System ekspertowy (Praca dyplomowa), WAT, semestr VII, Systemy eksperckie
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Politechnika ŁódzkaInstytut InformatykiPRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKAZastosowanie regułowej reprezentacji wiedzyi logiki rozmytej w systemie ekspertowymsterującym procesami technologicznymiWydział Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki StosowanejPromotor: dr inŜ. Agnieszka WosiakDyplomant: inŜ. Marcin KowalskiNr albumu: 153755Łódź, 2010 r.Instytut Informatyki90-924 Łódź, ul. Wólczańska 215,budynek B9tel. 042 631 27 97, 042 632 97 57, fax 042 630 34 14 email: office@ics.p.lodz.plZastosowanie regułowej reprezentacji wiedzy i logiki rozmytej w systemie ekspertowymsterującym procesami technologicznymi._________________________________________________________________________Spis treści1. Wstęp ............................................................................................................................ 41.1. Uzasadnienie wyboru tematu ..................................................................................... 41.2. Cel i zakres pracy ....................................................................................................... 62. System ekspertowy jako system informatyczny ........................................................... 72.1. Historia systemów ekspertowych ............................................................................... 92.2. Wiedza i jej reprezentacja .......................................................................................... 112.2.1. Definicja wiedzy .............................................................................................................. 112.2.2. Reguły i fakty .................................................................................................................. 122.2.3. Logika i jej warianty ........................................................................................................ 132.2.4. Modele obliczeniowe ....................................................................................................... 172.3. Charakterystyka systemów ekspertowych ..................................................................192.3.1. Definicja systemu ekspertowego ......................................................................................192.3.2. Wady i zalety ekspertyzy sztucznej i naturalnej ............................................................. 202.3.3. Cele i wymagania stawiane systemom ekspertowym ..................................................... 212.3.4. Rodzaje i klasyfikacja systemów ekspertowych ............................................................. 222.3.5. Systemy ekspertowe czasu rzeczywistego ...................................................................... 272.4. Budowa systemów ekspertowych ............................................................................. 292.4.1. Interfejs uŜytkownika ......................................................................................................312.4.2. Baza wiedzy .....................................................................................................................322.4.3. Bazy danych .....................................................................................................................372.4.4. Maszyna wnioskująca ......................................................................................................382.4.5. Moduł wyjaśniający .........................................................................................................473. Narzędzia do tworzenia systemów ekspertowych ........................................................493.1. Języki programowania ...............................................................................................493.1.1. Klasyczne języki programowania ....................................................................................493.1.2. Specjalistyczne języki programowania ........................................................................... 493.2. Systemy szkieletowe ................................................................................................. 504. Projekt symulatora ciepłowni olejowej ....................................................................... 514.1. Etapy projektowania symulatora ciepłowni olejowej ............................................... 514.1.1. Analiza problemu ............................................................................................................ 514.1.2. Projekt interfejsu ............................................................................................................. 534.1.3. Funkcjonalność ............................................................................................................... 624.1.4. Testowanie ...................................................................................................................... 632Zastosowanie regułowej reprezentacji wiedzy i logiki rozmytej w systemie ekspertowymsterującym procesami technologicznymi._________________________________________________________________________4.2. Architektura symulatora ciepłowni olejowej ............................................................ 654.2.1. Ogólny schemat blokowy ............................................................................................... 654.2.2. Szczegółowe schematy blokowe modułów .................................................................... 664.3. Obsługa symulatora ciepłowni olejowej ................................................................... 704.3.2. Narzędzia i konfiguracja ................................................................................................. 704.3.3. Pomoc programu ............................................................................................................. 794.3.4. Komunikacja z uŜytkownikiem ...................................................................................... 804.4. Narzędzia wykorzystane podczas projektowania ..................................................... 844.4.1. Integracja symulatora ciepłowni olejowej z systemem operacyjnym ............................ 854.5. Wady i zalety symulatora ciepłowni olejowej .......................................................... 874.6. Planowany rozwój projektu ...................................................................................... 885. Podsumowanie i wnioski ............................................................................................. 89Abstract ............................................................................................................................ 91Bibliografia ...................................................................................................................... 93Spis tabel, rysunków i schematów blokowych ................................................................ 95Rysunki ..................................................................................................................................... 95Tabele ........................................................................................................................................ 96Schematy blokowe .................................................................................................................... 963Zastosowanie regułowej reprezentacji wiedzy i logiki rozmytej w systemie ekspertowymsterującym procesami technologicznymi._________________________________________________________________________1. Wstęp1.1. Uzasadnienie wyboru tematuZłoŜoność problemów automatyki przemysłowej, a takŜe uŜytkowej, jakiej człowiekmusi stawić czoło jest niezwykle rozbudowana. Stopień skomplikowania układówsterowania rośnie wraz z wprowadzeniem na rynek kaŜdej nowości technologicznej,a w związku z tym, Ŝe wszelkie udoskonalenia muszą współpracować z istniejącymielementami infrastruktury, całość musi być kompatybilna wstecz. Jednymi z głównychwymogów rozwojowych, specyficznych systemów, jakimi są systemy ekspertowe,są elastyczność i kompatybilność czyniące ogół niezawodnym.Ilość wejść, wyjść i róŜnego rodzaju przetworników we współczesnych układachautomatyki jest tak duŜa, Ŝe człowiek nie jest w stanie opanować ich wszystkichw wymaganym czasie lub w ogóle. Dla przykładu, liczba czujników znajdująca sięna pokładzie dowolnej stacji kosmicznej sięga kilkudziesięciu tysięcy. śaden człowiek,a nawet zespół ludzi nie jest w stanie sprawdzić wskazań ze wszystkich sensorów w ciągusekundy, natomiast mikroprocesor o odpowiedniej mocy obliczeniowej zrobi to bez trudu,bezbłędnie i po wykonaniu tej operacji będzie gotów uruchomić ją jeszcze tysiące razy nieulegając przy tym zmęczeniu lub dekoncentracji, a reakcja na wszelkie sygnały będziebłyskawiczna. Przewaga komputerów nad ludźmi jest bezapelacyjna biorąc pod uwagęmoŜliwości obliczeniowe jednostek arytmetyczno - logicznych, pojemność pamięci,moŜliwość szybkiego dostępu do dowolnie wybranych informacji oraz powtarzalnośćotrzymywanych wyników czyli wysoki poziom wydawanych ekspertyz.Z drugiej strony moŜna zauwaŜyć bezradność komputerów w sytuacjach diametralnieróŜniących się od ujętych w schematach i algorytmach działania. Gdy człowiek niezaprogramuje odpowiednio maszyny, nie będzie ona w stanie wykonać Ŝadnej operacjimającej na celu sterowanie danym elementem automatyki lub choćby monitorowanie jegoparametrów, moŜe jedynie wykryć błąd i o tym zaalarmować. Podsumowując, człowiekposiadający wiedzę w jaki sposób kontrolować oraz zarządzać zasobami pewnej grupyzautomatyzowanych elementów nie poradzi sobie z ogromem informacji płynącejze wszystkich moŜliwych kombinacji wejść i wyjść, natomiast komputer bez4Zastosowanie regułowej reprezentacji wiedzy i logiki rozmytej w systemie ekspertowymsterującym procesami technologicznymi._________________________________________________________________________odpowiedniego algorytmu sterującego, oraz bazy zawierającej wiedzę eksperta z danejdziedziny, równieŜ jest bezuŜyteczny w danej materii.Wszystkie systemy ekspertowe działające na świecie zostały zaprojektowane w celuzwiększenia efektywności oraz niezawodności pracy przy zminimalizowaniu ilości ludziposiadających odpowiednie kwalifikacje i uprawnienia. Te niezwykle złoŜone programysłuŜące do rozwiązywania problemów o podłoŜu intelektualnym, w przeciwieństwiedo ludzi, działają bezbłędnie, nie mylą się, nie męczą się, pracują 24 godziny na dobę,7 dni w tygodniu. W kaŜdej sekundzie pobierają ogromne ilości informacji ze wszystkichdostępnych w systemie czujników, nawet tych najbardziej od siebie odległych, porównująje z wzorcami, przeprowadzają na nich operacje arytmetyczno logiczne, obliczają wartościpośrednie lub sprawdzają czy dane wartości mieszczą się w zadanych przedziałach, alemimo tych wszystkich zalet nie posiadają intuicji i doświadczenia człowieka.Pojawienie się wielu rodzajów systemów ekspertowych spowodowało widocznąredukcję zasobów ludzkich w przemyśle, logistyce, chemii, geologii i wielu innychdziedzinach Ŝycia. System ekspertowy skutecznie zastąpił człowieka w większościistniejących branŜ. Praca w warunkach niebezpiecznych, Ŝmudne, powtarzające sięczynności, praca na obszarze niemoŜliwym do ogarnięcia przez jedną lub kilka osób niestanowi problemu dla odpowiednio zaprojektowanego oprogramowania. Mimo, Ŝe kosztwdroŜeniaprojektujestzwyklebardzoduŜytokosztyeksploatacjiw dłuŜszym okresie czasu, niezawodność systemu oraz wyeliminowanie sytuacjistresowych z Ŝycia osób pełniących nadzór nad zautomatyzowanym zakłademprzemysłowym, rekompensują wkład z nawiązką.PowyŜsze rozwaŜania skłoniły mnie do zaprojektowania programu komputerowegosymulującego działanie systemu ekspertowego czasu rzeczywistego. Program tenwykorzystuje wszystkie moduły jakimi dysponuje typowy system ekspertowy, więc moŜebardzo dobrze odwzorowywać jego działanie oraz zalety i wady zastąpienia nim ludzi.Głównym załoŜeniem było jak najwierniejsze odtworzenie rzeczywistego układuautomatyki wewnątrz komputerowej rzeczywistości.5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]