Institut für Werkstoffe im Bauwesen Pfaffenwaldring 4, 70550 Stuttgart

Universität Stuttgart Institut für Werkstoffe im Bauwesen Prof. Dr.-Ing. Hans-Wolf Reinhardt Dipl.-Ing. Marcus Schreyer Dr.-Ing. Joachim Schwarte

Teilprojekt I 02
"Auswertung der Ergebnisse
mit Hilfe eines Expertensystems"

Zwischenbericht zum Statusseminar
am 28./29. September 1998 in Darmstadt

1. Einführung

Das Teilprojekt I 02 hat zum Ziel, mit der Erstellung eines Online-Dialogsystems zur raschen Umsetzung der Ergebnisse des Forschungsvorhabens "Baustoffkreislauf im Massivbau" in die Praxis beizutragen. Kennzeichnend für das hier geplante System ist dabei das aktive Verhalten der Software bei der Wissensvermittlung im Gegensatz zur passiven Informationsbereitstellung des im TP I 01 entwickelten Datenbanksystems.

Als "aktive Software" wird das Dialogsystem bezeichnet, da es auf Fragestellungen mit unvollständigen Angaben des Benutzers mit Rückfragen nach noch fehlenden Parametern zur Entscheidungsfindung für konkrete Anwendungsfälle reagiert. Diese Anforderung geht über die Leistungsgrenzen gewöhnlicher Datenbanksysteme hinaus, welche es einem Benutzer lediglich durch eine durchdachte Strukturierung und mit Hilfe von diversen Suchmechanismen erlauben, gespeicherte Informationen schnell aufzufinden.

Das System muß auch im Stande sein logische Zusammenhänge, die teilprojektübergreifend im Forschungsvorhabens bestehen, zu berücksichtigen, um dem Anwender sinnvolle Antworten auf seine Fragen geben zu können. Es soll das in der Datenbank gespeicherte Wissen benutzerspezifisch und problemorientiert zur Verfügung stellen, um bei der praktischen Anwendung der Erkenntnisse die versehentliche Nichtbeachtung wichtiger Aspekte zu verhindern.

Anfang der 90er Jahre wurden derartige Systeme unter dem Begriff Expertensysteme als text-basierende Einzelplatzanwendungen entwickelt. Durch die seit Mitte dieses Jahrzehnts verstärkte Einbindung multimedialer Inhalte in Anwendungssoftware traten die in ihrer Benutzung oft sehr umständlich erscheinenden Frage-Antwort-Dialoge auf Kommandozeilenebene der ersten Expertensysteme in den Hintergrund grafisch interaktiver, mit der Maus zu bedienender Software.

Eine weitere prägende Entwicklung der vergangenen Jahre stellt die zunehmende Nutzung des Internetdienstes World Wide Web (WWW) zur Informationsrecherche dar. Das Konzept dieses Dienstes beruht auf dem Client-Server-Prinzip großer Netzwerke, bei dem die Informationen zentral auf Server-Computern abgespeichert werden und dort von einer sehr großen Zahl von Clients, d.h. PC's oder Workstations, abgerufen werden können. Da die Verbindung der Clients über das Internet mit dem Server prinzipiell unabhängig vom Standort und der Art (Betriebssystem / Hardwareplattform) der Clientrechner ist, besitzen Informationen, welche über dieses Medium angeboten werden eine maximale Verfügbarkeit bei gleichzeitig zentraler Verwaltung.

Diese Trends, hin zur grafischen Benutzerinteraktion bei Dialogsystemen und der Nutzung der Vorteile von Online-Anwendungen im World Wide Web, fließen in die Entwicklung der geplanten Software mit ein.

2. Stand der Arbeiten

Inhalte

Um das Wissensgebiet des geplanten Systems inhaltlich sinnvoll einzugrenzen, beschränken sich die enthaltenen Informationen auf die Fragestellung, inwiefern die vorgesehene oder tatsächliche Verwendung des Abbruchmaterials als RC-Zuschlag die jeweiligen Vorgänge im Baustoffkreislauf beeinflußt.

Diese Veränderungen, die sich durch die Absicht einer kreislaufgerechten Wiederverwendung für die an den Vorgängen Beteiligten (Auftraggeber, Abbruchunternehmer, Behörden, Aufbereitungsunter-nehmen, Tragwerksplaner, Architekten, Betonwerke....) ergeben, sollen möglichst vollständig im System enthalten und für diese schnell und leicht erreichbar sein.

Software

Bezüglich der technischen Realisierung des Dialogsystems wurde im wesentlichen an der Verwendung jener Softwaretechnologien, die bereits in [6] dargestellt wurden, festgehalten.

Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, daß die absolute Anzahl der Datenbankzugriffe bei der Nutzung eines Dialogsystems sehr hoch ist, da jede einzelne Schlußfolgerung der Inferenzmaschine durch eine logische Abfolge zahlreicher Vergleiche zwischen den vom Benutzer eingegebenen und den in der Wissensbasis enthaltenen Daten realisiert wird. Aus diesem Grunde wurde eingehend untersucht, ob eventuell die Notwendigkeit besteht, für die Realisierung des Systems das Datenbankmanagementsystem "Microsoft SQL-Server" anstelle des im Teilprojekt I01 erfolgreich eingesetzten Systems "Access 97" zu verwenden. "MS SQL-Server" stellt ein professionelles Programm dar, daß im Stande ist, auch sehr große Datenbanktabellen bei extrem rascher Zugriffsfolge zu verwalten. Auf der anderen Seite bietet das Programm "Access 97", das vorrangig als sogenannte Office-Anwendung konzipiert ist, komfortable Hilfestellung bei der Erstellung und Manipulation vorhandener Datentabellen, durch die eine Anwendungsentwicklung starkt vereinfacht und beschleunigt werden kann. Bezüglich des Programms Access 97 als Datenbank innerhalb von Online-Anwendungen wurde im Rahmen des Teilprojekt I01 die Erfahrung gemacht, daß die Leistungsfähigkeit auch unter diesen für das Programm eher untypischen Umständen völlig ausreichend sein sollte.

Das Datenbankmanagementsystem "MS SQL-Server" wurde in der aktuellen Version (6.5) auf dem BiM-Server-PC installiert und es wurden einige Test bzgl. der Konvertierung von Access-Datentabellen zu SQL-Datentabellen durchgeführt. Wegen der Erkenntnis, daß der Aufwand zur Konvertierung vorhandener Daten relativ gering bleibt im Vergleich zum Mehraufwand bei der Anwendungsentwick-lung unter SQL-Server, wurde beschlossen zunächst "Access 97" als Datenbank für die Wissensbasis einzusetzen. Diese Entscheidung wird mit Verfügbarkeit der Version 7.0 des Programms "MS SQL-Server" eventuell abermals zu überprüfen sein.

Die Erstellung der "Inferenzmaschine" geschieht mit der Software-Technologie "Active Server Pages" (ASP) von Microsoft. Durch ASP wird eine umfangreiche objektorientierte Programmumgebung bereitgestellt, die die Integration von Datenbankinhalten (Access, SQL-Server) und Internetanwen-dungen (HTML-Seiten) innerhalb des Web-Servers (IIS) ermöglicht. Die Prozesse, durch welche die eigentliche Leistungsfähigkeit der Inferenzmaschine bestimmt wird, können hierbei als Visual-Basic-Routinen unmittelbar in die HTML-Dateien eingefügt werden. Derartige Visual-Basic-Prozesse werden dann beim Aufruf der entsprechenden Seite serverseitig ausgeführt.

Programmstruktur

Bei der Erstellung wissensbasierter Systeme ist es von erheblicher Bedeutung, daß die jeweils gewählte Art der Wissensrepräsentation dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt ist. Die zwei wesentlichen Konzepte, nämlich "Produktionssysteme" und "Rahmensysteme" wurden bereits in [6] kurz dargestellt.

Das vorhandene Produktionssystem wurde in der Zwischenzeit, wie beabsichtigt, um eine Komponente zur Protokollierung der Benutzerdialoge ergänzt. Das hierbei entstehende Dialogprotokoll kann vom Benutzer nach Beendigung der Programmkonsultation über eine Schaltfläche aufgerufen werden. Für das in [6] dargestellte Beispiel sieht das Protokoll folgendermaßen aus:

Die zur Zeit in der Bearbeitung befindliche Weiterentwicklung des Rahmensystems wird zunächst anhand einer vorhandenen Wissensbasis, die inhaltlich der Prototypanwendung des bereits fertiggestellten Produktionssystems (s. [6]) entspricht, getestet. Nach der erneuten Erstellung der bisherigen Funktionen unter Verwendung der verbesserten Systematik ist eine technische und strukturelle Überarbeitung der Inferenzmaschine mit dem Ziel einer effektiven Dialogführung und größeren Robustheit geplant. In diesem Programmstadium sollte eine rasche Integration weiterer Funktionalitäten bzw. die Aufarbeitung weiterer Inhalte in verhältnismäßig kurzer Zeit im Rahmen von Diplom- und Studienarbeiten möglich sein.

"BiM - Online"

Im Rahmen des Teilprojekts I02 werden für diejenigen Aspekte des BiM-Gesamtvorhabens, für die eine derartige Aufbereitung sinnvoll ist, wissensbasierte Dialogmodule auf der Basis der oben genannten Konzepte erstellt. Es ist allerdings nicht zweckmäßig die Gesamtheit dieser Module zu einem homogenen Gesamtsystem, das selbst ein reines Dialogsystem darstellt, zusammenzufassen. Ein derartiges übergeordnetes Dialogsystem könnte auch dem Anspruch der Vollständigkeit kaum gerecht werden. Aus diesem Grund wird die Implementation derart geschehen, daß die Dialogmodule in gewisser Weise als Einzelaspekte bzw. Zusatzfunktionen der Online-Datenbank aus Teilprojekt I01 erscheinen. Insgesamt entsteht durch diese Vorgehensweise ein Online-System, das allen gesetzten Zielen gerecht werden kann. Dieses übergeordnete System, die Zusammenfassung von Datenbank- und Dialogsystem unter einer gemeinsamen Online-Oberfläche soll in Zukunft mit dem Begriff "BiM-Online" benannt werden.

Ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung von BiM-Online ist die Frage der Langlebigkeit. Erfahrungen mit früheren, komplexen, wissensbasierten EDV-Systemen haben gezeigt, daß derartige Anwendungen durch die Weiterentwicklungen im Hard- und Softwarebereich mitunter schon nach wenigen Jahren praktisch unbenutzbar werden können. Selbst eine Neuimplementierung unter Verwendung modernerer Hardware und neuerer Betriebssysteme ist unter gewissen Umständen unmöglich. Diese Gefahr ist bei BiM-Online relativ gering, da die Anwendung vollständig auf den inzwischen international akzeptierten Internet-Standards basiert und auf Programmkomponenten, die clientseitig in den Browsern ausgeführt werden müssen (z. B. Java-Applets), weitestgehend verzichtet. Die volle Leistungsfähigkeit von BiM-Online kann somit sichergestellt werden, indem der Betrieb des zentralen Servers (www.B-i-M.de) aufrechterhalten wird.

3. Fortsetzung der Arbeiten

Die im weiteren Verlauf des Teilprojekts zu erledigenden Arbeiten gliedern sich in zwei Gruppen:

1. Von der Wissensbasis möglichst unabhängige Programmierung der Module der Inferenzmaschine, einschließlich der erforderlichen Tests.
2. Erfassung bereits vorliegendem Wissens, d. h. Aufbereitung vorliegender Informationen in der Gestalt, die durch die Datenstruktur der Inferenzmaschine vorgegeben ist.

Die Wissenserfassung erfolgt separat für unterschiedliche Einzelthemen und stellt daher einen Bereich dar, der zur Gestaltung von Diplom- oder Seminararbeiten gut geeignet ist. Hierdurch wird die Aufbereitung des in der Datenbank (I01) bereits vorliegenden Materials stark beschleunigt werden können.

Abschließend sollte auch das oben bereits angesprochene Problem der Langlebigkeit des Systems, d. h. die Sicherstellung des Betriebs des Servers über den Zeitraum des Forschungsvorhabens hinaus, gelöst werden. Hierzu werden Konzepte zu erarbeiten sein, die gegebenenfalls mit anderen beteiligten Forschungsstellen zu diskutieren sind.

4. Literatur