1.2 Классификация «интеллектуальных» систем

Существует несколько классификаций «интеллектуальных» систем. Причем, все их можно разделить на классификации либо «интеллектуальных» материалов, либо - конструкций. Далее приводятся примеры некоторых, наиболее устоявшихся классификаций ИС.

Одной из самых ранних является японская классификация, изображенная на рисунке (рисунок 1.3) [2].

Приводимые в действие структуры (А) содержат исполнительные механизмы (активаторы), дающие возможность путем управления изменять характеристики конструкции. Такие структуры не имеют датчиков. Примером их могут служить обычные крылья самолета с управляемыми створками и элеронами.

В сенсорные структуры (В) вмонтированы датчики, дающие возможность контролировать характеристики структуры (контроль здоровья). С помощью датчиков можно получать информацию о деформациях, перемещениях, температуре, электромагнитном воздействии и повреждениях в материале.

Управляемые структуры С реагируют на сигналы сенсоров. Они имеют исполнительные механизмы и датчики, а так же снабжены замкнутой системой управления, активно регулирующей характеристики структуры.

Активные структуры D являются подклассом управляемых структур. Объединенные исполнительные механизмы и датчики позволяют повысить надежность и функциональные возможности системы.

Мудрые структуры Е являются подклассом активных структур. Дополнительно они снабжены высоко интегрированной системой логического контроля и управления, системой энергообеспечения.

Кроме того, существует классификация конструкций, изготовленных из интеллектуальных материалов [3] (рисунок 1.4). В этой классификации под пассивными понимаются такие конструкции, которые способны воспринимать и понимать информацию о материале. Они проектируются для диагностики состояния. Реактивные конструкции, кроме функции восприятия внешнего воздействия (сенсора), обладают еще и функцией реагирования (активатора). Если пассивная конструкция может не включать в себя процессор, то в реактивную он уже обязательно входит. «Интеллектуальная» конструкция, в отличие от реактивной, способна накапливать опыт (память о деформациях и повреждениях) и реагировать с учетом своей предыстории.

Рисунок 1.3 - Типы «интеллектуальных» структур [2]. (Пояснения в тексте).

Рисунок 1.4 - Классификация «интеллектуальных» конструкций.

По нашему мнению, существующие классификации «интеллектуальных» материалов и конструкций не вполне ясно отражают существо проблемы, так как оставляют нерешенным ряд принципиальных вопросов. Один из них: на каком уровне реализуются интеллектуальные свойства системы - на уровне материала или конструкции?

В настоящей работе предлагается классификация, которая по-нашему мнению наиболее полно отвечает существующему положению в области «интеллектуальных» систем [13]. Основой предлагаемой классификации является разделение всех «интеллектуальных» систем на «интеллектуальные» материалы и конструкции. «Интеллектуальным» материалом (ИМ) будем считать материал, посредством которого можно реализовать одну или несколько интеллектуальных функций. В соответствие с этим, все ИМ можно разделить на: сенсорные (позволяющие на уровне конструкции воспринимать и воспроизводить информацию о материале), управляемые (позволяющие на уровне конструкции реагировать на внешнее воздействие), реактивные (реагирующие на внешнее воздействие на уровне материала) и адаптивные, которые в отличие от реактивных обладают памятью о своей истории на уровне материала (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Классификация интеллектуальных материалов.

Материал	Степень интеллектуальности	Функции, которые возможно реализовать в конструкции на базе такого материала	Структура материала
Сенсорный	1	Сенсорная	Материал + сенсор
	2	Сенсорная и процессорная
Управляемый	3	Сенсорная, процессорная, актюаторная (исполнительная)	Материал + сенсор и актюатор
	4	Сенсорная, процессорная, актюаторная, адаптивная
Реактивный	3	Сенсорная, процессорная, актюаторная	Материал + сенсор, актюатор и процессор
Адаптивный	4	Сенсор, процессор, актюатор, память.	Добавляется элемент памяти

Производимые из таких ИМ конструкции, так же можно подразделить на пассивные, изготовленные из сенсорных материалов, реактивные - на основе управляемых или реактивных материалов и адаптивные – на основе управляемых или адаптивных материалов (таблица 1.3).

Таблица 1.3 -

Материал	Конструкции на основе этого материала	Элементы конструкции
Сенсорный	Пассивные сигнальные	ИМ + усилитель сигналов + сигнальное устройство
	Пассивные диагностически Е	ИМ + усилитель + процессор + система вывода информации
Управляемый реактивный	Реактивные управляемые	ИМ + усилитель + процессор с заложенной программой управления + система ввода/вывода информации
	Адаптивные управляемые	То же + система накопления опыта в виде памяти
Адаптивный	Реактивные	Материал функционально заменяет части конструкций или целые конструкции
	Адаптивные

Под степенью интеллектуальности материала понимается количество интеллектуальных функций, которые он может реализовать в системе, содержащей этот материал. Из таких материалов создаются различные конструкции, в которых некоторые интеллектуальные функции (процессорная, память) обеспечивается дополнительными элементами, не являющимися частью материала.

Дадим определения типам материалов и конструкций, приведенных в таблицах 1.2 и 1.3.

В сенсорном материале заложена способность реагировать на какой-либо один или несколько изменяющихся параметров окружающей среды. При создании конструкций наиболее важным параметром, который стараются проконтролировать, является нагрузка, вызывающая деформации в материале. На сегодняшний день сенсоры наиболее часто используются для постоянного контроля состояния несущих элементов конструкций, чтобы выявить причины и по возможности предотвратить разрушение их. Управляемый материал получается из сенсорного путем добавления исполнительных механизмов, и, следовательно, может быть приведен в действие системой управления.

Реактивный материал самостоятельно улавливает внешнее воздействие и трансформирует его в ответный сигнал, заданно реагируя каким-либо простым образом. К этим материалам можно отнести материалы с памятью формы (СПФ), в которых сенсор и активатор - это один и тот же элемент. Кроме того, к реактивным: могут быть отнесены материалы, в которых удается на уровне материала создать внутреннюю связь между встроенными сенсорами и активаторами. К ним могут быть отнесены термобипластины, а так же материалы цилиндрической анизотропией термоупругих свойств, которые разрабатываются в настоящей работе.

Адаптивный материал способен самостоятельно, без применения дополнительных систем, приспосабливаться к внешним условиям путем изменений, происходящих по заложенной в материал программе. Такой материал является неким приближением к биологической ткани. Конструктивно и функционально этот тип материалов отличается от реактивных тем, что в нем встроены или заложены элементы памяти об истории самого материала.

На сегодняшний день еще не существует подобного типа материалов, однако пути его создания известны и теоретически обоснованы. Имеется ряд предположений относительно адаптивных свойств некоторых веществ и материалов.

Так, например, Э.Ф. Вайнштейн [4, 5] отмечает, что олигомеры и получаемые из них полимеры по своим свойствам близки к биологическим объектам, а это значит, что они имеют адаптивный характер взаимодействия с окружающей средой.

Существует также мнение, что и слоистые металлополимерные материалы обладают элементами адаптивного поведения [8,14].

Ведутся разработки, направленные на выявление эффектов различных веществ, которые могли бы быть использованы при создании адаптивных материалов [1] (рисунок 1.5).

Пассивные «интеллектуальные» конструкции способны регистрировать состояние композиционного материала, из которого они изготовлены. Интеллектуальным свойством материала здесь является сигнал о возникших в материале под воздействием среды изменениях (функция сенсора), идентификация сигнала и его анализ. Процедура принятия решения по результатам этого анализа остается в компетенции электронных вычислительных средств (функция процессора), а, в конечном счете, человека.

Реактивная «интеллектуальная» конструкция самостоятельно реагирует на какое-либо проявление внешней среды. Она может быть либо управляемой, или же саморегулируемой.

Принцип работы реактивной ИК заключается в том, что активатор генерирует простое ответное действие на изменения условий окружающей среды, которые фиксируются сенсором. При этом ответное действие создается по определенному, заложенному человеком, закону А = f (С)

Адаптивная конструкция способна самостоятельно реагировать на изменяющиеся условия окружающей среды, приспосабливаться к ней, основываясь на памяти о собственной предыстории. Под последней понимается информация обо всех изменениях характеристик контролируемого материала (дефектах, наиболее опасных местах конструкции), «запоминаемая» с момента изготовления конструкции.

Рисунок 1.5 - Схема общих принципов формирования

Примером адаптивной управляемой конструкции является «интеллектуальный» самолет [6], где ИМ, из которого сделан самолет, управляется с помощью системы управления с процессором. Разработка адаптивных конструкций требует значительных материальных затрат, однако, ожидаемое существенное повышение безопасности полетов и надежности конструкции самолетов, возможность предотвращения и исключения аварийных ситуаций и катастроф, снижение эксплуатационных расходов, позволяют сделать вывод об эффективности, в том числе и экономической, создания и применения таких конструкций прежде всего в авиационной технике. На сегодняшний день уже существует множество разработок в этой области.

Система с распределенными чувствительными и активными элементами, взаимодействующими друг с другом через логический центр, известна из анатомии человека: Речь идет о, так называемой, рефлекторной дуге, которая включает в себя рецепторы, аффекторную часть, спинной и, при необходимости, головной мозг, V эффекторную часть и мышечное волокно. _; Причем, если сигнал, идущий от рецептора, явно нежелателен для организма, то решение принимается очень быстро спинным мозгом, и рука, например, отдергивается от горячей сковороды. Так работает защитный механизм рефлекса, что полностью соответствует действию, описанных выше, реактивных конструкций, запрограммировано отвечающих на нежелательные внешние воздействия.

Однако, если сигнал от рецепторов не означает прямой угрозы, то эта информация может достигнуть головного мозга, накапливающего её и принимающего решение к действию тогда, когда спинной мозг еще не видит прямой угрозы. Так, по незначительным симптомам болезни, человек сознательно предпринимает профилактические меры. Данный механизм значительно более сложен, чем предыдущий и в технике «интеллектуальных» систем его могут лишь приблизительно реализовывать только адаптивные конструкции, снабженные мощной вычислительной техникой.