Automatisierte Komposition und Konfiguration von Workflows zur Planung mittels kombinatorischer Logik
Creators: name: Winkels, Jan
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2019
Subjects: subject: Synthese
subject: Kombinatorische Logik
subject: Fabrikplanung
subject: Planungs KI
subject: 004
subject: Programmsynthese
subject: Kombinatorische Logik
subject: Fabrikplanung
subject: Künstliche Intelligenz

description: Wird in einem Fabriksystem ein Anpassungsbedarf erkannt, muss ein Anpassungsprozess gestartet werden. Ein solcher Prozess beinhaltet in der Regel eine Planungsphase, in der ein Projektteam ein Vorgehen erarbeitet, wie die Anpassung vorzunehmen ist. Während Produktions-, Logistik- und Fertigungsprozesse bereits weitgehend automatisiert wurden und werden, findet die Entwicklung eines solchen Planungsprozesses in der Regel nach wie vor manuell und individuell statt. Das Planungsteam entwickelt den jeweils benötigten Plan von Hand und nach Bedarf. Die auf das Projekt zugeschnittene Planerstellung ergibt sich aus den spezifischen Anforderungen, die jedes (Anpassungs-) Projekt mit sich bringt. Die Erstellung des Plans erfolgt unter diesen Anforderungen allerdings nach wiedererkennbaren Mustern. Ziel der Dissertation ist es, eine Möglichkeit zu entwickeln, das Erstellen von Plänen und das Planen zu automatisieren. Hierzu soll ein Verfahren (bzw. eine Software) entwickelt werden, das die Möglichkeit bietet, Pläne unter Berücksichtigung von zuvor angegebenen Rahmenbedingungen dynamisch nach Bedarf zu generieren. Um Prozesse dynamisch zu generieren, folgt das Projekt einem Baukastenprinzip. Es wird eine Sammlung von standardisierten Prozessmodulen definiert, aus denen sich komplexe Prozesse und Pläne zusammenfügen lassen. Die Idee ist vergleichbar mit einem Lego-Baukasten. So wie solche Bausteine je nach Wunsch zu beinahe jedem beliebigen Objekt zusammengefügt werden können, sollen auch die Prozessmodule jeden gewünschten Prozess abbilden können. Am Ende des Projektes soll eine Software entstehen, die für jedes Projekt automatisch den passenden Workflow liefert. Ein Projektplaner gibt nur noch grundlegende Informationen (z.B. Budget- und Zeitbeschränkungen) an und erhält eine Auswahl an möglichen Plänen zur Realisierung des Projektes. Treten während der Durchführung des Plans Ereignisse auf, die Plananpassungen notwendig machen, können auch diese durch eine Neugenerierung des Plans automatisiert durchgeführt werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, werden Methoden der kombinatorischen Logik und des Constraintsolvings genutzt. Durch die Nutzung der kombinatorischen Logik wird am Lehrstuhl für Software Engineering der TU Dortmund bereits erfolgreich Softwaresynthese betrieben, was bedeutet, dass aus einer gegebenen Menge unterschiedlicher Software-Komponenten individuelle Programme generiert werden können. Constraintsolving wiederum bezeichnet Verfahren zur Ermittlung von Lösungen für (mathematische) Probleme unter Berücksichtigung von einschränkenden Nebenbedingungen (Constraints). In dieser Arbeit werden beiden Technologien in einer Erweiterung eines gängigen Projektplanungverfahrens zusammengeführt. Dazu wird zunächst auf die modernen Herausforderungen der Fabrikplanung im Kontext der Industrie 4.0 eingegangen. Es wird gezeigt, warum Bedarf nach modernen, schnellen und flexiblen Planungsansätzen besteht und wie die Informatik diese unterstützen kann. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden dann die methodischen und theoretischen Grundlagen der Fabrikplanung dar- und mögliche Planungssystematiken zur Umsetzung von automatisierter Plan-Generierung vorgestellt. Anschließend werden Technologien aus dem Bereich der Synthese und des Constraintsolving erörtert und in einer prototypischen Softwareanwendung zusammengeführt. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Reihe von Experimenten, die das in dieser Arbeit erarbeitete Vorgehen anhand realer Planungsszenarien validieren.
description: If an adjustment requirement is identified in a factory system, an adaptation process must be started. This usually includes a planning phase in which a project team develops a procedure for making the adjustment. While production, logistics and manufacturing processes have already been and are automated to a large extent, the development of such a planning process still takes place manually and individually to a large extent. The planning team develops the required plan manually and as required. The creation of a plan tailored to the project results from the specific requirements of each (adaptation) project. The creation of the plan itself under these requirements, however, takes place according to recognizable patterns. The aim of the dissertation is to develop a possibility to automate the creation of plans and the planning itself by developing a procedure (or a software), which makes it possible to generate plans dynamically under consideration of previously given basic conditions according to demand. In order to generate processes dynamically, the project follows a modular principle. A collection of standardized process modules is defined from which complex processes and plans can be assembled. The idea is comparable to a Lego construction kit. Similar to how such building blocks can be combined to almost any object, the process modules can result in any desired process. At the end of the dissertation project, software is to be developed that automatically delivers the appropriate workflow for each project. The planner only enters basic project information (e.g. budget and time restrictions) and receives a selection of possible plans for the realization of the project. If events occur during the execution of the plan that make plan adjustments necessary, this can also be carried out automatically by regenerating the plan. To achieve this goal, methods of combinatorial logic and constraint solving are used. By using combinatorial logic, software synthesis has already been successfully performed at the Chair of Software Engineering. This means that individual programs can be generated from a given set of software components. Constraintsolving, on the other hand, refers to procedures for the determination of solutions for (mathematical) problems under consideration of restrictive constraints. These two technologies are to be combined in an extension of common project planning software. In addition, by using suitable code generation frameworks, the applications needed to implement the respective plan are to be automatically generated.