Table Of ContentKarl Kurbel
Entwickiung und Einsatz
von Expertensystemen
Eine anwendungsorientierte Einfiihrung in
wissensbasierte Systeme
Mit 46 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Prof. Dr. Karl Kurbel
Inhaber des Lehrstuhls
fUr Wirtschaftsinfo rmatik
an der Universitat Dortmund
ISBN-13: 978-3-540-51013-0 e-ISBN-13: 978-3-642-97169-3
DOl: 10.1007/978-3-642-97\69-3
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Kurbel, Karl:
Entwicklung und Einsatz von Expertensystemen : eine anwendungsorientierte Einfuhrung in wis
senbasierte Systeme 1 Karl Kurbel. - Berlin ; Heidelberg ; New York ; London ; Paris ; Tokyo :
Springer, 1989
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1989
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von jedermann benutzt werden durften.
2142/7130-543210
Vorwort
Schillernde Begriffe wie "Kunstliche Intelligenz", "Expertensysteme" oder
"Knowledge Engineering" haben sowohl bei den betrieblichen Anwendern
als auch in der wissenschaftlichen Welt Erwartungen uber zukiinftige For
men der Computerunterstutzung geweckt.
Insbesondere mit der Expertensystemtechnologie werden weitgespannte
Hoffnungen verbunden. Auf dem "Markt" - nicht nur auf dem kommerziel
len, sondern auch auf dem wissenschaftlichen (d.h. in der Literatur) - wird
eine groBe Zahl von Expertensystemen und Entwicklungswerkzeugen ange
boten bzw. vorgestellt. Damit geht eine Begriffsinflation einher, die das At
tribut "Expertensystem" leichtfertig und unkritisch den unterschiedlichsten
Programmen zubilligt.
Die fur die Zukunft prognostizierte Bedeutung der Kunstlichen Intelli
genz (KI) und der Wissensverarbeitung hat dazu gefiihrt, daB einschHtgige
Lehrveranstaltungen in die Ausbildungsangebote der Hochschulen aufge
nommen wurden. Nicht nur in den Informatik-Studiengangen, sondern ver
starkt auch in den Anwendungsfachern und in den sogenannten "Binde
strich-Informatiken" gehoren KI- bzw. Expertensystem-Veranstaltungen
vielfach zum Standardrepertoire. An der Universitat Dortmund bildet bei
spielsweise der Komplex "Wissensbasierte Systeme" einen regularen Bestand
teil der Wirtschaftsinformatik-Ausbildung. Eine in der Zeitschrift KI
(1988). Heft 3. veroffentlichte Umfrage ergab, daB an ca. 35 Hochschulen
in der Bundesrepublik Deutschland KI-bezogene Veranstaltungen durchge
fiihrt werden. Ein GroBteil davon beinhaltet Expertensysteme und ist in den
Anwendungsfachern angesiedelt.
In diesem Buch solI in erster Linie versucht werden, den "soliden Kern"
der Expertensystemtechnologie herauszuarbeiten. Viele Bereiche sind jedoch
noch nicht hinreichend erforscht; zu manchen konnen Vorschlage unter
breitet werden, in anderen muB sich die Darstellung mit Hinweisen auf die
ungelosten Probleme begniigen.
Das Buch wurde als eine anwendungsorientierte Einfiihrung in die Wis
sensverarbeitung, die Entwicklung von Expertensystemen und deren Ein
satzmoglichkeiten konzipiert. Es richtet sich einerseits als Lehrbuch an Stu
denten, zum andern aber auch an Entwickler und Anwender im betrieblichen
Bereich. Ais Zielgruppe steht nicht der absolute Informatik-Neuling im
Vordergrund. Vielmehr sol1ten Grundlagen der Datenverarbeitung, Informa
tik oder Wirtschaftsinformatik beim Leser vorhanden sein. Derartige Vor
kenntnisse sind zum Verstandnis der Konzepte und der Unterschiede zum
konventionellen Software Engineering hilfreich.
Die ersten beiden Kapitel fuhren in den Gesamtkomplex Kunstliche In
telligenz, wissensbasierte Systeme und Expertensysteme ein. Die Teilgebiete
VI
der KI, die Merkmale von Expertensystemen sowie die Methoden zur Dar
stellung und Auswertung von Wissen werden hier behandelt.
Einen Schwerpunkt des Buchs bildet die Entwicklung von Expertensyste
men. Besondere Aufmerksamkeit wird der Entwicklungsmethodik und der
ProjektdurchfUhrung gewidmet. Diese Bereiche - obwohl von erheblicher
Bedeutung fur die praktische Nutzung der Expertensystemtechnologie -
wurden in der Literatur bislang eher stiefmutterlich behandelt. Insbesondere
fur die Erstellung grofter Expertensystemsysteme mussen Konzepte, Metho
den und Werkzeuge erst noch entwickelt und in der Praxis erprobt werden.
Ein Kapitel uber Anwendungsgebiete von Expertensystemen zeigt die
Einsatzmoglichkeiten auf. 1m Vordergrund stehen Anwendungen im betrieb
lichen Bereich. Anhand von Ubersichten und ausgew1ihlten Einzelbeispielen
soIl ein Eindruck von der Breite des Einsatzspektrums vermittelt werden.
Managementaspekte runden die Darstellung abo
Die Diskrepanz zwischen den hoch geschraubten Erwartungen und der
noch relativ geringen Verbreitung von Expertensystemen in der betrieb
lichen Praxis fordert dazu heraus, das Machbare kritisch zu beleuchten. 1m
letzten Kapitel werden die Schwachstellen und Grenzen der Expertensy
stemtechnologie herausgearbeitet. Probleme gibt es an vielen Stellen: fur die
Einbindung in die betriebliche Softwarewelt, die Erhebung des Wissens, die
Projektdurchfuhrung und -kontrolle, die Wartung von wissensbasierten Sy
stemen u.a. mussen zufriedenstellende Losungen erst noch entwickelt wer
den. Was Expertensysteme nicht konnen, scheint deshalb ebenfalls einer Er
w1ihnung wert.
Zum AbschluB sei ein Wort zur Entstehung dieses Buchs angefugt, die
allen Beteiligten vor Augen fuhrte, daB das "Bucherschreiben" nicht nur ein
intellektueller ProzeB ist, sondern auch eine Menge herstellungstechnischer
Detailarbeiten mit sich bringt.
Die inhaltliche Gestaltung und Ausarbeitung lag naturlich beim Autor.
Anregungen, Verbesserungsvorschl1ige und konstruktive Kritik steuerten
mehrere Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des Lehrstuhls fur Wirtschaftsin
formatik an der Universit1it Dortmund bei. Hervorzuheben sind insbesondere
Dipl.-Kfm. Wolfram Pietsch und Dipl-Wi.-Ing. Christine Bolte, die auch das
Manuskript durchsahen und wertvolle Ruckmeldungen einbrachten.
Mit der zunehmenden Tendenz der Verlage, druckfertige Vorlagen zu
verOffentlichen, wachsen herstellungstechnische Arbeiten immer mehr den
Autoren zu: Anfertigen von reproduktionsreifen Abbildungen und Text,
Montage, Formatierung, Umbruch, Paginierung u.v.a. 1m konkreten Fall
waren mit der Produktion vier Monate lang zeitweise mehrere Mitarbei
terinnen und Mitarbeiter des Lehrstuhls besch1iftigt.
Die 46 Abbildungen wurden unter Einsatz verschiedener Softwarepro
dukte von Angelika Hehnke und Ute Unger angefertigt. Mahmoud
Moazzami, M.S., half bei der Uberwindung der Kompatibilit1itsprobleme
zwischen verschiedenen Softwareprodukten, Druckertreibern und Druckern.
VII
Das Schreiben des Texts teilten sich Petra Kroner und der Autor; bei der
ersteren fuhrte dies zu einem Wissenszuwachs uber Expertensysteme, bei
dem letzteren zu einer Sehnenscheidenentzundung. Die "Produktionsleitung"
lag in den Handen von Petra Kroner.
Immerhin hatte der Arbeitszuwachs auch eine positive Seite. Es gelang
dem Springer-Verlag (in Gestalt von Dr. Werner Milller) auf diese Weise,
einen noch studentenfreundlichen Preis zu realisieren.
Allen Beteiligten sei an dieser Stelle herzlich fur das Engagement beim
Zustandekommen des Buchs gedankt.
Karl Kurbel
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Kiinstliche Intelligenz
1.1 Entwicklung der Kiinsdichen Intelligenz 2
1.2 Teilgebiete der Kiinsdichen Intelligenz 4
1.2.1 Verarbeitung natiirlicher Sprache 6
1.2.2 Deduktionssysteme und automatische
Programmierung 8
1.2.3 Bilderkennen und Bildverstehen 9
1.2.4 Robotik 11
1.2.5 Intelligent Computer Aided Instruction (ICAI) 13
1.2.6 KI -Sprachen 13
1.2.7 Expertensysteme 13
1.3 Methoden der Kiinstlichen Intelligenz 14
Anmerkungen zu Kapitel 1 15
2 Wissensbasierte Systeme 17
2.1 Was ist ein "wissensbasiertes System"? 17
2.2 Expertensysteme 19
2.2.1 Unterschiede zwischen Expertensystemen und
konventionellen betrieblichen Informations-
systemen 19
2.2.2 Eigenschaften von Experten und Experten
systemen 22
2.2.3 Einordnung von Expertensystemen 25
2.2.4 Aufbau eines Expertensystems 27
2.2.5 Entstehung der friihen Expertensysteme 30
2.2.5.1 Entwicklungslinien 30
2.2.5.2 Mycin 33
2.2.5.3 Entwicklungsaufwand 34
2.3 Darstellung und Auswertung von Wissen 36
2.3.1 Wissensrepriisentation 36
2.3.1.1 Semantische Netze 38
2.3.1.2 Objektorientierte Wissensrepriisentation 40
2.3.1.3 Logik 45
2.3.1.4 Regelbasierte Wissensrepriisentation 47
x
2.3.2 A barbeitungsstrategien 53
2.3.2.1 Vorwiirts- und Ruckwartsverkettung 54
2.3.2.2 Tiefen- und Breitensuche 58
2.3.2.3 Weitere Aspekte des SchlieBens 61
Anmerkungen zu Kapitel 2 62
3 Entwicklung von Expertensystemen 65
3.1 Rollen beim Erstellen eines Expertensystems 65
3.2 Wissensakquisition 68
3.2.1 Grundmodelle der Wissensakquisition 68
3.2.2 Aufgabenkomplexe bei der Wissensakquisition 70
3.2.3 Knowledge Engineering 76
3.2.3.1 Techniken der Wissensextraktion 76
3.2.3.2 Probleme der Wissensakquisition 77
3.2.3.3 Ansatze zur Behebung des "Knowledge
engineering bottleneck" 79
3.3 Entwicklungsmethodik 81
3.3.1 Probleme bei der Entwicklung von Experten-
systemen 81
3.3.2 Vorgehensweise bei Expertensystementwicklungen 83
3.3.2.1 Phasenmodelle fur die Expertensystem-
entwicklung? 83
3.3.2.2 Zum Begriff des "Knowledge
Engineering" 85
3.3.2.3 Konzeptionelles Wissensmodell 86
3.3.2.4 Ein Ablaufmodell fur Expertensystem-
entwicklungen 92
3.3.3 Projektmanagement bei Expertensystem-
entwicklungen 96
3.3.3.1 Pro jektplanung 96
3.3.3.2 Pro jektorganisation 98
3.3.3.3 Projektdurchfuhrung und -kontrolle 100
3.3.4 Entwicklungsstufen eines Expertensystems 104
3.4 Werkzeuge zur Entwicklung wissensbasierter Systeme 109
3.4.1 Prozedurale Programmiersprachen 111
3.4.2 KI -Programmiersprachen 114
3.4.2.1 Lisp 114
3.4.2.2 Prolog 118
3.4.3 Wissensverarbeitungssprachen 123
3.4.4 Expertensystem -Shells 126
3.4.5 Expertensystem-Tools und Entwicklungs-
umgebungen 130
Anmerkungen zu Kapitel 3 133
XI
4 Anwendllngsgebiete lind Einsatz von Expertensystemen 137
4.1 Anwendungskategorien 137
4.1.1 Pro blemklassen 137
4.1.2 Anwendungsgebiete 142
4.2 Betriebliche Anwendungen von Expertensystemen 144
4.2.1 Ubersicht Uber betriebliche Anwendungsgebiete 144
4.2.2 Ausgewahlte Anwendungsbeispiele 147
4.2.2.1 Expertensystem zur Luftfrachtplanung
und -disposition 147
4.2.2.2 Expertensysteme zur lahresabschluB-
analyse 149
4.2.2.3 Expertensystem zur Darlehens-
gewahrung 151
4.2.2.4 Expertensysteme im Produktionsbereich 153
4.2.2.5 Konfigurierungssysteme 157
4.2.2.6 Expertensystem fUr den Einkauf 164
4.3 Expertensysteme aus Managementsicht 165
4.3.1 Eignung von Expertensystemen fUr betriebliche
Aufgabenstellungen 165
4.3.2 Strategische Einordnung von Expertensystemen 167
Anmerkungen zu Kapitel 4 172
5 Schwachstellen lind Grenzen der Expertensystemtechnologie 177
5.1 Anbindung von Expertensystemen an betriebliche
Info rmationssysteme 177
5.1.1 Das Softwareumfeld eines betrieblichen
Expertensystems 177
5.1.2 Verbindung von Datenbanksystemen und
wissensbasierten Systemen 178
5.2 Schwierigkeiten bei Entwicklung und Einsatz 181
5.2.1 Probleme bei der Projektplanung und
-durchfUhrung 181
5.2,.1.1 VerfUgbarkeit des Experten 182
5.2.1.2 Entwicklungsdauer 182
5.2.1.3 Aufwandschatzung fUr eine
Expertensystementwicklung 184
5.2.1.4 Probleme bei der Wissensextraktion 188
5.2.1.5 Werkzeugprobleme 189
5.2.2 Zur "Korrektheit" von Expertensystemen 191
5.2.2.1 Probleme bei der Bewertung eines
Expertensystems 191
5.2.2.2 Ansatze zu Validierungsverfahren 193
5.2.3 Das Problem der Wissenspflege 194
XII
5.3 MiBerfolge von Expertensystemen 196
5.4 Was Expertensysteme nicht konnen 197
Anmerkungen zu Kapitel 5 200
Li teraturverzeic hnis 202
Stichwortverzeichnis 209
