CC BY
28
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМАХ
© Гениатулина Е.В.*
Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск
Представлено назначение системы ИНТЕЛЛЕКТ-3. Описана модель представления данных в системе ИНТЕЛЛЕКТ-3. Показаны основные проблемы описания процессов функционирования человеко-машинных систем и методы их устранения в системе ИНТЕЛЛЕКТ-3.
Решая задачи, люди пользуются различными методами, которые помогают сократить процесс поиска решения. В помощь человеку создаются системы поддержки принятия решения. Одной из систем, обеспечивающей оптимальное проектирование процессов функционирования человеко-машинных систем (ЧМС) является Гибридная Экспертная Система (ГЭС) ИНТЕЛЛЕКТ-3 [1, 2]. В основе функционирования которой лежит обобщенный структурный метод (ОСМ).
Процесс функционирования (ПФ) представляется состоящим из ряда формализованных единиц - типовых функциональных единиц (ТФЕ) (реальные операции или действия человека);
Каждая ТФС включает в себя обязательные параметры: множество функций (глагол), множество элементов (человек, техника) и операции О (что выполняется). Под операцией понимается процесс выполнения функции каким-либо элементом О = 0(Е Е, Q). Весь ПФ ЧМС, пользователь описывает в виде альтернативного графа.
Ввод альтернативного графа в системе ИНТЕЛЛЕКТ-3 осуществляется вручную пользователем, то есть каждый уровень иерархии описывается им самостоятельно. Изначально в системе не существует понятного пользователю языка ввода, в связи с чем, создан удобный язык ввода данных, который позволяет вводить не только три основных параметра ТФЕ, но и дополнительные данные, необходимые пользователю для конкретизации процесса или подпроцесса [4].
В структуру включены обязательные параметры: состав1 - кто (что) делает, состав2 - действие, состав3 - цель.[3] Для языка в <процесс> имеем:
< процесс >^< состав 1 >, < состав 2 >< состав 3 > | Л
< состав т >^< операция 1 >, < операция 2 >< операция 3 >| Л
* Аспирант кафедры «Автоматизированные системы управления»
< операция п >^< атрибут >,< характерис тика >
< характеристика >^< характеристика1 >, < характеристика2 >| Л
< характеристикап >^< атриьбут >,< значение >
< атрибут >^ Б {Б }| Л
< значение >^ Б {Б } | Л
Б ^ А | В |..| 2 | ..а | Ь |..| г | А | Б. |..| Я | а | б |..| я
Разработанный язык по классификации Хомского относится к автоматной грамматике, т.к. данная грамматика удовлетворят правилам по-
строения такого рода грамматик.
Отдельный процесс функционирования ЧМС (функциональная сеть) представляется в виде суперпозиции ТФС:
02 - ТФС (Ок, 0Ч„, 01к), р. е Ме где ТФС{ е Мтфс , 0 - операция.
Расширено понятие операции как таковой:
0 = 0(Р0, Е0, Р0), Ме - множество элементов ЧМС. Е0 е Ме, - элемент содержит множество объектов - Е0 = КЕ Е Е2^^ Еп X Е е МЕ, I = 1 ■■ п, отношение ЯЕ есть логическое выражение - операция «И». Пусть РЕо -
параметры (характеристики) простых элементов Е, е Ме, не связанные с выполнением элементом какой-либо функции. В этом случае параметры элемента Е0 представляют собой некоторую математическую (функциональную) зависимость
РЕ0 = ^Е0 (РЕ01, РЕ02,..,РЕ0п). Р0 е Ме - функция содержит множество действий - Р0 = КррБ2,..,Бп),Б, еМЕ I =1..п, отношение ЯР есть логическое выражение - операция «И». Так же как у элементов, у функций также могут быть параметры. РР - параметры (характеристики) функций. В этом
случае параметры элемента Р0 представляют собой некоторую математическую (функциональную) зависимость: Рр0 = /р0(Рр01,Рр02,..,Рр0п). Р0 еМе,
- содержит параметры данной операции в целом - ро = /р(Р1Р2,..,Рп), Р е МЕ I = 1 ■■ п,.
Количество параметров, как в элементе, функции, так и параметры к операции в целом определяется конечным пользователем и задается им с помощью усеченно-естественного языка.
Введено понятие цели, на основе которой пользователь имеет возможность генерировать не только подпроцесс но и весь процесс в целом. Цель определяется пользователем для любого «куска» графа. Т.е. в нее могут входить несколько ТФС: ЦЕЛЦТФС,, ТФСМ ,..., ТФСп). На основе ранее сохраненных графов и частей с целью, пользователь имеет возможность изначально задать альтернативные процессы на основе цели. Т.е. система автоматически по цели выводит пользователю возможные процессы, которые пользователь может просмотреть. Пользователь самостоятельно выгружает те из них, которые считает подходящими и имеет возможность выгрузить их на основное поле в качестве альтернативных другу к другу.
Кроме того, создан алгоритм автоматической генерации полного последовательно-параллельного альтернативного графа [3, 5]. Пользователю достаточно задать составные части процесса, и, если это необходимо ввести ограничения на последовательность. Система автоматически сформирует альтернативный граф. Для оптимального решения задачи, максимально распараллеливаются операции, поскольку время выполнения всего процесса Т стремится к минимуму Т -^тт.
М = {01,02,..., 0п} - множество абстрактных операций, отличающихся друг от друга уникальным именем (или номером),
п - общее количество операций.
К = {< 0.,0 . > /0.К0 . ^ 0 Ф0 ,;0.,0 . еМ},К сМ2 - бинарное от-
1 ] 1 ] 1 ] 1 ] ношение на множестве М2 «следует за» (за операцией 0І следует операция 0}), задает отношение последовательности на множестве М.
Определим последовательно - параллельную структуру (алгоритм) выполнения операций процесса функционирования человеко-машинных систем. Для этого, необходимо разбить множество М на п попарно непе-ресекающихся подмножеств Р/ таких, что каждый элемент из М принадлежит только одному из этих подмножеств:
Р = Р, Р2,.., Рп (1)
где т - количество подмножеств множества Р.
1. V/ Р с М ;
2. ViVj / Ф }Р. пР. = 0 ;
/ }
3. ЦР = м ;
/=1,п
4. V0s е Ри V0. е Р и } < /, / Ф } ^3 0К0. ;
±1 } ±2 - ^ ±1 ±2
5. Для мощности |р| > 1: ^^0^ и V0^ е Р1 ^3 0^К0^ .
Будем стремиться максимально распараллелить последовательнопараллельный алгоритм (1), что соответствует минимально возможному значению т (удовлетворяющему от 1) до 5)):
т — тіп (2)
Изначально, в системе существует понятие матрицы ограничений, на основе которой пользователь определяет совместимость операции в едином процессе, т.е. он описывает какие из операций не могут быть выполнены в рамках одного процесса. Ранее, данная матрица заполнялась вручную, теперь же пользователь имеет возможность хранить данные ограничения в базе данных, удалять, редактировать и добавлять их по своему усмотрению. На основе хранимых данных производится автоматическая генерация матрицы ограничений, что позволяет удобно хранить и генерировать необходимые ограничения.
Вся информация по введенным данным тех или иных процессов на основе усеченно-естественного языка хранится в базе данных, что позволяет создать алгоритм поиска альтернатив к той или иной ТФЕ по ранее заданному составу-шаблону.
На основе состава-шаблона пользователю выдается список составов в порядке близости к составу-шаблону.
Степень близости рассчитывается из следующего соотношения:
N
где N - количество схожих объектов и соответствующих им характеристик с рассматриваемым составом Кс : Ns = К0 + Кс , N0 - общее количество объектов К0 и характеристик рассматриваемого состава
Кс : N = К0 + Кс .
Со ° Оо Со
N3 - определяется в соответствии с объектами и их характеристиками, т.е. проверяется соответствие конкретных объектов рассматриваемого состава с объектами состава-шаблона.
Степень близости позволяет более точно определить уровень сходства составов объектов, для более полного понимания пользователем схожести тех или иных составов, помогает в выборе близких составов в качестве альтернатив.
Заключение
Описанный метод генерации процессов функционирования позволяет пользователю автоматически получить представление процесса (или отдельной его части) в виде последовательно-параллельного алгоритма, включая добавление в него операции функционального контроля. Кроме того, разрабо-
танный алгоритм позволяет максимально распараллеливать операции для уменьшения времени, затрачиваемый на рассматриваемый пользователем процесс и учесть лицо, которое выполняет ту или иную операцию.
Хранение частей графа с целями позволяет структурировать хранимую информацию, быстро находить части процесса на основе ранее введенных целей. Генерация альтернатив на основе целей позволяет подобрать альтернативные процессы к любым частям основного процесса, выбранные пользователем.
Ввод графа на основе усеченно-естественного языка дает возможность пользователю ввести необходимый объем информации в соответствие с поставленной задачей, учесть все данные о представляемом процессе, структурировать информацию в едином виде для дальнейшей работы над ней. Кроме того, такое представление данных обеспечивает быстрый поиск ранее вводимой информации.
Таким образом, приведенные расширения системы ИНТЕЛЛЕКТ-3 позволяют пользователю наиболее полно описать процессы и его составляющие, а также на основе введенных данных составить не только полную последовательность из ТФС [1], но и подобрать альтернативные ТФЕ в рамках той или иной ТФС, включая генерацию подпроцессов на основе целей.
Список литературы:
1. Гриф М.Г., Гениатулина Е.В. Методы формирования множества альтернатив процесса функционирования человеко-машинных систем // Информатика: проблемы, методология, технологии: Материалы VIII международной науч-методич. конф. Том 1. г. Воронеж 7-8.02.2008 г. - Воронеж: Воронежский государственный университет, 2009. - С. 176-179.
2. Гриф М.Г. Современные методы проектирования ИУС: учебное пособие. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2003. - 84 с.
3. Гриф М.Г., Гениатулина Е.В. Метод генерации процессов функционирования человеко-машинных систем // Сборник научных трудов НГТУ.
- Новосибирск: Новосибирский государственный технический универси-стет, 2009. - № 2 (56). - С. 71-76.
4. Гриф М.Г., Гениатулина Е.В. Методы представления знаний в интеллектуальных системах // Сборник научных трудов НГТУ. - Новосибирск: Новосибирский государственный технический универсистет, 2009.
- № 2 (56). - С. 87-92.
5. Гениатулина Е.В. Метод генерации процесса функционирования человеко-машинных систем в системах искусственного интеллекта // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды VII Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2009. - С. 375-378.
