Методическое пособие 314

3.3. Методы поиска решений в экспертных системах

Предметная область ПО представляется пространством состояний. Каждое состояние – это признак объекта предметной области ПО или сам объект.

Процесс поиска решений состоит в переходе от одного элемента в пространстве состояний к другому – до тех пор, пока не будет определено состояние, классифицирующееся как решение.

Алгоритмы перехода в пространстве состояний определяются как методы поиска решения. Выбор метода зависит от вида пространства состояний. Если пространство ограничено по количеству признаков и переходов между ними, то поиск выполняется в одном пространстве состояний. Если пространство состояний велико или имеет большую степень неопределенности, поиск реализуется во множестве пространств (иерархия пространств).

3.3.1. Поиск решения в пространстве состояний

Поиск в пространстве состояний рассматривается в графовой интерпретации. Граф представляет из себя совокупность признаков, объединенных связями: G = G(X,Y ),

где G – представление графа;

X– множество признаков;

Y– множество пар Xi, Xj;

Xi, Xj – признаки из множества X, объединенных связями f; f – оператор, переводящий состояние Xi в состояние Xj .

Каждому признаку Х соответствует вершина графа, а каждой связи f – линия, соединяющая вершины (дуга). Таким образом, пространство состояний представляется множеством вершин, объединенных дугами.

Во множестве вершин выделяются следующие: X0 – вершины начального состояния;

Xц – целевые вершины (соответствующие решениям); Xт – терминальные вершины (вершины, означающие

отсутствие решения, или тупиковые).

61

К терминальным вершинам не применяется ни один оператор.

Граф обычно представляется в виде слоев (рис. 3.4). В каждом графе нулевой слой – слой начальных состояний (исходные данные из предметной области).

X01 X02 X03

Xт2

Рис. 3.4. Представление поиска в пространстве состояний в виде графа [6]

Поиск решения состоит в применении операторов к признакам нулевого слоя. Эта операция называется раскрытием вершин. Состояние, получившееся в результате применения оператора, соответствует дочерней вершине; множество дочерних образует слой номер 1. Дальнейшее раскрытие вершин слоя 1 порождает слой 2 и т.д., пока не будут достигнуты вершины Хц (целевые) или Хт (терминальные).

Поиск может заканчиваться различными исходами: раскрытием всех целевых и терминальных вершин; раскрытием определенного количества целевых вершин; достижением определенной глубины поиска.

Глубина поиска определяется номером слоя, до которого проводится раскрытие вершин. Если в этом граничном слое имеются целевые вершины, то они принимаются как решения,

62

если отсутствуют, то признается отсутствие решения. Направления поиска – последовательность раскрытия вершин в графе.

При поиске в ширину вершины раскрываются послойно. Сначала раскрываются все вершины нулевого слоя; результаты раскрытия хранятся в рабочей памяти системы. Затем раскрываются порожденные вершины следующего слоя до завершения поиска по одному из критериев, указанных выше.

При поиске в глубину раскрытие начинается от одной из вершин нулевого слоя и далее по одному из направления графа. По достижению нижнего слоя осуществляется возврат до вершины, к которой можно применить несколько операторов. Далее раскрытие выполняется по новому направлению. После раскрытия всех дочерних вершин одного направления выполняется возврат в нулевой слой и реализуется поиск по другому направлению, исходящему из начальной вершины.

Может применяться смена направлений поиска – по ходу процесса поиск в глубину может сменяться поиском в ширину.

3.3.2. Поиск решения во множестве факторизованных пространств и в фиксированном множестве пространств

Факторизованным пространством называется подпространство во множестве признаков, которые имеют частные решения (рис. 3.5). Это означает, что во множестве промежуточных вершин графа поиска можно выделить вершины, которые можно квалифицировать как решения.

На рис. 3.5 приняты следующие обозначения:

ПП – полное пространство (пространство признаков); ПП1 ПП3 – факторизованные подпространства; ЧР1 ЧР3 – частные решения; ПР – полное решение.

Метод в фиксированном множестве пространств разбивает пространство признаков на последовательность непересекающихся подпространств. Частное решение ЧР1, найденное в первом подпространстве ПП1, является исходным для поиска решения ЧР2 во втором подпространстве ПП2 и т.д. (рис. 3.6).

63

3.3.3.Поиск в изменяющемся множестве пространств

ив альтернативных пространствах

Такой метод поиска наиболее характерен для определения траектории перемещения в обширной рабочей зоне с наличием многих препятствий. Суть метода заключается в том, что на первой стадии поиска из пространства признаков выделяются наиболее характерные, и поиск выполняется только с их учетом. К полученному решению добавляются новые признаки, детализирующие пространство. Поиск осуществляется в расширенном пространстве. Далее добавляются к полученному решению новая группа признаков, и проводится новый поиск, и так до тех пор, пока не будут исчерпаны все признаки.

На рис. 3.7 представлена рабочая зона робота (Р), задачей которого является дости-

жение целевого положения Ц.

Если выполнять поиск в

одном пространстве, то при

определении траектории необ-

ходим перебор признаков, включающих расположение перегородок и препятствий. При нисходящем уточнении создается пространство, вклю-

64

чающее только расположение перегородок, и выбирается траектория перемещения без учета препятствий. Затем к частному решению (выбранному пути) добавляются признаки, описывающие препятствие, и траектория определяется с учетом их наличия.

При поиске в изменяющемся множестве пространств используют ограничение и принцип наименьших свершений. И то, и другое основывается на заложенных в базах знаний правилах использования исходной информации. При ограничении из всей совокупности исходных признаков могут использоваться только основные, а часть может отбрасываться по определенному критерию.

Например, при оценке свойств объектов могут определяться их размеры, расположение, цвет, масса. С точки зрения робота цвет не является основным признаком. Поэтому при классификации объектов этот признак отбрасывается.

Реализация метода нисходящего уточнения может дополняться использованием принципа наименьших свершений, который заключается в том, что экспертная система может прекращать поиск при недостаточности исходных данных. Для этого в решающих правилах должны быть заложены механизмы определения достаточности информации. Механизм должен постоянно анализировать состояние исходной информации на всем пути поиска. При недостаточности данных поиск в заданном направлении приостанавливается и возобновляется при получении дополнительных сведений. При остановке поиска возможна организация поиска по другому направлению.

В некоторых случаях предметная область не может быть объективно определена экспертной группой. Это означает, что вместо определенной базы знаний существует группа баз мнений. Под мнениями понимаются возможные наборы правил поиска, определенные разными экспертами. В результате от одних и тех же исходных данных поиск может идти в

65

различных пространствах, которые называются альтернативными (рис. 3.8).

АП1

АП2

Рис. 3.8. Поиск решения в альтернативных пространствах: X01, X02, X03 – исходные признаки;

АП1, АП2 – альтернативные пространства [6]

В представленных альтернативных пространствах общими являются исходные данные X01, X02, X03. Поиск в пространствах АП1, АП2 выполняется до тех пор, пока не будет определено решение в одном их них. Если поиск в первом пространстве не дал результата, то выполняется возврат на исходные данные X01, X02, X03 и начинается поиск во втором пространстве. Каждый раз при отрицательном результате поиска выполняется переход к исходным данным.

3.4. Основы построения интеллектуальных интерфейсов

Интеллектуальным интерфейсом называется набор аппаратных и программных средств, обеспечивающих общение пользователя с технической системой в терминах и понятиях естественного или технологического языка. Рассмотрим вариант исполнения интеллектуального интерфейса для роботизированной установки плазмохимического удаления фоторезиста при производстве интегральных микросхем.

66

3.4.1. Состав установки

Роботизированная установка плазмохимического удаления фоторезиста «Плазма – 150А» предназначена для удаления фоторезистивных маскирующих покрытий (фоторезиста, задубленного ультрафиолетовым излучением, после плазменной обработки, в том числе, после реактивно-ионного травления, травления A1, ионного легирования) с кремниевых пластин диаметром 150 мм с поверхностей поликремния, двуокиси кремния, алюминия, нитрида кремния и нитрида титана.

Питание силовой части установки осуществляется от трехфазной четырехпроводной с нулевым проводом сети переменного тока линейным напряжением 380 В ±10 % и частотой 50 Гц. Питание электронной части установки осуществляется от отдельной электрической линии переменного тока напряжением 220 В ± 10 % частотой 50 Гц, к которой до распределительного щита не должно подключаться сильноточное оборудование.

Установка обеспечивает работу при подаче в нее:

•сжатого воздуха с расходом не менее 2·10-3 м3 /с (2 л/с) под давлением 0,5÷0,6 МПа (5÷6 кгс/см2);

•азота газообразного с расходом не менее 1,5·10-3 м3 /с (1,5 л/с) под давлением 0,25÷0,3 МПа (2,5÷3 кгс/см2);

•воды с расходом не менее 2·10-3 м3 /с (2 л/с) под давлением 0,4÷0,5 МПа (4÷5 кгс/см2 );

•технологических газов в соответствии с техпроцес-

сом.

Установка состоит из составных частей, перечисленных в таблице.

67

Продолжение таблицы

«Плазма – 150А» приведена на рис. 3.9.

В основе работы установки лежит принцип возбуждения и активизации молекул реакционных газов энергией ВЧ плазменного разряда и взаимодействия их с поверхностью обрабатываемых пластин с образованием летучих соединений, откачиваемых вакуумными насосами.

Установка обеспечивает индивидуальную обработку пластин в автоматическом режиме по заданному технологическому циклу, в соответствии с заложенными в систему управления программами.

Управление и общение человека с установкой осуществляется с помощью персонального компьютера.

68

•бокс;

•преобразователь манометрический ПМТ-6-3;

•манипулятор;

•механизм приема-выдачи пластин;

•блок газовый;

•устройство поддержания заданного давления;

•блок клапанов;

•привод карусели;

•персональный компьютер;

•насосы вакуумные;

•индикатор режима работы.

Стойка управления предназначена для формирования сигналов управления, поступающих из персонального компьютера на исполнительные механизмы установки, и обработки сигналов с датчиков установки для ввода их в персональный компьютер.

В стойке размещены:

•панель управления;

•вакуумметры 13ВТ3-003;

•блок РРГ;

•платы фильтров;

•платы согласования датчиков ПСД;

•платы ключей;

•плата симисторов;

•плата микропроцессоров ПМП;

•плата ключей ШД;

•источник питания +5 В;

•источник питания +24 В;

•стабилизатор напряжения +24 В;

•вентиляторы;

•адаптер сети АС-2;

•блок розеток;

•блок IPC610;

•платы дискретного вывода PCL-734;

•платы дискретного ввода PCL-733;

70