Regelbasierte Diagnose - Wie findet man die Fehlerursachen in komplexen Anlagen?

Transkript

1 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss - Wie findet man die Fehlerursachen in komplexen Anlagen? Georg Brummund

2 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Motivation Einsatzgebiet Vorwärtsverkettung Rückwärtsverkettung Vergleich Modellbasierter Ansatz Modellbasierte Diagnose Einsatz von Modellbasierter Diagnose Wisssenschaftliche Ausarbeitung Schluss

3 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatzgebiet Wo kann man regelbasierte Diagnose einsetzen? Förderstraßen - allgemein verschiedene Maschinen (Hersteller, Typ) verschiedene Parameter Förderbänder Transport Ausgleich kleiner Fehler

4 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatzgebiet Wo kann man regelbasierte Diagnose einsetzen? Förderstraßen - Lebensmittelbranche Ausfallzeiten vermeiden Verfahren: Fehler aufdecken Regelbasiert Diagnose

5 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Was ist eine regelbasierte Diagnose? Erfassung und Verarbeitung von Wissen Wissen: Darstellung als Regeln Aufbau Regel: WENN Bedingung DANN Aktion anwendbar: Bedingung in Datenbasis

6 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Regelbasiertes System Datenbasis (gültige Fakten) Regeln (Hinzufügen neuer Fakten) Interpreter (Steuerung der Anwendung von Regeln) Strategien zur Abarbeitung: Vorwärtsverkettung Rückwärtsverkettung

7 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Interpreter: Auswahl Regeln - Datenbasis Wiederholung bis: keine Regel anwendbar Terminierungskriterium erfüllt Auswahlstrategien: Aktualität Spezifität Priorität

8 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F2 = kupplung

9 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll R2 F2 = kupplung

10 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll R2 F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an

11 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll R2 F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an F3 = starter an

12 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an R1 F3 = starter an

13 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an R1 F3 = starter an F4 = motor an

14 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an R1 F3 = starter an F4 = motor an F4 = motor an

15 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an F3 = starter an F4 = motor an R3 F4 = motor an

16 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vorwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Fakten Anwendung neue Datenbasis - Fakten F1 = batterie voll F1 = batterie voll F2 = kupplung F2 = kupplung F3 = starter an F3 = starter an F4 = motor an R3 F4 = motor an F5 = fahren

17 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Interpreter: gegeben: Ziel Auswahl Regeln - Ziel als Aktion Ziel in Datenbasis: ableitbar Bedingungsteil neues Ziel Auswahlstrategien: Aktualität Spezifität Priorität

18 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren

19 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren Z1... R3: Z2 = motor an

20 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren Z1... R3: Z2 = motor an Z2... R1: Z3 = starter an, Z4 = kupplung;

21 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren Z1... R3: Z2 = motor an Z2... R1: Z3 = starter an, Z4 = kupplung; Z4 ableitbar

22 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren Z1... R3: Z2 = motor an Z2... R1: Z3 = starter an, Z4 = kupplung; Z4 ableitbar Z3... R2: Z5 = batterie voll; Z5 ableitbar

23 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Rückwärtsverkettung Beispiel Regeln R1 = WENN kupplung UND starter an DANN motor an R2 = WENN batterie voll DANN starter an R3 = WENN motor an DANN fahren Datenbasis F1 = batterie voll F2 = kupplung Ziel: Z1 = fahren Z1... R3: Z2 = motor an Z2... R1: Z3 = starter an, Z4 = kupplung; Z4 ableitbar Z3... R2: Z5 = batterie voll; Z5 ableitbar Z5: Datenbasis Z1 ableitbar

24 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Vergleich Vergleich: Vorwärtsverkettung Schlussfolgerung aus Datenbasis Rückwärtsverkettung gezieltes Erfragen unbekannter Fakten

25 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Modellbasierte Diagnose Beispiel 1 Regeln R1 = WENN motor springt nicht an DANN batterie leer R2 = WENN lampe an DANN NICHT (batterie leer) Fakten F1 = motor springt nicht an F2 = lampe aus

26 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Modellbasierte Diagnose Beispiel 2 Regeln R1 = WENN motor springt nicht an DANN batterie leer R2 = WENN lampe an DANN NICHT (batterie leer) Fakten F1 = motor springt nicht an F2 = lampe an

27 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Modellbasierte Diagnose Beispiel 2 Regeln R1 = WENN motor springt nicht an DANN batterie leer R2 = WENN lampe an DANN NICHT (batterie leer) Fakten F1 = motor springt nicht an F2 = lampe an Widerspruch: R1 und R2

28 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Modellbasierte Diagnose Beispiel 2 Regeln R1 = WENN motor springt nicht an DANN batterie leer R2 = WENN lampe an DANN NICHT (batterie leer) Fakten F1 = motor springt nicht an F2 = lampe an

29 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Modellbasierte Diagnose Definition beschreibt Prozessverhalten Trennung des Wissens: Aufgabe und Gegenstand Rückverkettung: Modell und Ziele in einer Menge... Lösung

30 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Fehler Lokalisation: Abfüllanlage Flaschen Stau der Flaschen Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

34 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Diagnose Modell 1: Defekt - Abfüllanlage Flaschen kein Defekt in Datenbasis Fehlerfortpflanzung Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

37 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Diagnose Modell 2: Defekt - Etikettierung Flaschen kein Defekt in Datenbasis Fehlerfortpflanzung Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

40 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Diagnose Modell 3: Defekt - Einpacker kein Defekt in Datenbasis Fehlerfortpflanzung Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

43 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Diagnose Modell 4: Defekt - Waschanlage Kisten Defekt in Datenbasis Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

44 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Einsatz von Modellbasierter Diagnose Flaschenauffüllanlage Diagnose Modell 4: Defekt - Waschanlage Kisten Defekt in Datenbasis Fehlerursache: Schlauchriss Datenbasis Defekt: Schlauchriss (Waschanlage Kisten)

45 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Wisssenschaftliche Ausarbeitung Diagnosis of Bottling Plants Betrachtung Plant A - einzelne Maschinen Plant B - Maschinenklassen Weihenstephaner Standard 2005 Datenmengen: Darstellung durch Gantt-Diagramme

46 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Wisssenschaftliche Ausarbeitung Gantt-Diagramm

47 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Wisssenschaftliche Ausarbeitung Gantt-Diagramm

48 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Danke für die Aufmerksamkeit! Fragen?

49 Motivation Modellbasierter Ansatz Schluss Quellen Peter Struss, Benjamin Ertl: Diagnosis of Bottling Plants - First Success and Challenges Frisk, E. et al. (eds.), 20th International Workshop on Principles of Diagnosis, Stockholm, 2009 Peter Struss: Modellbasierte Systeme und qualitative Modellierung Regeln und regelbasierte Systeme, le/lehre/ws0304/vl10.pdf,