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22.01.1993 - 

Fehlentwicklungen beruhen oft auf hausgemachten Problemen

Fuer einen Einsatz von XPS muss die Infrastruktur stimmen

Die praktische Umsetzung von Ideen aus dem Bereich der Wissensverarbeitung ist in den letzten 20 Jahren vor allem im Bereich der KI-Teildisziplin Expertensysteme erfolgt. Diese Systeme waren zugleich der Orientierungspunkt fuer Erweiterungen, wie wir sie in verschiedenen Fuzzy-Ansaetzen oder bei neuronalen Netzen vorfinden. Im Vordergrund steht dabei zunaechst die Faehigkeit zur Verknuepfung von "Wenn-dann-Regeln", dem eigentlichen methodischen Geruest. Sind diese Regeln zunaechst auf eine Anwendung bezogen, so lassen sie sich zugleich nutzen, um weitere Aufgaben, zum Beispiel das Vererben von Eigenschaften einer allgemeinen Klasse auf Spezialfaelle, zu bewaeltigen. Dies ist bekanntlich ein zentrales Thema der Objektorientierung.

Man kann auf dieser Basis auch angepasste Kalkuele zur Verarbeitung unsicheren Wissens oder zur Verwaltung von Hypothesen (Truth- Maintenance-Systeme) entwickeln. All dies bildet heute das methodische Grundgeruest von am Markt verfuegbaren Expertensystem- Shells und ist die Basis fuer viele vor allem auch prototypische Systementwicklungen.

Expertensysteme in den Anwendungen

Wichtige Expertensystem-Entwicklungen gibt es bis dato unter anderem im Produktionsbereich, im Bueroumfeld mit dem Schwerpunkt auf Versicherungen und Banken sowie in der Dokumentenverwaltung. Diese Systeme kommen in der Pharmaindustrie, im Umweltschutz und im Verkehr, bei der Systemkonfiguration sowie neuerdings auch in der Kommunikation, der Rechner-Telefon-Kopplung und in Multimedia- Anwendungen zum Einsatz.

Die bisherigen Ergebnisse im Bereich der Expertensystemforschung sind als Erfolg zu werten - auch wenn er teilweise nicht mehr als solcher wahrgenommen wird. Wie selbstverstaendlich wurde die neue Technologie inzwischen in das Methodenspektrum der Informatik und der Systemtechnik aufgenommen und dann mit anderen Ansaetzen verbunden. Dazu zaehlen etwa Prototyping, Hypertext, Objektorientierung, moderne Sprachen, CASE-Tools, Datenbanktechnologie (insbesondere objektorientierte und deduktive Datenbanken), Repositories oder das Projekt-Management.

Ueberall besteht die Notwendigkeit, Informationen abzulegen. Das geschieht meistens auf der Basis von umfangreichen Datenmodellen mit entsprechenden Begriffssystemen und Thesauri sowie darauf aufsetzenden Inferenzkomponenten, die benoetigtes Wissen indirekt erschliessen. Dabei werden Informationen verkettet und die Eigenschaften objektorientierter Systeme genutzt.

In einem Wechselspiel zwischen Systemkomponenten besteht hier die Moeglichkeit, in verteilten Umgebungen Tools, Methoden und Verfahren simultan zu nutzen, wobei inzwischen die Ablage des entsprechenden Fachwissens ueber die Integration und Nutzung von Algorithmen zu einem zentralen Thema geworden ist.

Unser Forschungsinstitut ist gerade auch mit diesen Verknuepfungsfragen beschaeftigt, wobei die Integration auf den Modellierungsebenen ebenso verfolgt wird wie die ueber Softwarewerkzeuge. Ein Ergebnis ist die wissensbasierte Ausfuehrungsumgebung "Ambas", die zur Integration von DV- Plattformen inklusive der zugehoerigen Modellierungs- und Software- Engineering-Instrumente vorgesehen ist.

Viele Versprechungen wurden nicht eingehalten

Trotz dieser zweifellos positiven Resultate geben die Ergebnisse bestimmter Entwicklungsprojekte auch zu Enttaeuschungen Anlass. Das liegt nicht zuletzt daran, dass wie bei allen neuen Technologien auch bei den wissensbasierten Systemen grosse Versprechungen gemacht und Aussagen sehr unspezifisch in den Raum gestellt wurden. Das fuehrte dazu, dass Ansaetze am falschen Objekt und mit einer ungenauen Einschaetzung des Aufwands umgesetzt wurden.

Anwender nahmen zum Teil Aufgaben in Angriff, fuer die die vorhandene Technologie ungeeignet beziehungsweise noch nicht genuegend ausgereift war oder fuer die es bereits besser geeignete Methoden gibt. Oft wurden zudem zwar interessante Fragestellungen angegangen, die aber den beteiligten Unternehmen keinen ausreichenden Mehrwert einbrachten. In einigen Faellen sind auch die Aufwendungen fuer das unbedingt noetige Wissens-Management sowie seine organisatorischen Konsequenzen schlicht unterschaetzt worden.

Hinsichtlich der Partnerkonstellation wurden zudem die Nutzer nicht immer adaequat eingebunden. Weiterhin uebersahen die Beteiligten in vielen Faellen, dass von der Expertensystementwicklung auch organisatorische beziehungsweise Machtfragen tangiert sind. Daher bedarf es einer entsprechenden Unterstuetzung ueber die gesamte Firmenhierarchie hinweg. Gerade

bei lang andauernden Systementwicklungen waren nicht selten die Planungen und die Projekt-Management-Vorgaben voellig unzureichend.

Vielleicht noch gravierender war zudem die mangelhafte Beruecksichtigung der Umgebung; das betrifft den systemtechnischen Status quo, die Hard- und Software-Umgebungen, die von zentraler Bedeutung sind, sowie schliesslich - gerade in Bereichen wie Verkehr und Umwelt - die Infrastrukturprobleme im nationalen und internationalen Bereich.

Wir wissen heute, dass im wesentlichen alle informationstechnischen Paradigmen, ob es sich nun um Symbol- oder Logikverarbeitung, Fuzzy-Mathematics oder neuronale Netze handelt, im Prinzip gleich maechtig sind. Demnach lassen sich also in all diesen Methodologien saemtliche Groessen auch berechnen. Die wesentlichen Fragen hinsichtlich der Nutzung sind daher pragmatischer Art.

Man muss also pruefen, mit welchen Methoden man in den einzelnen Anwendungsumfeldern am weitesten kommt. Es gibt viele Themen, in denen klassische Verfahren, etwa der Regelungstheorie, der Statistik, der Optimierung oder der diskreten Mathematik in jeder Hinsicht angemessen sind: Hier koennen neue Technologien wenig bieten.

Die Vorteile der neuen Technologie

Wichtig ist in jedem Fall, dass die Bereiche, in denen neue Technologien zum Einsatz kommen sollen, sehr genau analysiert werden. Man weiss mittlerweile, dass sich Expertensysteme fuer solche Themen besonders eignen, bei denen eine Vielzahl von Informationen regelhaft miteinander zu verknuepfen sind. Derartige Anwendungen sind dann besonders interessant, wenn sie Brueckenfunktionen einnehmen, die bis heute von niemandem wahrgenommen wurden (zum Beispiel die Kopplung technischer Dienste). In solchen Faellen wird Mehrwert unmittelbar erzeugt, ohne dass Personen in ihrem Funktionsumfeld bedroht werden.

Generell ist darauf zu achten, dass in entsprechenden Projekten auch ueber kurze Zeitraeume Vorteile sichtbar werden: Die Identifikation von Mehrwert ist immer von zentraler Bedeutung, gerade angesichts der oft hohen Kosten entsprechender Systementwicklungen.

Typische Vorteile koennen sein:

1. Eine schnellere Diagnose fuer teure und nutzungsintensive Systemkomponenten (Radaranlagen, Flugzeuge, technische Einrichtungen, Gebaeude) ist moeglich.

2. Eine einmal gefundene Loesung wird in Tausenden von Komponenten eingesetzt und reduziert dort substantiell Aufwendungen (zum Beispiel die wissensbasierte Steuerung von Telefonanlagen inklusive der automatischen Uebernahme von Vermittlungsaufgaben).

3. Systeme uebernehmen Brueckenfunktionen, erlauben also beispielsweise, dass bestimmte Softwarewerkzeuge zusammenarbeiten.

4. Gelegentlich werden wichtige Wissensinhalte niedergelegt (zum Beispiel zur Telefonvermittlung), die dann simultan genutzt werden koennen, um zentral benoetigte Informationsdienste hinsichtlich Personal, Geraeten, Gebaeuden, Inventarisierung, Lagerhaltung, Wartung und Verfahren verfuegbar zu machen.

5. Die Definition einer Firmenpolitik ueber grosse verteilte Organisationen hinweg ist moeglich, ebenso der automatische Update von Regelwerken zum Beispiel im Banken- und Versicherungsbereich, was zu einer erheblichen Senkung direkter Kommunikationskosten fuehren kann.

6. Vorteile bringt auch die automatische wissensbasierte Konfiguration von Software wegen der erheblichen Einsparung bei der Installation.

Es kann allerdings oft lange dauern, bis Einspareffekte erzielt werden. Die Verlagerung von Aufgaben ist meistens schwierig und zeitaufwendig, insbesondere wenn bereits zustaendige Stellen mit ihnen befasst sind.

Wissens-Management ist aufwendig

Typisch fuer Expertensystem-Ansaetze ist die Ablage und das Deutlichmachen von Wissen. Ein Beispiel waere etwa eine Informationsbank mit bestimmten Ansprechpartnern, deren Adressen, Kompetenzen oder Projektzugehoerigkeiten. Weiter laesst sich der Umweltbereich anfuehren, wo die Speicherung von Wissen ueber die geographische Lage wichtiger Objekte, zum Beispiel Staedte, Stauseen, Muelldeponien, Benzinlager und Klaeranlagen noetig sein kann. All diese Informationen zu pflegen und konsistent zu halten ist wichtig, aber auch aufwendig.

Die Pflege ist aber von entscheidender Bedeutung, wenn Expertensysteme sinnvoll genutzt werden sollen. Entsprechend muessen die noetigen Aufwendungen ebenso wie moegliche Rueckwirkungen auf die Unternehmenshierarchie beruecksichtigt werden, wenn entsprechendes Wissen auf diese Weise zugaenglich sein soll. Man muss ebenfalls wissen, dass sich gesellschaftliche Rechte und Rahmenbedingungen hinsichtlich des Zugriffs auf solches Wissen veraendern koennen.

Ausserdem ist zu beachten, dass derartig abgelegtes Wissen schlechter zu schuetzen ist. Die heute dominierenden Formen der verteilten Ablage von Wissen ueber Organisationsstrukturen, Kulturen oder Traditionen bieten durchaus einen gewissen Schutz vor Informationsverlust, und man muss im Einzelfall pruefen, ob diese Art der Sicherheit aufgegeben werden kann.

Ohne Einbindung der Nutzer laeuft gar nichts

Bei Expertensystem-Entwicklungen ist die Einbindung der Nutzer von zentraler Bedeutung. Sie sind in der Regel die einzigen, die sich in der diffizilen Materie auskennen, und sie werden die Systeme spaeter einsetzen. Ihr Wissen wird in den Systemen abgelegt. Oft sind es auch die Nutzer, die die entsprechenden Systeme bewerten. Es gibt viele Faelle, in denen Anwender gerne an entsprechenden Systementwicklungen mitarbeiten, zum Beispiel, weil daraus eine Erleichterung ihrer eigenen Arbeit resultieren kann.

Moeglich ist auch, dass jemand sein eigenes Spezialwissen fuer die Zukunft festhalten will, etwa ein Fachmann, der aus Karriere- oder Altersgruenden Funktionen weiter- oder aufgibt. Oft laesst sich fuer Anwender ueber entsprechende Systeme auch Zusatznutzen erschliessen, zum Beispiel wenn Routinetaetigkeiten delegiert werden oder ein Zugriff auf Informationsbanken moeglich ist.

Organisatorische Konsequenzen ziehen

Eine langfristige und intensive Unterstuetzung der Fachebene ist unabdingbar - ist diese nicht sichergestellt, sollte man solche Entwicklungen in der Regel gar nicht beginnen. Das gilt auch in all den Faellen, wo Systementwicklungen Mitarbeiter unmittelbar in ihren Kompetenzbereichen bedrohen koennen. Die Wissenstraeger haben immer die Macht, die Abgabe ihres Spezialwissens zu verweigern oder unzureichende Angaben zu machen. Insbesondere im Umfeld verschiedener freier Berufe ist zu beobachten, dass prinzipiell nicht die Bereitschaft besteht, Wissen allgemein nutzbar zu machen, selbst wenn es nur um die Automatisierung einfacher Routineaufgaben geht.

Die Ablage von Information in Expertensystemen tangiert haeufig Machtfragen und organisatorische Strukturen. Die Einbindung solcher Systeme in ein betriebliches Umfeld bedingt Abstimmungen, die ueber einzelne Arbeitsgruppen und Bereiche hinausgehen. Nach aller Erfahrung ist dies nur moeglich, wenn entsprechende Projekte ueber einen laengeren Zeitraum hinweg auch von hoeheren Hierarchieebenen unterstuetzt werden und gleichzeitig die Bereitschaft besteht, noetige organisatorische Konsequenzen zu ziehen.

So lassen sich bestimmte Einsparungen bei der Informationsbereitstellung mittels Expertensystemen nur dann erzielen, wenn die bisherigen Formen des Vorhaltens von Information irgendwann abgeloest werden. Wichtig ist ausserdem eine Projektplanung, die eine geeignete Migration vom Status quo hin zu immer komplexeren Zielen durch die Einbindung von zunehmend leistungsfaehigeren wissensbasierten Komponenten ermoeglicht.

Waehrend des Projektes sollte man sich auf Veraenderungen der Anwenderwuensche einstellen koennen, die angesichts der grossen Zeitraeume und insbesondere in Verbindung mit dem Prototyping immer wieder auftreten. Von den Plattformen und insbesondere den Werkzeugen her ist die Architektur so offen auszulegen, dass sich alle spaeter noetig werdenden Veraenderungen mit einem vertretbaren Aufwand vornehmen lassen.

Integration in ein gewachsenes Umfeld

Expertensysteme sind in der Regel in gewachsene Strukturen eingebettet. Dies tangiert Erwartungen und Einschaetzungen der Nutzer ebenso wie Hard- und Softwarefragen sowie generelle Infrastrukturanforderungen. Welche methodischen Schritte erlaubt nun der Status quo? Bei Projekten ueberrascht immer wieder, wie weit manche Anwender heute noch von der flaechendeckenden Nutzung moderner Informatikmethoden entfernt sind. Sowohl in grossen Unternehmen mit langen Entscheidungswegen als auch in mittelstaendischen Betrieben und in der oeffentlichen Verwaltung, wo notwendige Investitionen lange Zeit vernachlaessigt wurden, sind Zettelkaesten noch oft die wichtigste Datenbank.

CAD-Systeme dienen als elektronische Zeichenbretter, Datenbanken sind in Wirklichkeit File-Systeme, Rechnerkommunikation und E- mail-Dienste werden kaum genutzt, und in vielen Faellen gibt es bei auftretenden Problemen keine darauf vorbereitete Organisation, sondern ein Krisen-Management. In zahlreichen Anwendungsbereichen, in denen 95 Prozent der Arbeit Routine ist, fuehlen sich die Beteiligten dennoch, als loesten sie permanent Sonderaufgaben. Regelhafte Routinearbeit wird als solche schlicht nicht wahrgenommen. Wenn im Fertigungsbereich nicht einmal PPS-Systeme installiert sind, wenn es keine Betriebsdatenerfassung gibt, wenn ISDN nicht verfuegbar ist, dann sind bestimmte Dinge in einem ueberschaubaren Zeitrahmen einfach nicht machbar.

Von gravierender Bedeutung sind Hard- und Softwarefragen. Softwaretechnische Loesungen sind in der Regel anspruchsvoll. Sie erfordern ein grosses Know-how und qualifizierte Mitarbeiter, die die entsprechenden Umgebungen pflegen und an die neuesten Releases anpassen. Unter diesen Umstaenden die Migration auf neue Hard- oder Softwaretechnologien vorzunehmen, ist schwer.

Schon die zwangslaeufig ueber Tool-Hierarchien aufkommenden Veraenderungswuensche oder -zwaenge absorbieren die Leistungsfaehigkeit vieler Abteilungen voellig. So ist es oft schwierig, neueste Entwicklungen vor Ort nutzbar zu machen - und dies um so mehr, als die modernen Informatikentwicklungen teilweise auf den vorhandenen Bestand keine Ruecksicht nehmen.

Dieser Status quo repraesentiert aber zum Teil Investitonen in Milliardenhoehe, die beispielsweise in aelteren Cobol-Anwendungen oder in IMS- und Adabas-Datenbanken stecken. Wissenschaftler uebersehen nicht selten die Notwendigkeit, diese Datenbestaende weiter zu pflegen. Zudem mangelt es in der Regel an wirksamen Migrationshilfen.

In ein solches Umfeld muessen sich Expertensysteme integrieren lassen. Sie benoetigen insbesondere eine Kopplung mit vorhandenen Datenbestaenden und

Anwendungssystemen und muessen sich den gegebenen Modellierungsinstrumenten, den Rechnern, Netzwerken, aber auch den Personalanforderungen anpassen. Dies schafft Schulungsbedarf und ist abhaengig vom Qualifikationsniveau der Mitarbeiter und den Moeglichkeiten ihrer Weiterentwicklung.

Nach allen Erfahrungen sind in modernen wissensbasierten Anwendungen die nicht Expertensystem-spezifischen Teile die umfangreicheren. Das systemtechnische Umfeld und die Kopplung mit der vorhandenden Hard- und Software haben einen grossen Einfluss auf die konkreten Arbeiten im Kernbereich der Wissensverarbeitung. Expertensystem-spezifische Arbeiten haben in einigen Extremfaellen nur wenige Prozent der zu leistenden Arbeit erfordert.

Auf der anderen Seite sind es oft gerade diese wenigen Prozent, die die wesentlichen Potentiale erschliessen, indem sie zum Beispiel in einer regelhaften Kopplung von Wissensinhalten und im Herstellen von Bruecken zwischen Systemteilen die ganzheitlichen Systeme schaffen, die das Anwenderproblem loesen.

Fuer viele gesellschaftlich besonders interessante Anwendungsfragen etwa der Umweltinformatik oder der Verkehrssteuerung, aber auch hinsichtlich der breiten Nutzung elektronischer Information durch die Bevoelkerung, sind die oeffentlichen Infrastrukturaufwendungen entscheidend. Das gilt beispielsweise fuer die Leistungsfaehigkeit der verfuegbaren Telefonnetze, Kommunikationssysteme und die von der Deutschen Telekom angebotenen Dienste.

Ebenso ist es bei der ausstehenden Normierung im europaeischen Verbund, der mittlerweile den Rechtsrahmen vorgibt. Oft ergeben sich in diesem Umfeld unschoene Blockadesituationen, in denen beispielsweise der Staat auf die grossen Hersteller, die grossen Hersteller auf die vielen Nutzer in den Anwendungen und die Nutzer wieder auf den Staat warten. Hier gilt es, endlich zu zukunftsweisenden Loesungen zu kommen.

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Radermacher, F.J.: Von der Artificial Intelligence zu neuronalen Netzen, Proceedings des Europaeischen Technologieforum Kaernten, "Der Mensch im Schnittpunkt der Technik", Klagenfurt, September 1991

*Prof. Dr. Dr. Franz Josef Radermacher ist Vorstandsvorsitzender und wissenschaftlicher Leiter des Forschungsinstituts fuer anwendungsorientierte Wissensverarbeitung (FAW), Ulm.