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Agentenorientierte Konzepte in der Automatisierungstechnik

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Buch-Veröffentlichung

Buch-Veröffentlichung beim Springer-Verlag: externer LinkAgentensysteme in der Automatisierungstechnik

Beschreibung des Forschungsgebiets

Die Entwicklung von Software für moderne Automatisierungssysteme ist eine beständige Herausforderung für Ingenieure. Heutige Automatisierungssysteme stehen häufig im Spannungsfeld vielfältiger Anforderungen. Dazu gehören zunehmende Dezentralisierung und zunehmend komplexere Abläufe sowie die Notwendigkeit zu mehr Flexibilität, Robustheit, Skalierbarkeit, Anpassbarkeit und Integrationsfähigkeit. Im Folgenden sind einige der Herausforderungen beispielhaft erläutert:

  • Kürzere Time-To-Market Zyklen und höhere Produktivität in Produktionsanlagen erfordern flexibles Systemverhalten und dynamisch anpassbare Ablaufstrategien.
  • Der zunehmende Automatisierungsgrad in Automatisierungssystemen erfordert ein hohes Maß an Autonomie und Fehlertoleranz.
  • Die Entwicklung von verteilten, dezentralen Echtzeitsystemen bedarf neuer Methoden, welche die dynamischen Strukturen und Verhaltensweisen mit der Einhaltung von Echtzeitanforderungen verbinden.
  • Die Entwicklung von Systemen, deren Struktur und Einzelelemente zur Entwurfszeit nicht vollständig bekannt sind, stellt eine besondere Herausforderung an neue, adaptive Softwarearchitekturen dar. Beispiele hierfür sind Verkehrsleitsysteme oder Automatisierungssysteme, in die neue Komponenten ohne großen Konfigurationsaufwand integriert werden sollen.
  • Für die Integration zusätzlicher Funktionalität aus höheren Unternehmensebenen in das Automatisierungssystem sind Interoperabilität und eine bessere Kopplung der Informationsflüsse verschiedener Automatisierungsebenen notwendig.
  • Bei der Entwicklung von Software für umfangreiche Automatisierungssysteme mit intelligenten Hardwarekomponenten (z.B. Feldgeräte) ist eine umfangreiche Unterstützung des Ingenieurs zur Handhabung der Komplexität erforderlich.
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Abbildung 1: Vernetzte Elektronik im KFZ
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Abbildung 2: Komplexe Automatisierungsanlage

Zur Bewältigung dieser Anforderungen ist es notwendig, die Struktur der Software flexibel und ohne großen Aufwand an strukturelle Änderungen des Automatisierungssystems anpassen zu können. Daneben besteht häufig die Schwierigkeit, die komplexen Abläufe und Verhaltensweisen eines solchen Systems zu beherrschen, insbesondere, wenn diese zur Entwicklungszeit nicht vollständig vorhersagbar sind. Vielfach muss auch die Integration des Automatisierungssystems mit heterogenen Komponenten und externen Systemen bewerkstelligt werden. Aus diesen Gründen wird die Softwareentwicklung für Automatisierungssysteme immer komplexer und aufwändiger.

Das Konzept der Softwareagenten

Eine neue Herangehensweise zur Entwicklung verteilter Softwaresysteme mit komplexem, schwer überschaubarem Gesamtverhalten ist die agentenorientierte Softwareentwicklung. Dabei wird ein System als eine Menge von autonomen Agenten betrachtet, die selbstständig innerhalb ihres Entscheidungsrahmens handeln und dabei vorgegebene Ziele verfolgen. Agenten können miteinander flexibel interagieren und durch Verhandlungen kooperieren, um ihre individuellen Ziele zu erreichen. In der agentenorientierten Denkweise wird eine Problemstellung unter den Gesichtspunkten Autonomie, Interaktion, Reaktivität, Zielorientierung, Proaktivität und Persistenz in einzelne Agenten abstrahiert, um so z.B. verteilte Informationen, Funktionalität und Entscheidungsprozesse beschreiben zu können.

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Abbildung 3: Die agentenorientierten Konzepte

Um Software agentenorientiert zu entwickeln, ist eine grundsätzlich andere Vorgehensweise als bei herkömmlichen Methoden der Softwareentwicklung erforderlich, die speziell an den agentenorientierten Ansatz angepasst ist. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Prozessen und Abläufen, die zwischen den aktiven Elementen des Systems - den Agenten - stattfinden. Die agentenorientierte Softwareentwicklung stellt hierfür Konzepte, Methoden, Vorgehensweisen zur Verfügung.

Die Agentenorientierung ist insbesondere für Systeme geeignet, die eine logische Verteilung aufweisen, strukturellen Änderungen zur Laufzeit unterworfen sind, komplexe Abläufe aufweisen oder umfangreiche Kommunikations- und Koordinationsprozesse erfordern. Heutzutage existieren bereits erfolgreich eingesetzte Agentensysteme, beispielsweise in den Bereichen E-Commerce, Informationssuche, Wissensmanagement, Telekommunikation, Flugüberwachung und Workflow-Systeme.

Einsatz von Agenten in der Automatisierungstechnik

Besonderes Potential beim Einsatz von Softwareagenten ist überall dort zu erwarten, wo in verteilten Strukturen lokale Dynamik und Selbstständigkeit von Bedeutung sind und zugleich vielfältige, systemübergreifende Abhängigkeiten zwischen Teilprozessen das Verhalten des Gesamtssystems wesentlich beeinflussen. Für die dezentrale, heterogene Welt der Automatisierungstechnik erscheint dieser Ansatz besonders geeignet. Mit Hilfe von Agenten wird es möglich, die notwendige Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Automatisierungssystemen systematisch zu entwerfen. Damit kann ein längst fälliger Wechsel der Strukturen in der Automatisierungstechnik vollzogen werden - weg von hierarchischen, statischen Systemen, hin zu flexiblen, dezentralen Netzwerken aus autonomen, kooperierenden Elementen.

Das Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik beschäftigt sich mit der Erarbeitung von praxistauglichen Konzepten, Methoden, Vorgehensweisen und Hilfsmitteln zur Realisierung agentenorientierter Automatisierungssysteme.