9.4. Проектирование и искусственный интеллект

Язык проектирования, как и язык науки, призванный служить ис­ тинному познанию вещей, должен быть очищен от недостатков естест­ венного языка. Потребность в создании искусственного языка проектиро­ вания диктуется в настоящее время и стремлением к широкому использо­ ванию компьютерных технологий, ЭВМ. Под искусственным языком про­

актирования понимается некоторая система записи сообщений об объек­ тивной действительности. К языку проектирования предъявляются сле­ дующие требования: недвусмысленность, т.е. каждая запись должна до­ пускать однозначное толкование; удобство для формализации различных действий, связанных с хранением, передачей и преобразованием инфор­ мации; универсальность при описании информации в пределах постав­ ленных задач; гибкость, допускающая внесение отдельных изменений и дополнений без ущерба для общей методики и позволяющая учитывать специфические особенности техники; целенаправленность и прикладной характер, т.е. отсутствие всякой избыточности; тесная связь с методикой проектирования; простота и доступность, позволяющие легко осваивать их специалистами средней квалификации; возможность механизации про­ цессов кодирования.

Сформулировать определение искусственного интеллекта, что всем известно, сложно даже специалистам в этой области знаний. В электрон­ ной энциклопедии БЭКМ 2001 года (© Кирилл и Мефодий) приведено следующее определение: «Искусственный интеллект - это раздел ин­ форматики, занимающийся разработкой методов моделирования и вос­ произведения с помощью ЭВМ творческой деятельности человека».

Следовательно, создание искусственного интеллекта связано с раз­ работкой кибернетических моделей интеллектуальной деятельности. Ка­ кие достижения в этой области могут быть полезны уже сейчас для мето­ дики проектирования? Широта использования такого поведенческого акта не остается без внимания специалистов, занимающихся разработкой ис­ кусственного интеллекта. Ими выделены некоторые процедуры, сопрово­ ждающие планирование и другие, близкие к проектированию процессы. В ближайшее время компьютеризация проектирования не только должна освободить человека от рутинной работы, но и оказать ему помощь там, где проявляется его сознательная деятельность.

Среди всех операций проектирования можно выделить широкий класс алгоритмических, для которых уже созданы или могут быть созданы фор­ мальные модели. К ним относятся все расчеты, выполненные по ГОСТам: расчет деталей машины на прочность, надежность, тепловые расчеты, а также кинематический и динамический анализы. Сюда же можно отнести и

расчеты по частным методикам: расчет силовых оболочек ракетных двига­ телей, усилий резания при механической обработке и т.п.

Однако алгоритмические операции и процедуры составляют лишь часть процесса проектирования. Кроме них в процессе применяются и эв­ ристические процедуры, отличающиеся от алгоритмических неопределен­ ностью в постановке задачи, методе решения и в окончательном результа­ те. К таким процедурам можно отнести, например, поиск вариантов тех­ нических решений, выбор из них оптимального.

Эвристические процедуры пока чаще выполняются человеком, но уже есть примеры их реализации с помощью компьютеров по так назы­ ваемым эвристическим программам.

Все процедуры по области их использования можно разделить:

1)на специальные,

2)общетехнические,

3)применяемые в любой области человеческой деятельности. Третий тип процедур проектирования по содержанию можно отне­

сти к метапроцедурам, играющим немаловажную роль и при создании систем искусственного интеллекта. Остановимся на некоторых из нихдекомпозиции, поиске в лабиринте возможностей, семиотическом моде­ лировании.

Декомпозиция означает разделение задачи на подзадачи. В практике проектирования эта метапроцедура уже используется давно. Основная задача декомпозиции - разработка проектной документации, необходимой и достаточной для изготовления технического объекта —разбивается на подзадачи, составляющие стадии разработки: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая документация. Каждая стадия разработки связана с определенным этапом проектирования.

Декомпозиция способствует тому, что на определенной ее ступени задачи переходят в разряд алгоритмических.

Под лабиринтом возможностей с позиций проектирования следует понимать возможные варианты технических решений. Целенаправленный поиск должен сократить путь в лабиринте к достижению поставленной цели. Одной из реализаций этой метапроцедуры в области разработки сис­ тем искусственного интеллекта является «Общий решатель задач», пред­

ложенный А. Ньюэллом, Дж. Шоу и Г. Саймоном и развитый в работах А.И. Половинкина.

Основным инструментом «Общего решателя задач» можно считать таблицу различий. Она содержит столько столбцов, сколько выделено различий между объектом, и столько строк, сколько предусмотрено пре­ образований. Ячейки на пересечении строк и столбцов помечаются через знак «+», который означает, что соответствующее преобразование спо­ собно полностью устранить или уменьшить различие между целевым объ­ ектом и рассматриваемым. Отметим" попутно, что некоторые эвристиче­ ские приемы проектирования используют основную концепцию «Общего решателя задач».

Интересно направление работ, называемое семиотическим модели­ рованием. В память компьютера в форме базы данных закладывают ос­ новные понятия и конструкции из них, используемые в процессе проекти­ рования, создавая тем самым базу знаний. Семиотические программы должны реализовать специальную систему управления комплексом фик­ сированных знаний и обеспечить возможность логического вывода.

Воснову разработки таких программ может быть положена гипотеза

оналичии в каждой области интеллектуальной деятельности некоторых инвариантных структур, называемых фреймами (т.е. данных, описываю­ щих фрагмент знаний человека о мире или представляющих какуюнибудь стандартную ситуацию). Если фрейм наполнить конкретными объектами, то образуется определенная композиция. Однако возникает большое препятствие - как вскрыть фреймы? Как найти наиболее опти­ мальный из них? Пока ответов на эти вопросы нет.

Можно утверждать, что программы, построенные на основе уже раз­ работанных методов, способны создавать технические решения на уровне подавляющего большинства зарегистрированных изобретений, лишь со­ вершенствующих известное устройство, способы или вещество.

Для ознакомления, получения общего представления об автоматиза­ ции проектирования некоторые материалы будут изложены в части III по­ собия. Более детально изучение процессов автоматизированного проекти­ рования конструкций производится в рамках другого специального курса.