Thema Nr.4: Lösung von Allokationsproblemen mit wissensbasierten Verfahren

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

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

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

4. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

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

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

7. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

8. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

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

10. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

11. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

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

13. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

14. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

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

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

17. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

18. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

19. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

20. Beispiel 1: Interaktive Aufnahme eines hereinkommenden Auftrags in die aktiven Pläne Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

21. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

22. Beispiel 2: automatische Problemlösung durch die Steuereinheit am Bsp. einer Auftragsverspätung • Die automatische Lösung durch die Steuereinheit fährt jetzt mit dem duplizierten context fort, der ursprüngliche context kann gelöscht werden Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren

23. 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 Lösung von Allokationsproblemen mit Wissensbasierten Verfahren