Einleitung
1.1 Einführung
Die Marktsituation in der Produktionstechnik erzwingt wegen sinkender Produktzykluszeiten, zunehmender Variantenvielfalt, wachsender Produktkomplexität und Forderungen nach immer kürzer werdenden Lieferzeiten (" Just-in-time") den Einsatz flexibler, automatisierter Produktionseinrichtungen. Ziel der flexiblen Produktion ist eine wirtschaftliche Fertigung von Produkten hoher Qualität bei kleinen Losgrößen.
Deshalb geht in der flexiblen Fertigungsautomatisierung der Trend weg von starr automatisierten Montageanlagen hin zu flexiblen Fertigungs- und Montagezellen.
Dabei versteht man unter einer solchen Zelle eine zeitlich begrenzt autonom arbeitende, rechnergeführte Einheit bestehend aus einer Fertigungsmaschine, einem Handhabungsautomaten (Roboter), Werkstückspeicher und Meßeinrichtungen. Innerhalb der Zelle können auch mehrere Montage - und Handhabungs funktionen von einem Handhabungssystem ausgeführt werden, wenn der Transport dieses Systems und der Materialfluß in der Fertigungszelle automatisiert ist. Die informationstechnische Kopplung der einzelnen Bestandteile einer Zelle erfolgt über einen zentralen Leitrechner. Der Schwerpunkt dieser automatisierungstechnischen Entwicklung ist zur Zeit die Einführung rechnerintegrierter, autonomer Produktionssysteme. Die Betonung liegt hierbei auf "autonom", da man durch eine Autonomie der Systeme eine möglichst hohe Verfügbarkeit der teuren Fertigungseinrichtungen erreichen will. Flexible Fertigungszellen stellen hochkomplexe Systeme dar und besitzen dadurch zwangsläufig eine große Fehleranfälligkeit, was häufig zu Totalausfällen führen kann. Um die Verfügbarkeit und dadurch die Produktivität dieser Einrichtungen zu erhöhen, werden zunehmend autonome Systeme eingesetzt, die zum Erreichen dieser Ziele
bestimmte Merkmale aufweisen. Als erstes ist die Fähigkeit zur zeitlich begrenzten Aufgabenausführung ohne menschliche Eingriffe zu nennen. Ein weiteres Merkmal ist die Aufgabenausführung in einer veränderlichen bzw. gestörten Umgebung, was durch selbständige Anpassung an die Umwelt erreicht wird. Schließlich ist noch die
selbständige Auswertung aufgabenorientierter Zielvorgaben anzuführen.
[...]
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Einführung
1.2 Ausgangssituation
1.3 Aufgabenstellung
1.4 Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise
2 Stand der Forschung im Bereich wissensbasierter Systeme
2.1 Grundlagen wissensbasierter Systeme / Expertensysteme
2.1.1 Komponenten eines Expertensystems
2.1.2 Verschiedene Arten und Einsatzgebiete von Expertensystemen
2.2 Wissensbasierte Diagnose und Fehlerbehandlung
2.2.1 Begriffe und Grundlagen
2.2.2 Dialogorientierte Diagnose-Expertensysteme
2.2.3 Diagnose-Expertensysteme mit Prozeßankopplung
2.2.4 Bewertung der betrachteten Systeme
2.3 Kritische Betrachtung der Expertensystemtechnologie
2.3.1 Vorteile und Nutzen von Expertensystemen
2.3.2 Nachteile, Schwachstellen und Grenzen von Expertensystemen
2.4 Eine "intelligente" Roboter-Steuerung
3 Konzeption einer Ablaufsteuerung für die Auftragsbearbeitung
3.1 Strukturierung der Auftragsausführung
3.1.1 Gründe für die Verwendung einer speziellen Ablaufsteuerung
3.1.2 Aufgaben der Ablaufsteuerung
3.1.3 Aufbau der Ausführungssteuerung
3.2 Ablaufkonzept der Elementarauftragsbearbeitung
3.2.1 Strukturierung von Regelmengen
3.2.2 Ablauf einer Auftragsbearbeitung im regelbasiertem System
3.2.3 Funktionsweise der Ablaufsteuerung
3.3 Schnittstellen der Ablaufsteuerung
3.3.1 Schnittstelle zwischen der Ablaufsteuerung und dem regel basiertem System
3.3.2 Schnittstellen zu anderen Komponenten
3.4 Auftragsbearbeitung
3.4.1 Regulärer Ablauf einer Auftragsbearbeitung (fehlerfreier Fall)
3.4.2 Ablauf bei Übergabe eines fehlerhaften Auftrags
3.4.3 Auftreten einer Komponentenfehlermeldung während der Auftragsbearbeitung
3.4.4 Auftreten eines kritischen asynchronen Fehlers während der Auftragsbearbeitung
3.5 Fehlerbehandlung
3.5.1 Überwachung
3.5.2 Fehlerbewertung
3.5.3 Sofortmaßnahmen
3.6 Gesamtablauf im Überblick
4 Realisierung und Implementierung
4.1 Integration in vorhandene Kommunikationsstruktur
4.2 Verbindung zum regelbasiertem System
4.3 Programmbeschreibung
4.3.1 Implementierte Dienste
4.3.2 Ablaufsteuerungsstati
5 Schlußbemerkungen
5.1 Zusammenfassung
5.2 Ausblick
Anhang A: Programmbeschreibung
A.1 Angebotene Dienste der Ablaufsteuerung und des regelbasierten Systems
A.1.1 Gesamtübersicht aller Dienste und deren Dienstnummern
A.1.2 Übersicht aller von der RBS-Ablaufsteuerung angebotenen Dienste
A.1.3 Übersicht aller vom regelbasiertem System (RBS) angebotenen Dienste
A.2 Beschreibung der angebotenen Dienste
A.2.1 Beschreibung der von der RBS-Ablaufsteuerung angebotenen Dienste
A.2.2 Beschreibung der vom regelbasierten System angebotenen Dienste
Anhang B: Programmlistings
B.1 Ablaufsteuerungsprogramm
B.2 Schnittstellenmodul im regelbasiertem System
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Entwicklung einer Ablaufsteuerung für ein wissensbasiertes System zur Überwachung autonomer mobiler Roboter. Das primäre Ziel besteht darin, die Autonomie und Zuverlässigkeit der Robotersteuerung in komplexen Fertigungsumgebungen zu erhöhen, indem eine robuste Fehlerbehandlung implementiert wird, die auf Echtzeitanforderungen reagieren kann und die bestehende Robotersteuerungssoftware PetRIS ergänzt.
- Integration wissensbasierter Systeme in Echtzeit-Robotersteuerungen.
- Konzeption einer Ablaufsteuerung zur Koordination und Fehlerbehandlung.
- Strukturierung von Regelmengen zur effizienten Auftragsbearbeitung.
- Entwicklung von Schnittstellen für die on-line Kommunikation und Datenübertragung.
- Realisierung von Fehlerdiagnose- und Fehlerbehebungsstrategien für autonome Systeme.
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Strukturierung von Regelmengen
Eine Schwäche von regelbasierten Expertensystemen liegt in deren Interpretermodell. Dieses Modell beschreibt die Art und Weise, wie die Regeln während des Lösungsprozesses "interpretiert" werden, d.h. welche Verkettungsstrategie (z.B. Vorwärts- oder Rückwärts-Verkettung) und welche Suchstrategie (z.B. Breiten- oder Tiefensuche) angewendet wird. Da im Prinzip mit jedem Inferenzschritt die Bedingungen aller Regeln überprüft werden, hat das zur Folge, daß mit steigender Regelzahl auch der Inferenzaufwand mindestens linear anwächst. Das begrenzt in Bezug auf noch akzeptable Verarbeitungs- und Antwortzeiten den Umfang des in der Wissensbasis repräsentierten Fachwissens sehr einschneidend.
Man kann dieses Problem dadurch umgehen, daß man eine große Zahl von einzelnen Regeln in möglichst viele spezifische, getrennte Regelmengen aufteilt, in denen nur einzelne bestimmte Situationen einer globalen Aufgabe behandelt werden. Im Bedarfsfall muß so immer nur die jeweils zuständige (kleine) Regelmenge interpretiert werden. Diese Regelmengen lassen sich sozusagen als getrennte und eigenständige Wissensbasen auffassen, was neben der Verbesserung des Zeitverhaltens außerdem noch den Vorteil einer einfacheren Pflege und Erweiterbarkeit des Wissens aufgrund dessen Modularität mit sich bringt.
Eine zweite Gefahr, die bei unstrukturierten regelbasierten Systemen auftreten kann, ist die Möglichkeit einer nicht vorhergesehenen Verkettung von Regeln aus verschiedenen Aufgabenbereichen (z.B. Auftragsbearbeitungsregeln und Fehlerbehandlungsregeln). Diese Inkonsistenz der Wissensbasis kann zu sog. "Deadlock"-Situationen oder gar zu einem kompletten Systemabsturz führen. Neben der Aufteilung in getrennte Regelmengen ist die Vergabe von unterschiedlichen, den jeweiligen Regeln zugewiesenen Prioritäten ein probates Mittel, um solche Konfliktsituationen zu vermeiden.
Durch die Einführung von strukturierten Regelmengen erhält man die Möglichkeit, verschiedene Aufgabenbereiche voneinander abzugrenzen und diese gegenseitig z.B. durch das Setzen eines speziellen "Regelmengen-Status" verriegeln zu können. Außerdem wird durch den übersichtlicheren Aufbau einer strukturierten Wissensbasis deren Konsistenzprüfung erleichtert.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Marktsituation, den Stand der Fertigungsautomatisierung und die spezifische Problemstellung bei autonomen mobilen Robotern ein.
2 Stand der Forschung im Bereich wissensbasierter Systeme: Hier werden die theoretischen Grundlagen von Expertensystemen, deren Diagnoseansätze sowie die bestehende Robotersteuerungssoftware PetRIS detailliert erläutert.
3 Konzeption einer Ablaufsteuerung für die Auftragsbearbeitung: Dies ist das Hauptkapitel, welches das Konzept der Ablaufsteuerung, die Strukturierung von Regelmengen und die Fehlerbehandlung beschreibt.
4 Realisierung und Implementierung: Der Abschnitt beschreibt die technische Umsetzung der Ablaufsteuerung unter Verwendung von C++ und KAPPA sowie die Integration in die Kommunikationsstruktur.
5 Schlußbemerkungen: Hier erfolgt eine Zusammenfassung der Arbeit sowie ein Ausblick auf zukünftige Forschungsschwerpunkte und Weiterentwicklungen.
Schlüsselwörter
Ablaufsteuerung, Expertensysteme, Autonome mobile Roboter, Fehlerdiagnose, Fehlerbehandlung, Wissensrepräsentation, Echtzeitverarbeitung, PetRIS, Auftragsbearbeitung, Regelbasierte Systeme, Prozeßankopplung, Robotik, Wissensbasis, Systemüberwachung, Automatisierungstechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit widmet sich der Entwicklung einer Ablaufsteuerung für ein regelbasiertes Expertensystem, das als Teilmodul einer Robotersteuerungssoftware für autonome mobile Roboter fungiert.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Wissensrepräsentation, der Integration wissensbasierter Systeme in Echtzeitumgebungen, der Fehlerdiagnose und der strukturierten Auftragsbearbeitung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Erhöhung der Autonomie und Zuverlässigkeit autonomer Produktionssysteme durch eine Ablaufsteuerung, die in der Lage ist, auf Störungen und Fehler selbstständig zu reagieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein prozedurales Ablaufkonzept entwickelt, das als übergeordnete Instanz ein wissensbasiertes System (RBS) zur Fehlerdiagnose mittels Hypothesenbildung ("Hypothesize-and-Test") steuert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil (Kapitel 3) wird detailliert das Konzept der Ablaufsteuerung erläutert, inklusive der Strukturierung von Regelmengen und der Kommunikation zwischen Ablaufsteuerung und dem regelbasierten System.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe sind Ablaufsteuerung, Expertensysteme, autonome mobile Roboter, Fehlerdiagnose und Echtzeitverarbeitung.
Warum wird eine separate Ablaufsteuerung benötigt?
Aufgrund von Echtzeitanforderungen und der Notwendigkeit, asynchrone, kritische Fehler sofort zu behandeln, ist eine prozedurale, schnelle Ablaufsteuerung notwendig, da das regelbasierte System für solch zeitkritische Aufgaben zu langsam wäre.
Wie wird das Problem "Deadlocks" im regelbasierten System gelöst?
Durch die Aufteilung in spezifische, getrennte Regelmengen und die Zuweisung von Prioritäten wird verhindert, dass Regeln aus verschiedenen Aufgabenbereichen ungewollt verkettet werden, was Systemabstürze oder Blockaden provoziert.
- Quote paper
- Bernd Grassl (Author), 1995, Konzeption und Entwicklung einer Ablaufsteuerung zur echtzeitfähigen Überwachung eines Expertensystems in einem autonomen mobilen Roboter, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/820
