CC BY
261
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ В МЕХАТРОНИКЕ
А.В. Козлов, О.С. Тамер
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ НЕЧЕТКИЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ АЛГОРИТМЫ
A. V. Kozlov, O.S. Tamer
BASIC AREAS OF CREATION OF ELECTRONIC SYSTEMS USING FUZZY CONTROLLING ALGORITHMS
Ключевые слова: нечёткая логика, программные системы, нечеткие схемы, нечеткие управляющие алгоритмы, функция нечеткого поиска, элементная база нечетких компьютеров и контролеров.
Keywords: fuzzy logic, software systems, fuzzy circuits, fuzzy controlling algorithms, function of fuzzy search, elemental base of fuzzy computers and checkers.
Аннотация: авторы статьи проводят анализ развития и внедрения алгоритмов нечёткой логики в области создания электронных систем.
Abstract: the authors of the article analyze the development and implementation of fuzzy controlling algorithms in area of creation of electronic systems.
Нечёткая логика является одним из наиболее перспективных направлений современной теории управления. В мире ежегодно выходят сотни книг и десятки специализированных журналов, посвящённых как теории нечёткой логики, так и вопросам её применения, выпускаются специальные нечёткие контроллеры и микрочипы. Разработано множество программных пакетов, позволяющих реализовать нечёткие алгоритмы. Своё второе рождение теория нечеткой логики пережила в начале восьмидесятых годов, когда несколько групп исследователей (в основном в США и Японии) всерьёз занялись созданием электронных систем различного применения, использующих нечеткие управляющие алгоритмы. Теоретические основы для этого были заложены в ранних работах Коско и других ученых.
Третий период начался с конца 80-х годов и продолжается до сих пор. Этот период характеризуется бумом практического применения теории нечеткой логики в разных сферах науки и техники. До 90-го года появилось около 40 патентов, относящихся к нечеткой логике (30 - японских). Сорок восемь японских компаний создают лабораторию LIFE (Laboratory for International Engineering), японское правительство финансирует 5 - летнюю программу по нечеткой логике, которая включает 19 разных проектов - от систем оценки глобального загрязнения атмосферы и предвиденья землетрясений до АСУ заводских цехов. Результатом выполнения этой программы было появление целого ряда новых массовых микрочипов, базирующихся на нечёткой логике. Сегодня их можно найти в стиральных машинах и видеокамерах, цехах заводов и моторных отсеках автомобилей, в системах управления складскими роботами и боевыми вертолётами. В США развитие нечеткой логики идёт по пути создания системы для большого бизнеса и военных. Нечеткая логика применяется при анализе новых рынков, биржевой игре, оценке политической рейтингов, выборе оптимальной ценовой стратегии и т.п. Появились и коммерческие системы массового применения. Без применения нечеткой логики немыслимы современные ситуационные центры руководителей западных стран, где принимаются ключевые политические решения и моделируются разные кризисные ситуации. Одним из впечатляющих примеров масштабного применения нечеткой логики стало комплексное моделирование системы здравоохранения и социального обеспечения Великобритании ( National Health Service - NHS ), которое впервые позволило точно оценить и оптимизировать затраты на социальные нужды.
Не обошли средства нечеткой логики и программные системы, обслуживающие большой бизнес. Первыми были финансисты, задачи которых требуют ежедневного принятия правильных решений в сложных условиях непредвиденного рынка. Первый год
использования системы Fuji Bank принес банку в среднем $ 770000 в месяц (и это только официально объявленная прибыль). Вслед за финансистами, обеспокоенные успехами японцев и потерей стратегической инициативы, когнитивными нечеткими схемами заинтересовались промышленные гиганты США. Motorola, General Electric , Otis Elevator , Ford и другие в начале 90-х начали инвестировать разработку изделий, использующих нечеткую логику. Имея солидную финансовую поддержку, фирмы, специализирующиеся на нечеткой логике, получили возможность адаптировать свои разработки для широкого круга применений. Оружие элиты вышло на массовый рынок.
Очевидной областью внедрения алгоритмов нечёткой логики стали всевозможные экспертные системы, в том числе:
• нелинейный контроль процессов (производство);
• самообучающиеся системы (или классификаторы), исследование рисковых и критических ситуаций;
• распознавание образов;
• финансовый анализ (рынки ценных бумаг);
• исследование данных (корпоративные хранилища);
• совершенствование стратегий управления и координации действий, например сложное промышленное производство.
В Японии это направление переживает настоящий бум. Здесь функционирует специально созданная лаборатория Laboratory for International Fuzzy Engineering Research (LIFE). Программой этой организации является создание более близких человеку вычислительных устройств. LIFE объединяет сорок восемь компаний, в числе которых находятся: Hitachi, Mitsubishi, Nec, Sharp, Sony, Honda, Mazda, Toyota. Из зарубежных (не Японских) участников LIFE можно выделить: IBM, Fuji, Xerox, а также к деятельности LIFE проявляет интерес NASA. Среди лидеров нового рынка также выделяется американская компания Hyper Logic, основанная в 1987 году Фредом Уоткинсом. Сначала компания специализировалась на нейронных сетях, однако в скором времени целиком сконцентрировалась на нечеткой логике. Недавно вышла на рынок вторая версия пакета Cubi Calc фирмы Hyper Logic, которая является одной из мощнейших экспертных систем на основе нечеткой логики. Пакет содержит интерактивную оболочку для разработки нечетких экспертных систем и систем управления, а так же run-time модуль, позволяющий оформлять созданные пользователем системы в виде отдельных программ. Кроме Hyper Logic среди «патриархов» нечёткой логики можно назвать фирмы Intelligence Ware, InfraLogic, Aptronix. Всего же на мировом рынке представлено более 100 пакетов, которые так или иначе используют нечёткую логику. В трех десятках СУБД реализована функция нечеткого поиска. Собственные программы на основе нечёткой логики анонсировали такие гиганты, как IBM и другие.
Смешение центра исследований нечетких систем в сторону практических применений привело к постановке целого ряда проблем, в частности:
• Новые архитектуры компьютеров для нечетких вычислений;
• Элементная база нечетких компьютеров и контролеров;
• Инструментальные средства разработки;
• Инженерные методы расчёта и разработки нечетких систем управления и т.п.
Учитывая имеющийся уровень технологий, нечеткая логика занимает своё место среди
других специальных научных дисциплин - где-то посредине между экспертными системами и нейтронными сетями.
Что касается отечественного рынка коммерческих систем на основе нечеткой логики, то его формирование началось в середине 1995 года. Популярными являются следующие пакеты:
- ^bi Calc 2.0 RTC - одна из мощных коммерческих экспертных систем на основе нечеткой логики, позволяющая создавать собственные прикладные экспертные системы;
- Cubi Quick - дешевая «университетская» версия пакета Cubi Calc;
- Rule Maker-программа автоматического извлечения нечетких правил из входных данных;
- Fuzi Calc - электронная таблица с нечеткими полями, позволяющая делать быстрые оценки при неточных данных без накопления погрешности;
- OWL - пакет, содержащий исходные тексты всех известных видов нейронных сетей, нечеткой ассоциативной памяти и т. д.
Основными потребителями нечеткой логики на рынке СНГ являются банкиры и финансисты, а также специалисты в области политического и экономического анализа. Они используют Cubi Cail для создания моделей разных экономических, политических, биржевых ситуаций. Что же касается пакета Fuzi Calc, то он занял свое место в компьютерах больших банкиров и специалистов по чрезвычайными ситуациями - то есть тех, для кого важна скорость проведения расчетов в условиях неполноты и неточности входной информации.
На принципах нечёткой логики работает и один из российских программных продуктов -известный пакет «Бизнес-прогноз». Назначение этого пакета - оценка рисков и потенциальной прибыльности разных бизнес-планов, инвестиционных проектов и просто идей относительно развития бизнеса. «Ведя» пользователя по сценарию его замысла, программа задаёт ряд вопросов, которые допускают как точные количественные ответы, так и приближенные качественные оценки - типа «маловероятно», «степень риска высокая» и т.д. Обобщив всю полученную информацию в виде одной схемы бизнес-проекта, программа не только выносит окончательный вердикт о рискованности проекта и ожидаемых прибылей, но и указывает критические точки и слабые места в авторском замысле. От аналогичных иностранных пакетов «Бизнес - прогноз» отличается простотой, дешевизной и, разумеется, русскоязычным интерфейсом. Впрочем, программа «Бизнес - прогноз» - лишь первая ласточка, за которой неминуемо появятся новые разработки учёных СНГ. Поэтому можно с уверенностью сказать, что эпоха расцвета прикладного использования нечеткой логики на отечественном рынке еще впереди.
Библиографический список
1. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и ее применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир, 1976.
2. Кофман А., Хил Алуха Х. Введение теории нечетких множеств в управлении предприятиями. - Мн.: Вышэйшая школа, 1992.
3. Недосекин А.О. Применение теории нечетких множеств к задачам управления финансами // Аудит и финансовый анализ. - № 2. - 2000.
4. Рыжов А.П. Элементы теории нечетких множеств и измерения нечеткости. - М.: Диалог-МГУ, 1998.
5. Yager R. Families of OWA Operators // Fuzzy Sets and Systems. 59, 1993.
6. Zimmerman H.-J. Fuzzy Sets Theory - and Its Applications. - Kluwer Academic Publishers, 2001. ISBN 0792374355.
