DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Modeling, Simulation, and Realization of Cognitive Technical Systems

Gamrad, Dennis

This thesis presents a novel approach for the modeling, simulation, and realization of Cognitive Technical Systems. In contrast to other approaches, in this thesis, the structure and dynamic of the real world is initially formalized my means of an intermediate level instead of implementing a technical model directly. Furthermore, human cognition is investigated in an integrated manner and based on experiments with a mobile robot, as an example for a complex technical system. The formal description of human interaction and cognition is realized by Situation-Operator-Modeling (SOM), which can be implemented technically by patterns of high-level Petri Nets. With the state space of a SOM-based Petri Net, Human-Machine-Interaction can be analyzed, e.g., in order to detect human errors automatically. Furthermore, several cognitive functions, like planning, execution, perception, and learning, can be simulated. The different cognitive functions and related representations, which are all based on the same methodical background, are combined within an integrated cognitive architecture. Only the interplay among several functions and a novel kind of knowledge structuring, which contributes significantly to reduce the complexity of the real world, enable the realization of human-like behavior for technical systems. The system's capability to establish and to refine goal-directed behavior from interaction with the environment, also if no system-specific initial knowledge is available, is demonstrated by experiments with a mobile robot interacting within a dynamic office environment. An additional value of this thesis for further research is especially given by the proposed generic approach for modeling, simulation, and analysis of Human-Machine-Interaction. Moreover, the formal description and implementation of the cognitive functions, the developed knowledge structuring, and the cognitive architecture may be applied to arbitrary kind of technical systems.

'Modellbildung, Simulation und Realisierung von Kognitiven Technischen Systemen'

In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Realisierung von Kognitiven Technischen Systemen präsentiert. Gegenüber bestehenden Ansätzen setzt sich diese Arbeit insbesondere dadurch ab, dass die Struktur und Dynamik der realen Welt zuerst über eine methodische Zwischenebene formal beschrieben und erst danach technisch implementiert wird. Zudem wird menschliche Kognition ganzheitlich untersucht und direkt mit Hilfe von Experimenten mit einem mobilen Roboter, als Beispiel für ein komplexes technisches System, erprobt und entwickelt. Die formale Beschreibung von menschlicher Interaktion und Kognition erfolgt über Situations-Operator-Modellbildung (SOM), welche über spezielle Muster höherer Petrinetze technisch implementiert werden kann. Durch den Zustandsraum eines SOM-basierten Petrinetzes ist es möglich, Mensch-Maschine-Interaktion zu analysieren, um beispielsweise menschliche Fehler automatisiert zu erfassen. Zudem können verschiedene kognitive Funktionen, wie Planen, Handeln, Wahrnehmung und Lernen simuliert werden. Die verschiedenen kognitiven Funktionen und entsprechenden Repräsentationen, welche auf der gleichen methodischen Grundlage basieren, werden in einer kognitiven Architektur zusammengeführt. Erst das Zusammenspiel verschiedener Funktionen und ein neuartiger Ansatz zur Wissensstrukturierung, wodurch insbesondere die Komplexität der realen Welt reduziert wird, ermöglicht die Realisierung menschenähnlichen Verhaltens für technische Systeme. Durch Experimente mit einem mobilen Roboter, der in einer dynamischen Büroumgebung interagiert, kann gezeigt werden, dass das vorgestellte System ohne anwendungsspezifisches Vorwissen in der Lage ist, zielführendes Verhalten aus der Interaktion mit der Umgebung zu erhalten und zu verbessern. Ein Mehrwert aus dieser Arbeit für weiterführende Forschungsarbeiten ergibt sich insbesondere durch den vorgestellten generischen Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Analyse von Mensch-Maschine-Interaktion. Zudem können die formale Beschreibung und die Implementierung der kognitiven Funktionen, der entwickelten Wissensstrukturierung und der darauf aufbauenden kognitiven Architektur auf beliebige technische Systeme übertragen werden.

Vorschau

Teilen und Zitieren

Zitierform:

Gamrad, Dennis: Modeling, Simulation, and Realization of Cognitive Technical Systems. 2012.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export