LLM-gestützte Generierung domänenspezifischer Sichten für die Ausführung von Petri-Netzen

  • Prozessmodelle wie Petri-Netze beschreiben Abläufe präzise, sind für Fachleute ohne Modellierungskenntnis aber oftmals schwer zu lesen. Eine bewährte Abhilfe ist die domänenspezifische Sicht. Statt Stellen und Transitionen sieht der Betrachter etwa einen Grundriss mit Räumen, Geräten und Personen, und der Ablauf bewegt sich auf dieser Sicht. Bestehende Werkzeuge setzen das um. Sie verlangen aber, dass ein Mensch die Abbildung von Modellelementen auf Darstellungselemente von Hand schreibt. Dieser Aufwand fällt für jedes Prozessmodell neu an.

    Generative Verfahren könnten diesen Aufwand senken, trennen bisher aber Darstellung und Ausführung. Erzeugt ein generatives Modell die Darstellung, etwa als Video, wird das Prozessmodell nicht ausgeführt, und Schleifen bleiben unberücksichtigt. Folgt der Ablauf dagegen der formalen Semantik, stammt die Abbildung weiterhin von Hand. Offen ist, wie sich beides verbinden lässt, ohne dass die erzeugte Darstellung vom Verhalten des Modells abweicht.

    Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll deshalb eine Methode entwickelt werden, in dem ein LLM ausschließlich die Abbildungsvorschrift erzeugt. Der Ablauf folgt allein aus der Schaltregel des Petri-Netzes. Das LLM liefert eine deklarative Sichtspezifikation, die Stellen, Transitionen und Markierungen auf Positionen, Symbole und Übergänge abbildet. Jede Zustandsänderung der Sicht muss sich damit auf genau eine Markierungsänderung des Netzes zurückführen lassen. Eine Sichtspezifikation, die einen vom Netz nicht erreichbaren Zustand darstellbar macht, ist fehlerhaft und soll maschinell erkannt werden. Ziel sind eine Sprache für solche Sichtspezifikationen, ein LLM-basierter Generator, ein Prüfer und ein Abspieler sowie deren Evaluation. Zunächst sollen einfache Petri-Netze betrachtet werden.

    Die Arbeit soll dabei die folgenden Schritte abdecken:

    • Recherche: Zunächst wird eine gezielte Recherche durchgeführt, um bestehende Ansätze zu domänenspezifischen Sichten auf formale Modelle, zur generativen Visualisierung von Prozessmodellen und zur LLM-basierten Erzeugung von Prozessmodellen zu erfassen. Die Recherche bildet die Grundlage für Konzeption und Evaluation. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der konstruktiven Umsetzung, nicht auf einer systematischen Literaturübersicht.
    • Analyse: Es soll analysiert werden, welche Elemente eines Petri-Netzes eine Sicht abbilden muss und welche Anforderungen sich daraus an eine Sichtspezifikation ergeben. Dazu gehören die Bindung an Stellen, Transitionen und Markierungen, die Darstellung von Schleifen und Nebenläufigkeit sowie die Trennung zwischen statischer Kulisse und zustandsabhängigen Elementen. Zudem sollen die Fehlerarten erfasst werden, die in einer erzeugten Sichtspezifikation auftreten können, z. B. fehlende Bindungen, mehrdeutige Zuordnungen oder nicht erreichbare Zustände.
    • Konzeption: Basierend auf der Analyse wird eine deklarative Sprache für Sichtspezifikationen entworfen, die unabhängig von einem bestimmten Werkzeug spezifiziert ist. Darauf aufbauend wird ein Generator konzipiert, der die Sichtspezifikation mit einem LLM aus dem Netz und einer knappen Domänenbeschreibung erzeugt. Zu klären sind hier die Eingaberepräsentation des Netzes und der Umgang mit Beschriftungen, für die das LLM kein Vorwissen mitbringt. Zentraler Bestandteil ist ein Prüfer, der die Sichtspezifikation statisch gegen das Netz prüft. Zu prüfen sind mindestens die Vollständigkeit der Bindung, die Eindeutigkeit der Zuordnung und die Erreichbarkeit der dargestellten Zustände. Nicht bestandene Spezifikationen werden abgewiesen oder mit einem Reparaturhinweis an den Generator zurückgegeben.
    • Implementierung & Evaluation: Abschließend sollen Generator, Prüfer und ein Abspieler implementiert werden. Der Abspieler zeigt den Ablauf auf der Sicht und bezieht den Zustand ausschließlich aus der aktuellen Markierung. Anschließend sollen Methode und Implementierung in geeigneter Weise evaluiert werden.

    Bitte bewerben Sie sich bei Interesse über den folgenden Link: https://portal.wiwi.kit.edu/forms/form/Bewerbung_Abschlussarbeit_AIFB-BIS