Eine Assembling-Ontologie für wissensbasierte Systeme

Abstract

Die immer stärkere Flexibilisierung von Serienproduktionen gewinnt unter dem Begriff "Industrie 4.0" mehr und mehr an Bedeutung. Kunden wünschen sich individuellere und an ihre Bedürfnisse angepasste Produkte. Auch eine durch Marketing und Mode verkürzte Produktlebensdauer wie sie z.B. bei Mobiltelefonen zu beobachten ist, stellt Hersteller vor die Herausforderung, ihre Produkte immer stärker variieren zu müssen. Eine Antwort der Industrie darauf sind Baukastensysteme, die aus einer Menge von miteinander kombinierbaren Elementen eine individuelle Lösung für den Kunden ermöglichen. Dadurch gewinnt der Zusammenbau von Komponenten als Teilaspekt einer Produktion mehr an Bedeutung. Für eine Automatisierung des Zusammenbaus benötigen flexible Fertigungsanlagen maschinenlesbares Wissen über die (geometrischen) Zusammenhänge der Bauteile, der Fügung und der Reihenfolge des Aufbaus. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Entwicklung einer Ontologie für wissensbasierte Systeme um den Zusammenbau von mehrteiligen Produkten zu modellieren. Dies soll einerseits ermöglichen, die beteiligten Bauteile und ihre geometrische Lage zueinander zu beschreiben, als auch Informationen über die Art des Verbundes und Parameter für etwaige Verbindungsverfahren damit zu verknüpfen. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Modellierung der Zusammenbauschritte, die zum fertigen Produkt führen. Dazu wird die Ontologie um regelbasierte Programme in der Regelsprache JESS ergänzt, die es ermöglichen aus strukturellen Zusammenbaudaten - zum Beispiel aus einem CAD-System importiert - die Aufbaureihenfolge abzuleiten. Um die Funktionalität der Wissensbasis und des damit verknüpften Regelwerkes zu demonstrieren, wird eine Importmöglichkeit für CAD-Zeichnungen von Lego-Modellen gezeigt. Mit diesem Baukastensystem kann das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten dieser Arbeit sehr anschaulich gezeigt werden. Bei der Konzeption der Ontologie wurde Wert darauf gelegt, diese so offen wie möglich für Verknüpfungen mit weiterführenden Arbeiten zu gestalten.

High flexibility in batch production gains more importance under the buzzword "Industry 4.0". Customers wish for more individual solutions that fit to their needs. Marketing and trends can reduce product lifecycles - as seen for example with mobile phones - and create an additional demand for producers to vary their products more often. One answer to this challenge are modular designs, which allow the construction of individual products by combining standardized components. Therefore, assembly as part of production gets more into the focus of automation. This creates a demand for machine-readable information about the construction of multi-part products and about how to assemble them. This master thesis handles the conception and development of an ontology for a knowledge-based system to describe the assembly of multi-part products. This allows the description of the involved components as well as their geometrical arrangement. Furthermore, knowledge about the type of bonds between the components can be linked to them. A major part of this work is about modelling the single steps necessary to construct the assembly. To achieve this, the ontology is supplemented with rules using the rule engine Jess. These rules allow to infer the sequence of steps for a given assembly-tree that was for example imported from CAD data. This work describes the implementation of an import program for CAD data of Lego models to demonstrate the function of the knowledge base and the interaction with the rule-based programs. A focus was put on making the concept of the ontology as open as possible for further extensions and combinations with future work.