CC BY
41
ВЕСТНИК 6/2011
ПРОДУКЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СРЕДСТВАМИ ЕСТЕСТВЕННОГО ЯЗЫКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
RULE-BASED MODELING BY NATURAL LANGUAGE IN DESIGNING OF BUILDING OBJECTS
A.A. Волков*, C.E. Каминский ** A.A. Volkov*, S.E. Kaminskij **
* ФГБОУ ВПО "МГСУ", ** Проект TRTL
В статье рассматривается применение экспертной системы для принятия конструкторских решений и выполнения расчетов. Знания в экспертной системе представлены на естественном языке и вводятся специалистами предметной области.
In article application of expert system for acceptance of design decisions and performance of calculations is considered. Knowledge in expert system is presented in a natural language and entered by experts of subject domain.
Bo многих областях, в том числе и при проектировании строительных объектов, широкое применение находят различные автоматизированные системы для выполнения расчетов и изготовления чертежей. Расчетные модули, как правило, представляют собой специально разработанные программные комплексы решающие ограниченный круг задач проектирования. Но существует и другой путь решения задач проектирования. Знания и опыт специалистов предметной области могут быть соответствующим образом формализованы и использоваться экспертной системой (ЭС).
Экспертную систему от обычной (пусть даже очень сложной и многофункциональной) программы отличают наличие двух обособленных функциональных модулей: базы знаний и решателя. База знаний и метод получения решения в совокупности образуют модель, положенную в основу реализации экспертной системы [1]. В данной работе рассматривается модель, основанная на продукционных правилах.
В настоящее время ЭС хотя и используются, но являются узкоспециализированными проектами, ориентированными на решение небольших конкретных задач из определенной предметной области. При этом основным направлением развития экспертных систем по-прежнему остается моделирование механизмов вывода по не четким правилам.
Инструментальные средства для создания экспертных систем представляют собой специализированную среду и языки разработки, ориентированные на профессиональных программистов инженеров по знаниям.
Основная проблема заключается в сложности методов представления знаний, которые напрямую зависят от используемых языков и инструментальных средств разработки экспертных систем. Современные экспертные системы являются закрытыми программными продуктами созданными инженерами по знаниями при участии экспертов специалистов предметной области. Рост размерности решаемых задач резко
6/2Q11 мвВЕСТНИК
увеличивает трудоемкость разработки и сопровождения таких систем. Если инженеры по знаниям, в силу каких-то причин, перестают поддерживать ЭС в актуальном состоянии, её дальнейшая эксплуатация, как правило, становится невозможной.
Но существует большое количество прикладных задач, характеризующихся весьма значительными объемами накопленной информации, для эффективного использования которой, вполне достаточно простых средств поиска и несложных правил вывода. И при этом использование знаний сразу становится намного более продуктивным. Рассматриваемая ниже технология представления знаний, позволяет организовать поиск прикладных решений по весьма простым и понятным правилам, не требующим интеллектуальных логических анализаторов и глубоких познаний разработчиков в информационных технологиях.
При использовании предлагаемой технологии формализации знаний, непосредственными разработчиками автоматизированных систем становятся специалисты предметной области. Знания вводятся в систему на естественном языке в формах удобных, как для специалистов предметной области, так и для реализации средствами вычислительной техники. Качество системы напрямую зависит от профессиональной подготовки специалистов предметной области, а не от квалификации IT-специалистов инженеров по знаниям.
Системы, построенные на правилах вывода «если, то», принято называть продукционными. Новизной предлагаемого подхода является использование одной продукционной модели внутри другой с неограниченным количеством уровнем вложенности.
Сами правила вывода (продукционные модели нижнего уровня) оформляются в виде, понятном специалистам предметной области. Это таблицы и фрагменты расчетов. Для ввода данных используется естественный язык и привычное представление расчетных формул.
Механизм вывода очевиден и един на любом уровне вложенности продукционной модели.
В качестве среды для реализации вышеописанного подхода был выбран программный продукт IBM Lotus Notes/Domino. На рынке этот продукт позиционируется, как базовая среда для коллективной работы и создания систем офисного документооборота. Но концепция экспертной системы, построенной на использовании документов, прекрасно обеспечивается функциональностью данного базового программного обеспечения. Знания легко представимы в виде набора документов, с таблицами, и документов описания словарных статей для понятий, используемых в таблицах.
Оболочка ЭС «Решатель инженерных задач» [2], позволяет формализовать разнообразные знания предметной области и получать решения по запросам.
Основой прикладной системы является словарь понятий предметной области.
Процедуры принятия отдельных решений хранятся в, так называемых, информационных блоках. Информационный блок состоит из трех частей: таблицы входных условий и входных параметров; таблицы выходных параметров; таблицы решений.
Таблица решений может быть представлена или таблицей в традиционной форме или специальной табличной формой в виде таблицы принятия решений.
Решения представляют собой отдельные текстовые значения или числа. Решения могут вычисляться по формулам, определяться специализированными функциями, небольшими встроенными программами или внешними вызываемыми модулями. Так же один «Решатель» может вызывать другой «Решатель», как внешний модуль.
Одной из причин низкой доли автоматизации расчетов при проектировании является стоимость разработки систем традиционными средствами и по традиционным
ВЕСТНИК МГСУ
6/2011
технологиям. Сложность алгоритмизации и трудоемкость последующего программирования, а, главное, сопровождения, в большинстве случаев ставят под сомнение целесообразность автоматизации специальных (малотиражируемых) расчетов и процедур принятия решений.
Предлагаемый подход исключает из процесса, по крайней мере, два критичных звена. Не требуется детальная алгоритмизация. Не требуется программирование. И сводит к минимуму затраты на третье критичное звено. В значительной степени упрощается сопровождение.
Расчетные задачи, представленные отраслевыми стандартами или отраслевыми методиками, могут быть реализованы в кратчайшие сроки и с минимальными затратами, сопоставимыми с затратами на процесс издания этих материалов в печатном виде (подготовка рукописи, редакционно-издательская подготовка, печать). При этом, в отличие от печатного издания, электронная реализация допускает корректировку информации в течение всего жизненного цикла расчетной методики.
В качестве примера приведена реализация задачи расчета параметров ограждающих конструкций. За основу взята методика [3]. Формализация заключалась в создании словаря используемых понятий и разбиении методики на фрагменты, которые могли бы быть представлены отдельными информационными блоками. В результате словарь терминов, необходимых для описания задачи, составил 29 понятий, потребовалось 27 информационных блоков для описания справочных данных и расчетных процедур. Для ввода данных и представления результатов служит интерфейсное приложение, вызывающее «Решатель инженерных задач», как внешний расчетный модуль.
На иллюстрациях (рис. 1-3) представлены: фрагмент словаря понятий предметной области; информационный блок для выбора данных из таблицы; информационный блок для выполнения расчетов по формулам.
Рис. 1. Словарь предметной области
6/2011
ВЕСТНИК
_МГСУ
Рис. 2. Информационный блок для выбора значений из таблиц
Рис. 3. Информационный блок для расчета по формуле
ВЕСТНИК 6/2011
.Рассмотренная технология формализации предметных знаний позволяет значительно расширить долю автоматизации расчетных задач, повысить качество расчетов, сократить сроки проектирования.
Литература:
1. Джозеф Джарратано, Гари Райли Экспертные системы: принципы разработки и программирование: 4-е издание. - М.: Вильяме, 2006. - 1152с.
2. Решатель инженерных задач: интернет-ресурс.- http://trtl-ln.ru
3. Лихненко Е.В. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций гражданских зданий: Методические указания. - Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. - 26 с.
The literature:
1. Expert Systems: Principles and Programming, 4th edition, Joseph C. Giarratano, Gary D.
Riley
2. Engineer Tasks Solver: internet resource.- http://trtl-ln.ru
3. Lihnenko E.V. Thermal calculation of protecting designs of civil buildings: Methodical instructions. - Orenburg: Orenburg State University, 2003 - 26 p.
Ключевые слова: экспертные системы, продукционная модель, формализация знаний, естественный язык, таблицы, таблицы принятия решений, словарь понятий предметной области, расчетные методики, IBM Lotus Notes.
Keywords: expert systems, rule-based model, natural language, tables, decision-tables, dictionary of concepts of an application domain, computational procedure, IBM Lotus Notes.
129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26; тел. +7 (499) 929-52-29; e-mail: volkov@mgsu.ru, e-mail: kam@trtl-ln.com
Рецензент: к.т.н. Лебедев В.М., ФГБОУВПО "БГТУим. В.Г. Шухова".
