemen aufgenommen werden –oder Veränderungen der Problemannahmen innerhalb des context vorgenommen werden Der Nutzer kann zwischen verschieden contexten mit Hilfe des GUI manövrieren Durch Duplizieren der contexte können leicht was wäre wenn- Analysen durchgeführt werden

9 Blackboard- systems 9 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Ereignisse Steuerungswissens -basis Agenda Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI Context... Blackboard Aktueller Arbeitscontext Produktionsplanungs-KS Prozessplanungs-KS Analyse/Diagnose-KS Ereignisschleife Kommunikations-KS... Wissensquellen Unternehmens- stufenplanungs- system Rostoff- lieferant MontageProduktion externe... Systeme Eingehende Ereignisse Ausgehende Ereignisse Quelle: Hildum (1996), S. 5

10 Blackboard- systems 10 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Ereignisse Ereignisse werden an die und aus den externen Systemen weitergegeben Ausgehende Ereignisse werden vom System oder dem Benutzer in den context aufgenommen Ereignisse sind z.B.: –Auftragsveränderungen –Angebotsveränderungen –Ressourcenveränderungen Jedes Ereignis wird eine ungeklärte Frage Der Benutzer kann so nichtlösungsrelevante Ereignisse ignorieren und zusammenhängende Ereignisse verarbeiten, ohne gleich alle Ereignisse in einen context aufzunehmen

11 Blackboard- systems 11 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Ungeklärte Fragen Jeder context besitzt eine Datei mit ungeklärten Fragen Ungeklärte Fragen stellen eine Quelle für noch anstehende Arbeiten dar Die Datei wird ständig automatisch aktualisiert Es gibt drei Typen von ungeklärten Fragen: –Unvollständige Lösungen –Widersprüche in der Lösung –Verbesserbare Bereiche Das Ergebnis der Lösung ist zufrieden stellend, wenn es vollständig und ohne Widersprüche gelöst ist Verbesserbare Lösungen können ignoriert werden Schwellenwerte (Thresholds) zur Erstellung ungeklärter Fragen können eingegeben werden

12 Blackboard- systems 12 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Die Steuereinheit Steuerungswissens -basis Agenda Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI Context... Blackboard Aktueller Arbeitscontext Produktionsplanungs-KS Prozessplanungs-KS Analyse/Diagnose-KS Ereignisschleife Kommunikations-KS... Wissensquellen Unternehmens- stufenplanungs- system Rostoff- lieferant MontageProduktion externe... Systeme Eingehende Ereignisse Ausgehende Ereignisse Quelle: Hildum (1996), S. 5

13 Blackboard- systems 13 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Die Steuereinheit Die Steuereinheit legt den Einsatz der nächsten KS fest Sinn ist die geordnete Abfolge von Lösungsschritten Festlegung der Lösungsschritte entweder durch –den Einsatz einer Wissensbasis (Knowledge Base KB) mit Steuerheuristiken oder –durch Interaktion mit dem Benutzer Zu jeder ungeklärten Frage sind geeignete Lösungsprogramme in der KB hinterlegt; leicht erweiterbar In einer jederzeit veränderbaren Ausführungsdatei (Agenda) werden die Lösungsschritte festgehalten

14 Blackboard- systems 14 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Die Steuereinheit Der Agendamechanismus: Um die noch durchzuführenden Aufgaben nachzuvollziehen werden die Abläufe in eine Agenda geschrieben Es gibt drei Agendatypen: »Dienstaktivierung »Zielaktivierung und »Skripte (Abfolge von Diensten und Zielen) Verschiedene Stufen der Interaktion zwischen Benutzer und der Steuereinheit sind möglich

15 Blackboard- systems 15 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Der Lösungszyklus 1.Neues Ereignis oder Annahmeveränderung 2.Aktualisierung der ungeklärten Fragen vom Blackboard 3.Auswahl der zu klärenden ungeklärten Frage durch den Benutzer oder die Steuereinheit 4.Auswahl der Lösungsmethode durch den Benutzer oder die Steuereinheit 5.Die Lösungsmethode wird durch die Steuereinheit aktiviert 6.Ausführung der Problemlösung unter zu Hilfenahme der zuständigen KS

16 Blackboard- systems 16 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Knowledge Sources Steuerungswissens -basis Agenda Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI Context... Blackboard Aktueller Arbeitscontext Produktionsplanungs-KS Prozessplanungs-KS Analyse/Diagnose-KS Ereignisschleife Kommunikations-KS... Wissensquellen Unternehmens- stufenplanungs- system Rostoff- lieferant MontageProduktion externe... Systeme Eingehende Ereignisse Ausgehende Ereignisse Quelle: Hildum (1996), S. 5

17 Blackboard- systems 17 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Knowledge Sources Die KS bestehen aus Verfahren, Regeln und logischen Abläufen zur Veränderung der Daten aus dem Blackboard Sie sind die primären Problemlöser (die Experten) Sie kommunizieren nur indirekt über das Blackboard miteinander Jede KS dient als Server zu den jeweils hinterlegten Problemlösungsdiensten Die KS ruft das Programm auf und gibt die benötigten Parameter an dieses weiter Das Anhängen neuer Programme an die KS erfolgt einfach, indem die Steuereinheit über die von dem Programm lösbaren ungeklärten Fragen informiert wird

18 Blackboard- systems 18 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Knowledge Sources Die Prozessplanungs-KS: Prozessflussplanung (IPPI) und Stücklistenerstellung (CUTTECH TM ) Die Produktionsplanungs-KS: Kapazitätsplanung (MICRO-Boss-System) Analyse- und Diagnose-KS: Ressourcenausnutzung, Kennzahlenerstellung Kommunikations-KS: Übersetzung der Informationen in das richtige Format für die externen Quellen. Mitteilungstypen: Fragen, Antworten und Mitteilungen

19 Blackboard- systems 19 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren 3. Anwendungsbeispiele Beispiel 1: Interaktive Aufnahme eines hereinkommenden Auftrags Available to promise ATP Hereinkommendes Ereignis aus der Unternehmensstufenplanung in den bereits existierenden Produktionsplan: Auftrag mit Menge, Maschinenspezifikation und Fälligkeitstermin

20 Blackboard- systems 20 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Beispiel 1: Interaktive Aufnahme eines hereinkommenden Auftrags in die aktiven Pläne Knowledge Source Aktivierung Ungeklärte Frage NutzerSteuer- einheit DienstErgebnisLöschung Ungeklärte Frage Auftrag nicht im Prozessplan Prozess- planung Prozessplan- erweiterung Auftrag einbezogenAuftrag nicht im Prozessplan Fehler im Prozessplan +veraltete Ressourcenausnutzungs statistik Ressour- cenaus- nutzungsst atistik AktualisierungAktuelle Ressourcen- statistik Alte Ressourcenstatistik Fehler im ProzessplanProzess- planung Auftrags- planungsdienst Genehmigter Prozessplan Fehler im Prozessplan Widerspruch im Prozessplan + Widerspruch im Produktionsplan Produk- tions- planung Auftrags- einarbeitung Genehmigter Produktionsplan Widerspruch im Prozessplan + Widerspruch im Produktionsplan Keine ungeklärte Frage mehr vorhanden

21 Blackboard- systems 21 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren 3. Anwendungsbeispiele Beispiel 2: automatische Problemlösung durch die Steuereinheit am Bsp. einer Auftragsverspätung Der Nutzer entdeckt eine ungeklärte Frage: Auftragsverspätung Er hält die Lösung des aktuellen context an der Stelle an und macht eine Kopie des context In dem neuen aktuellen context aktiviert er die Zielaktivierung: Verbesserung des Fertigstellungstermins Die Steuerheuristik wählt das Nutze-Alternative-für- die-Engpassressource-Skript um so den Engpass zu vermeiden

22 Blackboard- systems 22 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Beispiel 2: automatische Problemlösung durch die Steuereinheit am Bsp. einer Auftragsverspätung Knowledge Source Aktivierung Ungeklärte Frage NutzerSteuer- einheit DienstErgebnisLöschung Ungeklärte Frage AuftragsverspätungEngpass- analyse BottleneckEngpass- ressourcen und Alternativen Prozess- planung Auftrags- planung Genehmigter Prozessplan Produk- tions- planung Auftrags- einarbeitung Genehmigter Produktionsplan Auftragsverspätung Keine ungeklärte Frage mehr vorhanden Die automatische Lösung durch die Steuereinheit fährt jetzt mit dem duplizierten context fort, der ursprüngliche context kann gelöscht werden Die automatische Lösung durch die Steuereinheit fährt jetzt mit dem duplizierten context fort, der ursprüngliche context kann gelöscht werden

23 Blackboard- systems 23 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren Ergebnisse In der Prozessplanoptimierung wurde die Qualität der Lösung anhand von Fälligkeitsterminen, Lagerbestandskosten und Lieferzeiten getestet ERGEBNISSE: -eine durchschnittliche Verbesserung der Planungskosten um 23% -im Fall von starken Engpässen sogar durchschnittlich 38% signifikante Verbesserung der Fälligkeitstermine Das System ist gut geeignet für flexible just-in-time- Produktionen


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