6.3Задание 3 – Принцип «адекватности»

Проверим выполнение принципа «адекватности», для чего выделим исследуемую систему и модель системы:

• исследуемая система – прогнозирование свойств медицинских композиционных материалов;

• модель системы – такая система, которая позволяет достичь цель: быстро и точно спрогнозировать свойства медицинских композиционных материалов.

Текущая система не может обеспечить эффективную информационную поддержку процедурам анализа синергетических эффектов составов, то есть достижение цели, так как не содержит методов, позволяющих моделировать сложные нелинейный зависимости, что означает не выполнение принципа «адекватности».

Принцип «Эшби» предполагает рассмотрение системы как управляющей:

• управляющая подсистема – методы прогнозирования (физико-математические модели и методы машинного обучения);

• объект управления – множество возможных составов композиционных материалов.

Для прогнозирования свойств многокомпонентных композитов необходимо, чтобы их [свойства] моделировали сложные модели, а не относительно простые, которые на данный момент присутствуют в системе. Для соблюдения принципа «Эшби» нужно внедрить более сложные модели в систему.

6.4Задание 4 – Принцип «наблюдаемости»

Управляющая подсистема «методы прогнозирования» должна полностью контролировать объект управления «множество возможных составов композиционных материалов», что нарушается, так как данные о многих составах закрыты, отсутствуют или имеются в ограниченном количестве. Из-за того, что управляющая подсистема не имеет доступа к таким данным, принцип «наблюдаемости» нарушается (рисунок 6.2).

Рисунок Error: Reference source not found.2 – Упрощенная структура системы управления

6.5Задание 5 – Принцип «управляемости»

Так как используемые в управляющей подсистеме модели не обладают достаточной сложностью, то они не могут строить сложные нелинейные зависимости «состав – свойство» для многокомпонентных композиционных материалов, что приводит к нарушению принципа «управляемости» (рисунок 6.2).

6.6Задание 6 – Результат предварительный системной диагностики

Предварительная системная диагностика показала, что в системе нарушаются принципы:

• «адекватности» – система не соответствует цели, так как имеющиеся модели не позволяют быстро и точно прогнозировать свойства из-за нелинейности и синергетических эффектов;

• «наблюдаемости» – управляющая подсистема не имеет полного доступа к данным о составах, поэтому не может контролировать весь объект управления;

• «управляемости» – из-за недостаточной сложности моделей часть составов остается без целенаправленного (управляющего) воздействия.

Все возникшие нарушения связаны с главной проблемой – сложностью анализа синергетических эффектов составов. Для разрешения проблемы необходимо комплексное улучшение: сбор данных, внедрение более сложных моделей и применение их ансамблей [ансамблей моделей].

7Практическая работа 6

7.1Задание 1 – Принцип «согласованности»

Проведем параметрическую корректировку системы, которая оставляет неизменной структуру системы, за счет настройки:

• гиперпараметров методов машинного обучения: скорость обучения, коэффициент регуляризации и зазор, количество деревьев в лесу и их глубина, число слоёв и нейронов и так далее;

• коэффициентов физико-математических моделей: параметры уравнений, описывающих свойства материалов;

• параметров предобработки данных: степень нормализации, коэффициенты аугментации, порог отсечения выбросов;

• критериев качества: целевые значения метрик ( , , ) при выборе лучшей модели.

Проведение настройки указанных параметров позволит повысить точность и скорость проведения прогноза, но незначительно, так как проблема в самих используемых моделях, а не их параметрах: они [модели] не способны моделировать сложные нелинейные синергетические эффекты.