Практическая разработка экспертных систем в среде CLIPS

Постановка задачи.

Создание экспертной системы управления технологическим процессом (ТП) может значительно ускорить процесс разработки сложной системы управления ТП, повысить качество решения задачи и дать экономию ресурсов за счет эффективного распределения функций центрального управления и локальных измерительных и управляющих подсистем. Такой эффект достигается за счет открытости системы представления знаний об объекте управления, адаптивности системы к условиям функционирования, автоматической коррекции управляющих воздействий при изменении существенных параметров в процессе функционирования.

ЭС CLIPS рассматривается в лекции как инструментальное средство для разработки. Выбор CLIPS обусловлен двумя причинами: во-первых, эта ЭС, разработанная NASA, доказала свою эффективность и свободно распространяется через Internet ; во-вторых, реализация CLIPS на языке С++ позволяет переносить конкретные ЭС на различные типы операционных систем. Кроме того, может быть обеспечена возможность работы в реальном масштабе времени, когда реакция системы на возмущения должна не превышать нескольких миллисекунд.

В качестве ТП рассмотрим создание деталей сложной формы, например, вытачивание лопаток турбины. В данном случае ИРС осуществляет управление технологическим процессом через систему управления высшего уровня, способную к самостоятельному функционированию и обеспечивающую выполнение всех основных функций по управлению сбором и анализом информации и принятию оперативных решений по ходу процесса на основе разрабатываемой ЭС. В состав ИРС входит ряд локальных управляющих подсистем нижнего уровня, каждая из которых осуществляет управление одним из компонентов ТП по жесткому aлгоритму в реальном времени. ЭС управления ТП, разрабатываемая в рамках данной лекции, обеспечивает организацию сбора информации об управляемом процессе от локальных управляющих подсистем, управление режимами их функционирования и принятие оперативных управляющих решений на основе информации,поступившей от систем управления нижнего уровня. В общем случае управление ТП может осуществляться полностью автоматически.

Приступим к формализации знаний экспертов по управлению ТП создания деталей сложной формы. Выделим множество информативных (существенных) параметров, влияющих на ТП и позволяющих управлять ТП с некоторой достоверностью. Одновременно для выбранных параметров выделим информативные значения или информативные диапазоны значений. Указанные параметры и их значения представлены в табл. 7.1.

Запишем со слов экспертов информационные образы управляющих решений в алфавите значений информационных параметров. В таблице 7.2 представлена база знаний (база правил) нашей экспертной системы управления технологическим процессом. Здесь достоверность это уверенность эксперта, что такое воздействие позволит достичь заданных параметров обработки Ds, Dm, Da, Dar на основе данного воздействия.

Достоверность правильности управляющего воздействия должна автоматически корректироваться по результатам изготовления детали. В табл. 7.2 приведен учебный пример базы знаний, упрощенный для целей реализации. Здесь не сформулированы задачи работы с базой данных. База целей (конфликтное множество правил) является внутренним для CLIPS механизмом. В общем случае, в процессе обработки производится измерение параметров, и управляющие воздействия задаются в зависимости от результатов измерений и БЗ управляющих воздействий. Например в данном примере, пока точность детали Dar < 3, работает строка 6 таблицы 7.2, как только Dar достигло значения 3, начинает работать строка 7. Это и есть простейший пример работы ЭС в реальном времени.