CC BY
40
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ ВИРТУАЛЬНОГО СТРОКОВОГО ПРОСТРАНСТВА
А.Н. Сисюков, А.Н Филиппов
Целью работы является изложение метода специализированного представления данных и знаний, позволяющего одновременно с разработкой новых алгоритмов и программ использовать программно-математический аппарат, имеющийся у существующих систем автоматизации проектирования технологических процессов (САПР ТП). Описан специальный способ организации БЗ и БД, определенный как виртуальное строковое пространство технологических данных (ВСПТД) [1], и его применение при построении экспертной системы (ЭС). В рамках данного представления определено множество типов фреймов, применение которых существенно упрощает описание и программирование сложных объектов. В качестве таковых могут выступать как непосредственно технологические объекты - деталь, инструмент и т.д., так и абстрактные: формулы, анкеты ввода, тексты переходов и т.п.
Задача проектирования технологических процессов сводится к выполнению ряда независимых модулей, каждый из которых при этом может использовать результаты других. Их взаимодействие осуществляется с помощью универсального интерфейсного модуля (ИМ) через виртуальное строковое пространство, в котором накапливаются и обновляются сведения по данному технологическому процессу.
Знания представляются в виде правил вывода (продукций) и фреймов. Интерпретация правил осуществляется с помощью дедуктивной машины вывода (ДМВ) [2].
Определение виртуального строкового пространства технологических данных (ВСПТД). Данные, известные системе в текущий момент, называются фактами. Каждый факт представляется в виде триплета Ф=<Рге/1х,Мате,Уа1ие>, где Prefix -префикс, Name - имя параметра, Value - значение параметра. Здесь префикс обеспечивает контекстное понятие параметра, т.е. указывает на конкретный описываемый объект. Например, если L - имя параметра, указывающее в общепринятых обозначениях длину описываемого объекта, то выражение Z.L будет обозначать длину заготовки, при условии, что Z - это префикс, указывающий на объект «заготовка».
Таким образом, формируется некоторое множество (пространство) фактов F, которое в процессе проектирования размещается в виртуальном строковом пространстве технологических данных (ВСПТД):
F = ифг где Of - триплет i-го факта.
Представление данных в системе осуществляется в виде триплексных строк S = и Si ( Si = <Pi,Ii,Zi>)
<Префикс.Имя >=<Значение>;
Например: SA.NM-Токарная'; или $E.D=12.67. Здесь префикс "A" обозначает ОПЕРАЦИЮ, имя "NM" обозначает НАИМЕНОВАНИЕ, что дает в результате НАИМЕНОВАНЕЕ ОПЕРАЦИИ = 'ТОКАРНАЯ';
Построение ЭС с использованием ВСПТД предполагает создание словаря метаданных, занимающего ключевую позицию в системе в целом.
Структура словаря. Структура для первых трех граф имеет вид: имя поля, формат поля, наименование поля.
Имя поля формируется в соответствии с правилами организации триплетов [2] и применяется при обмене табличных данных с триплексными строками.
Формат поля, разрешенный для объявления, может быть следующего вида:
• 999999 или 9(6) - целое число;
• 999V999 или 9(э)У9(3) или 999V9(3) - действительное без знака;
• S999V999 или S9(3)V9(3) - действительное со знаком;
• ХХХХ или Х(4) - текст.
Другие графы. При формировании словарь может быть снабжен дополнительными графами, которые призваны выполнять установленные функции в проектируемой системе. Например, для организации работы управляющего модуля организуется графа, содержащая номер/код функции, обеспечивающей методы работы с данным полем.
Рис. 1. Единый словарь метаданных создается для всех разрабатываемых систем
на уровне интерфейса
Требования к представлению знаний определяются следующими категориями:
• уровень формализма,
• уровень абстрагирования,
• принцип наименьшей предвзятости,
• работа с геометрической информацией,
• готовность к адаптации.
Представление знаний в виде фреймов. Фрейм - это то «минимально необходимое», без чего не существует объект, явление, процесс, о котором идет речь. Вид фрейма:
" ТЕКСТ " : : = " БУКВА" / " ТЕКСТ БУКВА" , где БУКВА : : = А / Б / В / Г / ... / Я / А / В / С / Б ... / Ъ СЛОТ : : = $ Р.КАМЕ
Дополнительная информация : : = < ТЕКСТ > / " ТЕКСТ СЛОТ " ПЕРЕХОД : : = " ТЕКСТ " / " ПЕРЕХОД СЛОТ " / " ПЕРЕХОД Дополнительная информация ".
Можно назвать такие группы представления знаний в виде фреймов, как фреймы-переходы, фреймы-операции, фреймы-формулы, фреймы-таблицы, фреймы-терминалы, фреймы-документы, фреймы-объяснения, фреймы-запросы. Далее показаны примеры некоторых типов фреймов. Пример «фрейм-формула»:
ВхЬхК хК0 N =-1-2
пх106
где N - норма расхода (Ъ.ЫЯМ); В - ширина листа (Ъ.В); Ь - длина листа (Ъ.Ь); К1 -весовая характеристика материала (М.УН); К2 - коэффициент отходов в заготовительном производстве (М.КТОТ); п - количество деталей из заготовки (Ъ.КБ).
Приведенная формула будет представлена в ВСПТД в виде следующей триплет-ной строки:
$Z.NRM=$Z.B*$Z.L*$M.VH*$M.KTOT/($Z.KD*10**6)//;
Пример «фрейм-переход»:
"Точить" $L.NM "Выдерживая размеры" $L.D $L.L <Выдерживая / SR.U =
300>
Виды знаний. При проектировании ЭС обычно применяются (рис. 2) знания первого рода (полученные от эксперта) и знания второго рода (книги, справочники, словари). В современных условиях весьма существенными оказываются знания, полученные из коммуникационной сетевой среды. Эти знания мы определим как знания третьего рода.
Знания первого рода
полученные от эксперта
Знания второго рода
(книги, справочники, словари)
\
Б З
/
Протоколы передачи z3950 http
ftp ldap imap
Знания третьего рода
виртуальные (интернет, полнотекстовые БД, ...
Рис. 2. Виды знаний в ЭС
Таблицы как фреймы. Таблица в ВСПТД является полноценным объектом и может представляться в виде триплета. Такой объект имеет свою определенную структуру (рис. 3).
Возможно использование таблицы по некоторому условию, например: ЕСЛИ сверло общего назначения ТО применить таблицу '121105113' Представление знаний в виде правил вывода (продукций). Формальное представление продукции имеет вид
ЕСЛИ УСЛОВИЕ ТО ДЕЙСТВИЕ, где УСЛОВИЕ - булева формула, включающая кванторы существования типа ЕСТЬ В ОП (присутствует в операции), а ДЕЙСТВИЕ может быть следующим:
• формирование фрейма;
• обращение к решающей таблице;
• формирование целевой функции, не исполняемой ДМВ;
• запрос данных в диалоге.
Номер применяемого правила заносится в один из списков по принципу:
• правило выполнено и принято к исполнению («выстрелено»);
• правило выполнено, но не принято к исполнению;
• правило не выполнено.
Пример продукции:
ЕСЛИ вид обработки СВЕРЛИТЬ И НЕТ технических требований ТО выбрать сверло общего назначения.
Приведенная продукция будет записана в ВСПТД в виде строки:
ЕСЛИ (($L.WOB = 25 ИЛИ $L.WOB = 27) И НЕТ($А.ТТ)) ТО $E.KTS [1,2] =
'21'
При этом возможны значения параметра $L.WOB:
• 025 - рассверлить;
• 027 - сверлить.
• Возможные значения параметра $E.KTS:
• 21 - сверло общего назначения.
Префиксы и имена триплетов в словаре метаданных могут представлять тот или иной объект:
L - элемент обработки; WOB - вид обработки; E - инструмент; KTS - шифр инструмента.
Рис. 3. Структура объекта - таблица в ВСПТД
Использование основных принципов гибридной экспертной системы (ГЭС).
Можно сформулировать следующие принципы:
• как прикладные программы, так и ДМВ работают с одним и тем же пространством данных, связь с которым обеспечивает специальный интерфейсный модуль (ИМ);
• любая прикладная программа имеет возможность в случае необходимости через СУБЗ и ДМВ обращаться к БЗ;
• любая прикладная программа имеет возможность через СУБД обращаться к БД.
• создается единый словарь метаданных;
• обеспечивается интерфейс между уже разработанными системами и словарем метаданных;
• всякая новая система базируется на едином словаре метаданных.
Таким образом, в работе изложен метод специализированного представления данных и знаний, позволяющий одновременно с разработкой новых алгоритмов и программ использовать программно-математический аппарат, имеющийся у существующих систем автоматизации проектирования технологических процессов (САПР ТП). Описан специальный способ организации БЗ и БД, определенный как ВСПТД, и его применение при построении экспертной системы (ЭС). В рамках данного представления определено множество типов фреймов, применение которых существенно упрощает описание и программирование сложных объектов при соответствующей доработке.
Литература
1. Сисюков А.Н. Виртуальное строковое пространство технологических данных // ХХХ11 Неделя науки СПбГПУ, Материалы межвузовской научно-технической конференции, 2004.
2. Филиппов А. Н. Разработка и исследование методов экспертных систем в САПР ТП механической обработки. / Диссертация на соиск. к.т.н. Л., 1991.
3. Люгер Д.Ф. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения сложных проблем. М.: Вильямс, 2003.
