Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Технические аспекты применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для обработки металлов и сплавов 6
1.1. Классификацая СОЖ 7
1.2. Механизмы действия СОЖ на процесс резания 10
1.3. Способы подачи СОЖ в зону резания 24
1.4. Кодирование современных СОЖ для обработки металлов 28
1.5. Выводы и задачи исследования 34
Глава II. Математические модели автоматизированного проектирования систем применения СОЖ 36
2.1. Анализ методов проектирования систем применения СОЖ 37
2.2. Методические подходы для автоматизированного проектирования систем применения СОЖ 39
2.2.1. Задачи проектирования систем применения СОЖ с помощью ЭВМ 39
2.2.2. Принципы разработки структуры САПР-СОЖ 47
2.3. Математические модели процессов применения СОЖ 53
2.4. Выбор критерия эффективности применения СОЖ 65
Глава III. Общие сведения об экспертных системах для решения технологических задач 77
3.1. Основные компоненты экспертных систем и их назначение 79
3.2. Управление стратегией вывода, прямая и обратная цепочки рассуждений 86
3.3. Стратегии поиска решений 87
3.4. Система объяснения (интерфейс) 88
3.5. Программное обеспечение экспертных систем 89
3.6. Заключение 93
Глава IV. Построение экспертной системы для выбора СОЖ 94
4.1. Постановка задачи построения экспертной системы для выбора СОЖ 94
4.2. Характеристики и свойства экспертной системы 95
4.3. Организация банка данных по СОЖ 97
4.4. Экспертные рассуждения системы 103
4.5. Представление разработанной базы знаний и ее механизм вывода 107
Глава V. Эффективность применения сож, выбранных с использованием экспертной системы 110
5.1. Исследование влияния СОЖ на фрикционные свойства инструментальной порошковой стали 110
5.1.1. Влияние товарных СОЖ на фрикционные свойства стали РОМ2ФЗ-МП 110
5.1.2. Исследование влияния СОЖ на основе инвертных эмульсий на фрикционные свойства порошковой стали РОМ2ФЗ-МП 112
5.2. Влияние СОЖ на износ и стойкость режущего инструмента из новых инструментальных материалов 116
Общие выводы 132
Литература 133
Приложения 138
- Кодирование современных СОЖ для обработки металлов
- Задачи проектирования систем применения СОЖ с помощью ЭВМ
- Представление разработанной базы знаний и ее механизм вывода
- Исследование влияния СОЖ на основе инвертных эмульсий на фрикционные свойства порошковой стали РОМ2ФЗ-МП
Введение к работе
Современное металлообратывающее производство характеризуется широким диапазоном используемых обрабатываемых и инструментальных материалов, высоким уровнем автоматизации технологических процессов, большим разнообразием условий обработки. Одним из путей интенсификации режимов резания металлов, обеспечения высокого качества обработанной поверхности и увеличения стойкости режущих инструментов является правильный выбор и использование смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), среди которых наиболее многочисленную группу составляют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). К настоящему времени разработаны и успешно используется большое количество разнообразных СОЖ на основе воды, масла и синтетических соединений с различными присадками, позволяющими целенаправленно изменять свойства СОЖ применительно к конкретным условиям.
Особенную важность проблема выбора СОЖ приобретает в условиях гибкого многономенклатурного автоматизированного производства. С одной стороны, СОЖ должна обеспечивать максимальную эффективность в конкретных условиях резания, с другой стороны - она должна обладать достаточной степенью гибкости, чтобы сохранять эффективность при изменении условий обработки.
Следует отметить, что в последние годы в связи с постоянно ужесточяющимися экономическими требованиями к промышленному производству существенно выросли затраты на утилизацию и обезвреживании СОЖ, часто имеющих в своем составе вещества, небезопасные для здоровья людей и окружающей среды. Это вызвало целый ряд направлений исследования, целью которых является полный отказ от применения СОЖ или применение ее в ограниченных количествах. В практике металлообработки есть примеры положительного решения таких задач. Однако, на сегодняшний день в обще объеме операций лезвийной обработки металлов подавляющее большинство операций принципиально не может быть успешно проведено без применения СОЖ.
Поэтому в настоящее время в мире разработаны и применяются сотни различных составов и концентраций СОЖ. Большое разнообразие условий обработки предопределяет и большое разнообразие СОЖ, оказывающих влияние на различные аспекты процесса резания и его результаты. В этих условиях выбор СОЖ, в частности, в автоматизированном производстве, должен осуществляться с помощью вычислительной техники с применением экспертных систем, хорошо зарекомендовавших себя в различных областях знаний.
Данная работа посвящена автоматизации процедуры выбора СОЖ и имеет своей целью разработку методики выбора СОЖ для лезвийной обработки металлов с применением экспертной системы.
Научная новизна работы состоит: в постановке и решении задачи разработки экспертной системы выбора СОЖ для лезвийной обработки; в создании оболочки экспертной системы, содержащей механизм вывода и модификации правил принятия решений на основе накапливаемого опыта; в разработке программного обеспечения экспертной системы, позволяющего адаптироваться к параметрам осуществляемого процесса обработки. Практическая полезность работы заключается: в разработке прототипа эволюционной базы знаний в проблемной области "Применение СОЖ при лезвийной обработке металлов"; в разработке рекомендаций по выбору СОЖ для условий фрезерования стали 45 инструментами из быстрорежущих сталей РОМ2ФЗ-МП и ЭК-41.
Автор защищает:
Структуру и алгоритм функционирования экспертной системы выбора СОЖ для лезвийной обработки металлов.
Результаты экспериментального исследования износа и стойкости торцовых фрез из быстрорежущих сталей РОМ2ФЗ-МП и ЭК-41 при фрезеровании стали 45 с использованием СОЖ, выбранной при помощи разработанной экспертной системы.
Кодирование современных СОЖ для обработки металлов
Наиболее широкое применение в промышленности нашел способ полива СОЖ свободнопадающей струей. Техника применения остальных способов значительно сложнее, хотя эффективность их в своих областях гораздо выше, чем при поливе.
Полив свободноподающей струей. Для реализации этого способа СОЖ должна быть подведена к станку под давлением 25 - 100 кН/м , форма струи жидкости задается конструкцией сопла и должна соответствовать форме поверхности контакта инструмента с обрабатываемой деталью. Для операций точения, сверления, развертывания и т.п., когда зона контакта имеет небольшие размеры, струя СОЖ может быть круглого сечения. На операциях фрезерования, зубофрезерования, зубодолбления, при точении крупноразмерным инструментом и т. п. струя СОЖ должна иметь прямоугольную форму и ширина струи должна быть больше длины контакта инструмента с деталью. Средние нормы расхода СОЖ поливом при обработке на универсальных и специализированных станках приведены в таблице 1.6. Для подачи СОЖ свободнопадаюшей струей используют центробежные насосы ПЗС-10, ПА-22, ПА-45, П-90, П-180, Х14-2, а также шестеренчатый насос типа ГМ-2. Для очистки СОЖ от механических примесей обычно ограничиваются применением бака-отстойника, приемного фильтра и фильтра грубой очистки (сетки).
Подача жидкости под давлением. При обработке отверстий (сверлении, рассверливании, зенкерований и развертывании) с целью удаления стружки из зоны резания используют подачу СОЖ под давлением до 2000 кН/м2.
Для реализации этого способа используют инструмент или оснастку с каналами для подвода СОЖ. При этом обеспечивается надежная подача СОЖ непосредственно к поверхностям контакта инструмента с обрабатываемой деталью и осуществляется более интенсивный теплоотвод из зоны резания. Нормы расхода СОЖ при подаче жидкости под давлением приведены в таблице 1.7.
Система подачи СОЖ под давлением должна иметь устройства для очистки СОЖ и удаления из нее стружки. Для реализации этого способа станок должен быть оснащен насосной станцией с применением шестеренчатых насосов типа Г11-2 и пластинчатых насосов типа Г12-2. На операциях обработки наружных поверхностей такой способ не применяется, т.к. он не имеет преимуществ по сравнению со способом подачи СОЖ поливом.
Подача СОЖ напорной струей. Сущность способа состоит в том, что СОЖ направляется тонкой струей в зону контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемой заготовкой со стороны задней грани лезвия. Подача струи жидкости осуществляется под давлением не менее 1500 кН/м2 через сопло с диаметром выходного отверстия до 0,8 мм. К этому же способу относится и способ подачи жидкости под давлением 50 200кН/м через сопла с отверстиями диаметром 2-5 мм.
Этот способ имеет преимущество перед обычным поливом при точении, строгании, фрезеровании и протягивании, при обработке деталей из высоколегированных сталей, жаропрочных сплавов и чугунов. Расстояние от выходного отверстия сопла до режущей кромки не должно превышать 80 - 120 мм. На практике рекомендуется комбинировать этот способ с поливом со стороны передней грани резца. Это обеспечивает дополнительное повышение периода стойкости инструмента на 20 - 25% по сравнению с подачей только напорной струи.
Для предотвращения засорения сопла механическими примесями следует использовать гидростанции высокого давления с устройствами тонкой очистки СОЖ. Реализация этого способа осуществляется с помощью гидростанции высокого давления с производительностью 0,05 - 0,5 л/м (в зависимости от сечения сопла) при давлении 1500 - 2000 кН/м2. Недостатками этого способа являются: трудность обеспечения нужного направления струи на режущую кромку инструмента со стороны задней грани лезвия; необходимость тщательной чистки СОЖ; сильное разбрызгивание жидкости.
Подача СОЖ в распыленном состоянии. Способ заключается в смешивании небольшого количества масляной или эмульсионной СОЖ с воздухом и подаче полученного аэрозоля в зону резания. Преимущество этого способа обуславливается его высокой эффективностью, особенно на агрегатных станка, автоматических линиях, на станках с ЧПУ, и малым расходом СОЖ - не более 3 г/ч распыленного масла. Кроме того, отсутствует необходимость в сборе СОЖ, поданной в зону резания, ее очистки, фильтрации и разложении.
Распылению подвергаются низкоконцентрированные (до 1,5%) ) эмульсии и в качестве масляной СОЖ - масло индустриальное И-20А или И-12А. Низкоконцентрированные эмульсии в распыленном состоянии могут применяться на таких операциях, как: точение и фрезерование сталей нормальной обрабатываемости, алюминиевых сплавов и цветных металлов в том случае, когда полив СОЖ не эффективен; точение и фрезерование нержавеющих и жаропрочных сталей; черновая обработка на тяжелых токарных и фрезерных станках; обработка чугуна фрезами из быстрорежущих сталей, зубообрабатывающими инструментами, фасонными быстрорежущими и твердосплавными резцами.
Масло индустриальное И-20А (И-12А) в распыленном состоянии применяют на следующих операциях: обработка заготовок из конструкционных сталей твердосплавными резцами и фрезами; обработка заготовок из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов твердосплавными резцами и фрезами; обдирка заготовок резцами и фрезами на тяжелых станках; обработка легких и цветных сплавов различными инструментами.
Задачи проектирования систем применения СОЖ с помощью ЭВМ
Проектирование системы эксплуатации СОЖ начинается с выбора номенклатуры и состава жидкостей и проведения теоретических и экспериментальных исследований особенностей технологических процессов их эксплуатации. По существующему положению используют следующие организационные этапы проектирования: 1. эскизный проект (техническое задание совместно с технико-экономическим обоснованием); 2. технический проект; 3. рабочий проект. Процесс проектирования включает две взаимосвязанные стадии — технологическое и конструкционное проектирование. Цель технологического (функционального) проектирования — разработка оптимальной технологической схемы функционирования СОЖ, определение оптимальных технологических параметров оборудования и технических средств применения СОЖ, а также выбор оптимальных технологических режимов, обеспечивающих повышение эффективности системы эксплуатации СОЖ. Кроме того, на стадии технологического проектирования разрабатываются принципы автоматизированной информационно-измерительной системы управления и аналитического контроля эксплуатации СОЖ. Технологическое проектирование начинается на стадии эскизного проекта с анализа и разработки технического задания. Основные задачи конструкционного проектирования системы эксплуатации СОЖ: выбор оптимального объемно-планировочного решения (компоновки); выбор технологического оборудования и разработка его чертежей; разработка чертежей технологических трубопроводов для подачи СОЖ в зону резания, удаления отработанных составов и циркуляции в остальном оборудовании; разработка монтажно-технологической документации; составление сметы расходов; организация строительства. При переходе к процессу автоматизированного проектирования систем эксплуатации СОЖ решение перечисленных задач осуществляется с помощью ЭВМ. При этом процесс проектирования рассматривается в виде системы сбора и переработки входной научно-технической информации в выходную информацию на основании математических моделей в виде проекта системы эксплуатации СОЖ. Автоматизация проектирования включает полную формализацию и алгоритмизацию всех этапов технологического и конструкционного проектирования, начиная от разработки научных основ и кончая выпуском комплекта проектно-конструкторской документации. Теоретическую основу автоматизированного проектирования систем эксплуатации СОЖ составляет системный анализ, а его основной метод — математическое моделирование. Модель системы эксплуатации СОЖ является общим инструментом проектирования, который воспринимает на входе данные, необходимые для выбора номенклатуры СОЖ, технические требования к оборудованию и средствам эксплуатации. Выходные данные такой модели должны содержать сведения о технологической схеме, рекомендации по режимам эксплуатации и данные по оборудованию, требующемуся для обеспечения технических требований. Основные задачи автоматизированного проектирования систем применения СОЖ с использованием САПР-СОЖ: - разработка методов автоматизированного прогнозирования свойств СОЖ и выбора ее состава; - анализ иерархической структуры технологических схем и процессов применения СОЖ на основе методов математического моделирования; - формирование цели проектирования и синтез технологических систем применения СОЖ в соответствии с выбранным критерием эффективности и принятой математической моделью; - разработка структуры САПР-СОЖ и ее ПМО. Один из основных этапов организации систем применения СОЖ — выбор номенклатуры и составов СОЖ. Для создания САПР-СОЖ этот этап также необходимо автоматизировать с помощью ЭВМ. В работах [22, 51] изложены подходы к автоматизированному прогнозированию свойств СОЖ и выбору их оптимальных составов. Автоматизация прогнозирования свойств СОЖ базируется на кодировании и сравнении структурной химической информации с помощью ЭВМ, установлении связи «структура присадок к СОЖ — свойства» и использовании математических моделей, связывающих активность (свойства) присадок со структурными и физико-химическими параметрами.
Процесс автоматизированного выбора составов СОЖ включает два этапа: автоматизированный поиск и выдача рекомендаций по выбору универсальной или нескольких совместимых марок СОЖ из имеющегося товарного ассортимента по информации, хранящейся в БД [22, 51]. При отсутствии составов СОЖ, удовлетворяющих заданному критерию эффективности, решается задача поиска новых эффективных присадок и составов на их основе. При этом используются математические модели прогнозирования свойств присадок и методы планирования отсеивающих экспериментов с учетом качественных факторов. Автоматизации процесса проектирования системы применения СОЖ должны предшествовать анализ структуры технологической схемы и процессов применения СОЖ и разработки модели системы, отражающей иерархическую структуру связей между отдельными стадиями и процессами, основанную на блочном принципе [14].
Один из возможных способов построения обобщенной модели системы применения СОЖ — установление отношений соподчиненности (иерархии) структуры подсистем и процессов функционирования СОЖ.
Систему применения СОЖ следует рассматривать как специализированное подразделение, представляющее собой отдельную замкнутую подсистему, входящую наряду с другими службами в общую структуру завода. При этом система применения СОЖ содержит различные взаимосвязанные подсистемы, имеющие иерархическую структуру (рис. 2.1). Отдельные подсистемы выполняют подготовку СОЖ (приготовление и активацию рабочих растворов), подготовку систем станков и оборудования к эксплуатации (промывку, очистку и дезинфекцию), транспортирование СОЖ и ее восстановление (очистку и регенерацию), стабилизацию технологических параметров, удаление, обезвреживание, утилизацию (включая рекуперацию) отработанных растворов. Для автоматизированных производств функционирование перечисленных подсистем также должно быть автоматизировано. Разработка математических моделей, а также автоматизированных технических средств и аппаратурного оборудования создает предпосылки для перехода к эксплуатации СОЖ в следующих автоматизированных подсистемах: технологической подготовки СОЖ и систем станков к применению — АСТП-СОЖ; очистки и регенерации СОЖ — АСОР-СОЖ; утилизации, обезвреживания и удаления отходов — АСУО-СОЖ и др.
Представление разработанной базы знаний и ее механизм вывода
В технологическом блоке анализируется входная информация о процессах механической обработки и на основании банка данных осуществляется выбор составов и номенклатуры СОЖ. Далее вводится и анализируется информация об отдельных процессах, реализуемых в системе применения СОЖ, выбираются технологические процессы, необходимые для обеспечения функционирования конкретной марки СОЖ, оцениваются режимы протекания процессов и входные параметры. На основании математических моделей отдельных процессов осуществляется проектный расчет выходных параметров (заданных локальных критериев). В конструкционном (компоновочном) блоке решаются задачи, связанные с выбором оборудования и синтезом проектируемой системы применения СОЖ. Анализируются различные варианты состава аппаратуры и технических средств, пригодных для выполнения отдельных технологических процессов. Исходная номенклатура оборудования для применения СОЖ анализируется путем использования алгоритмов направленного поиска. В результате анализа определяется оптимальный состав оборудования и соответствующая оптимальная технологическая схема применения СОЖ.
В блоке управления решаются задачи автоматизированного регулирования и управления отдельными процессами и аппаратами и всей системой применения СОЖ в целом. Для управления служат типовые схемы диагностики и регулирования параметрами СОЖ. На основе анализа входной информации выбираются оптимальные схемы управления, номенклатура средств диагностики, регулирования. Кроме того, в блоке управления осуществляются синтез автоматизированной системы управления последовательностью работы аппаратуры и технических средств применения СОЖ, а также синтез схем диагностики и адаптивного регулирования параметров СОЖ.
Предлагаемая структура САПР систем применения СОЖ основана на математическом моделировании и описании процессов и оборудования для эксплуатации СОЖ и предназначена как отдельная подсистема для технологической подготовки проектирования всей технологической операционной системы механической обработки.
Важнейшим компонентом САПР-СОЖ является математическое моделирование. В математических моделях находят отражение особенности отдельных процессов и стадий применения СОЖ. С позиций системного подхода технологические процессы функционирования СОЖ представляют собой сложные физико-химические системы (ФХС), являющиеся комбинацией гидромеханических, химических и массообменных процессов. Многие из них являются нестационарными, что осложняет разработку их математического описания. Поэтому при создании математических моделей отдельных операций и оборудования для применения СОЖ необходимо сочетание детерминированных методов с информационно-логическими и статистическими подходами.
Под математической моделью технологического процесса в САПР-СОЖ понимают систему математических соотношений, описывающих зависимость выходных переменных процесса от входных параметров.
Модели отдельных процессов применения СОЖ являются исходной базой создания общей модели системы применения СОЖ. Функционирование СОЖ представляют в виде взаимодействия отдельных технологических операторов (модулей), описываемых на начальных этапах проектирования более простыми математическими моделями. На завершающих этапах проектирования необходимо использовать более точные сложные математические модели. Совокупность математических моделей процессов применения СОЖ и алгоритмов для их использования в проектных расчетах составляет основу для создания ПМО САПР-СОЖ.
Для подготовки СОЖ к эксплуатации непосредственно на предприятии-потребителе необходимо осуществить комплекс основных операций по приготовлению рабочих растворов, заключающийся в смешении товарных продуктов (эмульсолов, концентратов, присадок, реактивов) с базовыми растворителями (водой, маслами), как правило, с использованием различных методов активации. Подготовка оборудования для эксплуатации СОЖ (емкости, трубопроводы, фильтрующие устройства и т.п.), а также систем станков заключается в проведении таких вспомогательных операций, как очистка, промывка и дезинфекция. Приготовление СОЖ — сложный и ответственный процесс, определяющий долговечность и техническую эффективность жидкостей в процессе их эксплуатации. Большинство масляных СОЖ поставляют уже готовыми к эксплуатации, однако некоторые готовят растворением концентратов в минеральных маслах. Особенно сложна и трудоемка технология приготовления водных СОЖ, включающая процессы водоподготовки (деионизация, дегазация, обеззараживание), эмульгирования, диспергирования, гомогенизации и др. Для приготовления больших объемов водосмешиваемых СОЖ используют общезаводские или цеховые централизованные системы, включающие различное оборудование для перемешивания и активации рабочих растворов. Для приготовления СОЖ на водной основе приводят в контакт в определенной последовательности базовый растворитель (воду) и дозированное количество эмульсола или концентрата синтетических или полусинтетических СОЖ, а затем смесь перемешивают. Некоторые из эмульсолов могут эмульгировать самопроизвольно, но чаще используют агитационные методы с подводом внешней энергии (механической, акустической, электромагнитной), основанные на процессах кавитационного эмульгирования, суперкавитационного смешения, озвучивания, гомогенизации, коллоидного измельчения и др.
Очевидно, что процесс приготовления СОЖ носит многоплановый характер и зависит от вида СОЖ, способа перемешивания, конструкции аппарата, метода активации и т.д. Поэтому разработка математических моделей должна базироваться на выявлении механизмов процесса приготовления СОЖ, учитывающих эти факторы.
Механизм приготовления и состав дисперсных водных рабочих растворов СОЖ, к которым относят непрозрачные водомасляные эмульсии, растворимые масла и коллоидные растворы полусинтетических и синтетических СОЖ, содержащих ПАВ, зависят от коллоидно-химической структуры этих СОЖ, формируемой при их изготовлении на нефтемаслозаводах и изменяющейся под воздействием внешних энергетических воздействий. Особенно сильно эта зависимость проявляется в процессе растворения эмульсолов. Технология приготовления СОЖ на их основе, рекомендуемая в технической документации, заключается в регламентировании порядка контактирования эмульсола и растворителя и количества дополнительно вводимых компонентов. Это связано с тем, что последовательность ввода растворителя и эмульсола определяет механизм обращения фаз в структуре раствора и влияет на процесс самопроизвольного эмульгирования. В отличие от обычных эмульсий, получаемых механическим эмульгированием, самопроизвольно образовавшиеся эмульсии СОЖ являются моделями лиофильных коллоидных систем [52]. При добавлении в такую систему некоторого критического для данной системы количества воды и происходит обращение фаз, т. е. водный раствор ПАВ в эмульсии становится дисперсионной средой, а масло — внутренней, дисперсной фазой. Начиная с этого критического содержания воды, система эмульгирует в воде, образуя высокодисперсные устойчивые эмульсии типа масло — вода (М—В). Если молекулы масла и присадок полностью включены в мицеллы водомаслорастворимого эмульгатора (солюбилизированы), то при растворении в воде получаются прозрачные водные мицеллярные растворы. Эмульсолы подобного типа относят к растворимым маслам [52], представляющим собой коллоидные растворы, в которых во взвешенном состоянии находится очень небольшое количество капель масла. Если в эмульсоле имеется избыток неполярных компонентов по сравнению с солюбилизированными, то при растворении образуется непрозрачная эмульсия.
Исследование влияния СОЖ на основе инвертных эмульсий на фрикционные свойства порошковой стали РОМ2ФЗ-МП
Каждое правило складывается из двух частей. Первая из них - антецедент, или посылка правил, - состоит из элементарных предложений, соединенных логическими связами И, ИЛИ и т.д. Вторая часть называется консеквентом, или заключением и состоит из одного или нескольких предложений, которые образуют выдаваемое правилом решение либо указывают на действие, подлежащее выполнению.
Иногда действия в правиле фактически представляют собой именно действия, а не просто заключения из каких-либо рассуждений. Например, правило для системы управления оружием на реактивном истребителе выглядит так:
Если класс угрозы МИГ-21 И степень угрозы велика И местонахождение угрозы впереди И близоть угрозы рядом То открыть огонь Это типичная ЭС, которая может работать в режиме реального времени. Существуют некоторые преимущества систем, основанных на правилах [55]: 1. Индивидуальные правила часто отражают способ оформления экспертами собственной эвристики для решения проблемы. Именно так эксперт будет описывать проблему. 2. Правила являются естественными модулями и, подобно любой модульной структуре, обеспечивают простую модификацию системы. 3. Автоматические рассуждения выполнять (т.е. заставить компьютер рассуждать) несложно, если они ведутся на основе правил. Фактически сегодня в области ИИ других способов реализовать автоматические рассуждения нет. 4. Если программа основана на правилах, машина может легко дать связный отчет в своих действиях. Как упоминалось выше, когда компьютер предлагает ввести информацию, пользователь должен иметь возможность спросить: "Зачем это нужно?". Компьютер может ответить, выдав в определенном порядке правила, с которыми он только что работал. При выводе заключения пользователь также должен иметь возможность задать вопрос: "Как оно получено?". И снова система, основанная на правилах, довольно легко может построить пояснение, трассируя использованные при получении данного заключения правила. Модели представления знания, которые перечислены выше: Продукционные модели имеют по сравнению с другими классами представления знаний следующие преимущества: ? модульность; ? единообразие структуры (основные компоненты ЭС могут применяться для построения систем с иной проблемной ориентацией); ? естественность (вывод заключения в продукционной системе во многом аналогичен процессу рассуждения эксперта); ? гибкость родовидовой иерархии понятий, которая поддерживается только как связи между правилами (изменив правило, вы тем самым внесете изменение и в иерархию). Однако продукционные системы не лишены недостатков: процесс вывода менее эффективен, чем в других системах, поскольку большая часть времени при выводе затрачивается на непроизводительную проверку применимости правил; - этот процесс трудно поддается управлению; сложно представить родовидовую иерархию; Представление знаний, основанное на фреймах, является альтернативным по отношению к системам продукций. Фреймом называется структура для описания стереотипной ситуации, состоящая из характеристик этой ситуации и их значений; характеристики называются слотами, а значения - заполнителями слотов. В слот может входит не одно, а несколько значений. Наиболее ярко достоинства фреймовых систем представления знаний проявляются в том случае, если родовидовые связи изменяются нечасто и предметная область насчитывает немного исключений. Как недостаток фреймовых систем можно отметить их относительно высокую сложность, что проявляется в снижении скорости работы механизма вывода и в увеличении трудоемкости внесения изменений в родовидовую иерархию. Кроме того во фреймовых системах затруднена обработка исключений. Семантические сети, по мнению специалистов, наиболее общий способ представления знаний, причем они появились, по-видимому ранее других. Семантическая сеть отображает совокупность объектов предметной области и отношений между ними, при этом объектам соответствуют вершины (или узлы), а отношениям - соединяющие их дуги. В семантическую сеть включаются только те объекты предметной области, которые необходимы для прикладных задач. В качестве объектов могут выступать события, действия, обобщенные понятия или свойства объектов. Свойства представляются в сети также в виде вершин и служат для описания классов объектов. Вершины сети соединяются дугой, если соответствующие объекты предметной области находится в каком-либо отношении между собой. Как и в системе, основанной на фреймах, в семантической сети могут быть представлены родовидовые отношения, которые позволяют реализовать наследование свойств от объектов родителей. Это обстоятельство приводит к тому, что семантическая сеть приобретает все недостатки и достоинства представления знаний в виде фреймов. Основной недостаток сетей - сложность обработки исключений. Логические модели базируются на представлении знаний в системе логики предикатов первого порядка. Она имеет два аспекта: использование рассуждений для нахождения различных предположений, которые обусловлены имеющимися фактами и правилами, или для изучения заключений, которые представляют интерес и могут быть (а могут и не быть) истинными. База данных. В этой части хранятся плановые, фактические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели, описывающие текущую ситуацию, и все пары атрибут - знание, которые были установлены к определенному моменту. Блок выводов (решатель) является главным, так как с его помощью эксперт должен установить пути выхода из сложившейся ситуации. В этом случае задача состоит в выборе наиболее вероятной (достоверной) цели или подцели в попытке ее достижения.
Блок приобретения знаний используется как при настройке ЭС на решение задач в конкретной проблемной области (наполнении БЗ) так и при корректировке БЗ при обновлении, пополнении или исключении информации. Данные процессы реализуются как при непосредственном участии экспертов, так и автоматически по мере накопления знаний и собственного опыта ЭС. Блок объяснения. Система должна уметь пояснить по требованию пользователя, каким образом ЭС получила то или иное решение. В экспертных системах, основанных на правилах, объяснения получают обычно путем повторного прослеживания тех шагов рассуждения, которые привели к данному выводу. Основными вопросами для нее является вопросы типа: как? и почему?
Интерфейс включает один или несколько лингвистических процессоров, предназначенных для организации диалогового взаимодействия с различными категориями пользователей (экспертом) на привычном для них языке (естественном, профессиональном, языке графики, формул, речевом общении и т.д.). Важное требование к системе - поддержка диалога в режиме реального времени. В задачу этого блока входит также управление, если система включена непосредственно в контур реального управления или получает информацию непосредственно от объекта.
