 |
||
|
||
Интеллектуальная система поддержки принятия решений для проектирования стендового технологического оборудования
Н.Г. Ярушкина, А.М. Наместников
Ульяновский государственный технический университет
Abstract – This paper is devoted for expert system using in CAD of electronic devices. Special control equipment is characterized the strong ergonomic features. Only expert system can solve this problem. The paper proposes using the fuzzy expert system. The structure and the fuzzy rule inference are described. A new characteristic of fuzzy expert system is a decision making system and fuzzy expert system integration. The decision making system is developed by T. Saaty method.
На предприятиях, занимающихся выпуском изделий радиотехнического направления, часто в качестве дополнительных приборов контроля и имитации используются так называемые пульты, входящие в состав стендового технологического оборудования (СТО). Как правило, такое оборудование проектируется с использованием стандарта предприятия (СТП), которое декларирует применение унифицированных деталей. Достаточно нетривиальной задачей является подбор такого корпуса для разрабатываемого пульта, который бы обеспечивал необходимую надежность проектируемого устройства с приемлемым коэффициентом заполнения внутри корпуса и где были бы учтены эргономические требования
. Наличие фиксированного ряда типоразмеров корпусов существенно облегчает нахождение рационального корпуса и для опытного конструктора задача подбора подходящего корпуса не представляется достаточно сложной. Однако молодой специалист, который только что окончил учебное заведение и не обладает тем багажом практических знаний, который есть у эксперта, испытывает значительные трудности при решении подобных задач. Поэтому, с целью повышения качества СТО и сокращения сроков проектирования, был разработан прототип экспертной системы (ЭС) для определения рациональных типоразмеров корпусов при разработке пультов [1, 2].Формально задача описывается
следующим образом: СТП содержит фиксированное
множество типоразмеров корпусов 
, 
, 
- тип корпуса. Тип корпуса
может принимать следующие значения: корпус с
наклонной передней панелью, корпус с
вертикальной передней панелью и корпус с шасси.
Существует множество габаритов передней панели 
, 
, причем 
, т.е. для ряда
типоразмеров корпусов могут использоваться
одинаковые передние панели. Цель задачи -
определить 
с
минимально возможными габаритными размерами,
принимая во внимание исходные данные,
представляемые в виде следующих векторов: 
и 
. Вектор описывает
параметры элементов, устанавливаемых внутри
корпуса, вектор содержит
ряд ограничения на значения эргономических
показателей.
Функциональная схема ЭС представлена на рис. 1, где можно выделить ряд подсистем: подсистема логического вывода, СУБД, подсистема поддержки принятия решений. Для работы с ЭС определены два типа пользователя: администратор БД и конструктор. Взаимодействие конструктора с ЭС начинается с определения номенклатуры элементов, используемых в проектируемом устройстве. Все анализируемые элементы делятся на три категории: покупные элементы; унифицированные сборочные единицы и сборочные единицы, определяемые конструктором. Если ряд элементов отсутствует или информация, описывающая элемент содержит ошибочные данные, то в этом случае конструктор обращается к администратору, который производит редактирование БД. Таким образом, происходит постоянное пополнение БД.
После того, как номенклатура элементов сформирована в отдельной БД (которая носит название рабочей), конструктор переходит непосредственно к этапу экспертизы. Экспертное заключение формирует подсистема логического вывода, используя информацию о составе и параметрах элементов, сборочных единиц и деталей из рабочей БД. Кроме того, перед осуществлением поиска рационального типоразмера корпуса ЭС запрашивает у конструктора дополнительную информацию о режиме работы оператора с проектируемым устройством и о системе предпочтения конструктора, выполняющего поиск типоразмера корпуса. Режим работы определяется дистанцией между оператором и передней панелью, а также рабочим положением оператора (сидя, стоя).
Результатами работы подсистемы логического вывода являются экспертное заключение, вывод протокола экспертизы и запись данных статистики в БД, которая содержит в себе историю ранее выполненных проектов. Экспертное заключение генерируется в виде списка возможных типоразмеров корпусов. Протоколирование логического вывода отображает процесс поиска решения и вполне может служить в качестве вспомогательной информации на этапе тестирования ЭС, а также для ответа на запрос проектировщика о способе вывода решения после того, как решение было сформировано. Данные проекта заносятся в БД статистики и используются для создания репозитария значимых параметров, используемых ЭС в процессе нахождения решения. Это позволяет отслеживать причины получения неудачных решений и, как следствие, ускоряет процесс перенастройки БЗ ЭС.
Задача выбора оптимального типоразмера корпуса решается подсистемой поддержки принятия решений. В основу данной подсистемы был положен метод анализа иерархий Т. Саати (МАИ) [
3] с рядом модификаций, а именно:- Элементами критериального уровеня в МАИ могут выступать иерархии вида “часть-целое”, которые представляют сложные составные критерии - аспекты (например, массогабаритный критерий делится на массу, площадь передней панели и установочная площадь внутри корпуса). Следствием этого является возникновение системы вложенных иерархий (рис.2).
- Принцип оптимальности при свертке критериев в рамках каждой из субиерархий может различаться в соответствии с индивидуальными предпочтениями лица, принимающего решения (ЛПР).
- На множестве альтернатив каждому из
критериев ставятся в соответствие
лингвистические переменные (ЛП) 
с термальным множеством 
, которые характеризуют
личные предпочтения ЛПР. Базовым множеством
такой ЛП является допустимое множество значений
критерия. Для оценки эффективности альтернативы
по отдельному критерию вводится дополнительная
ЛП 
с термальным
множеством 
, мощность
которого совпадает с мощностью терм-множества 
. Такая ЛП является
инвариантной по отношению к каждому из критериев
и ее базовое множество
принимает свои значения на отрезке [0,1]. Между
двумя ЛП есть причинно-следственная связь,
которая представляется в виде нечеткого
импликативного отношения:
, (1)
где 
- базовое
множество значений 
- го
критерия, 
- базовое
множество значений оценки эффективности
альтернатив.
Необходимо различать два типа связи между такими ЛП: прямую и обратную. Для прямой связи, используя в качестве импликации операцию взятия минимума, можно записать следующее выражение:
(2)
В этом случае функцию принадлежности
коэффициента эффективности альтернативы по 
- му критерию с учетом (2)
можно записать следующим образом:
, (3)
где 
- номер
альтернативы.
Результат объединения функций принадлежности коэффициента эффективности по всем термам:
. (4)
Выражение (4) определяет функцию
принадлежности коэффициента эффективности
альтернативы 
по 
- му критерию.
Для получения четкого значения коэффициента необходима операция дефаззификации:
. (5)
Формула (5) определяет операцию дефаззификации по методу центра тяжести.
Для обратной связи между ЛП 
и формула (2) претерпевает незначительные
изменения, а именно:
(6)
Примером прямой связи между перемеными может служить эффективность альтернативы по критерию “надежность” (чем больше надежность, тем лучше), а в качестве примера обратной связи можно назвать эффективность альтернативы по критерию “масса” (чем больше масса, тем хуже).
На рис.3 показан механизм формирования
коэффициента эффективности - ой альтернативы по - му критерию.
В настоящее время создан прототип описанной интеллектуальной системы с использованием оболочки нечеткой ЭС FuzzyClips 6.04, содержащий около 200 продукционных правил.
Литература
| Site of Information
Technologies Designed by inftech@webservis.ru. |
|