Methoden der Künstlichen Intelligenz in einem Konzept des rechnerintegrierten Konstruierens (PDF)

In der Konstruktionslehre nimmt der Prozess der Neu- und Anpassungskonstruktion eine extrem wichtige Rolle ein, da gerade hier die Kreativität und das Verständnis des Konstrukteurs gefordert sind. Zur Unterstützung dieser Vorgänge wurden verschiedene Formen der Konstruktionsmethodik entwickelt, die eine systematische Vorgehensweise von der Aufgabenstellung zur konstruktiven Prinziplösung vorgeben. Allen diesen Methoden ist gemeinsam, dass sie in unterschiedlichem Maße auf Funktionsstrukturen, technisch-physikalische Effekte mit ihren Realisierungen und auf Kataloge, oft in Form morphologischer Kästen, zurückgreifen. Aus der Idee, die Aufgabenstellung als black-box mit Eingangs- und Ausgangsgrößen zu verstehen, ergibt sich die Möglichkeit einer mathematisch orientierten Algorithmierung, indem die black-box als Übertragungsfunktion aufgefasst und in Teilfunktionen aufgespalten wird, die wiederum durch Elemente aus einem geeigneten morphologischen Kasten realisiert werden. Da diese Funktionen üblicherweise durch mathematische Algorithmen beschrieben werden, ist eine formale Kopplung der Teilfunktionen mit Hilfe der symbolischen Algebra möglich, die als Software verfügbar ist. Im Gegensatz zur mathematischen Betrachtungsweise werden jedoch in einem ingenieurmäßigen Kontext die Variablen durch Formelzeichen repräsentiert, die in ihren Bezeichnern eine Bedeutung enthalten, die mit ausgewertet werden muss, was in den üblichen Formelmanipulationssystemen nicht möglich ist. Zudem ist bei der Kopplung von Funktionen zu berücksichtigen, dass die Ausgangsgrößen der Vorgängerfunktion zu den Eingangsgrößen der Folgefunktion passen müssen, dass nicht zu viele Zusatzvariablen eingeführt werden und die Effekte, die durch die Funktionen beschrieben werden, fachlich nicht beliebig weit auseinander liegen sollen.

In dieser Arbeit werden die Grundlagen einer derartigen Funktionssynthese systematisiert. Insbesondere werden Kriterien zur Auswahl alternativer Lösungszweige angegeben. Das gesamte Entwurfssystem wird mittels der Frame-Notation (einer Obermenge der objektorientierten Ansätze) formalisiert und anhand typischer Beispiele erklärt. Darüber hinaus werden Hinweise für eine softwaretechnische Implementierung gegeben.