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23.01.1987 - 

Expertensystem-Prototyp für die Anwendung von Betriebsvorschriften:

Deutsche Bundesbahn steuert auf KI-Schiene zu

Trotz einer Vielzahl existierender Expertensysteme steht ihr Einsatz doch erst am Anfang. Das ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, daß der Aufbau eines komplexen Systems, und nur ein solches hat einen wirklichen Praxiswert, sehr zeitaufwendig ist. Hinzu kommt, daß es gegenwärtig noch sehr wenige ausgebildete Wissensingenieure gibt.

Angesichts der zunehmenden Zahl von Expertensystemen auch in Deutschland stellte sich die Frage, ob diese Technologie nutzbringend für die Deutsche Bundesbahn einsetzbar sei. Deshalb fiel im Frühjahr 1986 die Entscheidung, kurzfristig eine Prototyp-Lösung für ein eng begrenztes Wissensgebiet zu erstellen, um erste Erfahrungen zu sammeln und Aussagen über die Brauchbarkeit von Expertensystemen für die DB zu gewinnen.

Das Wissensgebiet wurde nach folgenden Kriterien ausgewählt:

- möglichst abgeschlossen, eindeutig in den Regeln und außerdem gut dokumentiert,

- so begrenzt, daß sich innerhalb von etwa drei Monaten ein Prototyp erstellen läßt, wobei die Ausgaben sehr deutlich unter 100 000 Mark liegen sollten,

- als Trägersystem Verwendung eines PC,

- Verfügbarkeit eines "Experten"

- der zuständige Unternehmensbereich sollte das Vorhaben aktiv unterstützen.

Die Wahl fiel auf ein Teilgebiet aus dem Bereich der Anwendung der bestehenden Vorschriften für die Betriebsdurchführung in Bahnhöfen, nämlich auf die sogenannte "Indirekte Fahrwegprüfung".

Bei der Deutschen Bundesbahn ist in den Vorschriften für die Betriebsdurchführung grundsätzlich festgelegt, daß ein Zug nur dann einen Gleisabschnitt befahren darf, wenn dieser Abschnitt frei von Fahrzeugen oder sonstigen Hindernissen ist. Die Feststellung "Gleisabschnitt frei und befahrbar" wird im Regelfall durch technische Hilfsmittel, oder, wenn das aus bestimmten Gründen nicht möglich ist, durch Prüfung durch Augenschein vom Stellwerk aus getroffen.

Für den Fall, daß auch eine Augenscheinprüfung nicht möglich ist, gibt es Regelungen für die "indirekte Fahrwegprüfung", wobei Informationen von Dritten außerhalb des Stellwerks eingeholt werden müssen. Diese Regelungen sind unterschiedlich je nach dem Anlaß für die indirekte Fahrwegprüfung, und die auf dem Stellwerk vorzunehmenden Handlungen sind, abhängig von der Örtlichkeit und der Sicherungstechnik, sehr verschieden.

Deshalb gilt es, zur Ausfüllung der generellen Regelungen, ortsspezifische Handlungsanweisungen durch den Bahnhofsvorsteher aufzustellen und den Mitarbeitern im sogenannten "Bahnhofsbuch" bekannt zu geben. Bei dieser örtlichen Umsetzung muß eine Reihe weiterer Vorschriften beachtet werden. Dieses Regelwerk zur Aufstellung der örtlichen Handlungsanweisungen für die indirekte Fahrwegprüfung sollte mit Hilfe des Expertensystems abgebildet werden.

Im Rahmen einer dreitägigen Machbarkeitsuntersuchung wurden die Anforderungen an die Grundeigenschaften des Systems festgelegt, mit den Leistungsmerkmalen einer begrenzten Anzahl von Sprachumgebungen und Expertensystem-Shells verglichen und nach einem Schema bewertet.

Die Entscheidung fiel schließlich für den "ES/P-Advisor", eine Prolog-basierte Expertensystemshell für PC mit besonderen Stärken bei der Aufbereitung und Ausgabe von Beratungstexten sowie einer deutschsprachigen Benutzeroberfläche.

Der Expertensystem-Prototyp "Indirekte Fahrwegprüfung" wurde von zwei Mitarbeitern der DB mit Unterstützung durch ein Beratungsunternehmen in der Zeit von März bis Mitte Juni 1986 erstellt und befindet sich zur Zeit in einem umfassenden Test. Im Zuge seiner Realisierung wurden mehr als 30 aufeinander aufbauende Versionen entwickelt.

In der Wissensbasis ist die Methodik der Aufstellung der die indirekte Fahrwegprüfung betreffenden Seiten des Bahnhofsbuches gemäß den Betriebsvorschriften abgebildet; das Expertensystem führt und unterstützt den Ersteller der ortsbezogenen Handlungsanweisungen in Form einer intelligenten Checkliste.

Relevante Sachverhalte finden Berücksichtigung

Im Verlauf einer Konsultation werden über den Bildschirm Fragen an den Benutzer gestellt - zum Beispiel nach der örtlichen Signaltechnik den Flankenschutzeinrichtungen und den konkret für bestimmte Beobachtungen verantwortlichen Mitarbeitern. Für eine Reihe der Fragen sind ergänzende Informationen als Erläuterung abrufbar (Hilfe-Funktion).

Das Expertensystem stellt, sicher daß bei richtiger Beantwortung der Fragen alle für den jeweiligen Gleisabschnitt relevanten Sachverhalte, aber auch nur diese, beachtet werden und im Text ihren Niederschlag finden. Gleichzeitig werden die einzelnen Textabschnitte in einer vorschriftengerechten Form abgefaßt und können als konkrete Handlungsanweisung für das Bahnhofsbuch und für Prüfzwecke ausgedruckt werden.

Hierdurch wird das Aufstellen der Anweisungen sicherer und im Ergebnis einheitlich für alle Bahnhöfe bei gleichzeitiger Reduzierung der Vorbereitungszeit für den Aufsteller. Fehler im Bahnhofsbuch und Unsicherheiten in der Anwendung der Vorschriften können damit vermindert werden.

Prototyp wird derzeit bei der DB validiert

Der Prototyp wird derzeit bei einer Reihe von Bahnhöfen validiert, indem zusammen mit den örtlichen Mitarbeitern die Anweisungen für mehrere hundert Gleisabschnitte erstellt und die Ergebnisse geprüft werden. Hierbei ergeben sich auch wichtige Anregungen für Verbesserungen in der Anwendung, die schritthaltend eingearbeitet werden. Im übrigen hat sich gezeigt, daß sich die bei der Erstellung eines solchen Systems notwendige Strukturierung des Wissensgebietes auch auf die Struktur der Vorschriften selbst günstig auswirken kann.

Die im Zuge der Entwicklung und der Feldtests mit diesem Prototypen und einigen weiteren kleinen Anwendungen gesammelten Erfahrungen lassen heute schon folgende Aussagen über eine Anwendung von Expertensystemen bei der DB zu:

- Expertensysteme können sinnvoll dort eingesetzt werden, wo es darum geht, in Regeln und Fakten abbildbares Expertenwissen einem größeren Kreis von Nutzern für ihre tägliche Arbeit zur Verfügung zu stellen.

- Der Aufbau von Expertensystemen bietet keine grundlegenden Schwierigkeiten; die heute auf dem Markt verfügbaren Shells sind für den Einstieg in die Expertensystem-Technik grundsätzlich besser geeignet als das Arbeiten mit der reinen Sprachebene, zum Beispiel Prolog oder Lisp. Leider haben jedoch alle für PCs verfügbaren preiswerten Shells mehr oder weniger große Schwachstellen bei einem oder mehreren der folgenden Punkte: Strukturierungs-, Debugging- und Dokumentationswerkzeuge; Sicherheit gegen Programmabbruch auf Sprachebene; Benutzeroberfläche in Landessprache; Modifizierbarkeit des Menü- und Maskenaufbaus; Schnittstellen zu Datenbanken und Kommunikationsschnittstellen zu Anwendersystemen (zum Beispiel Btx).

- Preisgünstige Laufzeitversionen der Shells erlauben eine Multiplikation der Anwendungen im Feld zu erträglichen Kosten.

- Für kleinere abgegrenzte Wissensgebiete ist der PC ein geeignetes Instrument; im Interesse vertretbarer Antwort- und Systemzeiten sollte der Rechner jedoch leistungsmäßig mindestens einem IBM PC XT mit Festplatte entsprechen.

- Wissensingenieur und Experte müssen für die Dauer der Entwicklung sehr eng zusammenarbeiten und sollten von anderen Aufgaben weitestgehend freigestellt werden.

- Die Entwicklungszeit für anspruchsvolle Expertensysteme bemißt sich auch bei der DB eher nach Jahren als nach Monaten.

- Durch Nutzung von Expertensystemen können auch "klassische" DV-Entwicklungen, mindestens teilweise, substituiert werden. Expertensysteme sollten aber nur für solche Anwendungen eingesetzt werden, die mit herkömmlicher Datenverarbeitung nicht schneller und wirtschaftlicher entwickelt werden können.

Natürlich hat der beschriebene Prototyp noch keine abschließenden Erkenntnisse über die generellen Einsatzmöglichkeiten von Expertensystemen bei der Deutschen Bundesbahn gebracht. Soweit man das aber jetzt schon überblicken kann, werden diese in erster Linie in Unterstützungsfunktionen bei Beratungen aller Art bestehen, also zum Beispiel beim Verkauf; aber auch für die Unterstützung von Dispositionsfunktionen erscheinen Expertensysteme als geeignete Medien.

Weitere Einsatzfelder sind bei der Fehlerdiagnose und bei der Instandsetzung technischer Einrichtungen und Fahrzeuge gegeben. Ferner lassen sich Expertensysteme zur Unterstützung von Ausbildung und Fortbildung nutzbringend einsetzen, weil auf diese Weise zum Beispiel sichergestellt werden kann, daß die Lehrkräfte über einheitliche und aktuelle Lehrmittel verfügen. Auch für das Selbststudium sind solche Systeme geeignet.

Schließlich könnten Expertensysteme auch bei der Fortentwicklung von Vorschriften aller Art helfen, indem sie sicherstellen, daß geplante neue Regelungen widerspruchsfrei zu den existierenden Regelungen sind. Solche Anwendungen sind sicher sehr plausibel. Sie dürften aber wegen der Komplexität der fachlichen Vorschriftenwerke und der Fülle der zu beachtenden Randbedingungen zu den sehr anspruchsvollen Anwendungen gehören, deren Lösung viel Zeit beanspruchen wird, so daß diese Art der Anwendung von Expertensystemen wohl erst in fernerer Zukunft ins Auge gefaßt werden kann.

Professor Günther Gottfried ist Leiter des Stabes Informationslogistik bei der Zentrale der Deutschen Bundesbahn Hauptverwaltung, Frankfurt.

Der Beitrag basiert auf einem Vortrag, der anläßlich des Kongresses "Big Tech" in Berlin gehalten wurde.