Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных элементов эффективной организации производства является достижение высокой конкурентоспособности выпускаемой продукции. Чтобы достичь этой цели, в первую очередь, надо добиться высокого качества продукции. Кроме этого стараются достичь оптимальной цены продукции, затрат в сфере ее эксплуатации и качества сервиса продукции. Но по приоритетам основным является все же высокое качество продукции. В советское время в нашей стране существовала плановая экономика. Чтобы уложиться в запланированные правительством рамки количества выпускаемой продукции, старались уделять больше внимания количеству, а потом уже качеству продукции. Во времена начала рыночных реформ начались повсеместные сокращения производственного штата в целях экономии. И на очень многих заводах одними из первых под сокращение попали сотрудники, отвечающие за контроль качества выпускаемой продукции. В конечном итоге началось катастрофическое отставание по качеству выпускаемой продукции во многих сферах производства нашей страны от западных компаний. Одной из таких сфер является радиоэлектронная промышленность. В последнее время в национальном масштабе появилось осознание важности эффективной организации управления качеством продукции. Целый ряд ученых нашей страны занялись этой проблемой. Особо хочется выделить работы ГличеваА.В., Круглова М.Г., Окрепилова В.В., Туровца О.Г., Фатхутдинова Р.А.
Для обеспечения качества продукции и снижения затрат на ее создания широко используются программные средства, базирующиеся на технологии и методах искусственного интеллекта. Их важность, и, в первую очередь, экспертных систем, состоит в том, что данные технологии существенно расширяют круг практически значимых задач, которые можно решать на компьютерах.
Использование экспертных систем уже давно приносит значительный экономический эффект. Для систем управления качеством продукции используется специальный класс экспертных систем, называемых лабораторно-информационными системами. За рубежом они известны как LIMS (Laboratory Information Management System). LIMS позволяют определить план-модель аналитической лаборатории с описанием всех шагов, необходимых для управления анализами и работой с образцами, начиная от момента их появления в лаборатории и заканчивая завершением анализов и получением результатов. На сегодняшний день объем внедрения LIMS оценивается в 30 - 50 млн. долларов.
Среди многочисленных потребителей LIMS для примера назовём следующие компании:
в нефтеперерабатывающем комплексе - Chevron Texaco (США), Exxon/Mobil (США), Philips Petroleum (США), Total Oil (Франция), Fortum (Финляндия);
в химическом комплексе - P&G Products (США), Du Pont (США), Kodak (США), Dow Corning (США), Goodyear (Англия), Michelin (Франция), Mitsubishi Chemical (Япония);
в фармацевтическом комплексе - Baxter (США), Pharmacia & Upjoin (США), CIBA (Германия), BASF (Германия), Bayer (Германия), Merck (Германия).
Подобные системы стали разрабатываться и в нашей стране. Так в 2003 году на "Металл-Экспо 2003" разработка ИТЦ "Аусферр" "Информационная система управления качеством продукции" завоевала золотую медаль выставки. По отзывам экспертов эта позволяет существенно уменьшить затраты на контроль качества, повысить его достоверность, улучшить технологическую дисциплину и сделать металлопродукцию более прозрачной для потребителей. Кроме того, происходит полное оперативное слежение за температурой, давлением, механическими параметрами и геометрическими характеристиками на всем протяжении полосы, что значительно снижает вероятность производства некачественной продукции и соответственно риск получения рекламаций.
К сожалению, следует отметить, что подобные системы получили распространение не во всех отраслях промышленности. Особенно велика потребность в них в радиоэлектронной промышленности для распознавания и профилактики возникновения дефектов металлокерамических и коммутационных плат. Существующие компьютерные системы управления качеством в силу особенностей производства в радиоэлектронной промышленности к этой отрасли практически не применимы. Поэтому данную работу можно назвать актуальной.
Сейчас заводы в нашей стране не способны адекватно оплатить труд таких специалистов, поэтому наиболее подготовленные эксперты, накопившие большой опыт работы с металлокерамикой, вынуждены перейти работать на другое, коммерчески успешное предприятие, или даже работать в какой-либо другой высокооплачиваемой области. При этом теряется как институциональный опыт, так и личный опыт эксперта.
В связи с этим появилась потребность создать обучающий программный продукт, включающий в себя элементы экспертных систем, который научил бы молодых специалистов быстро распознавать дефекты металлокерамических корпусов и коммутационных плат. Программа должна в идеале выдавать также причины возникновения этих дефектов, что обеспечивало бы профилактику их возникновения. Поскольку неясно, какого класса программист будет работать на этом заводе, желательно, чтобы программа была сравнительно простой по степени накопления данных. Поэтому целесообразно создать не просто программный продукт, а оболочку для создания обучающих систем этой серии.
Для создания такой системы необходимо провести анализ различных классификаций экспертных систем для выявления основных требований к разрабатываемой системе, а также сформировать структуру знаний для диагностики металлокерамических и коммутационных плат. В области экспертных систем в науку значительный вклад внесли Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф., Кривошеев А.О., Савельев А.Я. и ряд других ученых. В области исследования металлокерамических плат значительную роль сыграли Батыгин В.Н., Метелкин М.И., Давыдов П.С., Бушминский И.П., Скулкин Н.М. Поскольку система предназначена для обучения, то требуется рассмотреть основные подходы к традиционному обучению и существующие системы контроля знаний. В этом случае были проанализированы труды Крутского А.Н., Аванесова В.С., Челышковой М.Б. Поскольку значительная часть о дефектах представлена в текстовой форме, целесообразно создать дополнительный модуль по обработке и проверке корректности текста для более эффективного усвоения его содержания. В связи с этим, с целью выбора наиболее эффективных алгоритмов, необходимо рассмотреть различные действующие алгоритмы по обработке текста. По этому вопросу были рассмотрены работы Невзоровой О.А., Федунова Б.Е., Новика Е.С. и ряда других ученых.
Цель работы. Целью диссертационной работы является снижение уровня
брака при изготовлении плат на поточных линиях.
Задачи исследования. В диссертационной работе решаются задачи:
- создания структуры знаний дефектов металлокерамических и коммутационных плат;
– формирования структуры оболочки для создания обучающей системы;
– математического анализа текста с целью создания методики быстрого усвоения текста;
– разработки тестирующего модуля для оценивания ответов обучаемых;
–разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения компонентов экспертной системы;
– экспериментального подтверждения применимости предложенных методов.
Методы исследования основаны на использовании положений теории множеств, теории графов, теории статистической обработки данных, комбинаторики и методов инженерии знаний.
Научная новизна. Новые результаты заключаются в следующем:
- предложена новая классификация дефектов металлокерамических и коммутационных плат и причин их возникновения на участке изготовления плат на поточных технологических линиях, являющаяся основой для формирования структуры представления знаний для данной предметной области.
– сформирована структура представления знаний дефектов металлокерамических и коммутационных плат, которая является основой для базы знаний данной предметной области.
- предложена новая структура оболочки для создания экспертных систем, отличающихся от известных тем, что в них встроен режим обучения построения графа денотатной структуры текста.
–разработан алгоритм сравнения эталонного графа денотатной структуры текста с графом, который будет построен обучающимся в процессе обучения предметной области.
Практическая ценность. Предложенные алгоритмы и структуры позволяют повысить эффективность организации процесса распознавания дефектов металлокерамических и коммутационных плат, что в свою очередь может привести к сокращению выхода бракованной продукции. А это ведет к увеличению конкурентоспособности наших предприятий, выпускающих подобную продукцию, на мировом рынке. Кроме того, разработанная обучающая система может быть адаптирована и к другой предметной области, что обеспечивает ее универсальность и применимость в любой производственной и учебной сферах.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
– структура представления знаний дефектов металлокерамических и коммутационных плат и причин их возникновения;
– математическая модель сравнения графов денотатной структуры текста;
– архитектура экспертной системы для повышения качества производства металлокерамических и коммутационных плат.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, МЭИ, 2002), VIII международной конференции “Современные технологии обучения” (ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 2002), II Международной конференции “Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и систем искусственного интеллекта” ( Вологда, 2003), XIV Международной конференции “Применение новых технологий в образовании”( Троицк, 2003), Международной научно-методической Интернет-конференции “Информационные технологии в образовательной среде современного вуза –2004”, Втором Всероссийском симпозиуме по прикладной математики (Йошкар-Ола,2001), I Всероссийской научно-практической конференции “Психолого-педагогические исследования в системе образования” (Москва-Челябинск, 2003), 2-ой и 3-ей Всероссийских заочных научно-практических конференциях “Модернизация системы профессионального образования на основе регулируемого эволюционирования” (Челябинск, 2003,2004), 54-й межвузовской студенческой научно-технической конференции (Йошкар-Ола,2001), конференции “Туполевские чтения”( Казань, КГТУ, 2002), конференции "Управление качеством инженерного образования" (Казань, КГТУ, 2002), конференции “Вавиловские чтения” (Йошкар-Ола,2003), Межрегиональной научно-практической конференции “Интеллектуальные информационные системы (Интеллект 2003)”, региональной научно-практической конференции “Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе”(Йошкар-Ола, 2005), V международной конференции «Интеллектуальные системы».
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 21 печатная работа, отражающая основные результаты работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 149 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.
