CC BY
16
Перспективы использования экспертных систем в проектировании электронных устройств
Зотов А.Н., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ azotov@hse.ru
Аннотация
Данная работа рассматривает возможность применения экспертных систем в алгоритме проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Обозначены проблемы, которые возможно решить разработкой экспертной системы и ее дальнейшим встраиванием в процесс проектирования. Рассмотрены недостатки и преимущества такого подхода, обозначены проблемы создания такой системы.
1 Введение
В настоящее время начинающие и/или неопытные разработчики аппаратуры имеют недостаточные знания в сфере надежности, что негативно сказывается на качестве проектируемой ими аппаратуры. На предприятиях чаще всего отдел надежности и разработчики недостаточно тесно работают друг с другом. У начинающего и неопытного разработчика часто нет цели создать безотказное и долговечное устройство, его задача - создать устройство которое работает в настоящий момент. Соответственно, для повышения качества проектируемых устройств следует упростить процесс расчета показателей надежности, и работы в этом направлении уже ведутся [1]. В вышеупомянутой работе речь идет о уменьшении временных затрат при вводе данных для расчета надежности, в этой же работе предлагается использовать экспертные системы для упрощения обработки разработчиком результатов расчета надежности.
2 Основная часть
Экспертные системы были разработаны как научно-исследовательские инструментальные средства в 1960-х годах и рассматривались в качестве искусственного интеллекта специального типа, предназначенного для успешного решения сложных задач в узкой предметной области, такой как медицинская диагностика заболеваний. Классическая задача создания программы искусственного интеллекта общего назначения, которая была бы способна решить любую проблему без кон-
кретных знаний в предметной области (например, медицинской диагностики заболеваний) оказалась слишком сложной. Коммерческое внедрение экспертных систем произошло в начале 1980-х годов, и с того времени экспертные системы получили очень широкое распространение. В настоящее время экспертные системы используются в бизнесе, науке, технике, на производстве, а также во многих других сферах, где существует вполне определенная предметная область. В действительности дело обстоит так, что если предприятие проходит аудит в налоговом управлении или частное лицо подает заявление на получение кредита, то окончательное решение чаще всего принимает экспертная система [2, 3].
Использование экспертной системы предполагает наличие заполненной базы знаний. База знаний - база данных, содержащая информацию о человеческом опыте в той или иной предметной области. Принципы работы экспертной системы, основанной на знаниях, иллюстрированы на рисунке 1. Пользователь передает в экспертную систему факты или другую информацию и получает в качестве результата экспертный совет или экспертные знания. По своей структуре экспертная система подразделяется на два основных компонента - базу знаний и машину логического вывода. Машина логического вывода основываясь на базу знаний формирует ответы на запросы пользователя [3].
Рис. 1. Основные принципы функционирования экспертной системы
Исходя из того, что каждое предприятие имеет свою специфику разработки устройств, а также различия в условиях эксплуатации этих устройств, предполагается, что базы знаний будут наполняться информацией под
Перспективы использования экспертных систем в проектировании электронных устройств
конкретную предметную область. Также возможно создать одну большую базу знаний, наполняющуюся рекомендациями и опытом людей из различных областей производства. Наполнение базы знаний называется инженерией знаний. Этот процесс является наиболее важным и сложным при разработке экспертной системы. Экспертная система без знаний человека-эксперта абсолютно бесполезна. Для наполнения базы информацией, инженер по знаниям устанавливает диалог с экспертом-человеком, чтобы выявить его знания (см. рис. 2).
Рис. 2. Процесс разработки экспертной системы
Далее, он вносит их в базу знаний. После этого эксперт проводит тестирования экспертной системы для выявления недочетов и логических ошибок в работе системы. Далее инженер по знаниям вносит коррективы и снова передает систему эксперту на тестирования. Этот процесс повторяется до того как эксперт не будет удовлетворен работой системы.
В настоящее время расчет надежности в системе АСОНИКА-К [4] показывает слабые части устройства, но не дает никаких рекомендаций по устранению этих недочетов. Использование экспертной системы решает эту проблему. Используя результаты расчета надежности как основу, экспертная система уточнит информацию задавая различные вопросы пользователю, и, в итоге выдаст необходимые для исправления недостатка корректирующие действия. Также возможно сразу произвести повторный расчет надежности и для подтверждения улучшений, достигнутых
с помощью предложенных корректирующих действий или даже внесения изменений в оригинальный файл проекта в системе Altium Designer, но это предмет для будущих работ. На рисунке 3 изображен предлагаемый надежностно-ориентированный алгоритм проектирования.
Рис. 3. Алгоритм проектирования с использованием вспомогательных средств
Предполагается, что разработчик аппаратуры экспортирует данные о разрабатываем устройстве из Altium Designer в систему АСОНИКА-К используя модуль экспорта, выполнит расчет в системе АСОНИКА-К, и, далее обратится к экспертной системе при неудовлетворительных показателях надежности для получения рекомендаций.
3 Выводы
Экспертные системы имеют следующие преимущества:
- высокая доступность знаний и быстрый отклик;
- уменьшение стоимости производства (стоимость экспертных знаний на одного пользователя значительно уменьшается);
- постоянство (накопленные знания никуда не исчезают).
Использование экспертной системы вкупе с модулем экспорта данных позволит упростить и облегчить контроль надежности разрабатываемого устройства на начальных этапах проектирования.
Список литературы
[1] Зотов А.Н. Разработка расширения для Altium Designer по взаимодействию с программами расчета надежности. Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Армен-ского. Материалы конференции. - М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2018.
[2] Джарратано Джозеф, Райли Гари. Экспертные системы: принципы разработки и программирование, 4-е издание. : Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007. - 1152 с.
[3] Peter J.F. Lucas & Linda C. van der Gaag, 2014 Principles of Expert Systems. Centre for Mathematics and Computer Science, Amsterdam.
[4] Жаднов В.В. Информационные технологии в прогнозировании надежности электронных средств. / Информационные технологии в проектировании и производстве. - 2012. - № 1. - с. 20-25.
