Лекція 8 Експертні системи. Проектування тп методом синтезу

Експертні системи

Експертні системи (ЭС) - складні програмні комплекси, що акумулюють знання фахівців у конкретній предметній області і тиражирують цей емпіричний досвід для рішення завдань і консультації менш кваліфікованих фахівців. Вони дозволяють проектувати ТП в автоматичному й автоматизованому режимах. В автоматичному режимі - для однотипних деталей на основі типізації й для легкоформалізуємих завдань при методі синтезу. Автоматизований режим застосовується при використанні методу синтезу, коли трудноформалізуємі завдання вирішуються в діалозі.

Подання, нагромадження знань і підтримка їх в актуальному стані - складне завдання, досліджувана в розділі інформатики, що називається інженерією знань. Інженер по знаннях бере участь у розробці бази знань - ядра систем, називаних інтелектуальними. Найчастіше інтелектуальні системи застосовуються для рішення складних завдань, де основна складність рішення пов'язана з використанням слабко формалізованих знань фахівців-практиків і де логічна (або значеннєва) обробка інформації превалює над обчислювальною. ЭС - це найпоширеніший клас інтелектуальних систем, ефективний в областях, де важливі емпіричні (засновані на досвіді) знання.

ЭС містить у собі наступні підсистеми.

База знань (БЗ) – ядро ЭС, сукупність знань предметної області, записана на машинний носій у формі, зрозумілій експертові й користувачеві-технологові (звичайно на деякій мові, наближеній до природної). Паралельно до такого «людського» подання існує БЗ на внутрішньому «машинному» поданні. На відміну від бази даних, де зберігаються характеристики технологічних елементів (устаткування, оснащення, режимів обробки й т. д.), БЗ, крім цього, містить взаємозв'язку характеристик цих елементів між собою й між характеристиками заготівки й деталі. Ці взаємозв'язки і є технологічні правила, або евристики, розроблені експертом. Наприклад, після термообробки - загартування (заготівля характеризується твердістю HRC 40) - необхідно для обробки вибрати різець із характеристикою матеріалу ріжучої частини «твердий сплав».

Вирішувач, або машина виводу, – програма, що моделює хід міркувань експерта на підставі знань, наявних у базі знань.

Підсистема пояснень – програма, що дозволяє користувачеві одержати відповідь на питання «Як було отримано таке рішення?» Відповідь на питання - це опис послідовності дій для одержання рішення з вказівкою використаних фрагментів бази знань, тобто всіх кроків ланцюга умови вводів.

Інтелектуальний редактор БЗ – програма, що представляє інженерові по знаннях можливість створювати базу знань у діалоговому режимі. Містить у собі систему вкладених меню, шаблонів мови подання знань, підказок і інших сервісних засобів, що полегшують роботу з базою.

Інтерфейс користувача – комплекс програм, що реалізують діалог користувача з ЭС як на стадії уведення інформації, так і при одержанні результатів.

Етапи розробки експертних систем

У створенні ЭС беруть участь інженер по знаннях, експерт, програміст і користувач. Процес розробки ЭС можна розділити на чотири етапи:

1. Розробка прототипу ЭС.

2. Розвиток прототипу до промислової ЭС.

3. Оцінка ЭС.

4. Стикування ЭС.

Прототипная система. Це усічена версія ЭС, спроектована для перевірки правильності кодування фактів, зв'язків і стратегій міркування експерта. Вона також дає можливість інженерові по знаннях залучити експерта до активної участі в процесі розробки ЭС. Обсяг прототипу - кілька десятків правил, прикладів.

У розробці прототипу виділяються шість розділів:

• ідентифікація проблеми;

• добування знань;

• структурування знань;

• формалізація знань;

• реалізація;

• тестування.

Ідентифікація проблеми – створення неформального формулювання проблеми, а також знайомство й навчання членів колективу розроблювачів. Уточнюється завдання, планується хід розробки прототипу ЭС, визначаються необхідні ресурси (час, люди, ЕОМ і т. Д.), наявні аналогічні ЭС, мети (поширення досвіду, автоматизація рутинних дій, нагромадження знань і ін.), класи розв'язуваних завдань.

Добування знань – одержання інженером по знаннях найбільш повного подання про предметну область і способи ухвалення рішення в ній. На цій стадії відбувається перенос компетентності від експерта до інженера по знаннях з використанням методів: аналізу літератури, діалогів, експертних ігор, лекцій, інтерв'ю, спостереження.

Структурування, або концептуалізація знань, – розробка неформального опису знань у вигляді графа, таблиці, діаграми або тексту, що відбиває основні концепції й взаємозв'язки між поняттями. Виявляється структура отриманих знань, тобто визначаються: термінологія, список основних понять, відносини між поняттями, структура вхідної й вихідної інформації, стратегія прийняття рішень.

Формалізація знань – розробка бази знань мовою подання знань, що, з одного боку, відповідає створеній структурі знань, а з іншого боку - дозволяє реалізувати прототип на наступній стадії програмної реалізації. При формалізації будується подання концепцій предметної області на основі обраної мови. Традиційно використовуються: логічні методи (вирахування предикатів 1-го порядку й ін.); продукційні моделі (із прямим і зворотним виводом); семантичні мережі; фрейми; об’єктно-орієнтовані мови, засновані на ієрархії класів, об'єктів. Всі частіше на цій стадії використовується комбінація цих методів. Раніше ми розглянули продукційні моделі й фрейми.

Реалізація – розробка програмного комплексу, що демонструє життєздатність підходу в цілому. Створюється прототип, що включає в себе базу знань і інші блоки, за допомогою одного з наступних способів: програмування на традиційних мовах типу Packal, C⁺⁺ і ін.; програмування на спеціалізованих мовах, застосовуваних у завданнях штучного інтелекту; використання інструментальних засобів розробки ЭС і «порожніх» ЭС або «оболонок» типу ЕКСПЕРТ.

Тестування – виявлення помилок у підході й реалізації прототипу й виробіток рекомендацій з доведення системи до промислового варіанта. Прототип перевіряється на: зручність і адекватність інтерфейсів уведення/виводу; ефективність стратегії керування (порядок перебору, використання нечіткого виводу); якість перевірочних прикладів; коректність бази знань (повнота й несуперечність правил).

Розвиток прототипу до промислової ЭС. Основна робота на даному етапі полягає в розширенні бази знань, тобто в додаванні великої кількості додаткових правил, фреймів або інших елементів знань. У той же час можна включити правила додаткових подзадач.

Оцінка системи. Для такої оцінки використовуються наступні групи критеріїв:

• критерії користувачів (зрозумілість і «прозорість» роботи системи, зручність інтерфейсів і ін.);

• критерії запрошених експертів (оцінка рад-рішень, порівняння рішень із власними, оцінка підсистеми пояснень);

• критерії колективу розроблювачів (ефективність реалізації, продуктивність, час відгуку, дизайн, широта охвату предметної області, кількість тупикових ситуацій і т.п.).

Стикування системи. На цьому етапі здійснюється стикування ЭС із іншими програмними засобами в середовищі, у якій вона буде працювати. Іноді це означає внесення істотних змін. Стикування включає забезпечення зв'язку ЭС із існуючими базами даних і інших систем на підприємстві.

Проектування ТП методом синтезу

Метод синтезу являє собою автоматизацію проектування на базі типових рішень окремих технологічних завдань. Застосовувані рівні технологічної уніфікації-рівень обробки окремої поверхні й сполучень поверхонь. Проектування-Від часткового до загального, висхідне. Вихідна інформація про деталь уводиться у вигляді ТКС (таблиці кодованих відомостей) або формалізованою мовою.

Метод синтезу найбільш складний, і його необхідність диктується наявністю безлічі оригінальних деталей, для яких немає аналогічних і типових ТП. Проектування автоматизоване, діалогове в середовищі розглянутих експертних систем. Як моделі подання знань використовуються фрейми й продукционные системи.

Усе, що є до початку проектування ТП, це - уніфіковані маршрути обробки окремих поверхонь, і саме з їхнього визначення стосовно до поточної деталі починається проектування. Це перша стадія проектування ТП. Загальне проектування складається з наступних стадій (включаючи й названу):

1) встановлення маршрутів обробки окремих поверхонь;

2) формування принципової схеми ТП у вигляді переліку виконуваних етапів обробки;

3) проектування ТП у межах етапу із установленням маршруту обробки;

4). Розрахунок технологічних розмірів.

5) проектування операцій.

6). проектування переходів.

Приведемо короткий опис кожної стадії, а докладно вони розглядаються в наступних лекціях.

Стадія 1. Маршрут обробки окремої поверхні (МОП) - це послідовність методів обробки (переходів), необхідних для досягнення необхідних кресленням деталі характеристик поверхні. Розмаїтість існуючих методів приводить до того, що ті самі характеристики можуть бути досягнуті різними МОП. Після розробки можливих маршрутів виробляється вибір оптимального МОП за призначеними критеріями. Як критерії оптимального МОП і при знаходженні оптимального рішення інших технологічних завдань використовуються показники ресурсоемкости: витрати матеріалів, енергії, праці.

Стадія 2. Подальше завдання полягає в тім, щоб з окремих МОП побудувати припустимі варіанти ТП обробки деталі. Для рішення цього завдання використовується зберігається в САПР загальний план обробки деталей, що розбиває ТП на етапи обробки. План обробки містить перелік етапів і умови вибору кожного етапу виходячи з маршруту обробки поверхонь і характеристик деталі в цілому. План обробки будується на основі аналізу виготовлення деталей різних класів з урахуванням можливих комбінацій термічної й механічної обробки. За умовами аналізується необхідність кожного етапу обробки для поточної деталі. Перелік отриманих етапів називається принциповою схемою ТП.

Стадія 3. - проектування ТП у межах кожного етапу. Вихідними даними є принципова схема ТП, зазначені оброблювані поверхні і їхні характеристики на кожному етапі. Для остаточного визначення состава й послідовності операцій установлюються схеми базування.

Стадія 4. Визначення технологічних розмірів і розмірний аналіз-стадія перевірки правильності прийнятих на попередніх стадіях рішень. Далі із сукупності переходів формуються операції, а з послідовності операцій - маршрутна карта.

Стадія 5. При проектуванні операцій вибирається пристосування, СОЖ, визначається структура операцій-послідовність переходів.

Стадія 6. Проектування переходів припускає вибір засобів оснащення, призначення режимів обробки, визначення норми часу.

Результатом рішення кожного завдання є безліч типових рішень, які формують вихідну документацію або становлять вхідні дані для наступних завдань.