Разработка экспертной системы ТП

Экспертные системы (ЭС) – сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретной предметной области и тиражирующие этот эмпирический опыт для решения задач и консультации менее квалифицированных специалистов. Они позволяют проектировать ТП в автоматическом и автоматизированном режимах. В автоматическом режиме–для однотипных деталей на основе типизации и для легкоформализуемых задач при методе синтеза. Автоматизированный режим применяется при использовании метода синтеза, когда трудноформализуемые задачи решаются в диалоге.
Представление, накопление знаний и поддержание их в актуальном состоянии – сложная задача, исследуемая в разделе информатики, которая называется инженерией знаний. Инженер по знаниям участвует в разработке базы знаний – ядра систем, называемых интеллектуальными. Чаще всего интеллектуальные системы применяются для решения сложных задач, где основная сложность решения связана с использованием слабо формализованных знаний специалистов-практиков и где логическая (или смысловая) обработка информации превалирует над вычислительной. ЭС – это наиболее распространенный класс интеллектуальных систем, эффективный в областях, где важны эмпирические (основанные на опыте) знания.
ЭС включает в себя следующие подсистемы.
База знаний (БЗ) – ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю-технологу (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно к такому «человеческому» представлению существует БЗ на внутреннем «машинном» представлении. В отличие от базы данных, где хранятся характеристики технологических элементов (оборудования, оснастки, режимов обработки и т. Д.), БЗ, кроме этого, содержит взаимосвязи характеристик этих элементов между собой и между характеристиками заготовки и детали. Эти взаимосвязи и есть технологические правила, или эвристики, разработанные экспертом. Например, после термообработки – закалки (заготовка характеризуется твердостью HRC 40) – необходимо для обработки выбрать резец с характеристикой материала режущей части «твердый сплав».
Решатель, или машина вывода, – программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в базе знаний.
Подсистема объяснений – программа, позволяющая пользователю получить ответ на вопрос «Как было получено такое решение?» Ответ на вопрос – это описание последовательности действий для получения решения суказанием использованных фрагментов базы знаний, т.е. всех шагов цепи умозаключений.
Интеллектуальный редактор БЗ – программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать базу знаний в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.
Интерфейс пользователя – комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов.
Этапы разработки экспертных систем
В создании ЭС участвуют инженер по знаниям, эксперт, программист и пользователь. Процесс разработки ЭС можно разделить на четыре этапа:
Прототипная система. Это усеченная версия ЭС, спроектированной для проверки правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждения эксперта. Она также дает возможность инженеру по знаниям привлечь эксперта к активному участию в процессе разработки ЭС. Объем прототипа – несколько десятков правил, примеров. В разработке прототипа выделяются шесть разделов:
-идентификация проблемы;

-извлечение знаний;

-структурирование знаний;

-формализация знаний;

-реализация;

-тестирование.

Идентификация проблемы –создание неформальной формулировки проблемы, а также знакомство и обучение членов коллектива разработчиков. Уточняется задача, планируется ход разработки прототипа ЭС, определяются необходимые ресурсы (время, люди, ЭВМ и т. Д.), имеющиеся аналогичные ЭС, цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий, накопление знаний и др.), классы решаемых задач.
Извлечение знаний – получение инженером по знаниям наиболее полного представления о предметной области и способах принятия решения в ней. На этой стадии происходит перенос компетентности от эксперта к инженеру по знаниям с использованием методов: анализа литературы, диалогов, экспертных игр, лекций, интервью, наблюдения.
Структурирование, или концептуализация знаний,–разработка неформального описания знаний в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, которое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями. Выявляется структура полученных знаний, т.е. определяются: терминология, список основных понятий, отношения между понятиями, структура входной и выходной информации, стратегия принятия решений.
Формализация знаний – разработка базы знаний на языке представления знаний, который, с одной стороны, соответствует созданной структуре знаний, а с другой – позволяет реализовать прототип на следующей стадии программной реализации. При формализации строится представление концепций предметной области на основе выбранного языка. Традиционно используются: логические методы (исчисления предикатов 1-го порядка и др.); продукционные модели (с прямым и обратным выводом); семантические сети; фреймы; объектно-ориентированные языки, основанные на иерархии классов, объектов. Все чаще на этой стадии используется комбинация этих методов. Ранее мы рассмотрели продукционные модели и фреймы.
Реализация – разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом. Создается прототип, включающий в себя базу знаний и остальные блоки, при помощи одного из следующих способов: программирования на традиционных языках типа Packal, C⁺⁺ и др.; программирования на специализированных языках, применяемых в задачах искусственного интеллекта; использования инструментальных средств разработки ЭС и «пустых» ЭС или «оболочек» типа ЭКСПЕРТ.
Тестирование – выявление ошибок в подходе и реализации прототипа и выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного варианта. Прототип проверяется на: удобство и адекватность интерфейсов ввода/вывода; эффективность стратегии управления (порядок перебора, использование нечеткого вывода); качество проверочных примеров; корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость правил).
Стыковка системы. На этом этапе осуществляется стыковка ЭСс другими программными средствами в среде, в которой она будет работать. Иногда это означает внесение существенных изменений. Стыковка включает обеспечение связи ЭС с существующими базами данных и другими системами на предприятии.
Проектирование ТП методом синтеза
Метод синтеза представляет собой автоматизацию проектирования на базе типовых решений отдельных технологических задач. Применяемые уровни технологической унификации–уровень обработки отдельной поверхности и сочетаний поверхностей. Проектирование–от частного к общему, восходящее. Исходная информация о детали вводится в виде ТКС (таблицы кодированных сведений) или на формализованном языке.
Метод синтеза наиболее сложный, и его необходимость диктуется наличием множества оригинальных деталей, для которых нет аналогичных и типовых ТП. Проектирование автоматизированное, диалоговое в среде рассмотренных экспертных систем. Как модели представления знаний используются фреймы и продукционные системы.
Все, что имеется к началу проектирования ТП, это – унифицированные маршруты обработки отдельных поверхностей, и именно с их определения применительно к текущей детали начинается проектирование. Это первая стадия проектирования ТП. Общее проектирование состоит из следующих стадий (включая и названную):
1) установление маршрутов обработки отдельных поверхностей;
2) формирование принципиальной схемы ТП в виде перечня выполняемых этапов обработки;
3) проектирование ТП в пределах этапа с установлением маршрута обработки;
4). Расчет технологических размеров.
5) проектирование операций.
6). проектирование переходов.