| PDF (6MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-442607
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.44260
| Dokumentenart: | Hochschulschrift (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Ort der Veröffentlichung: | Lausanne, Schweiz |
| Seitenanzahl: | 176 |
| Datum: | 3 Dezember 2000 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Boi. V. Faltings |
| Tag der Prüfung: | 2000 |
| Institutionen: | Nicht ausgewählt |
| Stichwörter / Keywords: | collaborative design; constraint satisfaction, solution spaces; mechanical, electrical and civil engineering |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke > 004 Informatik |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Nein |
| Dokumenten-ID: | 44260 |
Zusammenfassung (Englisch)
Complex design tasks from many domains such as mechanical, electrical and civil engineering make the collaboration of many partners unavoidable for several reasons: knowledge from various experts is necessary, often more than one enterprises are involved and deadlines impose concurrent engineering. However, collaboration also leads to certain in-conveniences such as information loss and ...
Zusammenfassung (Englisch)
Complex design tasks from many domains such as mechanical, electrical and civil engineering make the collaboration of many partners unavoidable for several reasons: knowledge from various experts is necessary, often more than one enterprises are involved and deadlines impose concurrent engineering. However, collaboration also leads to certain in-conveniences such as information loss and misunderstandings during communication and iterative negotiation when suggested partial solutions for subtasks conflict. Moreover, major problems are related to management of changes and ensuring design consistency.
This thesis conjectures that many of these problems are caused by the use of single solutions during negotiation. Currently, project partners assign single values for sub-tasks and then proceed, often after tedious negotiations with other partners, to integrate these partial solutions into solutions for the whole project. While partners determine one single solution for a sub-task, much information about potential alternatives is lost and premature decisions are taken. The integration of partial solutions then often leads to artificial conflicts which are not due to incompatible design goals but arise because information about possible compromises is no longer available. Consequently, many changes usually occur during negotiation about parameter values and much effort must be invested in order to keep the design consistent.
Therefore, we investigate the use of solution spaces instead of single solutions. When solution spaces are used during negotiation, more information about alternatives is avail-able, premature decisions are avoided and thus, no artificial conflicts arise. Moreover, since project partners provide formal information about project requirements, real conflicts between diverging project goals can be detected.
However, the implementation of a collaboration system using solution spaces is far from trivial, since in general the computation of exact solution spaces is intractable. We employ constraint satisfaction techniques in order to calculate solution space approximations. Constraints arise naturally in many fields of engineering and are therefore suited to formally express project requirements. Using constraints on design parameters, project partners can describe large families of acceptable solutions. Moreover, descriptions using constraints can be easily adapted to changes in the project's context.
When project descriptions in terms of constraints are available, constraint satisfaction techniques such as consistency can be employed to provide computational support during collaboration. Consistency algorithms use local inconsistencies to prune regions from the original search space where no solution can be expected and thus provide approximations of solution spaces. Algorithms which ensure low degrees of consistency provide a rough over-estimation of the solution space but have low complexity, while algorithms which enforce high degrees of consistency provide a tight estimation of the solution space but suffer from high complexity. Since consistency algorithms provide over-estimations of solution spaces they are suited to find real conflicts between the various project requirements.
In fact, using constraint satisfaction techniques in collaboration splits negotiation into two phases: negotiation of project requirements and negotiation about parameter values. During the negotiation of requirements, expressed as constraints, partners search for a feasible set of restrictions. Given such a set of restrictions, partners can negotiate about parameter values within the corresponding solution space approximation. During negotiation about parameter values some support for decision-making can be provided by analysing the shape of the solution space approximations.
In order to illustrate the use of constraint satisfaction techniques in collaborative de-sign, a prototype of an Internet-based communication platform has been implemented, which focuses on the exchange of data related to constraints and solution spaces, including the visualisation of constraints and projections of solution space approximation. It provides access to several constraint satisfaction algorithms. Moreover, some standard techniques were extended as follows: A reformulation algorithm transforms algebraic constraint satisfaction problems (CSPs) into ternary form, i.e., such that they contain exclusively constraints involving at most three variables. Thereby, few auxiliary variables are introduced and certain intermediary variables are removed in order to provide a small CSP in ternary form. In addition, the use of interval arithmetic techniques to discretise continuous constraints is proposed. Moreover, variants of 2-consistency and 3-consistency for ternary CSPs have been developed and an improvement of (3,2)-relational consistency's space efficiency. Finally, a description of search heuristics for interactive use is described.
The results of this research have been evaluated in the context of the construction industry. Construction projects are suitable test cases for collaboration systems, since they always imply complex interactions between several partners from various domains. With the help of practitioners, three realistic examples have been modelled. These projects demonstrate the usefulness of constraint satisfaction techniques during negotiation and collaboration within design projects. Constraint-based support leads to better management of changes and easier implementation of least commitment decision strategies. The results of this research may therefore improve the performance of collaboration systems currently in use.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Um komplexe Projekte im Bauwesen, in Maschinenbau oder in Elektrotechnik zu erarbeiten ist die Zusammenarbeit von vielen Projektpartnern unabdingbar. Einerseits ist interdisziplinäres Wissen nötig, häufig sind verschiedene Firmen involviert und Fristen können nur eingehalten werden, wenn Partner parallel entwickeln. Arbeiten Projektpartner zusammen, gehen wegen unpräziser Kommunikation aber ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Um komplexe Projekte im Bauwesen, in Maschinenbau oder in Elektrotechnik zu erarbeiten ist die Zusammenarbeit von vielen Projektpartnern unabdingbar. Einerseits ist interdisziplinäres Wissen nötig, häufig sind verschiedene Firmen involviert und Fristen können nur eingehalten werden, wenn Partner parallel entwickeln. Arbeiten Projektpartner zusammen, gehen wegen unpräziser Kommunikation aber schnell auch Informationen verloren oder es entstehen gar Missverständnisse. Außerdem müssen Ingenieure häufig auch iterativ Verhandeln, wenn gleichzeitig entwickelte Teillösungen nicht kompatibel sind. Veränderungen am Design sind aber für Entwickler ohnehin aus verschiedenen Gründen an der Tagesordnung. Die Zusammenarbeit über verschiedene Projektpartner macht das Sicherstellen der Konsistenz eines gesamten Designs allerdings zu einer besonderen Herausforderung.
Verhandlungen in der Zusammenarbeit verschiedener Ingenieure ist bei der Entwicklung komplexer Projekte also unausweichlich. Zentrale Hypothese dieser Dissertation ist jetzt aber, dass die Komplexität solcher Verhandlungen aus der Fokussierung auf einzelne Teillösungen entsteht. Aktuell entwickeln Projektpartner präzise Einzellösungen von Teil-Projekten und verhandeln nachher mit Projektpartnern, um diese verschiedenen Teillösungen zu einer konsistenten Gesamtlösung zusammen zu fügen. Dabei treffen Projektpartner verfrühte Entscheidungen und verlieren alternative Lösungen aus dem Blick. Verhandlungen werden dann häufig nicht wegen widersprüchlichen Projektbedingungen kompliziert, sondern weil mögliche Kompromisse vergessen werden.
Als Alternative soll in dieser Dissertation eruiert werden, inwiefern im gemeinschaftlichen Entwurf Lösungsräume anstelle von Einzellösungen die Zusammenarbeit vereinfachen können. Definieren also Projektpartner für ihre Teil-Projekte ganze Lösungsräume, dann bleiben für Verhandlungen mehr Alternativen. Projektpartner definieren so formal auch mehr Information über zwingende Bedingungen in Teilprojekten und finden entsprechend auch divergierende Konflikte im Gesamtprojekt über die wirklich verhandelt werden muss.
Ein System zur Zusammenarbeit mit generellen Lösungsräumen können wir nicht implementieren, weil die präzise Berechnung von generellen Lösungsräumen zu komplex ist. Um uns an Lösungsräume anzunähern, nutzen wir mathematische Methoden um Lösungsräume so einzuschränken, dass einzelne Bedingungen erfüllt werden („constraint satisfaction techniques“). In Ingenieurswissenschaften werden notwendige Einschränkungen üblicherweise durch mathematische Bedingungen formuliert die sich auf parametrisierte Objekte beziehen. Projektpartner können so große Familien von akzeptablen Lösungen definieren. Konsistenz-Algorithmen nutzen lokale Inkonsistenzen, um Teile des ursprünglichen Lösungsraumes auszuschließen und unterstützen so Projekt-Verhandlungen. Algorithmen, die wenig Konsistenz erzwingen, approximieren den Lösungsraum nur vage, rechnen aber effizient. Algorithmen, die hohe Konsistenz erzwingen, approximieren den Lösungsraum genauer, haben aber hohe Komplexität. Alle hier genutzten Algorithmen überschätzen den möglichen Lösungsraum, so dass ein leeres Resultat einen effektiven Konflikt im Projekt aufzeigt. Zur Illustration wurde in dieser Arbeit eine Software implementiert, die interaktive Definitionen von Bedingungen ermöglicht, den entsprechenden Lösungsraum annähert und eine interaktive, dreidimensionale Darstellung ermöglicht.
Metadaten zuletzt geändert: 03 Dez 2020 10:14
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