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

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Thema Nr.4:Lösung von Allokationsproblemen mit wissensbasierten Verfahren

IP3S-ein blackboardbasierter Agent

Norman Dosch

2 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

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Gliederung

1. Das Blackboardsystem 2. Der IP3S Agent

» Das IP3S Blackboard» Ereignisse» Ungeklärte Fragen» Die Steuereinheit» Der Lösungszyklus» Knowledge Sources

3. Anwendungsbeispiele und Ergebnisse


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1. Das Blackboardsystem

Wissensbasiertes Verfahren, sog.Expertensystem

Die drei Hauptbestandteile:

» Knowledge Sources, bzw. Wissensquellen» Der Blackboarddatenspeicher» Die Steuereinheit


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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


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IP3S

Steuerungs-wissensbasis

Agenda

Steuerungseinheit Graphisches Interface GUI

Context

...

BlackboardAktueller Arbeitscontext

Produktionsplanungs-KS

Prozessplanungs-KS

Analyse/Diagnose-KS

Analyse/Diagnose-KSEreignisschleife

Kommunikations-KS

... Wissensquellen

Unternehmens-stufenplanungs-system

Rostoff-

lieferantMontage Produktion

externe

...

Systeme

Eingehende Ereignisse

Ausgehende Ereignisse

Quelle: Hildum (1996), S. 5


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Das IP3S Blackboard

Steuerungswissens-basis

Agenda


Context

...



Prozessplanungs-KS

Analyse/Diagnose-KS


Kommunikations-KS

... Wissensquellen


Rostoff-


externe

...

Systeme





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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


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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


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Ereignisse


Agenda


Context

...



Prozessplanungs-KS

Analyse/Diagnose-KS


Kommunikations-KS

... Wissensquellen


Rostoff-


externe

...

Systeme





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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


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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


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Die Steuereinheit


Agenda


Context

...



Prozessplanungs-KS

Analyse/Diagnose-KS


Kommunikations-KS

... Wissensquellen


Rostoff-


externe

...

Systeme





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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


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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


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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


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Knowledge Sources


Agenda


Context

...



Prozessplanungs-KS

Analyse/Diagnose-KS


Kommunikations-KS

... Wissensquellen


Rostoff-


externe

...

Systeme





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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


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Knowledge Sources

• Die Prozessplanungs-KS: Prozessflussplanung (IPPI) und Stücklistenerstellung (CUTTECHTM)

• 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


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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


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Beispiel 1: Interaktive Aufnahme eines hereinkommenden Auftrags in die aktiven

Pläne

Knowledge Source

Aktivierung

Ungeklärte

Frage

Nutzer Steuer-einheit

Dienst Ergebnis Löschung Ungeklärte Frage

Auftrag nicht im Prozessplan

Prozess-planung

Prozessplan-erweiterung

Auftrag einbezogen Auftrag nicht im Prozessplan

Fehler im Prozessplan +veraltete Ressourcenausnutzungsstatistik

Ressour-cenaus-

nutzungsstatistik

Aktualisierung Aktuelle Ressourcen-statistik

Alte Ressourcenstatistik

Fehler im Prozessplan Prozess-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


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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


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Beispiel 2: automatische Problemlösung durch die Steuereinheit am Bsp. einer

Auftragsverspätung

Knowledge Source

Aktivierung

Ungeklärte

Frage

Nutzer Steuer-einheit

Dienst Ergebnis Löschung Ungeklärte Frage

Auftragsverspätung Engpass-analyse

Bottleneck Engpass-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 Die automatische Lösung durch die Steuereinheit fährt jetzt mit dem duplizierten context fort, der ursprüngliche context kann gelöscht duplizierten context fort, der ursprüngliche context kann gelöscht werdenwerden


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Ergebnisse

• In der Prozessplanoptimierung wurde die Qualität der Lösung anhand von Fälligkeitsterminen, Lagerbestandskosten und Lieferzeiten getestet

ERGEBNISSE:

-eine durchschnittliche Verbesserung derPlanungskosten 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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