ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.05.2020
Просмотров: 332
Скачиваний: 1
3 РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ
3.1 Структура экспертной системы по обучению персонала электробезопасности при эксплуатации оборудования
Разработка систем, основанных на знаниях, является составной частью исследований в области искусственного интеллекта (ИИ), и имеет целью создание компьютерных методов решения проблем, обычно требующих привлечения экспертов-специалистов./52/
Взаимодействие эксперта, пользователя и структурных частей системы можно представить в виде следующей базовой структуры.
Рисунок 5 - Базовая структура экспертной системы
Основу ЭС составляет база знаний (БЗ), хранящая множество фактов и набор правил, полученных от инженеров по знаниям, из специальной литературы. БЗ отличается от базы данных тем, что в базе данных единицы информации представляют собой не связанные друг с другом сведения, формулы, теоремы, аксиомы. В БЗ те же элементы уже связаны как между собой, так и с понятиями внешнего мира. Информация в БЗ - это все необходимое для понимания, формирования и решения проблемы. Она содержит два основных элемента: факты (данные) из предметной области и специальные эвристики или правила, которые управляют использованием фактов при решении проблемы. Знания представлены: компонентами декларативной и процедурной.
Главным в ЭС является машина логического вывода, осуществляющая поиск в базе знаний для получения решения. Она манипулирует информацией из БЗ, определяя в каком порядке следует выявлять взаимосвязи и делать выводы. МЛВ используются для моделирования рассуждений, обработки вопросов и подготовки ответов.
Интерфейс пользователя содержит языковой процессор для общения между пользователем и компьютером. Это общение может быть организовано с помощью естественного языка, сопровождаться графикой или многооконным меню. Интерфейс пользователя должен обеспечивать два режима работы: режим приобретения знаний и режим решения задач. В режиме приобретения знаний эксперт общается с ЭС при посредничестве инженера знаний. В режиме решения задач ЭС для пользователя является или просто носителем информации (справочником), или позволяет получать результат и объясняет способ его получения.
Инженер по знаниям - инженерно-технический работник (ИТР), выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Помогает эксперту выявить и структурировать знания. Привлечение программиста не является не обходимым, так как используем оболочку для построение ЭС.
Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система, обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны экспертной системы.
3.2 Выбор инструментального средства для построения ЭС
Основные типы инструментальных средств разработки экспертных систем, которые могут использоваться как для создания простых баз знаний (БЗ) для локализованного применения, так и быть основой для решения глобальных задач любой сложности. Была рассмотрена в главе 2 более подробно оболочка «Рапана».
"Рапана" обладает рядом особенностей.
Первая особенность - высокое быстродействие, мультимедийность, масштабируемость, работа в сети - обеспечена использованием для БЗ реляционной модели. В итоге знания живут в "родной" среде СУБД, где нет практических ограничений на объем и допускается хранение любых типов данных, а вывод заключения идет через эффективный механизм SQL-запросов по числовым полям.
Система может работать с различными СУБД, но для работы ЭС Рапана в полную силу необходимо использование СУБД типа клиент-сервер. В большинстве из них машину вывода, основанную на SQL-запросах, можно легко конвертировать в язык хранимых процедур, что даст дополнительный эффект по быстродействию.
В БЗ может находится неограниченное количество отдельных задач, которые можно рассматривать как отдельные ЭС. В перспективе, можно будет объединять задачи в модули для решения крупных проблем.
Второй особенностью является простота создания Базы Знаний. Ввод данных с помощью специальной программы Когнитограф возможен в двух вариантах: первый похож на работу в программах типа материального учета, а второй - визуальный.
Третьей особенностью является визуальная пошаговая отладка, предоставляющая создателю БЗ возможность видеть все, что происходит в ЭС в каждый момент её выполнения.
ЭС Рапана позволяет эффективно контролировать процесс отладки при наличии ~100-150 правил в задаче на 19-ти дюймовом мониторе. В литературе и материалах дискуссий про ЭС можно найти мнение, что создание ЭС с количеством правил более 400 не имеет смысла. Согласившись с этим, можно полагать, что ЭС Рапана, при достижимом росте площади рабочего пространства мониторов, полностью обеспечит предельную потребность. Исходя из проведенного анализа, данная оболочка обладает рядом преимуществ, что обуславливает её выбор в качестве инструментального средства для разработки ЭС для обучения персонала электробезопасности при эксплуатации оборудования./54/
3.3 Экспертная система по обучению персонала электробезопасности при эксплуатации оборудования
3.3.1 Идентификация. В процессе создания экспертной системы могут участвовать следующие специалисты: инженерно-технический работник (ИТР), инженеры по знаниям, заказчики (конечные пользователи). Привлечение программиста не является не обходимым, так как используем оболочку для построение ЭС. При реализации сравнительно простых экспертных систем программистов может не быть. Роль инженера по знаниям – выуживание профессиональных знаний из экспертов и проектирование базы знаний экспертной системы и ее архитектуры.
3.3.2 Концептуализация. На данном этапе проводится содержательный анализ предметной области, для которой создается ЭС, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.
В данном контексте дисциплина «Электробезопасность при эксплуатации оборудования» была представлена в следующем виде :
Du = < Vu, Ru, Uu >, (1)
где VU – множество этапов обучения: Vu = { Vu1, Vu2,…, Vu11 },
VUnn – элементарный этап обучения по дисциплине;
RU – матрица смежности дисциплины;
UU – алгоритм формирования индивидуальной траектории обучения по дисциплине.
Множество этапов обучения VU представляет собой совокупность элементарных этапов обучения. Под элементарным этапом обучения понимаем изучение параграфа (модуля) теоретического (практического, лабораторного) блока. По результатам обучения каждого модуля в разработанной ЭС сформирован индивидуальный сценарий обучения, меняющийся (подстраивающийся) в зависимости либо от результатов процесса обучения, либо от выбора решения, принятого самим обучающимся.
Матрица смежности R показывает связь между этапами обучения дисциплины и возможные пути перехода от одного этапа к другому.
Алгоритм формирования индивидуальной траектории обучения UU представляет собой адаптивное управление процесса обучения персонала, которое заключается в анализе текущего состояния обучения, результатов обучения персонала и выборе дальнейшего пути. Для автоматизации и адаптации процесса обучения разработана схема информационных потоков, рисунок 6.
Вi
Vi
Ki
Vi
ИК
G
БЗ
Вi – теоретический блок i – го модуля; К1i– тестовые задания i – го модуля; ; G - электронный журнал; ИК – итоговый контроль; Vi - выбор решения; БЗ – база знаний.
Рисунок 6 – Схема информационных потоков
Представленная схема позволяет определить значения матрицы смежности RU и представит ее в виде:
где 0 – переход запрещен; 1 – переход в случае верного ответа; 2 – переход в случае неправильного ответа; 3 – переход из теоретического блока; 4 – переход в электронный журнал./50/
3.3.3 Формализация база знаний. База знаний является основой любой экспертной системы не зависимо от предметной области.
База знаний ЭС состоит из двух компонент: декларативной и процедурной. Декларативная компонента содержит поверхностные знания о предметной области: информацию о сущностях, свойствах сущностей и связей между ними.
Для разработки БЗ экспертной системы выбираем продукционную модель знаний, которая основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа: если (условие), то (действие).
Под условием понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под действием — действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия, и терминальными или целевыми, завершающими работу системы). Условие и действие состоит из фактов, представленных парой сущность-значение. Сущности и их значения хранятся в БД декларативной компоненты. /42/
Правило 1: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и «Вопрос №1 =12 В» и «Вопрос №2 = 100 мА и выше», то «Заключение = Вам присвоена I квалификационная группа».
Правило 2: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и «Вопрос №3 = Оказать первую помощь в соответствующем объеме и провести иммобилизацию поврежденных частей тела, если они имеются» и «Вопрос №4 = Провести реанимационные мероприятия, дать обезболивающие средства», то «Заключение = Вам присвоена I квалификационная группа».
Правило 3: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и «Вопрос №1=220 В», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №1».
Правило 4: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и «Вопрос №2 = 15 мА», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №2».
Правило 5: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и «Вопрос №3 = Проверить состояние пострадавшего, насколько он готов к транспортировке», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №3».
Правило 6: Если «Ваша группа допуска? = I группа» и «Тема для I группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и « Вопрос №4 = Закопать пострадавшего в землю», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №4».
Правило 7: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и « Вопрос №1=12 В» и « Вопрос №2 = 100 мА и выше», то «Заключение = Вам присвоена II квалификационная группа».
Правило 8: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и «Вопрос №3 = Оказать первую помощь в соответствующем объеме и провести иммобилизацию поврежденных частей тела, если они имеются» и «Вопрос №4 = Провести реанимационные мероприятия, дать обезболивающие средства», то «Заключение = Вам присвоена II квалификационная группа».
Правило 9: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Элементарные технические знания об электроустановке и ее оборудовании» и «Вопрос №5 = Электроустановка или ее часть, которая находится под напряжением, либо на которую напряжение может быть подано включением коммутационных аппаратов» и «Вопрос №6 = В электроустановках напряжением от 6 до 110 кВ», то «Заключение = Вам присвоена II квалификационная группа».
Правило 10: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Знание мер предосторожности при работах в электроустановках» и « Вопрос №7 = Немедленно сообщить об этом своему непосредственному руководителю, в его отсутствие - вышестоящему руководителю» и «Вопрос №8 = Заземление, выполняемое в целях электробезопасности», то «Заключение = Вам присвоена II квалификационная группа».
Правило 11: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и «Вопрос №1 = 220 В», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №1».
Правило 12: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Отчетливое представление об опасности электрического тока, опасности приближения к токоведущим частям» и «Вопрос №2 = 15 мА», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №2».
Правило 13: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и «Вопрос №3 = Проверить состояние пострадавшего, насколько он готов к транспортировке», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №3».
Правило 14: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Практические навыки оказания первой помощи пострадавшим» и « Вопрос №4 = Закопать пострадавшего в землю», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №4».
Правило15: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Элементарные технические знания об электроустановке и ее оборудовании» и «Вопрос №5 = Исправная электроустановка» ,то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №5».
Правило16: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Элементарные технические знания об электроустановке и ее оборудовании» и « Вопрос №6 = В электроустановках напряжением до 1000 В» ,то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №6».
Правило17: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Знание мер предосторожности при работах в электроустановках» и « Вопрос №7 = Самостоятельно устранить неисправности», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №7».
Правило18: Если «Ваша группа допуска? = II группа» и «Тема для II группы = Знание мер предосторожности при работах в электроустановках» и « Вопрос №8 = Заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности)», то «Заключение = Не верно ответили на вопрос №8».
Правило 19: Если «Ваша группа допуска? = III группа» и «Тема для III группы = Элементарные технические знания об электроустановке и ее оборудовании» и «Вопрос №5 = Электроустановка или ее часть, которая находится под напряжением, либо на которую напряжение может быть подано включением коммутационных аппаратов» и «Вопрос №6 = В электроустановках напряжением от 6 до 110 кВ», то «Заключение = Вам присвоена III квалификационная группа».