Лекція № 1

Тема. Інтелектуальні технологічні комплекси. Склад та принцип дії

План

1.   Інтелектуальна інформаційна система (ІІС) і їх класифікація.

2.   Види забезпечення роботи ІІС.

3.   Класифікація завдань, що вирішуються ІІС.

4.   Типова схема функціонування інтелектуальної системи.

5.   Інтелектуальні технологічні комплекси. Склад та принцип дії.

1.   Інтелектуальна інформаційна система (ІІС) і їх класифікація

Інтелектуальна інформаційна система (ІІС) – це один з видів автоматизованих інформаційних систем, інколи ІІС називають системою, заснованою на знаннях. ІІС є комплексом програмних, лінгвістичних і логіко-математичних засобів для реалізації основного завдання: здійснення підтримки діяльності людини і пошуку інформації в режимі розширеного діалогу природною мовою.

Класифікація ІІС:

– експертні системи;

– власне експертні системи (ЕС);

– інтерактивні банери (web + ЕС);

– запитально-відповідальна система (деяких джерелах «системи спілкування»);

– інтелектуальні пошукові системи (наприклад, система Старт);

– віртуальні співбесідники.

ІІС можуть розміщуватися на будь-якому сайті, де користувач ставить системі питання природною мовою (якщо це запитально-відповідальна система) або, відповідаючи на питання системи, знаходить необхідну інформацію (якщо це експертна система). Але, як правило, ЕС в інтернеті виконують рекламно-інформаційні функції (інтерактивні банери), а серйозні системи (такі, як, наприклад, ЕС діагностику устаткування) використовуються локально, оскільки виконують конкретні специфічні завдання.

Інтелектуальні пошукові системи відрізняються від віртуальних співбесідників тим, що вони досить безликі і у відповідь на питання видають деякий витяг з джерел знань (інколи досить великого обсягу), а співбесідники володіють «характером», особливою манерою спілкування (можуть використовувати сленг, ненормативну лексику), і їхні відповіді мають бути гранично лаконічними (інколи навіть просто у формі смайликів, якщо це відповідає контексту.

Для розробки ІІС раніше використовувалися логічні мови (Пролог, Лісп і т. д.), а зараз використовуються різні процедурні мови. Логіко-математичне забезпечення розробляється як для самих модулів систем, так і для стикування цих модулів. Проте на сьогоднішній день не існує універсальної логіко-математичної системи, яка могла б задовольнити потреби будь-якого розробника ІІС, тому доводиться або комбінувати накопичений досвід, або розробляти логіку системи самостійно. В області лінгвістики теж існує безліч проблем, наприклад, для забезпечення роботи системи в режимі діалогу з користувачем природною мовою необхідно закласти в систему алгоритми формалізації природної мови, а це завдання виявилося куди складнішим, ніж передбачалося на початку розвитку інтелектуальних систем. Ще одна проблема – постійна мінливість мови, яка обов'язково має бути «відбита» в системах штучного інтелекту.

2.   Види забезпечення роботи ІІС

До видів забезпечення роботи ІІС відносяться:

– математичне;

– лінгвістичне;

– програмне;

– технічне;

– технологічне;

– кадрове.

3.   Класифікація завдань, що вирішуються ІІС

Існують такі види завдань, що вирішуються ІІС:

– інтерпретація даних. Це одне з традиційних завдань для експертних систем. Під інтерпретацією розуміється процес визначення змісту даних, результати якого мають бути погодженими і коректними. Зазвичай передбачається багатоваріантний аналіз даних;

– діагностика. Під діагностикою розуміється процес співвідношення об'єкта з деяким класом об'єктів і виявлення несправності в деякій системі. Несправність – це відхилення від норми. Таке трактування дозволяє з єдиних теоретичних позицій розглядати і несправність устаткування в технічних системах, і захворювання живих організмів, і природні аномалії. Важливою специфікою тут є необхідність розуміння функціональної структури («анатомії») діагностуючої системи;

– моніторинг. Основне завдання моніторингу – безперервна інтерпретація даних у реальному масштабі часу і сигналізація про вихід тих або інших параметрів за допустимі межі. Головні проблеми – «пропуск» тривожної ситуації і інверсне завдання «помилкового» спрацьовування. Складність цих проблем у розмитості симптомів тривожних ситуацій і необхідність обліку тимчасового контексту;

– проектування. Проектування полягає у підготовці специфікацій для створення об'єктів із наперед визначеними властивостями. Специфікація включає повний набір необхідних документів, таких як креслення і пояснювальні записки. Основні проблеми полягають у здобутті чіткого структурного опису знань про об'єкт і вирішенні проблеми «сліду». Для ефективного проектування, а також перепроектування, необхідно формувати не лише самі проектні рішення, але й мотиви їх прийняття. Таким чином, у завданнях проектування тісно пов'язані два основні процеси: процес ухвалення рішення і процес пояснення;

– прогнозування. Прогнозування дозволяє передбачати наслідки деяких подій або явищ на підставі аналізу наявних даних. Прогнозуючі системи логічно виводять ймовірні наслідки із заданих ситуацій. У прогнозуючій системі зазвичай використовується параметрична динамічна модель, в якій значення параметрів «підганяються» під задану ситуацію. Висновки, що виводяться з цієї моделі, складають основу для прогнозів з ймовірними оцінками;

– планування. Планування полягає у створенні планів дій для об'єктів, здатних виконувати певні функції. У таких експертних системах використовуються моделі поведінки реальних об'єктів, щоб логічно визначити наслідки запланованої діяльності;

– навчання. Навчання передбачає використання комп'ютера для вивчення певної дисципліни або предмету. Системи навчання виявляють помилки під час вивчення дисципліни за допомогою ЕОМ і пропонують правильні рішення. Вони збирають інформацію про уявного «учня» і його типові помилки, а потім здатні діагностувати слабкі місця у знаннях учнів і знаходити способи їх усунення. Крім того, ці системи планують взаємодію з учнем залежно від його успіхів для ефективної передачі знань;

– керування. Керування передбачає функцію організованої системи, яка підтримує певний режим діяльності. Експертні системи цього типу контролюють поведінку складних систем згідно з визначеними специфікаціями;

– підтримка прийняття рішень. Підтримка прийняття рішень – це сукупність процедур, які надають особі, що приймає рішення, необхідну інформацію та рекомендації, що полегшують процес ухвалення рішень. Ці експертні системи допомагають фахівцям обрати і сформувати потрібну альтернативу серед численних варіантів під час прийняття відповідальних рішень.

Усі системи, засновані на знаннях, можна розділити на ті, що вирішують завдання аналізу, і ті, що вирішують завдання синтезу. Основна різниця між ними полягає в тому, що для завдань аналізу кількість рішень може бути перелічена та інтегрована в систему, тоді як для завдань синтезу кількість рішень потенційно необмежена і формується з рішень компонент або проблем. Завдання аналізу включають інтерпретацію даних, діагностику та підтримку ухвалення рішення. Завдання синтезу включають проектування, планування та управління.

Комбіновані завдання ІІС формуються завдяки таким типам, як навчання, моніторинг і прогнозування.

4.   Типова схема функціонування інтелектуальної системи

Функціонування інтелектуальної системи можна описати як постійне прийняття рішень на основі аналізу поточних ситуацій для досягнення певної мети. Можна виділити окремі етапи, які утворюють типову схему функціонування інтелектуальної системи:

1. Безпосереднє сприйняття зовнішньої ситуації; результатом є формування первинного опису ситуації;

2. Зіставлення первинного опису зі знаннями системи і поповнення цього опису; результатом є формування вторинного опису ситуації в термінах знань системи. Цей процес можна розглядати як процес розуміння ситуації, або як процес перекладу первинного опису на внутрішню мову системи. При цьому можуть змінюватися внутрішній стан системи та її знання. Вторинний опис може бути не єдиним, і система може вибирати між різними вторинними описами. Крім того, система в процесі роботи може переходити від одного вторинного опису до іншого. Якщо можна формально задати форми внутрішнього представлення описів ситуацій та операції над ними, то можемо сподіватися на певний автоматизований аналіз цих описів;

3. Планування цілеспрямованих дій та прийняття рішень включає аналіз можливих дій та їхніх наслідків, з подальшим вибором дії, яка найкраще відповідає меті системи. Це рішення формується внутрішньою мовою системи (свідомо або підсвідомо);

4. Зворотна інтерпретація прийнятого рішення, тобто формування робочого алгоритму для здійснення реакції системи;

5. Реалізація реакції системи; наслідком є зміна зовнішньої ситуації і внутрішнього стану системи, і т. д.

Не варто вважати, що ці етапи повністю відокремлені один від одного, і що наступний етап починається лише після завершення попереднього. Навпаки, для інтелектуальної системи характерне взаємне проникнення цих етапів. Наприклад, певні рішення можуть прийматися вже на етапі безпосереднього сприйняття ситуації. Насамперед, це рішення про те, на які зовнішні подразники слід звертати увагу, а які можна ігнорувати. Зовнішніх подразників настільки багато, що їх сприйняття повинно бути вибірковим.

5.   Інтелектуальні технологічні комплекси. Склад та принцип дії

У даний час промисловість широко використовує можливості систем штучного інтелекту. В основному такі системи застосовуються в гнучких виробничих комплексах і робототехнічних комплексах.

Окремо варто відзначити особливості інтелекту робототехнічних технологічних комплексів. Як правило, в даний час під інтелектом робототехнічного комплексу розуміють здатність його системи управління вирішувати технологічні завдання інтелектуального характеру за допомогою цілеспрямованого перетворення інформації і знань, навчання на досвіді й адаптації до мінливої виробничої обстановки. Характерними рисами інтелекту робототехнічного комплексу, згідно з цим визначенням, є їх здатність до переробки знань, навчання, накопичення досвіду і адаптації до заздалегідь невідомих умов, що змінюються в процесі вирішення завдань. Завдяки цим якостям інтелектуальний робототехнічний комплекс може вирішувати найскладніші та різноманітні технологічні задачі, а також легко перебудовуватися з рішення одного класу задач на інший. Таким чином, система управління робототехнічних комплексів, наділена елементами штучного інтелекту, є універсальним засобом вирішення широкого кола технологічних завдань. Вона дозволяє автоматизувати технологічні операції інтелектуального характеру.

У робототехніці системи штучного інтелекту знайшли досить широке застосування. Слід виділити наступні напрямки розвитку інтелектуальних роботів:

1. Промислові роботи, працюють у виробничій сфері та замінюють людину під час виконання технологічних операцій. Інтелект зазначених роботів полягає в їх здатності автоматично розпізнавати якість обробленої поверхні, контролювати режими обробки і коригувати їх залежно від поставленої мети, наприклад, мінімізувати похибки, зменшувати енерговитрати, вибирати технологію обробки в залежності від типу деталі і вимог до її вихідних характеристик. У даний час це основний клас роботів, яким має бути приділено особливу увагу, тому що заміна людини в сфері виробництва якісно змінить її життєдіяльність;

2. Ігрові роботи;

3. Спеціальні роботи, здатні працювати в умовах війни, а також в умовах особливо небезпечних для життєдіяльності людини.

Інтелектуальні робототехнічні системи для виконання виробничих завдань, так звані роботи-верстати, є пристроями, які повністю автоматизують виробництво з певного виду продукції. Дане обладнання оснащується системами контролю технологічних і вихідних параметрів виробу. До верстатного устаткування пред’являються досить високі вимоги по точності, надійності та відповідальності виконуваної операції. При виконанні операцій обробки та складання складних виробів неможливо вимагати ймовірнісного результату. Як правило, такі операції жорстко детерміновані. Тому ймовірнісні пошукові методи можливі тільки на стадії обробки результатів. Прийняття остаточного рішення має забезпечувати детермінований результат, що забезпечує поставлену мету. Особливо високі вимоги пред’являються під час обробки поверхонь складної форми. У цьому випадку необхідно більш точне виконання режимів обробки, контроль зносу інструменту в процесі обробки та забезпечення одночасно декількох параметрів деталі. Зокрема, для кожної точки поверхні потрібно одночасно забезпечувати до шести геометричних параметрів, не рахуючи якості поверхні. Для складних поверхонь, крім вимог до самих координатах, накладаються умови і на їх похідні. Для дотримання високих вимог до точності виготовлення деталей необхідно здійснювати постійний контроль геометричних параметрів верстата, розмірів ланок, температурних змін і інших параметрів. Застосування механізмів паралельної структури також якісно змінює підхід до проектування верстатного робототехнічного обладнання.

У механізмах паралельної структури існують кінематичні пари, що перетворюють рух і не містять виконавчих силових елементів. У цих з'єднаннях можливе встановлення додаткових датчиків для підвищення точності контролю положення вихідної ланки. Крім того, додаткові приводи, керовані, наприклад, за силою, можуть бути встановлені в цих з'єднаннях для розвантаження основних приводів, які виконують переміщення за заданими координатами, що дозволяє керувати положенням, швидкістю та силою по одній координаті.

Поняття робот-верстат було введено в 1992 році під час опису верстатного обладнання, побудованого на механізмах паралельної структури і дозволяє за допомогою одного і того ж механізму виконувати транспортні операції та операції обробки. Дані механізми дозволяють розширити функціональні можливості верстатного обладнання та, за наявності системи управління, оснащеної елементами штучного інтелекту, робить дане устаткування близьким до інтелектуального робота.

Поєднання функцій особливо актуально для складних високоточних операцій, коли потрібне виготовлення деталі від однієї бази. У даному випадку отримуємо універсальне обладнання, що дозволяє виконувати кілька різних технологічних операцій для широкої номенклатури виробів. Головною відмінною особливістю робота-верстата від обробного центру є універсальність, точніше, більш багаті кінематичні можливості переміщення механізмів. Безумовно, з набору роботів-верстатів можна побудувати розподілений обробний центр. Механізми паралельної структури розширили можливості виконавчих механізмів верстатів, зробили їх більш полегшеними і універсальними. Наявність паралельних кінематичних ланцюгів дозволяє керувати однією вихідною ланкою через кілька паралельних каналів, забезпечуючи одночасне керування положенням, швидкістю, вищими похідними та силою.