10.2. Этапы создания, прототипы и жизненный цикл экспертных систем

Приобретение знаний под эксперта. Первоначальные знания о проектируемой ЭС получают из учебников, отчетов, опытных данных и т. д. Только после этого когнитолог приступает к работе с экспертом. Используемые при этом методы:

– наблюдения на рабочем месте;

– интуитивный метод (когнитолог сам частично решает задачу);

– интервью, являющееся главным методом.

Применяются также и подметоды:

– обсуждение задач;

– описание задач;

– анализ задач;

– доводка системы (эксперт представляет несколько задач для проверки);

– оценивание системы (оценка производится другим экспертом);

– проверка системы (сравнение с результатами работы другого эксперта системы).

Эволюция экспертной системы (рис. 24 и рис. 25). Пользователи требуют не просто высококачественной работы системы; они хотят, чтобы она была быстрой, надежной, доступной в обращении, чтобы ее сообщения легко понимались, чтобы она «прощала» пользователю ошибки. Для создания такой системы требуется несколько уровней разработки:

1. Демонстрационный прототип. Система решает часть поставленных задач, указывая, что подход приемлем и система осуществима. Срок разработки – около трех месяцев.

2. Исследовательский прототип. Система демонстрирует внушающие доверие результаты по всей проблеме в целом, но обладает невысокой надежностью. Срок разработки – один‑два года.

3. Прототип опытной эксплуатации. Система проявляет высокое качество работы при достаточной надежности в условиях опытной эксплуатации. Срок разработки – два‑три года.

4. Промышленный прототип. Высокое качество работы и надежность в реальных условиях. Срок разработки – два‑четыре года.

5. Коммерческая система. Промышленный прототип, систематически используемый во множестве систем. Срок разработки – шесть лет.

Рис. 24. Задачи моделирования в классическом жизненном цикле

Рис. 25. Компонентно‑ориентированная модель жизненного цикла: 1 – начальный сбор требований и планирование проекта; 2 – та же работа, но на основе рекомендаций заказчика; 3 – анализ риска на основе начальных требований; 4 – анализ риска на основе реакции заказчика; 5 – переход к комплексной системе; 6 – начальный макет системы; 7 – следующий уровень макета; 8 – сконструированная система; 9 – оценивание заказчиком

Методология построения экспертной системы. Построение ЭС осуществляется постепенно. Выделяют следующие основные этапы ее эволюции:

1. Идентификация – определение основных характеристик задачи.

2. Конкретизация – поиск понятий для представления знаний.

3. Формализация – разработка структур для организации знаний.

4. Реализация – формулировка правил, воплощение знания.

5. Испытание – оценка правил, в которых воплощено знание.

6. Тестирование – испытание системы на всем комплексе решаемых задач.

ЭС эволюционирует, переходя от простых задач к сложным, последовательно усложняя организацию и представление знаний. Время от времени (когда возникает необходимость ввода новых свойств, которых нельзя достичь исходя из возможностей существующей системы) происходит существенная реорганизация и перестройка всей архитектуры.

Разработку ЭС всегда начинают с идентификации и заканчивают тестированием. Первоначально ее создают для какой‑нибудь простейшей подзадачи, на основании которой определяют возможность разработки ЭС в целом. После чего постепенно расширяют круг задач.

Количество шагов получения новой ЭС зависит в основном от квалификации разработчиков и выбранных ими инструментальных средств проектирования. Однако с увеличением числа разработчиков ускорения работы не произойдет; как правило, оптимальное число разработчиков – пять‑шесть человек. На этапе формализации выбирают язык построения ЭС (правила, сети, фреймы и т. д.).

На этапе реализации выполняют написание программ требуемого содержания и формы. При переходе от опытной эксплуатации к тестированию расширяют круг задач – включают задачи, под которые система в данный момент не проектировалась, но в первоначальном задании они указаны.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия «экспертная система».

2. Расскажите о назначении и структуре ЭС.

3. Перечислите области применения ЭС.

4. Назовите этапы создания ЭС.

5. Дайте определения понятий «прототип» и «жизненный цикл» ЭС.

Глава 11

Автоматизированные информационные системы

11.1. Структура и состав

Автоматизированные информационные системы (АИС) – это человеко‑машинные системы управления, в которых сочетаются технические средства сбора, передачи и переработки информации и автоматизация принятия решений с деятельностью человека в роли оператора, технического работника, работника среднего звена, руководителя, эксперта.

Система – это комплекс взаимосвязанных элементов, действующих как единое целое. Она состоит из:

– структуры (множество элементов системы и взаимосвязей между ними – информационные потоки, идущие в систему или из нее);

– правил поведения (функции, связывающие входы и выходы системы);

– целей и ограничений (процесс функционирования системы, описываемый рядом переменных, часть из которых обычно имеет ограничение).

Для полноценного использования ИС существуют категории пользователей:

– администраторы системы – лица, отвечающие за нее, а также за администрирование всей системы в целом;

– прикладные программисты – непосредственные разработчики системы, которая обеспечивает решение задач;

– системные пользователи – лица, обеспечивающие работоспособность системы и исправляющие мелкие ошибки (не требующие вмешательства прикладных программистов), а также осуществляющие внедрение АС в программу;

– прикладные пользователи – лица, непосредственно использующие систему.

АИС основаны на базах данных систем искусственного интеллекта и экспертных систем. Они ориентированы на работу минимально подготовленного пользователя и стали своего рода стандартом в области прикладного программного обеспечения. В качестве яркого примера можно привести MS Office, куда входят различного класса программы, предназначенные для выполнения широкого типа задач; язык программирования; сервисные программы, обеспечивающие как ввод информации, так и вывод готового результата.

АИС принято разделять на:

– ядро – включает в себя информационное, программное, математическое, техническое, правовое, лингвистическое обеспечение и является средством реализации управления системой;

– функциональную часть – включает в себя весь комплекс экономико‑математических и идейных методов, обеспечивающих решение основных задач производственной системы, и является отображением функций и функциональной структуры объекта.

Интеграция – это объединение отдельных звеньев или объектов управления в единый информационный комплекс. Интегрированная АИС представляет собой объединение множества АС в единый комплекс. Как экономический объект она функционирует в целях создания условий для более полного удовлетворения потребностей рынка в той или иной продукции.

Интегрированная АИС – это многоуровневая и многофункциональная автоматизированная система, выработка и реализация решений в которой формируется на основе:

– синтеза функциональной и структурной схем отдельных звеньев объекта;

– сквозных моделей и задач по уровню и горизонтали планирования и по стадиям жизненного цикла изделия и самого объекта;

– объединения разрозненных локальных подсистем в единую систему управления, что обеспечивает совокупный эффект функционирования;

– создания замкнутых взаимосвязанных контуров управления и усиления роли оперативного управления;

– углубления системного и программно‑целевого подходов при планировании и анализе работы объекта;

– развития единых норм и нормативов;

– создания разветвленной сети автоматизированных рабочих мест (АРМ) как интеллектуальных терминалов, обеспечивающих программные взаимосвязи для согласованной обработки информации и диалог.

Определение интегрированной АИС показывает, как осуществляется управление каким‑либо объектом и что она решает. Управление объектом или системой управления определяется как совокупность организованных человеческих коллективов, состав и порядок функционирования которых направлены на реализацию управленческих решений, основанных на данных учета, анализа и прогноза.

Результаты эффективного внедрения АИС:

– снижение нормативов трудоемкости изготовления продукции;

– насыщение использования фонда рабочего времени;

– сокращение потерь планового фонда времени работы оборудования;

– снижение норм расхода сырья, материалов, электроэнергии, топлива;

– сокращение нормативных сроков производства изделий;

– сокращение длительности производственного цикла;

– экономия в расходовании сырья, материалов и в целом нормируемых оборотных средств.