V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

В работе рассматривается построение экспертной системы принятия решений для процессов очистки теплоэнергетического оборудования. Рассмотрена структура разработанной экспертной системы (ЭС) и ее компоненты, взаимодействие с системой.

Разработка технологии процессов очистки предполагает выбор оптимальных композиций на основе комплексонов и режимов промывки оборудования, которые обеспечивают максимальную скорость растворения отложений и минимальную скорость коррозии металла.

Разработана функциональная структура системы, которая представлена на рис.1. Экспертная система содержит в своем составе базу знаний и механизм логических выводов [1]. База знаний содержит формализованные знания экспертов, представленные в виде продукционных правил и фреймов:

Рис. 1. Функциональная структура ЭС

1) конечный набор правил ПП={P1,…,Pn}, которые задают причинно-следственные отношения между простыми и сложными объектами (сущностями) и определяют способы ма­нипулирования данными, характерные для рассматриваемой про­блемной области;

2) конечный список фреймов F={F1,…,Fm}, которые определяют объекты, их характеристики и значения, суще­ствующие в области экспертизы. Фрейм состоит из слотов. Каждый слот – это его имя, значение и вопрос.

Совокупность знаний, используемых при решении неформализованных задач при очистке теплоэнергетического оборудования, можно представить в виде кортежа множеств и отношений:

K = < P, K, R, O, R1, R2, R3, R4 >,

где P– множество композиций промывки (комплексон, ингибитор, восстановитель, кислота), K– множество параметров контура (материал, объем и т.д.), R– множество параметров раствора (pH, температура, концентрация), O– множество параметров отложений (состав, плотность, поверхность, покрытая отложениями), R1 – отношение соответствия между требуемыми параметрами контура и параметрами раствора, R2 – отношение соответствия между параметрами отложений и композициями промывки, R3 – отношение соответствия между параметрами контура и композициями промывки, R4 – отношение соответствия между композициями промывки и параметрами раствора.

Множества P, K, R, O организованы в виде реляционных таблиц базы данных. Отношения R1, R2, R3, R4 формально представлены продукционным правилами базы знаний. Правила и фреймы взаимодействуют в процессе логического вывода.

Любое продукцион­ное правило, содержащееся в базе знаний, состоит из двух частей: антеце­дента и консеквента. Антецедент представляет собой посылку правила (условную часть) и состоит из элементарных предложе­ний, соединенных логическими связками И, ИЛИ. Консеквент (цель) включает одно предложение, кото­рое выражает либо некоторый факт, либо указание на определен­ное действие, подлежащее исполнению. Продукционные правила в общем виде представляются следующим образом:

АНТЕЦЕДЕНТ КОНСЕКВЕНТ.

Правила и фреймы взаимодействуют в процессе логического вывода, который в данной экспертной системе имеет схему принятия решений. Структура и взаимосвязь компонентов базы знаний представлена на рис.2.

Дополнительно для ведения базы знаний и дополнения ее знаниями, полученными от эксперта, требуется отдельный модуль приобретения знаний. С помощью этого модуля система наполняется знаниями, что позволяет ей самостоятельно (без эксперта) решать задачи предметной области.

Другим важным компонентом ЭС является интерфейс программы с разделением прав доступа, необходимый для правильной передачи ответов пользователю в удобной для него форме и для манипуляций со знаниями, для которых необходимо наличие прав эксперта.

В экспертной системе присутствует модуль, который способен при помощи механизма логического вывода «осуществить разумное решение поставленной задачи», сопровождая его по требованию пользователя различными комментариями, поясняющими ход проведенных рассуждений. Модуль, реализующий эти функции, называется модулем объяснений или трассировкой.

Рис. 2. Структура и взаимосвязь компонентов БЗ

База данных ЭС служит для накопления результатов логического вывода, которые представляют собой набор эксплуатационных данных по промывке теплоэнергетического оборудования.

Экспертная система принятия решений для процессов очистки теплоэнергетического оборудования предназначена для работы с тремя типами пользователей: инженер по знаниям, эксперт-технолог, пользователь экспертной системы.

На основе меню в системе реализован многооконный интерфейс с разделением прав доступа, необходимый для правильной передачи ответов пользователю в удобной для него форме и для манипуляций со знаниями, для которых необходимо наличие прав эксперта. В основном меню системы предлагается семь режимов работы: «База знаний», «Фреймы», «Правила», «База данных», «Вывод», «Справка», «Выход».

В режиме «База знаний» пользователь может загрузить и просмотреть необходимую базу знаний. В режимах «Фреймы» и «Правила» пользователь, имея права эксперта, может добавлять, модифицировать и удалять фреймы и правила базы знаний. В режиме «База данных» пользователю доступно окно базы эксплуатационных данных, в котором он тоже может добавлять композиции промывки теплоэнергетического оборудования. В режиме «Вывод» система формирует и выводит рекомендации по очистке объекта, запросив фрейм для поиска решения у пользователя.

Работа системы представлена двумя режимами: приобретения зна­ний и решения задач.

В режиме приобретения знаний эксперт опи­сывает предметную область в виде совокупности фреймов и правил-продукций. Редактор базы знаний позволяет выполнять манипуляции с компонентами базы знаний, которые формально представляются в систему набором из четырех таблиц-отношений унифицированной структуры и набором исходных файлов.

Эксперт, используя модуль приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в ре­жиме решения самостоятельно решать задачи из предметной области.

В режиме решения задачи общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, который может не быть специалистом в данной предметной области. Для поиска решения пользователь инициализирует фрейм, выбирает параметры промывки теплообменного оборудования и определяет цель логического вывода. Используя фреймы, ЭС задаёт только те вопросы, которые являются подходящими для получения вероятного решения. Запросив необходимые данные, система производит их инициализацию в списке логических выводов, в списке переменных условия и в расширенном списке переменных условия. Дальше система ищет правила с заданной целью в списке логических выводов и добавляет номера этих правил в стек. По каждому правилу из стека система проводит проверку соответствия инициализированных переменных из расширенного списка с переменными правил из стека. При соответствии всех переменных расширенного списка и правил система выдает решение поставленной задачи, в противном случае работа системы завершается с ненайденным результатом. Процесс принятия решений сопровождается трассировкой, т.е. имеется возможность просмотра последовательности действий, выполняемых системой в процессе логического вывода. Также в процессе решения задачи имеется возможность выбора режима работы логического вывода: обычного или пошагового.

1. Гаскаров, Д. В. Интеллектуальные экспертные системы / Д. В. Гаскаров.– М.: Высшая школа, 2003. – 431 с.: ил.

Код для цитирования: Скопировать