Содержание
Введение
Теоретические аспекты экспертных систем
Сущность экспертных систем и их научно-познавательная деятельность
Структура, функции и классификация ЭС
Механизм вывода и система объяснений
Интегрированные информационные системы управления предприятием
Применение экспертных систем на практике
Информационные системы для транснациональных корпораций
Применение экспертных систем в логистике
Заключение
Список использованных источников
Введение
Современные информационные технологии постепенно проникают во все сферы человеческой жизни. Экономика, финансы, наука, бизнес, политика, повседневная жизнь общества - все эти сферы используют информационные технологии. Управление предприятием и его функционирование также постепенно внедряет передовые технологии.
Актуальность данного исследования обусловлена тем, что человеческая деятельность в любой сфере постепенно автоматизируется. Внедрение IT-технологий в управление рабочими процессами позволяет предприятиям экономить на штате, а также достигать постоянного уровня качества работы. Разработка экспертных систем является очередным шагом по данному пути. Роботизация и автоматизация - это шаг в сторону будущего. Однако при всех достоинствах компьютерного контроля за деятельностью предприятия у такой системы есть и свои недостатки. Любая, даже самая проверенная система может дать сбой или подвергнуться нападению со стороны так называемых хакеров, что может привести к краху всей системы и негативным последствиям в работе предприятия.
Цель данного исследования - изучить использование экспертных систем в процессе функционирования предприятий и организаций.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
раскрыть сущность экспертных систем и их научно-познавательную деятельность;
рассмотреть структуру, функции и классификацию ЭС;
выявить механизм вывода и систему объяснений в ЭС;
изучить интегрированные информационные системы управления предприятием;
раскрыть информационные системы для транснациональных корпораций;
определить применение экспертных систем в логистике.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы: метод сбора, анализа и синтеза информации; методы индукции и дедукции.
Объект исследования - информационные технологии в работе организаций и предприятий.
Предмет исследования - применение экспертных методов в деятельности организаций и предприятий.
Степень изученности проблемы. В настоящее время степень изученности применения экспертных систем в работе предприятий довольно низкая, потому как применение экспертных систем началось сравнительно недавно - с конца ХХ века. В связи с этим исследований в данной отрасли практически нет. Эмпирическая и теоретическая база состоит из статей, опубликованных в сети Интернет.
Научная значимость исследования заключается в том, что в нем синтезированы теоретические и практические данные по экспертным системам.
Практическая значимость исследования заключается в том, что в работе представлены варианты использования экспертных систем в практической деятельности транснациональных корпораций и в логистике.
Теоретические аспекты экспертных систем
1.1 Сущность экспертных систем и их научно-познавательная деятельность
Экспертная система (ЭС) - это первый программный продукт, появившийся на рынке программных продуктов, как итог 30-летней работы в области искусственного интеллекта. По смыслу ЭС воспроизводят процесс решения проблемы человеком-экспертом. Интерес к разработке ЭС связан с тем, что они дают средства повышения производительности труда и увеличения прибыльности производства.
Существует мнение, что внедрение машинного интеллекта в производство помогает разобраться в нашем собственном. К настоящему времени эволюция ЭС прошла два поколения. Сейчас разрабатывают ЭС второго поколения. Чтобы очертить границу между этими ЭС, необходимо рассмотреть разницу их основных черт: в представлении знаний, в механизмах вывода, получении объяснений и т.д.
Представление знаний. У ЭС первого поколения функционирование систем осуществляется только на основе знаний, полученных от эксперта. Опыт, приобретаемый в процессе эксплуатации, не используется. Для представления знаний используется одна из моделей, наиболее часто - продукционная. Методы представления знаний позволяют описывать только статические предметные области. Отсутствуют знания о границах области компетентности систем. Модели представления знаний ориентированы на простые, хорошо структурированные области.
Механизм вывода. Реализация вывода ЭС первого поколения осуществляется только при условии полноты данных и знаний. Системы не умеют осуществлять вывод с учетом связи объектов в пространстве и во времени. Системы не могут давать приближенный вывод. Схема вывода в ЭС не соответствует схеме рассуждения эксперта.
Интерфейс пользователя. У ЭС первого поколения отсутствуют средства настройки на конкретного пользователя. Диалог имеет жесткую структуру (ответы пользователя должны быть представлены в строго определенном виде и формате). Избыточность совокупности вопросов ЭС, адресованных пользователю, обусловлены тем, что отсутствуют взаимосвязи между данными. Отсутствуют логичность в последовательности вопросов, задаваемой системой пользователю, хотя общая логическая направленность достаточно полная.
В направлении объяснения полученных решений. Пользователь получает лишь тривиальную аргументацию, которая покрывает всех его потребностей и требует от него самостоятельной творческой работы.
Приобретение знаний и обучение. Пополнение знаний системы и контроль их противоречивости выполняется только «вручную», т.е. экспертом. Знания должны быть обязательно преобразованы в соответствующую модель представления, допускаемую ЭС. Отсутствуют механизмы обучения.
Основные области применения ЭС:
· оценка рисков займов, страхования и капитальных вложений для финансовых организаций;
· помощь химикам в нахождении верной последовательности реакций для создания новых молекул;
· отладка программного и аппаратного обеспечения ЭВМ в соответствии с индивидуальными требованиями;
· диагностика и обнаружение неисправностей в телефонной сети на основе тестов;
· идентификация и ликвидация неполадок в локомотивах;
· помощь медикам в постановке диагноза;
· получение молекулярной структуры химического вещества на основании опытов;
· управление технологическими процессами, агрегатами, как в мирных, так и в военных целях.
ЭС представляет собой набор блоков, выполняющих хранение и представление знаний о предметной области, выполнение выводов, решений на основании текущей информации, выполнение объяснений принятых решений, общение с пользователем и экспертом.
Научно-познавательная деятельность включает в себя следующие три этапа:
Сбор и обработка исходных эмпирических данных.
Математическая и логико-теоретическая обработка данных с целью выявления новых фактов, объективная ценность которых имеет как теоретическое, так и эмпирическое обоснование.
Обобщение научных фактов и построение новых теорий.
Из этих этапов наибольшие достижения имеются на первом (наиболее освоенном для всех наук). Второй и третий этапы для некоторых наук (техническая кибернетика, экономическая кибернетика) тоже достаточно хорошо освоены, но для медицины, биологии, химии деятельность ученых по-прежнему остается низко автоматизированной. Это и объясняет популярность создания ЭС.
Интересно отметить некоторые познавательные акты, которые желательно реализовать в ЭС. К ним относятся:
· Накопление знаний
· Обобщение знаний
· Осознание проблемы
· Выполнение суждений и выводов на основе неполной информации
· Объяснение поведения
· Взаимодействие с другими людьми и системами
· Обновление знаний
· Определение своей компетентности в решении поставленной проблемы
В настоящее время основным средством передачи знаний являются книги. Прежде, чем использовать знания книг, необходимо найти и проинтегрировать их, что не всегда получается точно. Сами книги не отличаются гибкостью, что особенно проявляется при переиздании книг. Вместе с этим существует проблема перекодирования знаний книг и знаний экспертов в специальные языковые конструкции, которые должны поддерживать какую-то модель знаний.
Таким образом, в настоящее время этот процесс достаточно сложный, что обуславливает необходимость его поддержки. Поэтому в него вовлекается специалист-инженер по знаниям - когнитолог.
Основными качествами ЭС следует считать динамичность и интеллектуальность. Динамичность понимается как возможность изменения свойств в процессе накопления знаний. Интеллектуальность - это способность решать задачи в соответствии с имеющимися знаниями.
С учетом вышесказанного на функциональном уровне ЭС можно представить себе следующими функциями: представление знаний, приобретение знаний, вывод решения, консультация, объяснение решения, диалог с пользователем.
Структура, функции и классификация ЭС
Решение задач с помощью ЭС имеет следующие особенности. Алгоритм решения задачи заранее не известен и строится по ходу решения на основании эвристических правил. Решения сопровождаются объяснениями, понятными пользователю. Качество решений не хуже, а иногда и лучше тех, которые получают эксперты. Знания, накопленные в ЭС можно анализировать, постепенно накапливать, актуализировать. Источниками знаний являются эксперты, с которыми организовывается дружественный интерфейс. Обеспечить такой интерфейс обязан когнитолог. Под дружественным интерфейсом понимают отсутствие необходимости знаний в области программирования у эксперта, т.е. общение на естественном языке.
Структура экспертных систем представлена на рисунке 1.1.
Рис.1.1 - Структура экспертных систем
При функционировании ЭС можно выделить два этапа:
· Обучение
· Экспертиза.
В процессе обучения взаимодействие эксперта и когнитолога порождает базу знаний у предметной области. В режиме экспертизы пользователь, взаимодействуя с системой, получает ответ на интересующий его вопрос.
Методы вывода чаще всего диктуются либо внешней проблемой, либо используемыми инструментальными средствами. Порождение методов вывода происходит в результате совместной работы экспертов с инженерами знаний. Когнитолог планирует свою работу с экспертом таким образом, чтобы получить от него сведения о том, как последний формирует экспертное заключение.
Классификация экспертных систем представлена на рисунке 1.2
Рис. 1.2 - Классификация экспертных систем
Конкретизируем приведенные классификационные группировки:
По назначению:
· Консультационные
· Исследовательские
· Управляющие
По принципу работы:
· Классификационные
· Синтезирующие
· Смешанные
По сложности
· Простые
· Сложные
По характеру решаемых задач:
· Интерпретирующие
· Планирующие
· Прогнозирующие
· Диагностирующие
· Управляющие
· Проектирующие
· Обучающие
Механизм вывода и система объяснений
Механизм вывода реализуется решающим блоком, назначением которого является получение решения на основе баз знаний и фактов. Этот механизм может быть построен на основе прямого и обратного выводов.
Сами выводы могут выполняться множеством методов с использованием оценки степени достоверности нечеткой логики.
Стратегия вывода задается правилами выбора фрагмента знаний на текущий момент. При этом возможно возникновение конфликтной ситуации (например, применение нескольких правил), которая разрешается определенной моделью компромисса.
Методы вывода чаще всего диктуются либо внешней проблемой, либо используемыми инструментальными средствами. Порождение методов вывода происходит в результате совместной работы экспертов с инженерами знаний. Когнитолог планирует свою работу с экспертом таким образом, чтобы получить от него сведения о том, как последний формирует экспертное заключение.
При решении вопросов создания системы объяснений формулируют ряд принципов:
· выдача типового объяснения
· выдача протокола вывода
· формирование объяснений по правилам индукции
В первом случае предугадывают заранее возможные ситуации объяснений и формируют специализированные блоки объяснений. Во втором случае предоставляется возможность просмотреть весь ход рассуждений. В третьем случае моделируется индуктивное извлечение знаний (от частного к общему).
Интерфейс с пользователем. Классификация ЭС
Интерфейс с пользователем представляют собой сценарий диалога, в который ЭС ведет пользователя, задавая ему вопросы. Одной из проблем при этом является учет интеллекта пользователя. Механизм настройки на пользователя должен быть в интерфейсе. Для этой цели для пользователя возможна выдача информации о предметной области, о возможных запросах к нему, о вопросах, которые может задать пользователь, о продолжении сеанса экспертизы. Особенно велика роль интерфейса при использовании нечетких знаний.
Интегрированные информационные системы управления предприятием
Бурный прогресс современных информационных технологий, повсеместное проникновение Internet, широкое использование Web-решений начинают серьезно затрагивать промышленную сферу, имея в виду все уровни производственного цикла в целом, включая и системы управления производством.
Глобальное наступление Internet-технологий начинает врываться и в область промышленной автоматизации. Настало время объединения достижений современных информационных технологий с возможностями традиционных программно-технических решений АСУТП и повышения на этой основе эффективности управления промышленными предприятиями в целом.
Ведущие производители средств промышленной автоматизации, принимавшие участие в реализации проектов комплексной автоматизации крупных предприятий и корпораций, отреагировали на это, и осознав необходимость тесной интеграции систем верхнего (бизнес-приложений) и нижнего (технологического) уровней, заявили о выпуске новых видов программно-технических средств для АСУТП, основанных на использовании современных информационных технологий.
Активное внедрение вышеупомянутых стандартов в АСУТП не является просто данью моде или стремлением таким образом дифференцироваться от конкурентов. Эти технологии явились инструментом для построения новой стратегии глобальной инфраструктуры предприятия и фактом повышения роли информационных технологий в области промышленной автоматизации.
Дело в том, что до последнего времени основные подсистемы автоматизации промышленных предприятий: АСУП, включающая систему автоматизации управленческой, финансово-хозяйственной деятельности и планирования ресурсов предприятия и АСУТП (система автоматизации технологических и производственных процессов) развивались обособленно и независимо друг от друга.
Поэтому исторически сложилось так, что каналы обмена информацией, особенно оперативной, между подсистемами оказались достаточно слабыми. Возможно, так и продолжалось бы дальше, но необходимость передачи технологических данных на уровень бизнес-приложений, в том числе и оперативных, стала очевидной. До сих пор, в большей части, управленческие решения на предприятиях строятся на интуиции и опыте. Однако заметное присутствие субъективного фактора на процесс принятия решения не гарантирует всегда взвешенного, проверенного решения.
Можно назвать целый ряд объективных показателей процесса производства, требующих все более тесную интеграцию систем, представляющих различные уровни управления предприятием. Среди них можно выделить следующие:
· руководство предприятий становится все более заинтересованным в получении оперативной и объективной информации о текущих и имевших место ранее параметрах технологических и производственных процессов.
· на крупных предприятиях возрастает необходимость оперативного управления территориально-распределенными структурами и ресурсами не только на уровне бизнес-приложений, но и на уровне производства.
· новое поколение бизнес-приложений требует повышения объема и оперативности поступления информации с уровня.
· на многих предприятиях уже создана достаточная сетевая инфраструктура. Существуют сети АСУП, объединенные по Ethernet. Имеется выход в Internet и создание внутренней Intranet-сети составит незначительные капитальные вложения.
· интеграция система АСУП и АСУТП позволяет проводить текущее и оперативное планирование затрат и себестоимости. Обеспечивать их учет в темпе с процессом производства, мгновенное реагирование на отклонения от требуемого уровня.
На основе текущей информации из АСУТП возможно осуществление целевого управления производством по следующим показателям:
· качеству продукции;
· энергосбережению и экономии ресурсов;
· заданной производительности;
· по воспроизводимости требуемых потребительских свойств продукции и др.
Таким образом, формируется реальная экономическая основа интеграции - появление требований не просто обмена информацией между подсистемами, а требование оперативного(!) сбора информации. Не в конце года, месяца или рабочего дня, а непосредственно в момент возникновения. В единой, взаимосвязанной системе управления наряду с информацией о стоимости сырья и рабочей силы, надо знать - сколько воды, пара, электричества, горючего ушло на изготовление каждой отдельной детали. Это в первую очередь, важно в тех технологических процессах, где высока вероятность отклонения от нормы. Например, сколько стоит расплавление одного и того же сырья от того или иного поставщика руды. Только по реальному расходу энергии можно понять это.
Не только предприятие в целом, но и различные внутренние службы управления заинтересованы в получении объективных технологических данных. Объем и степень доступа к технологической информации зависят и от типа программного обеспечения, используемого в управленческих структурах предприятия, и от категории сотрудников-потребителей данной информации. Какие проблемы обычно решаются «управленцами»?
Одной из основных проблем создания интегрированных систем управления в рамках предприятия является проблема сопряжения и совместного функционирования программного обеспечения, традиционно используемого в системах разного уровня. Поэтому вопросы интеграции рассматриваются сейчас разработчиками ПО как уровня АСУП, так и уровня АСУТП.
Рассматриваемые в исследовании пути создания и развития интегрированных систем управления предприятием позволяют отметить следующие тенденции:
Все более популярным сетевым решением для систем промышленной автоматики, интегрированных с сетями офисных приложений, становится Ethernet.
Простой и легкий доступ к получению данных в масштабах всего предприятия, от датчиков/исполнительных механизмов и до уровня планирования и управления предприятием, наиболее оптимальным способом реализуется при наличии интегрированной сети. Такой сетью становится корпоративная сеть предприятия Intranet, построенная по принципу клиент/сервер и обеспечивающая единое информационное пространство.
Перспективные системы будут использовать стандартные и максимально открытые, объектно-ориентированные средства управления и доступа к информации. В качестве таких основных средств становятся встроенные Web-серверы и интерфейс ОРС.
Традиционные АСУП-системы имеют тенденцию превращаться из систем управления сетевыми и системными ресурсами в интеллектуальную платформу управления предприятием в целом. И в этих условиях объективная информация, поступающая с технологического уровня, позволит принимать более качественные управленческие решения.
Создание и внедрение интегрированных систем позволяет предприятию получить ряд серьезных преимуществ, отметим только некоторые из них:
· интеграция подсистем АСУП и АСУТП позволяет обеспечить автоматизированный мониторинг затрат непосредственно в процессе производства, например, с целью определения текущей себестоимости продукции с учетом состояния рынка сырья, темпов инфляции и потерь, связанных с плохой организацией производства;
· появляется возможность значительной экономии средств за счет коллективного использования общей для АСУТП и АСУП сетевой инфраструктуры, включающей в себя кабельные коммуникации, активное сетевое и коммуникационное оборудование, компьютерное оснащение;
· для крупных предприятий, имеющих подразделения и филиалы, расположенные в различных регионах открывается возможность оперативного доступа руководителей высшего звена к технологическим данным c любого уровня системы и географической точки предприятия;
· в ряде случаев использование отмеченных выше технологий может заменить установку дорогостоящих SCADA систем, обеспечивающих визуализацию и просмотр данных.