МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

( ХТУРЭ )

УДК 681.324.001.57; 681.3.00; 681.3.001

NГР 0193U039124

Инв No 0296U000678

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной

работе ХТУРЭ

Д-р техн. наук, проф.

(подпись) Е. П. Путятин

(дата) 28.12.95

 

О Т Ч Е Т

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

 

Разработка программных и технических средств локальной сети
ЭВМ и распределенных баз данных моделирования систем управления
социально-экономическими и техническими системами

" Разработка информационных и программно-аппаратных средств
метрологического обеспечения производства радиоэлектронной
аппаратуры и учебного процесса "

(з а к л ю ч и т е л ь н ы й)

Книга 2

т.193-1

Декан факультета

доктор техн. наук, профессор

27.12.95г.

Пресняков И.И.
Зав. Кафедрой

канд. техн. наук, профессор

27.12.95г.

Кукуш В.Д.
Руководитель НИР,

канд. техн. наук, доцент

27.12.95г.

Тесленко А.И.

 

Харьков 1995

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

 

Руководитель темы,

канд. техн. наук, доцент

26.12.95г.

Тесленко А.И. (введение, разделы 1,2, заключение)
Ответственный исполнитель,

аспирант

26.12.95г.

Кныш А.Н.

(разделы 1,2,3,4,5,7)

Инженер

26.12.95г.

Балагула Р.М. (разделы 4,6)
Инженер

26.12.95г.

Шуклин Д.Е. (разделы 2,6)
Инженер

26.12.95г.

Педченко С.В. (разделы 3,5)
Нормоконролер    

 

 

ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРИКЛАДНОЙ МЕТРОЛОГИИ

Экспертные системы (ЭС) - это компьютерные программы, которые помогают человеку принимать решения и решать разнообразные задачи. Они возникли в результате исследований по искусственному интеллекту.

ЭС нашли применение в областях человеческой деятельности, где требуется принимать решения, решать задачи, проводить классификацию в условиях недостаточности информации о поставленной задаче. Так же ЭС широко применяются при решении задач, для которых отсутствуют алгоритмы решения. Примерами успешного применения ЭС на больших ЭВМ могут служить:

Поиск полезных ископаемых - PROSPECTOR,

Определение состава химических веществ - DENDRAL,

Определение заболеваний легких - PUFF,

и. т. д.

В последнее время ЭС начали появляться и на персональных ЭВМ. Это позволит широко тиражировать знания экспертов и применять их в практической деятельности инженера. ЭС обычно состоят из двух основных частей: базы знаний и механизма логического вывода.

Так как в реальном мире редко можно утверждать что либо с полной уверенностью, то в процессе рассуждений ЭС использует нечеткую логику . Для определения степени определенности утверждения в нечеткой логике используется фактор уверенности - число обычно находящееся в интервале от 0 до 1 ( похоже на теорию вероятностей ). Но в отличие от теории вероятности фактор уверенности выражает не вероятность возникновения события, а субъективную уверенность в этом. Отказ от применения классической теории вероятностей обусловлен многими причинами.

Вот некоторые из них:

В процессе проектирования ЭС группа экспертов в начале тщательно анализирует ситуацию, для которой строится ЭС. Затем эти люди разрабатывают правила, которыми ЭС должна руководствоваться при решении возникшей проблемы. Полученные правила помещаются в базу знаний ЭС. Одновременно идет проектирование механизма логического вывода. Механизм логического вывода определяет, какие правила и в каком порядке будут применяться ЭС для решения поставленной задачи. Механизм логического вывода также решает вопрос о необходимости запроса у пользователя дополнительной информации.

В ЭС, основанных на правилах, знания обычно представляют в следующем виде:

ЕСЛИ А ТО Б,

ЕСЛИ не А ТО Б,

ЕСЛИ А и Б и В ТО Г и не Д,

и. т. д.

где

А,Б,В,Г,Д - логические высказывания.

Например:

ЕСЛИ производится опасная разбраковка деталей

ТО распределение погрешности параметра детали антимодальное

С условиями недостаточности информации часто приходится иметь дело и в прикладной метрологии. Это связанно с тем, что при априорном анализе точности разрабатываемой радиоэлектронной аппаратуры, при расчетах погрешностей средств измерений и во многих других случаях мы имеем дело со случайными или квази-случаными физическими величинами (погрешностями).

В зависимости от их характера, места возникновения, причин возникновения и т. п. законы, которым подчиняются их распределения плотностей вероятностей, могут быть различными. В практической деятельности инженер может сталкиваться с ситуациями, когда в условиях априорной недостаточности информации приходится делать выбор конкретной функции, аппроксимирующей данную случайную величину ( погрешность ) из порядка двадцати возможных. Сделать правильный выбор инженеру (особенно начинающему, или студенту ), не являющемуся специалистом-экспертом в области метрологии или прикладной статистики, затруднительно, если не невозможно.

В то же время, рассматриваемая задача является достаточно узкой и относительно формализованной. Это позволяет решить ее методами, разработанными в тезаурусе искусственного интеллекта, путем построения машинной экспертной системы.

Для решения этой задачи на кафедре радиоизмерений Харьковского Государственного Университета Радиоэлектроники разработан программный комплекс для экспертного и количественного решения метрологических задач - ELEX. Он состоит из экспертной системы и программы имитационного моделирования поведения средств измерений во времени.

Экспертная система позволяет проводить интерактивную экспертизу для определения типа распределения плотности вероятности случайной величины. С помощью системы можно определять тип распределения случайной величины в зависимости от различных физических процессов, которые влияют на распределение, в зависимости от погрешностей, возникающих в расчетах, погрешностей различных средств измерений и др. РЭС. Она содержит информацию о 19 типах распределений случайных величин.

Разработанная экспертная система в состоянии работать как с четкими входными данными, представленными в виде логических значений ДА/НЕТ, так и с нечеткими входными данными, представленными в виде числового интервала в диапазоне от -50 до +50. При этом значению -50 соответствует полное отрицание - невозможность данного события, а значению +50 - полное подтверждение данного события.

Для расчета фактора уверенности какого либо утверждения используется нечеткая логика, при этом для определения пересечения факторов уверенности применяется функция минимума, а для объединения - максимума.

В системе предусмотрена возможность получения либо всех возможных решений, которые можно вывести из исходных данных, либо только одно решение, которое можно получить с минимальными затратами машинного времени.

Также в экспертной системе кроме базы знаний имеется графическая база данных, позволяющая наглядно получить информацию обо всех типах распределений, заложенных в систему, либо о типах распределений полученных в результате проведенной консультации.

В экспертной системе консультация проходит в интерактивном режиме. В процессе консультации компьютер последовательно задает пользователю вопросы, уточняющие возникшую ситуацию. Механизм логического вывода анализирует полученные от пользователя ответы и на основе имеющихся данных предлагает свое решение проблемы, описанной этими ответами.

Ответы, предоставляемые пользователем программе, должны иметь вид слов (Да, Нет, Yes, No, Don't know) русского или английского языка, сокращений от этих слов (Д, Н, Y, N, D), либо фактора уверенности в виде целого числа в интервале от -50 до +50.

Ответы вводятся в экспертную систему со строки ввода ответа либо из меню. Переход из меню в строку ввода ответа и обратно производится нажатием клавиши ESC.

После проведения консультации экспертная система предоставляет возможность получить наглядную информацию о полученных решениях.

Программа имитационного моделирования предназначена для моделирования поведения средств измерений во времени, с учетом их старения, метрологических отказов, изменений метрологических характеристик.

Входными данными для этой программы являются характеристики точности, стабильности, метрологической надежности, границы допусков и т. п., выраженные в виде чисел или функционалов. Программа по полученным данным производит вычисление вероятности выхода параметра за границы допусков с течением времени. Результаты работы программы выдаются на дисплей в графическом трехмерном виде.

Вторая версия ЭС ELEX включает:

  1. Базу знаний, содержащую правила для определения типа распределения;
  2. Базу данных, содержащую формулы и графики распределений;
  3. Механизм логического вывода, проводящий сеанс консультации и определяющий тип распределения;
  4. Оболочка управления процессом консультации;
  5. Оболочка инженера знаний, облегчающая создание новых и модификацию старых баз знаний.

Механизм логического вывода экспертной системы написан на языке пятого поколения ПРОЛОГ версии Turbo Prolog 2.0, специально предназначенного для решения задач искусственного интеллекта

Для повышения быстродействия ЭС знания в базе знаний хранятся в частично скомпилированном виде (в виде термов ПРОЛОГа). В исходном тексте, с которым работает инженер знаний, знания хранятся в формализованном виде, похожем на запись программы на языке ПРОЛОГ.

Экспертная система определения типа распределения плотности вероятности случайной величины внедрена в учебный процесс на кафедре «Метрологии и измерительной техники». На её основе построена лабораторная работа по изучению применения экспертных систем в прикладной метрологии.


P.S. В 1993 году я начал разработку продукционной экспертной системы по метрологии ELEX-1 на языке Prolog. В середине 1995 года была начата разработка ЭС на основе семантической нейронной сети - ELEX-3. Однако в отчет 193-2 вошло описание интерфейса пользователя системы ELEX-2. Интерфейс ELEX-3 функционально практически не отличается от интерфейса ELEX-2, и так же написан на Turbo Prolog 2.0, виртуальная машина семантической нейронной сети выполнена с использованием Turbo Assembler 2.51. В последствии, в виртуальной машине ELEX-4 (1996г.) была обнаружена проблема со свопингом неиспользуемых страниц нейронов, что значительно снизило максимальный объем базы знаний (приблизительно до 400Кб ~ 4000=100*5*8 нейронов ~ 100правил базы знаний). На данный момент, работы в этом направлении заморожены. Сам отчет, хотя и существует, но мне сейчас не доступен. Приведенный выше текст является попыткой восстановления по оставшимся у меня черновикам его части, относящейся к экспертным системам.

 

[Рефераты] [Главная]

1994-05-06 / 2000-08-09 Шуклин Д. Е.