Das Beschneiden von großformatigen Papierbögen aus Druckereien erfordert einen geeigneten Beschneider, der auf Grund seiner Erfahrung eine effektive und ressourcenschonende Schnittfolge gewährleistet. Ziel dieser Arbeit ist es, die Möglichkeiten zur Ermittlung eines sinnvollen Schnittes, abhängig von der jeweiligen Situation, zu untersuchen, die eine künstliche Intelligenz (KI) auf Basis eines neuronalen Netzes (NN) bietet. Außerdem soll das Schnittgut mit allen Nutzen und möglichen Schnitten visualisiert werden. Die Visualisierung und Bedienung der Benutzeroberfläche ist intuitiv zu gestalten, um das Arbeiten an der PSM auch ungelernten Kräften zu ermöglichen. Unter Umständen besteht die Chance, einen kundigen Beschneider durch einen weniger versierten Bediener zu ersetzen.
Die Abschlussarbeit wird von MCS MICRONIC Computer Systeme GmbH begleitet, da potentielles Interesse am zukünftigen Einsatz und der Vermarktung des erarbeiteten Prototyps besteht.
Die vorliegende Diplomarbeit mit dem Titel „Entwurf und prototypische Realisierung einer künstlichen Intelligenz zur Steuerung einer Papierschneidemaschine“ untersucht, inwieweit sich eine KI auf Grundlage eines NN zur Generierung von sinnvollen Schnittvorschlägen bei einer Software für PSM eignet.
Dazu werden zunächst die Grundlagen in den Bereichen KI und NN erarbeitet, anschließend die Kriterien für den zu entwickelnden Prototyp aufgezeigt und die Aufgaben genauer spezifiziert. Danach folgt eine Beschreibung der Entwurfsphase. Erläuterungen der einzelnen Programmteile und –abläufe führen schließlich zu umfangreichen Tests über die Korrektheit, Leistungsfähigkeit und dem Innovationspotential der KI sowie der Qualität der Benutzeroberfläche. Abschließend werden die erarbeiteten Ergebnisse zusammengefasst, um mögliche Ausblicke für die Weiterentwicklung zu geben.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Grundlagen
- 2.1 Einführung künstliche Intelligenz
- 2.2 Künstliche neuronale Netze
- 2.2.1 Einführung
- 2.2.2 Natürliche und künstliche Neuronen
- 2.2.3 Eigenschaften neuronaler Netze
- 2.2.4 Aufbau neuronaler Netze
- 2.2.5 Netzarchitekturen
- 2.2.6 Lernen
- 2.2.7 Netzgrößen und Generalisierungsfähigkeit
- 2.2.8 Schematischer Überblick über neuronale Netze
- 3. Analyse
- 3.1 Ausgangssituation und Problembeschreibung
- 3.2 Papierschneidemaschinen in der Praxis
- 3.2.1 Schneiden mit Schnellschneidern oder Planschneidern
- 3.2.2 Profil der beteiligten Firmen Perfecta und MCS
- 3.2.3 Schnellschneider der Firma Perfecta
- 3.3 Dateiformate und -standards
- 3.3.1 JDF, CIP3 und CIP4
- 3.3.2 Schnittprogramme
- 3.3.3 SNNS Netzdateien und Trainingsmusterdateien
- 4. Anforderungsdefinition
- 4.1 Zielsetzung der Arbeit und Eingrenzung des Themas
- 4.2 Pflichtenheft
- 5. Design
- 5.1 Benutzerführung
- 5.2 Model View Controller
- 5.3 Prototyping
- 5.4 Unified Modeling Language
- 6. Implementierung
- 6.1 Das Entwicklungsumfeld
- 6.1.1 Stuttgarter Neuronale Netz Simulator
- 6.1.2 Entwicklungsumgebung Microsoft .net
- 6.2 Strukturierung und Workflow des Prototyps
- 6.2.1 Look 'n Feel und Workflow der GUI
- 6.2.2 Workflow der Core
- 6.2.3 Künstliche Intelligenz des Prototyps
- 6.2.4 Kommunikation des Programms mit dem Netz
- 6.3 Beschreibung besonderer Codefragmente
- 6.1 Das Entwicklungsumfeld
- 7. Untersuchungen
- 7.1 Erfüllung der Randbedingungen
- 7.1.1 Kontrolle: Benutzerfreundlichkeit der GUI
- 7.1.2 Kontrolle: Ausgabewerte des NN im Vergleich zum SNNS
- 7.1.3 Kontrolle: Koordinaten unabhängigkeit des Prototyps
- 7.1.4 Kontrolle: Wiedergabe einer erlernten Schnittabfolge
- 7.1.5 Kontrolle: Wiedergabe zweier erlernter Schnittabfolgen
- 7.1.6 Kontrolle: Wiedergabe fünf erlernter Schnittabfolgen
- 7.2 Denkbares Innovationspotential des Prototyps
- 7.2.1 Untersuchung: Übertragbarkeit von Wissen auf andere Konstellationen I
- 7.2.2 Untersuchung: Übertragbarkeit von Wissen auf andere Konstellationen II
- 7.2.3 Untersuchung: notwendige Größe der Zwischenschicht
- 7.2.4 Untersuchung: Wiederholung 7.2.2 mit Zwischenschichtgröße aus 7.2.3
- 7.2.5 Untersuchung: Übertragbarkeit von Wissen auf andere Konstellationen III
- 7.2.6 Untersuchung: Aussagekraft 7.2.5
- 7.1 Erfüllung der Randbedingungen
- 8. Ergebnis und Zusammenfassung
- 8.1 Zusammenfassung
- 8.2 Bewertung und Fazit
- 8.3 Software anderer Hersteller im Vergleich zum Prototyp
- 8.4 Ausblick und Ideen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit dem Entwurf und der prototypischen Realisierung einer künstlichen Intelligenz (KI) zur Steuerung einer Papierschneidemaschine (PSM). Das Hauptziel der Arbeit ist es, die Möglichkeiten zur Ermittlung sinnvoller Schnittfolgen, abhängig von der jeweiligen Situation, durch den Einsatz eines neuronalen Netzes (NN) zu untersuchen. Neben der Entwicklung eines Prototyps für eine solche KI, soll auch die Visualisierung des Schnittguts mit allen Nutzen und möglichen Schnitten realisiert werden. Die Benutzeroberfläche soll intuitiv gestaltet werden, um das Arbeiten an der PSM auch ungelernten Kräften zu ermöglichen.
- Entwicklung einer KI zur Steuerung einer PSM, basierend auf einem neuronalen Netz.
- Untersuchung der Möglichkeiten zur Ermittlung sinnvoller Schnittfolgen durch die KI.
- Visualisierung des Schnittguts mit allen Nutzen und möglichen Schnitten.
- Erstellung einer intuitiven Benutzeroberfläche für die Steuerung der PSM.
- Evaluierung des Innovationspotentials des entwickelten Prototyps.
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Die Einleitung stellt das Thema der Diplomarbeit vor und erläutert den Hintergrund des Projekts, die Motivation und die Ziele der Arbeit. Sie beschreibt die Herausforderungen, die mit der manuellen Steuerung von Papierschneidemaschinen verbunden sind, und die Idee, eine KI zur Unterstützung des Beschneider zu entwickeln.
- Kapitel 2: Grundlagen: Dieses Kapitel führt in die theoretischen Grundlagen der künstlichen Intelligenz (KI) und der neuronalen Netze (NN) ein. Es erläutert die Funktionsweise neuronaler Netze und beschreibt verschiedene Architekturen und Lernverfahren.
- Kapitel 3: Analyse: In diesem Kapitel wird die aktuelle Situation im Bereich der Papierschneidemaschinen analysiert. Es werden verschiedene Arten von Schneidemaschinen und die beteiligten Firmen vorgestellt. Darüber hinaus werden die relevanten Dateiformate und Standards behandelt.
- Kapitel 4: Anforderungsdefinition: Dieses Kapitel beschreibt die spezifischen Anforderungen an die zu entwickelnde KI für die Steuerung der PSM. Es definiert die Ziele der Arbeit und legt ein Pflichtenheft für die Entwicklung des Prototyps fest.
- Kapitel 5: Design: Das Kapitel beschreibt den Entwurf des Prototyps. Es werden verschiedene Aspekte wie die Benutzerführung, das Model View Controller (MVC)-Muster und die Unified Modeling Language (UML) behandelt.
- Kapitel 6: Implementierung: Dieses Kapitel erläutert die Implementierung des Prototyps. Es werden das Entwicklungsumfeld, die Softwarearchitektur und die wichtigsten Programmteile vorgestellt.
- Kapitel 7: Untersuchungen: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Tests und Untersuchungen des entwickelten Prototyps präsentiert. Es werden verschiedene Szenarien betrachtet, um die Funktionalität, Effizienz und die Qualität der KI zu evaluieren.
Schlüsselwörter
Die Diplomarbeit befasst sich mit den Themen der künstlichen Intelligenz (KI), neuronaler Netze (NN), Steuerung von Papierschneidemaschinen (PSM), Prototyping, Benutzeroberfläche, Visualisierung, Innovationspotential und Softwareentwicklung.
- Arbeit zitieren
- Dipl. Inf. (FH) Bastian Schindler (Autor:in), 2005, Entwurf und prototypische Realisierung einer künstlichen Intelligenz zur Steuerung einer Papierschneidemaschine, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/54313
