Борис Федунов
Аннотация: На основе анализа предметной области (типовые ситуации (ТС), семантические сети проблемных субситуаций (ПрС/С) для каждой из ТС), в которой действуют сложные технические (антропоцентрические) объекты, выявлена необходимость разработки специального класса бортовых интеллектуальных систем - бортовые оперативно-советующие экспертные системы (БОСЭС). Исследованы механизмы вывода, применяемые в БОСЭС. Представлены механизмы вывода, основанные на системе правил «если..., то..., иначе...»; на алгоритмах многокритериального выбора альтернатив Т.Саати; на алгоритмах, использующих матрицу знаний.
Ключевые слова: макромодель предметной области, бортовые оперативно-советующие экспертные системы: база знаний, механизмы вывода.
ACM Classification Keywords: H4.2 Decision support.
Conference: The paper is selected from XIVth International Conference "Knowledge-Dialogue-Solution" KDS 2008, Varna,
Bulgaria, June-July 2008
1. Введение. К настоящему времени становится ясно, что желаемого резкого повышения эффективности вновь создаваемых антропоцентрических объектов (Антр/объектов)
возможно достичь, главным образом, путем направления усилий конструкторов и ученых на совершенствование интеллектуальной составляющей «ядра» бортового комплекса Антр/объекта − совокупности алгоритмов бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ – алгоритмы) и алгоритмов деятельности экипажа (АДЭ). Эта совокупность сейчас называется «бортовым интеллектом». Она из набора разрозненных систем бортового оборудования создает функционально целостный объект, нацеленный на выполнение главной задачи текущего сеанса функционирования Антр/объекта.
2. Макромодель антропоцентрического объекта для разработки спецификаций бортовых алгоритмов его системообразующего ядра. Антропоцентрический объект (Антр/объект) представляется совокупностью бортовых измерительных (Б/Изм/Устройства) и исполнительных устройств (Б/Исп/Устройства), объединенную системообразующим ядром (борт Антр/объекта), в котором главенствующая роль принадлежит экипажу (оператору) и в котором оперативно решаются задачи первого (оперативное целеполагание) и второго (определение рационального пути достижения оперативно назначенной цели) глобальных уровней управления (I и II ГлУУ) [1].
Экипаж Антр/объекта осуществляет управление объектом, его бортовым оборудованием в соответствии со своими алгоритмами деятельности через диалоговое общение с информационно-управляющим полем (ИУП) кабины экипажа; БЦВМ-алгоритмы, реализованные в бортовых цифровых вычислительных машинах (БЦВМ), объединенных в бортовую цифровую вычислительную систему (БЦВС); бортовые исполнительные устройства (Б/Исп/Устройства). Подчеркнем: алгоритмы решения задач системообразующего ядра реализуются либо на бортовых цифровых вычислительных машинах (БЦВМ-алгоритмы), либо экипажем (алгоритмы деятельности экипажа (АДЭ)).
Функционирование Антр/объекта представляется как совокупность генеральных задач сеансов функционирования, к каждому из которых готовится как экипаж (изучение технической документации, наставлений и инструкций, инструктаж перед сеансом, работа с системой подготовки сеанса функционирования), так и Антр/объект (в БЦВМ-алгоритмы заносится из системы подготовки сеанса функционирования априорная информация о предстоящем сеансе функционирования, настраиваются бортовые измерительные и исполнительные устройства). Все сеансы функционирования представляются через семантические сети их типовых ситуаций (ТС), упорядоченных по причинно-следственному отношению. Множество ТС общее для всех сеансов функционирования.
Каждая ТС представляется через семантическую сеть (упорядочение по причинно-следственному отношению) проблемных субситуаций (ПрС/С). Дадим краткую характеристику задач названных задач ГлУУ.
3. Бортовые алгоритмы первого глобального уровня управления Антр/объектом. В соответствие с генеральной задачей сеанса функционирования на этом уровне управления оперативно определяется текущая цель сеанса в форме назначения (выбора) ТС. Анализ состояния современной научной базы показал, что оперативное решение задач первого глобального уровня I ГлУУ (уровень целеполагания) с помощью БЦВМ – алгоритмов современной науке и практике не под силу и их решение в обозримом будущем будет возлагаться только на экипаж (АДЭ главным образом эвристического типа). Инженеры - проектировщики обязаны для этого разработать БЦВМ-алгоритмы, реализующие кабинную информационную модель внешней и внутри бортовой обстановки, позволяющей экипажу иметь ситуационную осведомленность и элементы ситуационной уверенности.
4. Бортовые алгоритмы второго глобального уровня управления Антр/объектом. Задачи IIГлУУ решаются либо экипажем (АДЭ) либо бортовыми оперативно советующими экспертными системами (БОСЭС) - специфическими БЦВМ-алгоритмами [1]. Бортовые оперативно советующие экспертные системы типовых ситуаций (БОСЭС ТС) функционирования предназначены для решения так называемых “тактических задач” – задач, определяющих рациональные пути достижения текущей цели функционирования, оперативно назначенной экипажем. Для каждой ТС создаётся своя БОСЭС ТС. В структуру базы знаний БОСЭС ТС положена формальная модель предметной области, в которой генеральная задача сеанса функционирования Антр/объекта, задаваемая перед началом сеанса, представляется через семантическую сеть типовых ситуаций (ТС), каждая из которых представляется, в свою очередь, через семантическую сеть проблемных субситуаций (ПрС/С).
В ТС выделяется множество значимых событий – событий, несущих с собой проблемы, которые требуют либо немедленного разрешения, либо предварительного пространственно-временного прогноза их наступления (модель проблемы, механизмы ее разрешения), когда проблема будет требовать немедленного разрешения (математическая модель пространственно-временного прогноза, модель проблемы, механизмы ее разрешения).
Для современных Антр/объектов генеральную задачу функционирования часто совместно решает иерархически упорядоченная (по управлению) группа. Размещаемые на них БОСЭС ТС в этом случае должны работать согласовано не только со своим экипажем, но и между собой, образовывая коалицию БОСЭС ТС. Трудности создания БОСЭС ТС, работающей в коалиции в настоящее время ни теоретически, ни практически не преодолены. В отличие от «коалиционных» БОСЭС ТС, автономно работающие БОСЭС ТС (даже в интересах совместного выполнения сеанса функционирования группы) прошли этап создания их теории и разработки исследовательских образцов. На повестке дня стоит задача создания базовых образцов БОСЭС ТС и выявления конструктивных механизмов их адаптации к бортовой информационной среде конкретного Антр/объекта. Технология разработки баз знаний таких БОСЭС ТС описаны в [1]. International Book Series "Information Science and Computing".
125 Перечислим основные особенности БОСЭС ТС [1]:
- она должна решать все проблемы «своей» ТС (быть замкнутой по проблемам ТС);
- иметь ограниченный диалог с экипажем (ограничения по временному лимиту, отпускаемому внешней обстановкой, и по возможностям ввода информации экипажем через ИУП кабины);
- алгоритмы и правила в базе знаний (БЗ) должны ориентироваться на структуры ситуационного управления;
- быть всегда согласованной с активизированной концептуальной моделью поведения оператора, вырабатывая рекомендации по разрешению возникшей текущей проблемы на уровне оператора-профессионала с достаточной для него значимостью;
- иметь «отложенную» компоненту самообучения.
Первую группу механизмов вывода составляют продукционные правила. Они по информации от Б/Изм/Устройств, штатных бортовых алгоритмов и математических моделей (ММ) в базе знаний БОСЭС ТС активизируют ПрСС, адекватную сложившейся внешней обстановке.
Вторая группа механизмов вывода определяет рациональный способ разрешения активизированной ПрС/С. В эту группу входят, кроме продукционных правил », механизмы вывода по прецедентам и механизм вывода, основанный на алгоритме многокритериального выбора альтернативы [2].
В общем случае структуры моделей мира, используемые в базах знаний БОСЭС ТС, содержат: семантическую сеть ПрС/С, значимые события, ситуационные векторы (SV), альтернативы решения возникшей проблемы, критерии выбора предпочтительной альтернативы, матрицы парных сравнений, матрицы знаний, прецеденты, математические модели (ММ). Возможна корректировка моделей мира как в процессе подготовки Антр/объекта к сеансу функционирования («Корректировка-1»), так и в процессе самого сеанса («Корректировка-2». Особенности моделей мира для каждого типа механизмов вывода представлены в табл.1.
Описание структуры БОСЭС конкретных предметных областей можно найти в [4 - 7].