Multi-Agenten-Systeme in der Fertigungstechnik

Seminararbeit Multi-Agenten-Systeme in der Fertigungstechnik vorgelegt von cand. Wirt.-Ing. Marc Wagner Matr.-Nr. 3479443 Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier Paderborn, den 30. Januar 2002 Dipl.-Inform. Ulrich Pape Multi-Agenten-Systeme in der Fertigungstechnik Inhaltsverzeichnis Seite 1 Einleitung .................................................................................................1 1.1 Zielsetzung................................................................................................1 1.2 Vorgehen...................................................................................................1 2 Grundlagen der Agententechnologie.....................................................3 2.1 Begriffsdefinitionen..................................................................................3 2.2 Funktionsweise und Einsatzgebiete von Multi-Agenten-Systemen .........5 3 Charakteristische Eigenschaften der Multi-Agenten-Systeme ...........6 3.1 Architekturen ............................................................................................6 3.2 Kommunikation, Interaktion und Austausch von Wissen ......................10 3.3 Koordination, Kooperation und Kopplung .............................................11 3.4 Sicherheitsaspekt.....................................................................................11 4 Anwendungsgebiete in der Fertigungstechnik ...................................13 4.1 BDI-Ansatz .............................................................................................13 4.2 Blackboard-Ansatz..................................................................................18 4.3 AARIA-Ansatz........................................................................................20 5 Chancen und Risiken beim Einsatz von Multi-Agenten-Systemen in der Fertigungstechnik ......................................................................23 5.1 BDI-Ansatz .............................................................................................23 5.2 Blackboard-Ansatz..................................................................................24 5.3 AARIA-Ansatz........................................................................................24 6 Ergebnisse und Ausblick ......................................................................28 7 Literaturverzeichnis..............................................................................29 Einleitung Seite 1 1 Einleitung Das Forschungsgebiet der Multi-Agenten-Systeme ist ein Teilgebiet der Verteilten Künstlichen Intelligenz (VKI). Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglich- keiten, beispielsweise das Wissensmanagement und Informationsbeschaffung im Internet und Electronic Commerce, Verteilte Arbeitsplanung für virtuelle Unter- nehmen, Intelligente Fehler-, Datenanalyse zur Datenaufbereitung sowie Daten- verarbeitung etc., erwerben sie großes industrielles Interesse. Besonders in der Produktionswirtschaft, insbesondere der Fertigungstechnik, haben Multi-Agenten- Systeme sowohl in der Forschung als auch in der betrieblichen Praxis zunehme n- de Bedeutung und Aufmerksamkeit erfahren. Um beispielsweise eine höhere Fle- xibilität in der Fertigung zu erreichen, ist eine weitgehende Dezentralisierung von Entscheidungsprozessen sinnvoll. Durch den Einsatz von Multi-Agenten- Systemen ist eine effektive Flexibilitätssteigerung möglich, da sie sich aus Teil- systemen zusammensetzen, die ein bestimmtes Maß an Autonomie aufweisen und durch Kooperation mit anderen Teilsystemen (Agenten) an Problemlösungen zu- sammenarbeiten. Eine Gemeinschaft von Agenten hat die Aufgabe, ein vorgege- benes Problem gemeinsam und kooperativ zu lösen. Multi- Agenten-Systeme sind deshalb im Bereich verteilter Problembearbeitung, wie sie in der Produktionswirt- schaft, z. B. dezentrale Produktionplanung- und steuerung, Fertigungstechnik u.s.w. stattfinden, von großem Interesse. 1.1 Zielsetzung Ziel der Arbeit ist es, einige Anwendungsbereiche bzw. Einsatzgebiete der Multi- Agenten-Systeme in der Fertigungstechnik darzustellen und die damit einher ge- henden Chancen und Risiken, d. h. die prinzipiellen Möglichkeiten und Verbesse- rungen sowie die Schwachstellen und Einschränkungen, die mit dem Einsatz von Multi-Agenten-Systemen in der Fertigungstechnik verbunden sind, aufzuzeigen. Des weiteren soll die Arbeit Denkanstöße geben und als Diskussionsgrundlage für kritische Fragen hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung mit dem Einsatz von Multi-Agenten-Systemen in der Fertigungstechnik dienen. 1.2 Vorgehen In Kapitel 2 wird als Ausgangspunkt der Arbeit eine eingehende Betrachtung des Begriffs „Agent“ und des Begriffs „Multi- Agenten-Systeme“ vorgenommen. Des weiteren werden zur Verdeutlichung der Funktionsweise von Multi-Agenten- Systemen drei Anwendungsbereiche, in denen Agenten zum Einsatz kommen, vorgestellt. Kapitel 3 soll den Leser einen Einblick in die charakteristischen Eigenschaften der Multi-Agenten-Systeme geben. Ziel dieses Kapitels ist es, einen Überblick über die wirksamen Eigenschaften, Komponenten, Einflüsse und Zusammenhänge von Multi-Agenten-Systemen zu erhalten. Der Kern der Arbeit bilden Kapitel vier und fünf. In Kapitel vier werden drei An- wendungsbereiche bzw. Einsatzgebiete der Multi-Agenten-Systeme in der Ferti- gungstechnik dargestellt. Kapitel fünf beinhaltet die dabei auftretenden Chancen Einleitung Seite 2 und Risiken, d. h. die prinzipiellen Möglichkeiten und Verbesserungen sowie die Schwachstellen und Einschränkungen, die mit dem Einsatz von Multi-Agenten- Systemen in der Fertigungstechnik verbunden sind. Abschließend werden noch einige Anwendungsgebiete und Zielstellungen im Bereich der Fertigungstechnik dargestellt, auf denen die Agententechnologie ausgeric htet ist. Grundlagen der Agententechnologie Seite 3 2 Grundlagen der Agententechnologie 2.1 Begriffsdefinitionen Der Begriff „Agent“ wird gegenwärtig in allerlei Zusammenhängen definiert. Ei- ne eindeutig anerkannte Begriffsdefinition eines Agenten gibt es nicht. Die Ursa- che ist hier für wohl, dass die Einsatzgebiete von Agenten sehr vielfältig sind. Viele Eigenschaften eines Agenten, beispielsweise die Lernfähigkeit eines Age n- ten, sind nur für einen Teilbereich der Anwendungsgebiete maßgeblich. Für ande- re Anwendungsgebiete können die speziellen Eigenschaften störend oder uner- wünscht sein. In dieser Arbeit wird für Systeme mit bestimmten Eigenschaften der Begriff „technischer Agent“ verwendet. Ein aus mehreren technischen Age nten zusammengesetztes komplexes System oder ein komplexes System, in denen mehrere technische Agenten gemeinsam aktiv sind, werden als „technische Multi- Agenten-Systeme“ bezeichnet [Lüt98, S. 13]. Der Begriff „technischer Agent“ wird durch die folgenden drei grundsätzlichen Fähigkeiten bzw. Eigenschaften charakterisiert, die es innerhalb eines Multi-Agenten-Systems gibt: • Optimieren von Prozessen: Ziel eines technischen Agenten ist es, einen oder mehrere technische Prozesse zu optimieren, d. h. die Erreichung oder Stabili- sierung optimaler Prozesszustände. Wird dieses Optimierungszie l nicht er- reicht, dann wird der technische Agent kurz- oder langfristig „abgeschaltet“. • Autonomes Verhalten: Die Autonomie der technischen Agenten besteht aus zwei Eigenschaften: Erstens, die kontinuierliche Aktivität des Agenten oder mindestens ein Teil des Agenten. Der Grund ist die Gewährleistung der Stabi- lität der Optimierung (autonome Aktivität und Terminierung). Zweitens, die Verfügbarkeit über alternative Strategien, um das Optimierungsziel zu errei- chen. Der Agent kann selbstständig entscheiden und muss dafür die erforderli- chen Informationen selbstständig erfassen und verarbeiten (autonome Ent- scheidungskompetenz und Verantwortung). • Beherrschung von Interaktionen: Die Nutzung möglicher Wechselwirkungen zwischen Agenten für das Erreichen eines Optimierungsziels in einem Multi- Agenten-System. Diese können je nach Agenten physische oder informations- technische, erwünschte oder unerwünschte Interaktionen sein [Lüt98, S. 13]. Je nach Forschungsschwerpunkt und Sichtweise wird der Agentenbegriff unter- schiedlich verwendet und besitzt eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: Tabelle 2-1: Eigenschaften eines Agenten nach Nestler [Nes98, S. 2] autonom, autonomy Die Annahme, das Agenten ohne direkte menschliche In- tervention agieren und Kontrolle über ihren Zustand ha- ben. Sie haben die Fähigkeit, Aktionen ohne Bestätigung durch den Benutzer oder sogar ohne Wissen des Benut- zers zu initiieren. flexibility Agenten können ihre Pläne zur Lösung einer Aufgabe dy- namisch während der Lösung ändern. Außerdem ist die Fähigkeit gemeint, sich an veränderte Softwareumgebun- gen automatisch anpassen zu können. Grundlagen der Agententechnologie Seite 4 adaptivity Der Agent passt sich, basierend auf seiner Erfahrung, au- tomatisch den Vorlieben seines Benutzers an. trust Der Benutzer muss sich darauf verlassen können, dass der Agent Anfragen korrekt bearbeitet.