Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Задача замещения ресурсов в рамках моделирования и проектирования технологических систем 11
1.1 Ресурсы. Методы их представления, описания и классификация 11
1.2 Особенности построения модели замещения ресурсов 15
1.3 Проблемы синтеза процедур замещения ресурсов как новых технических решений 23
1.4 Вепольный анализ, его особенности и возможности использования в решении задачи замещения ресурсов. Противоречия и методы их устранения 24
1.5 Принятие решений в составе задачи замещения ресурсов технологических систем 32
1.6 Выводы, цель и задачи исследования 34
ГЛАВА 2. Системное моделирование задачи замещения ресурсов технологических систем 36
2.1. Концептуальная модель замещения ресурсов 36
2.2. Теоретико-множественная модель замещения ресурсов 41
2.3. Синтез процедур замещения ресурсов 46
2.4. Модели структуризации отношений на множествах ресурсов и их свойств 53
2.4.1. Модели структуризации отношений на множестве ресурсов 54
2.4.2. Модель структуризации отношений на множестве свойств ресурсов...61
2.5. Построение структуры предпочтения ЛПР выбора ресурсов ТС в условиях замещения 69
2.6. Выводы 73
ГЛАВА 3. Алгоритмы разрешения противоречии в задачах замещения ресурсов технологических систем 74
3.1. Общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов 74
3.2. Модели и алгоритмы получения знаний на семантических сетях в задачах замещения ресурсов технологических систем 77
3.2.1. Классификация задач, решаемых при замещении ресурсов 77
3.2.2. Поиск решений на семантических сетях в задачах замещения ресурсов технологических систем 81
3.2.3. Проектирование новых заменителей в технологических системах 85
3.3. Выявление причин возникновения противоречий 91
3.4. Методы разрешения противоречий в задачах замещения ресурсов технологических систем 97
3.5. Выводы 104
ГЛАВА 4. Программная реализация результатов исследования 105
4.1. Программные средства 105
4.2. Пакет прикладных программ 110
4.3. Контрольный пример замещения ресурса 116
4.4. Выводы 121
Заключение 123
Список литературы
- Ресурсы. Методы их представления, описания и классификация
- Концептуальная модель замещения ресурсов
- Общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов
- Программные средства
Введение к работе
Существующие ранее в условиях плановой экономики методы проектирования, планирования и управления предприятиями оказались в значительной мере несостоятельными и неэффективными в сложившейся в настоящее время экономической ситуации в стране. Условия рыночных отношений выдвинули на первый план большое количество новых, ранее не учитываемых факторов, сильно влияющий в данный момент на характер производства.
Ситуация значительно усложняется экономической нестабильностью в стране. Постоянное изменение ценовой политики, инфляция, отсутствие актов разумного регулирования - лишь некоторые признаки, свойственные данной ситуации, приводящие к тому, что предприятия оказались не в состоянии ни только конкурировать на рынке товаров, но и обеспечивать себя требуемым для функционирования производства количеством сырья.
Нестабильность цен и высокая конкуренция приводят к тому, что, предприятия должны менять в соответствии с этим свою поведенческую тактику и стратегию, что является важной актуальной задачей управления любого предприятия.
Условия современных глобальных рынков таковы, что предприятия вынуждены порой по требованию клиентов производить товары почти единичными экземплярами (или малыми партиями) в массе различных вариантов. Примерами тому могут служить мебельная промышленность, полупроводниковая промышленность, поставщики внутренней отделки салона для автомобильной промышленности, производители сантехники и т.д. Если к этому прибавить многочисленные изменения в ресурсах, рабочей силе, технологии и т.д., то складывается такая ситуация, когда предприятие подвергается массе всевозможных изменений, на которые оно должно стремительно реагировать, т.к. задержка или простой стоят не дешево. Если взглянуть на эту проблему со стороны
5 системы планирования и управления производством, то возникает следующая
картина. Система управления, с одной стороны, должна поддерживать
основной процесс производства [1, 2], а с другой стороны, должна быть
готова адаптировать этот процесс к десяткам тысяч возможных изменений,
поступающих со стороны рынка, клиентов, поставщиков и т.д.
Возьмем, к примеру, производство обычных квартирных водопроводных кранов. Основной процесс планирования здесь задан технологией обработки литья. Однако тут в «игру вступают» клиенты-заказчики: для одних кран должен быть строго определенной формы, которую они сами разработали, для других играет роль покрытие, третьи хотят приобрести «подешевле» и т.д. Вся проблема в том, что все эти клиенты заказывают малыми партиями и в сжатые сроки, кроме того само предприятие покупает исходный материал для кранов тоже «повыгоднее». Помимо кранов, данное предприятие параллельно выпускает в сходных условиях множество иных изделий. Другими словами, задачей является быстрое перепланирование и адаптация сложной иерархической структуры, состоящей из массы взаимосвязанных элементов. Если вспомнить, что каждый процесс адаптации предполагает некую «программу» адаптации, то нужно написать десятки тысяч программ, которые будут подстраивать предприятие к современному рынку.
Появившееся возмущение со стороны внешней среды, например, рынка, * на входе - выходе функционирующего предприятия (технологической системы (ТС)) может привести к изменению как его цели, так и функции, структуры, компоновки и др. на любом иерархическом уровне своей организации. Предприятия обязаны быстро реагировать на возмущения, проводя операцию по адаптации к изменившимся условиям функционирования.
Подобная операция в настоящей работе названа операцией по замещению ресурсов ТС, а любое целенаправленное изменение в ней -замещением ресурсов.
Под ресурсами будем понимать средства (финансовые, материальные, организационные, трудовые и др.), которые необходимы для достижения целей функционирования ТС.
Конкретная значимость понятия «технологическая система» непосредственно связана с другим понятием - «технология», по которой подразумевается совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала и полуфабриката, реализуемых в процессе производства продукции [10]. Заметим, что продуктом такой системы в общем смысле может быть изделие отдельной технологической линии, план развития предприятия или его технический проект, пакет прикладных программ или результаты научных исследований и т. п. При этом под понятие ТС попадает широкий круг объектов, предназначенных для реализации различных целей проектирования, планирования и управления, например, промышленный комплекс и автоматизированная система управления этим комплексом, гибкая автоматизированная линия и система ее автоматизированного проектирования и т. п.
На этапе синтеза ТС возникают актуальные вопросы, связанные с проблемой замещения ресурсов и которые, по существу,.,.- остаются открытыми. Это объясняется тем, что самостоятельная теория замещения ресурсов, связанная единством методологических подходов к синтезу процедур замещения ресурсов, отсутствует. Во-вторых, большинство-предложенных методов замещения ресурсов ТС опирается на эвристические соображения, возникающих из конкретных приложений понятия замещения ресурсов к частным задачам. Попытки расширить сферу применимости выведенных таким образом процедур часто дают неудовлетворительные результаты, так как процедуры, подогнанные под характеристики конкретного примера и механически применяемые для другого случая, оказались непригодными. Применение этих методов при решении конкретных задач замещения ресурсов приводит к различным результатам, зависящим от использованной процедуры, что не позволяет проникнуть в
7 сущность причин, вызывающих таксономические различия, и подвергнуть их
аналитическому исследованию. Обычно при замещении ресурсов применяют
эмпирические методы, которые фактически представляют собой тот или
иной вариант плохо контролируемого метода проб и ошибок. При этом
важное значение приобретает синтез новых информационных технологий
замещения ресурсов, что в настоящее время не разработано.
В-третьих, при проведении операции по замещению ресурсов в ТС, естественно, могут возникать противоречия (технические, технологические, организационные и др.), которые в условиях дефицита времени необходимо разрешать. При этом возникают вопросы, требующие разработки моделей и модификации методов разрешения противоречий, учитывающих структурно-параметрические особенности конкретной прикладной задачи замещения ресурсов.
Именно единство методологических подходов к проблеме замещения ресурсов дает возможность унифицировать математическое, информационное и программное обеспечение принятия решения и управления на всех этапах проведения операции по замещению ресурсов ТС.
Исключительное многообразие практических ситуаций, возникающих при замещении ресурсов, обусловили первостепенное значение системных исследований при изучении предметной области.
В работе в качестве концептуального принципа использован известный в математической логике принцип замещения [39], согласно которому эквивалентные высказывания могут заменяться друг другом и при этом значение истинности сложных высказываний, в которые входят эквивалентные высказывания, не претерпевает изменений, т.е., преломляя вышесказанное на настоящее исследование, полезность проведения операции по замещению одного ресурса другим не должна понизить эффективность функционирования ТС.
Область исследования в настоящей работе соответствует приоритетным направлениям развития науки и техники, которые Министерство науки РФ определило в перечне работ, обозначенных как
8 «Критические технологии федерального уровня» (перечень утверждён
Председателем Правительственной комиссии по научно-технической
политике B.C. Черномырдиным 21.07.96 г., № 2728-П8). В частности к таким
работам относятся: системы математического моделирования;
интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и
управления.
Диссертационная работа выполнена на кафедре математического моделирования информационных и технологических систем Воронежской государственной технологической академии в рамках госбюджетной НИР (N г.р. 01960007318) по теме N 1.6.2 «Моделирование, выбор и принятие решений в структурно-параметрическом представлении функционирования многоцелевых систем применительно к теории конфликта» (N г.р. 01.2001.16818).
Цель работы: разработать математические модели и алгоритмы синтеза и анализа процедур проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечения предметных автоматизированных систем поддержки принятия проектных решений.
Достижение цели исследования предполагает решение следующих задач:
1. Системное моделирование, декомпозиция и построение структурной
модели синтеза процедур проектирования в задачах замещения ресурсов ТС.
Разработать концептуальную и математическую модель замещения ресурсов ТС, модели и алгоритмы структуризации отношений на множествах ресурсов и их свойств.
Построить структуру предпочтения ЛПР выбора ресурсов ТС в условиях их замещения.
4. Разработать алгоритмы разрешения противоречий в задачах
замещения ресурсов ТС.
5. Разработать пакет прикладных программ (111111) поддержки
принятия проектного решения в задачах замещения ресурсов ТС.
6. Провести апробацию результатов работы в промышленных условиях
и вычислительный эксперимент на реальных примерах замещения ресурсов
ТС.
Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании следующих методов и теорий: систем, множеств, графов, вепольного и причинного анализа, САПР, выбора и принятия решений, искусственного интеллекта, ситуационного управления, математического моделирования и программирования. Общей методологической основой является системный подход.
Научная новизна работы заключается в разработанных моделях и
алгоритмах структурно-параметрического синтеза и анализа процедур
проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях
функционирования ТС: *
структурная модель замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, отражающая систему этапов синтеза* процедур замещения и связи между ними и создающая основу для их математического моделирования;
теоретико-множественная модель выбора ресурсов ТС в условиях замещения ресурсов, в которой в отличии от известных отражены такие аспекты, как многоцелевой характер, векторная оценка эффективности, многоальтернативность формируемых решений;
алгоритмы структуризации отношений и правил принятия решений на множествах ресурсов и их свойств, позволяющие комплексно оценить полезность замещения ресурса и отличающиеся от известных тем, что разделение графа предпочтений J11 IP на подграфы проводится на основе бинарных отношений содействия, безразличия и конфликта: предложены подходы к построению функции полезности и гарантированного выигрыша;
10 алгоритм разрешения противоречий, позволяющий определить
причины их возникновения и способы их устранения.
Практическая значимость работы заключается в построенных инструментальных средствах в виде предметно-ориентированных моделей, алгоритмов и 111111, реализующих в структуре предметных автоматизированных систем человеко-машинные процедуры поддержки принятия проектных решений в задачах замещения ресурсов ТС.
Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены на ООО «Молоко» путем включения разработанного 111111 в комплексные программы различного иерархического уровня управления предприятием. Эффект от внедрения — социальный.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
Всероссийской научно-технической конференции: «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2002 - 2004 гг.), «Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин» (Воронеж, 2004 г.);
Международных научно-технических конференциях: «Технологическая системотехника» (Тула, 2002г.), «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2001г.), «Современные методы теории функций и смежные проблемы» (Воронеж, 2003г.);
Отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА 2000-2004гг.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований и приложения. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста (основной текст занимает 133 страницы), содержит 29 рисунков и 4 таблицы.
Ресурсы. Методы их представления, описания и классификация
Исходным компонентом при замещении ресурсов ТС является ресурс. Будем считать, что ресурс вполне определен, если известны значения его основных свойств. Также каждый вид ресурса характеризуется своими проявлениями в конкретных условиях, например, эксплуатации.
С содержательной точки зрения ресурсы можно разделить на однородные (типа мощности) и разнородные (материальные, трудовые, финансовые и т.п.). С материальной точки зрения ресурсы могут иметь дискретную, непрерывную и смешанную шкалу интенсивности [66, 88, 91]. Следует также отметить, что ресурсы могут быть взаимонезависимыми и взаимозаменяемыми.
Рассмотрим ресурсы, наиболее часто используемые на всех этапах жизненного цикла систем [11, 13].
Ресурсы вещества готовые - это любые материалы, из которых состоит система и ее окружение, выпускаемая ею продукция, отходы и т. п., которые, в принципе, можно использовать дополнительно.
Ресурсы вещества производные. - вещества, получаемые в результате любых воздействий на готовые вещественные ресурсы.
Ресурсы энергии готовые - любая энергия, нереализованные запасы которой имеются в системе или ее окружении.
Ресурсы энергии производные - энергия, получаемая в результате преобразования готовых энергетических ресурсов в другие виды энергии, либо изменения направления их действия, интенсивности и других характеристик. Ресурсы информации готовые - информация о системе. Ресурсы интеллектуальные готовые - знания человека (ЛПР). Ресурсы информации производные - информация, получаемая в результате преобразования и обработки информации в полезную.
Ресурсы пространства готовые - имеющееся в системе или ее окружении свободное, незанятое место. Эффективный способ реализации этого ресурса - использование пустоты вместо вещества.
Ресурсы времени готовые - временные промежутки в технологическом процессе, а также до или после него, между процессами, не использованные ранее или использованные частично.
Ресурсы времени производные - временные промежутки, получаемые в результате ускорения, замедления, прерывания или превращения в непрерывные протекающих процессов.
Ресурсы функциональные готовые - возможности системы и ее подсистем выполнять по совместительству дополнительные функции, как близкие к основным, так и новые, неожиданные (сверхэффект).
Ресурсы функциональные производные - возможности системы выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений.
Ресурсы структурные готовые - возможности системы в целом и ее подсистем изменять свою топологию.
Системные ресурсы - новые полезные свойства системы или новые функции, которые могут быть получены при изменении связей между подсистемами или при новом способе объединения систем.
Наиболее эффективным является комбинированное использование ресурсов разных видов.
Источники ресурсов, их местонахождение могут быть различными. Ресурсы могут располагаться в оперативной зоне, то есть в зоне, в которой непосредственно происходит рабочий процесс, в других подсистемах данной системы либо являться ее продукцией или отходами.
Другими источниками ресурсов могут быть системы - соседи по общей надсистеме, их продукция или отходы, а также внешняя среда (воздух, вода, почва, различные фоновые поля: гравитационное, электрическое, магнитное, тепловое и т. п.). Трудовые ресурсы человеческие - все остальное.
Процедура формирования исходного множества необходимых для ТС ресурсов - это процесс исключительно интеллектуальный и творческий, в очень сильной степени зависящий от искусства и интуиции ЛПР.
В настоящее время достаточно полно изучены многие виды ресурсов, их свойства, реализации. Однако, результаты исследования ресурсов, как правило, разнообразны по оформлению и не связаны единой методологией. Многие свойства ресурса выражены расплывчатыми терминами.
Выбор множества ресурсов можно осуществлять, применяя различные способы, простейшими из которых будут: метод «на глазок» [66]; методы, использующие априорную информацию [75]. Большой интерес здесь вызывают таксономические методы [79], позволяющие разбивать совокупность данных, понимаемую как объект таксономических исследований, на непустые и непересекающиеся подмножества. При нечетко заданной информации для решения данной задачи могут быть использованы следующие методы: по степени разделения функций принадлежности [94,96], сравнения с эталоном [43], построения нечетких классификаций [22, 70] и другие [36,41].
Однако, в литературе ни один из вышеназванных методов разделения множеств на однородные подмножества не рассматривался в контексте задачи замещения ресурсов ТС.
Концептуальная модель замещения ресурсов
Решение любой задачи, в том числе и задачи замещения ресурсов, можно представить как последовательность определенных этапов, реализованных в дискретные моменты времени. Будем считать, что процесс замещения ресурсов задается в виде траектории в дискретном времени P = P,k,P2k2...P„kn. (2.1)
Этапы, образующие траекторию, могут носить как неформализованный характер (этап замысла замещения ресурсов), так и формализованный характер. Чтобы можно было говорить о замещении ресурсов и считать, что траектория Р определяет некое замещение, надо, чтобы среди этапов имелся по крайней мере один, который представляет собой акт замещения. В обозначении этапа Р,,1"1 нижний индекс характеризует номер шага на траектории Р, а верхний индекс — конкретный вид действия (стратегии), выбираемого на данном шаге на множестве возможных действий. Предположим, что этапы описаны на уровне отдельных действий, не являющихся актами замещения ресурсов или отдельных актов замещения. Кроме того, потребуем, чтобы Р" была направлена на достижение определенной цели замещения. Отдельные этапы могут служить достижению некоторых собственных целей, но все они должны быть подцелями той глобальной цели, которая достигается в конце траектории Р.
Если на п - м шаге траектории Р используется этап Pn , то, поскольку предполагается, что акт замещения направлен на достижения некоторой цели, этот этап выбирается так, чтобы он нас приблизил к цели. Если в начале траектории Р цель была еще далеко, то с каждым шагом мы приближаемся к ней. Предположим, что степень этого приближения мы можем как — то измерить (например, при пространственном перемещении к цели мы можем измерить расстояние, которое осталось пройти до цели).
Тогда через h1"1 будем обозначать то расстояние до цели, которое еще придется пройти по траектории Р, когда на п - м шаге мы выбираем этап Р,!"1. К этому шагу мы израсходуем определенный ресурс, а также ресурс, необходимый для выполнения этапа Pnkn. Суммарный использованный ресурс после этого мы будем обозначать через R1"1. Ресурсы могут иметь различную природу (время, энергия, знания и т.д.). Будем считать все ресурсы одинаковыми и измерять их в некоторой единой системе единиц. В траектории Р хотя бы на одном шаге выступает акт замещения. А это означает, что при его реализации ЛПР, движущийся по траектории Р к своей цели, получил некоторые оценки qi (положительные и отрицательные).
Введем ряд обозначений. Обозначим через Q1"1 глобальную оценку этапа замещения на участке траектории от 1-го шага до n-го при условии, что на п - м шаге реализован этап Р,,1"1. Если этот этап есть простое действие, т. е. глобальная оценка замещения при этом не меняется (например, этап оформления и др.), то Qkn = Q1"1"1. Если этот этап, выбранный ЛПР для реализации на п - м шаге, представляет собой акт замещения, то Q1"1 должно получить значение, отличное от Qkn" . Пусть Р,,1"1 есть акт замещения, обозначим через Ei и Хг суммы всех весов положительных и отрицательных оценок соответственно, полученных ЛПР после совершения этого этапа. Тогда Qkn=Qkn ,+(I.-Z2). (2.2)
Такой линейный закон применения глобальной оценки замещения может оказаться слишком грубым. Тогда вместо него можно использовать более сложные (например, нелинейные) законы.
При выборе очередного этапа ЛПР разного типа по разному оценивают достоинства того или иного акта замещения.
Уже в замысле замещения, если на очередном шаге ЛПР собирается его совершить, он может оценить ожидаемое значение ZrZ2 Подобный способ прогноза позволит ему выбрать из множества возможных стратегий замещения ресурсов наиболее подходящую. Можно ввести оценку с двумя параметрами а и р, меняющимися в пределах от 0 до 1: a 1L\-PYJI- a Zi=l - содействие, /3 Ег=1 - конфликт по полезности.
Меняя а и /?, можно получать различные основания для выбора очередных этапов. Если, например а 0, а /?=0, то при выборе очередного акта замещения ЛПР будет учитывать только положительные ожидаемые оценки. Если же а=0 и /? 0, то ЛПР будет переоценивать возможные отрицательные последствия своего выбора.
Возможны и особые случаи, когда в Zi и Хг включаются не все оценки, полученные при реализации акта замещения, а лишь те, которые ЛПР хочет учитывать.
Таким образом, имеется множество возможностей определения значения Q1"1 и выбор той или иной возможности зависит от многих факторов, например, наличия ресурсов, их мощности, личности ЛПР и др.
Глобальная цель замещения ресурсов, приближения к которой осуществляется с помощью траектории Р, может быть никак не связана с характером изменения Q1"1 или ресурсов, используемых при организации замещения, т.е. выбор того или иного акта замещения на очередном шаге траектории Р определяется не только оценкой Q1"1 и оценкой ресурса Rkn, но и значением , т.е. оценкой степени приближения к глобальной цели замещения ресурсов.
Общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов
Суть проблемы замещения ресурсов состоит в том, что замена одного вида ресурса на другой может привести к нарушению существующей структуры ресурсного взаимодействия подсистем функционирующей ТС. Эффективность последней также может измениться. Замена ресурса dr на ресурс dk, повышая полезность достижения локальной цели отдельной TCj в структуре ТС, не означает аналогичного действия для других подсистем. Поэтому производится анализ целей функционирования ТС для того, чтобы в дальнейшем знать, происходит ли конфликт между целями функционирования ТС и целями замещения ресурсов. Цели функционирования ТС в целом по важности более приоритетны, чем цели замещения ресурсов, следовательно, при поиске компромисса, цель функционирования ТС должна быть согласована с целями замещения ресурсов.
Выбор критерия эффективности процесса замещения ресурсов ТС осуществляется ЛПР для формирования ограничений, которые отражаются в математической модели замещения ресурсов (см. п.2.2).
Построение математической модели замещения ресурсов происходит на основании концептуальной схемы (см. рис.2.1), в которой процесс замещения ресурсов задается в виде траектории (последовательности определенных этапов). Этапы, образующие траекторию, могут носить как неформализованный характер, так и формализованный характер. Концептуальная модель позволяет оценивать достоинства того или иного акта замещения ресурсов, осуществлять прогноз и выбирать из множества возможных стратегий наиболее подходящую.
Множество ресурсов замещения формируется на основании классификации ресурсов (см. п. 1.1), так как предложенная классификация, не привязываясь к конкретному производству, позволяет формировать множество ресурсов с позиции системного подхода. Формирование множества ресурсов происходит не только в данной системе, но также рассматриваются и взаимосвязанные надсистемы и подсистемы, что позволяет сформировать большое и структурированное множество ресурсов замещения их свойств и проявлений (см. п.2.4).
Теперь следует подчеркнуть одно важное обстоятельство в предмете исследования. Каждое замещение ресурса для ТС — уникальное и специфическое явление и для решения подобных задач требуется конкретизация предметной области.
Для этого целесообразно использовать семантические сети, которые накапливая знания - дают прекрасное смысловое представление о предмете исследования, их непосредственно можно использовать в качестве результата.
Для каждой предметной семантической цепи можно построить функцию полезности и функцию гарантированного выигрыша, как всей цепи, так и отдельных этапов замещения ресурсов ТС. Это очень удобно, так как сразу видно возникает ли противоречие и на каком этапе и можно ли его не учитывать в дальнейшем при замещении ресурсов. Если при построении семантической цепи оказывается, что функция гарантированного выигрыша принимает отрицательное значение, то сразу понятно и визуально видно на каком этапе возникло противоречие и какого оно типа.
Возникает задача выявления причин возникновения и разрешения противоречий для устранения конфликтов между целями функционирования ТС и замещения ресурсов. Запись задачи замещения ресурсов в вепольной форме дает наглядное представление конфликта, возникшего на свойствах ресурсов, что ранее в предмете исследования не проводилось. Общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов 1. Записывается задача, как она дана. 2. Формируются и анализируются цели функционирования ТС. 3. Указываются цели процесса замещения ресурсов, происходит выбор критериев эффективности. 4. На основании концептуальной схемы (см. п.2.1) строится математическая модель замещения ресурсов (см. п.2.8). 5. Проводится структуризация отношений на множествах ресурсов, их свойств и проявлений (см. п.2.4), выявляя КЗР, которые могут использоваться в данной задаче замещения ресурсов. 6. Строится семантическая сеть предметной области исследования. 7. Строится функция полезности Г для задачи замещения ресурсов (см. п.2.5). 8. ЛПР на основе получения знаний на семантических сетях строит графы своих предпочтений на основе бинарных отношений содействия, безразличия и конфликта. Строятся классы по отличительным признакам и выбираются графы наименее отличаемые, происходит поиск решений на семантических сетях. 9. Строим матрицу структурных связей ресурсов (см. табл.2.1). 10. Подсчитываем функцию гарантированного выигрыша (см. формулу 2.39). Этот пункт по проверке адекватности — не ухудшаются ли свойства функционирования ТСГ при замене ресурса. В зависимости от цели функционирования ТС меняются веса у функции гарантированного выигрыша. 11. Если функция гарантированного выигрыша принимает отрицательные значения, то согласно (см. п. 1.4) анализируется, к какой области относится задача (научной, технической, социальной) и определяется, какой тип противоречия возникает. 12. Выявляются причины возникновения противоречий в ТС. 13. Записывается модель задачи без специальных терминов. 14. Формулируется и записывается противоречие, которое возникает в свойствах при замещении ресурса. 15. Записывается вепольная модель задачи (см. п. 1.4). 16. По алгоритму (см. п.3.4), на основании стандартов, разрешается возникшее противоречие. 17. При невозможности разрешения расширяется список ресурсов или меняются цели замещения ресурса ТС.
Программные средства
Сетевая модель данных является моделью объектов-связей, где допускаются бинарные связи «многие к одному» (наиболее общие определения сетевой модели допускают связи «многие ко многим», требуя при этом, чтобы они были бинарными). Указанное ограничение позволяет использовать для данных простую модель ориентированных графов.
Несмотря на разнообразие форм хранения данных, возможности компактного описания всех связей между различными типами данных ограничены. При переходе от данных к знаниям в БЗ устанавливаются многочисленные разнообразные отношения между единицами знаний (например, элемент-множество, тип-подтип, ситуация-подситуация и т.п.), отражающие характер их взаимосвязи. Это позволяет записать и хранить отдельно информацию, одинаковую для всех элементов множества, но при необходимости ее можно передать описанию любого элемента множества. Такой процесс передачи называют «наследованием» информации.
Использование сети фреймов приводит к существенным трудностям при проектировании моделей баз знаний в связи с большим количеством информации, большим объемом объектов предметной области, сложной структуры связей между различными структурными элементами и классами объектов предметной области, а также наличием требований оптимизации объема данных при представлении их в ЭВМ.
Исходными данными для отображения концептуальной модели в семантическую модель данных служат заданный набор отношений и требования оптимизации [95]. Процесс проектирования базы знаний состоит из следующих этапов, представленных на рис.4. L
На первом этапе осуществляется разработка средства описания входных файлов и функциональных зависимостей и преобразование ис ходных (концептуальных) сетей в иерархические файлы, т.е. выполняют преобразование файлов с сетевой структурой в древовидную структуру. Для этого строят набор деревьев (лес), покрывающих все связи данной сети. На втором этапе преобразуют ненормализованные отношений в нормализованные отношения. Процесс нормализации отношений заключается в группировке элементов данных по заданным правилам на основании [п. 2.5]. Преобразование концептуальной сети в набор иерархических знаний Нормализация отношений Построение сетевой иерархической структуры знаний Оптимизация сетевой иерархической структуры знаний
На третьем этапе выполняют построение сетевой структуры по заданному множеству нормализованных отношений. Строится базовая сетевая структура, сохраняющая все взаимосвязи данных, которые представляются отношениями. При этом появляются зависимости между данными в различных отношениях.
На четвертом этапе оптимизируют сетевую структуру для повышения эффективности работы, анализируют эффект введения в сеть дополнительных записей и путей доступа. Для этого учитывают частоту запросов в систему и анализируют способы уменьшения времени доступа к данным: разбиения записей, создание нового пути доступа и т.д.
Однако, несмотря на возможность реализации отношений «многие ко многим», фреймовая сетевая модель имеет недостаток - её сложность и при её реализации возможна потеря независимости данных [22]. Принцип наследования также оказывается излишне жестким для построения удобной фреймовой структуры [78]. Кроме того, разрозненные части информации, объединенные во фрейм, не могут быть выстроены в последовательность высказываний. Иначе говоря, языки описания знаний не являются языками, родственными естественным, а ближе к изобразительным средствам [78], что приводит к необходимости построения различного вида интерпретаторов и объяснятелей.
При разработки интеллектуальной системы поддержки принятия решений приняты следующий основные положения.
1. В качестве языка представления данных должен использоваться язык фреймов, позволяющий реализовать сложные иерархические фреймовые сети. Равноправными формами представления знаний должны быть продукционные и процедурные формы представления знаний. Необходимо выделение различных фреймов в зависимости от функций представления знаний табл. 4.1. Такое представление знаний близко к представлению знаний системы программирования Пролог, в которой для нахождения решения необходимо изложить факты, знания и вопрос.
2. Пользовательский интерфейс должен полностью поддерживать функции представления знаний и позволять выполнять в интерактивном режиме накопление, хранение, корректировку полученных знаний, т.е. средства ведения базы знаний должны обеспечиваться набором функций обработки фреймов, поддерживающих определение, означивание, связывание, реорганизацию и отождествление фреймов.
Похожие диссертации на Модели синтеза проектных решений в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования технологических систем
