CC BY
31
УДК 651.1
ПРЕДСТАВЛЕНИЕОПЕРАЦИЙ КОНТЕЙНЕРНОГО ТЕРМИНАЛА СЕМАТИЧЕСКИМИ СЕТЯМИ
Щербакова-Слюсаренко В.Н., к.т.н., генеральный директор ЗАО «Логистика-Терминал»
Операции, выполняемые на контейнерном терминале, являются сложными процессами, вовлекающими в себя множество участников, действий, объектов, предметов, условий, обстоятельств и пр. Функциональные аспекты взаимоотношений этих элементов формируют блок-схемы, алгоритмы, процессы и иные формы, удобные для выполнения операционного анализа и создания моделей. В то же время, они отражают лишь часть всех представлений и знаний, которые лежат в основе выполняемых операций. Так, для описания документооборота, которым сопровождается выполнение отдельных операций и организация связей между ними, используются другие данные, относящиеся к тем же элементам. То же можно сказать и о формировании описания ролей персонала, задействованного в выполнении операций. Наличие множества аспектов в каждом явлении и процессе, которые сопровождают деятельность терминала (а точнее - составляют суть этой деятельности) требует создания универсального формата их представления, обеспечивающего их согласованность и непротиворечивость в различных частных интерпретациях. Указанное обстоятельство вызывает необходимость выбора формата представления знаний и формирование методологической модели их использования, обеспечивающих возможность порождения различных частных отображений, или проекций. На разных этапах подобные модели обладают разной универсальностью: исчерпывающая модель представления знаний одного уровня может оказаться частичной или неполной для следующих уровней, или же избыточной и излишне детализированной для предшествующих. Как следствие, к формату представления знаний возникает требование совместимости вверх и вниз, сопровождаемой возможностью генерации необходимых частных представлений в одном случае и обобщения частных характеристик в другом. Наиболее подходящей для этих целей парадигмой, выработанной современной дискретной математикой для представления знаний о предметной области, являются семантические сети, принципы использования которых в проектировании и анализе работы контейнерных терминалов составляют цель настоящей публикации.
Ключевые слова: контейнерный терминал, моделирование, холистика.
THE REPRESENTATION OF THE CONTAINER TERMINAL'S OPERATIONS WITH
THE SEMANTIC |NEWORKS
Scherbakova-Sluysarenko V., Ph.D., general director, Logistic-Terminal CJSC
The operations performed on the container terminals are the complicated processes involving many participants, a lot of activities, objects, conditions, subjects, references, circumstances etc. The functional aspects of these entities" interrelations result in block-schemas, algorithms, processes and other forms convenient for operation analyses and model creation. On the other hand, they reflect only a part of all perceptions and knowledges underlying the operations. For example, in order to describe the document flow which accompanies the performance of concrete operations and their interconnections, the other data are needed relating to the same objects. The same could be said to the descriptions of the personal duties and tasks, involved in the performing of operations. The existence of many aspects in every phenomenon and process, which compose the core of a terminal activity, demands for development of an unified basis of the representations that will enable to provide their coherence and the absence of conflicts and contradictions in every different applications. This circumstance causes the necessity to select a universal format for heterogeneous knowledges representation, as well as the model of their utilization for generating different partial reflections or projections. At different levels and stages, those models would have different universalization: the exhaustive model of the knowledges representation on one level could be incomplete or redundant for an other level. As a consequence, the format of the knowledges representation is expected to be compatible upwards and downwards, permitting the possibility to generate partitial representations in one direction and generalization in the other. The most promising paradigm developed by the modern computer science is the semantic networks. The principles of these networks utilization for the design and analyses of container terminal is the subject of this research.
Keywords: container terminal, simulation, holism.
Введение: модели представления знаний
Представление знаний в контексте данной работы рассматривается как соглашение о том, как описывается реальный мир, релевантный решаемой проблеме. В технических науках общепринятым считаетсяспособ представления знаний, при котором на естественном языке вводятся основныепонятия и отношение между ними (при этом используются только ранее определенные понятия, смысл которых уже известен, и устанавливаются отношения между характеристиками понятий. Основная цель представления знаний состоит в построении математической модели реального мира и взаимодействия его частей для вынесения суждения о последнем. Для представления знаний в системах искусственного интеллекта используют язык представления знаний, возможности которого определяются моделью представления знаний.
При этом система представления знаний есть среда и средства, позволяющие описывать знания о предметной области, организовывать эти знания, обобщать, анализировать, сравнивать, хранить, систематизировать, сравнивать со старыми, находить противоречия, выводить новые и т.д.Сюда входят и выходят языки представления знаний, с помощью которых заносятся новые знания и систематизируются.
Модель представления знаний должна отражать статическую и динамическую сторону предметной области. Модель представления знаний обычно строится какуниверсальная илиспециализированная.К универсальным моделям, которые представляют интерес для целей
исследования производственной деятельности транспортных терминалов, относятся [1]:
• семантические сети;
• фреймы;
• продукционные системы;
• логические модели.
В наибольшей степени целям и задачам исследований операционной деятельности транспортных терминалов соответствуют сематические сети. Семантическая сеть представляет собой информационную модель предметной области произвольной природы. Сеть строится в виде ориентированного графа, в котором вершинами являются объекты изучаемой предметной области, а ребрами - отношения между этими объектами. В роли объектов могут выступать понятия, свойства, события, операции или процессы, а число возможных типов отношений сети зависит исключительно от поставленных целей. Таким образом, семантические сети являются одним из наиболее эффективных методов представления знания. При этом они остаются наиболее удобно воспринимаемая человеческим сознанием формой.
Семантические сети как формат представления знаний об операциях
Семантическая сеть представляет собойпомеченный граф, вершинам которого сопоставляются понятия (объекты, процессы, явления), а ребрами являются отношения между вершинами. Как
правило, в семантических сетях различают три основных типа объектов: понятия, события, свойства.
Понятие - сведения об объектах предметной области, при этом общие понятия интерпретируются как множество параметров или констант.
События - действия, которые вносят изменения в предметную область. Результатом свершения события является новое состояние предметной области. В некоторых постановках определяется целевое (желаемое) состояние предметной области, а задача ставится как отысканиена семантической сети последовательности событий, приводящей к этому целевому состоянию.
Свойства - используются для детализации понятий и событий. Свойствами понятий выступают их особенности и характеристики, которыми являются продолжительность, время, место.
Объекты из предметной области, отображаемые семантической сетью, обычно делятся на три группы: обобщенные, индивидуальные и агрегатные.
Обобщенный объект отражает некоторуюсобирательную абстракцию реального объекта, процесса или явления предметной области. Обобщенные объекты по своей сутиестьвыделяемые классы предметной области.
Индивидуальный объект - тем или иным способом выделенный единичный экземпляр класса.
Агрегатным является объект,составленный из других объектов, которые входят внего как составные части.
В то же время, в зависимости от постановки задачи, один и тот же объект может рассматриваться как индивидный иликак обобщенный, как агрегатный или как простой.
В семантических сетях, как правило, возможны следующие отношения:
Агент - то, что вызывает некоторое действиедействие.
Объект - то, на что это действие направлено.
Инструмент - средство, которое использует агент для выполнения действия.
Соагент - подчиненный главному агентупартнер.
Пункты отправления и назначения - начальная и конечная позиция перемещении агента (объекта).
Траектория - маршрут перемещения от пункта отправления к пункту назначения.
Средство доставки - с помощью чего происходит перемещение.
Местоположение - место, где произошло (произойдет) действие.
Потребитель - лицо, в интересах которого выполняется действие.
Сырье - материал, из чего что-то сделано или состоит.
Время - момент совершения действия.
Фактом служит конкретизациятого или иного отношения между двумя или более объектами. В графической нотации фактом служит подграф семантической сети, имеющий древовидную структуру. Корнемтакого подграфа служит вершина-предикат, помеченная име-
нем соответствующего отношения. Из вершины-факта исходятветви, идентифицируемыми атрибутами факта, которые ведут в вершины множества значений этих атрибутов.
Среди разнообразных отношений чаще всего встречаются следующие: «род-вид», «является представителем», «является частью». Связь «род-вид» двух обобщенных объектов А и Б означает, что понятие А более общее, чем Б. Любой объект, включенный в понятие Б, включен и в А, но не наоборот.
Связь «является представителем» отражает отношение между обобщенным и индивидуальным объектом, в которомпоследний выступает в представителем некоторого класса. Эти отношения между объектами системы носят иерархическийхарактер и допускают двухстороннюю интерпретацию, «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Интерпретация «снизу-вверх» есть отношение «это-есть» (англ. - ¡э-а), интерпретация «сверху-вниз» есть отношения «один-из» (англ.ктё-о£).
Другим распространенным отношениемслужит «является частью» (англ. рай-о^, которое связывает агрегатный объект с составляющими его частями. Это отношение позволяет отражать структуру объектов предметной областив базе знаний. Иногда данное отношение обозначают меткой «имеет».
Использование семантических сетей в исследованиях терминалов
Фундаментальные исследования операций, выполняемых на современных контейнерных терминалах, вываляют все больше проблем, связанных не с недостаточностью отдельных методов, но с самим методологическим подходом [2-3]. Новые требования к адекватности решений, к непротиворечивости получаемых на разных этапах данных, растущая сложность зада - все это повышает интерес к использованию методов современной математики для решения прикладных транспортных задач [4]. В данной работе описан подход, в основе которого лежит использование в качестве базы знаний подобных исследований парадигмы семантических сетей.
Задача составления полной семантической сети, характеризующей работу контейнерного терминала, отличается высокой трудоемкостью. Это можно продемностировать на примере составления семантической сети отдельной операции. Рассмотрим следующее предложение: если RMG снял контейнер с платформы, то грузит контейнер с запчастями на шасси, которое перевозит их на склад, где RTG помещает контейнер в штабель.Выделяем следующие факты (конкретизации отношений):
F1 - RMG разгрузил контейнер и поставил на покрытие в зоне ЖГФ
F2 - RS грузит контейнер на шасси (тягач+трейлер);
F3 - шасси перевозит;
F4 - шасси содержит;
F5 - RTG размещает.
Будем обозначать факты кружками, а события,связанные с ними, будем обозначать прямоугольниками. Присвоим ребрамметки - наименованиями отношений, которые они выражают (рис.1).
Рисунок 1 - Пример фрагмента семантической сети
Рисунок 2 - Пример подграфа запроса
Вывод на семантических сетях
Основным средством вывода в семантических сетях является сопоставление с образцом. В данном случае происходит сопоставление отдельных фрагментов сети. При этом запрос к базе знаний представляется в виде автономного подграфа, который строится по тем же правилам, что и семантическая сеть. Поиск ответа на запрос реализуется сопоставлением подграфа с фрагментами семантической сети. Для этого осуществляется наложение подграфа запроса на соответствующий фрагмент сети. Успешным будет то наложение, в результате которого фрагмент сети оказывается идентичным подграфу запроса. При этом допускается использование в запросе переменных. Переменная запроса сопоставляется с константой фрагмента сети.
Пример запроса для введенной выше сети (рис. 1). Пусть оператор сообщил, что шасси что-то перевозит по терминалу. Необходимо определить, что и куда перевозит шасси. Подграф, соответствующий данному запросу, показан на рис.2.
Вложениеэтого подграфа в семантическую сеть (а именно, совмещение с F3) позволяет получить ответы на сделанный запрос: х - контейнер, у - склад. Ответ будет выглядеть так: шасси перевозит кассету на склад открытого хранения.
В рассматриваемом исследовании еще одной задачей вывода на семантической сети является получение из общего графа, содержащего полное интегрированное описание той или иной операции, конкретного функционально ориентированного подмножества,
описывающего заданный аспект этой операции. Примером могут служить производственные инструкции вовлеченных в операцию работников, протоколы соответствующего документооборота, операционные регламенты, формы отчетности и пр.
Фрагменты полной семантической сети контейнерного терминала, реализованные и испытанные к настоящему времени, позволяют сделать вывод об адекватности и эффективности выбранной формы представления знаний.
Выводы
1. Задачи, стоящие перед современной транспортной наукой в сегменте проектирования и управления работой контейнерных терминалов, требуют поиска новой парадигмы представления знаний, обеспечивающей их целостность, непротиворечивость, возможность пополнения эффективность использования.
2. Наиболее перспективной формой представления знаний с этой точки зрения являются семантические сети.
3. Результаты, полученные в режиме экспериментальных исследований, подтверждают эту гипотезу практически.
Литература:
1. Джозеф Джарратано, Гари Райли. // Экспертные системы: принципы разработки и программирование. 4-е изд. — М.: «Ви-льямс», 2006. — С. 1152. — ISBN 978-5-8459-1156-8.
2. А. Л. Кузнецов, А.В. Галин, А.В. Кириченко. Синергетика как методологическая основа развития базовой инфраструктуры портоориентированной логистики. Вестник ГУМРФ - СПб.:ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2016.-Вып. 6(4).- с.19-34. ISSN 2309-5180
3. А. Л. Кузнецов, А. В. Кириченко, В. Н. Щербакова-Слюсаренко, В. А. Погодин. Холистический подход к проектированию, созданию, управлению работой и развитием наземных контейнерных терминалов. ISSN 2073-1574. Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. 2017. № 1. с.96-107
4. Щербакова-Слюсаренко В.Н. Разработка функциональной модели контейнерного терминала типа «сухой порт» и принципов ее использования в технологическом проектировании / В.Н. Щербакова-Слюсаренко, В.А. Погодин, А.С. Ткаченко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - No. 1. - с.48-60
