Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный трубопроводный транспорт (ТТ) России имеет тенденцию к постоянному развитию и усложнению технических средств, и в настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию уровня автоматизации его сложных систем, таких как перекачивающие и компрессорные станции, резервуары, распределительные пункты, системы мониторинга и т. д. Особое внимание уделяется проблемам автоматизации управления, и актуальность этой проблемы постоянно возрастает.
На разработку новых технических средств ТТ, в том числе автоматизированных систем управления (АСУ), затрачиваются огромные интеллектуальные и временные ресурсы. В такой ситуации назревает необходимость оптимизации существующих методов разработки АСУ с целью повышения общей эффективности работы инжиниринговых компаний и снижению интеллектуальных и временных, а следовательно -огромных финансовых затрат на разработку автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом.
Применение современных телекоммуникационных технологий оказывает существенное влияние и на эффективность разработки, и на сам процесс эксплуатации АСУ ТТ. И один из путей решения проблемы эффективной организации процесса разработки АСУ ТТ - это создание интеллектуальной системы (ИС) для разработки, функционирующей на основе базы знаний (БЗ). Эта система позволит автоматически, на основе заданных параметров АСУ, создавать принципиальные схемы к проекту. То есть разработчик, использующий такую систему, сможет доверить ей разработку той части АСУ ТТ, техническое задание на которую поддается формализации. Причем, достигаемый в этом случае уровень автоматизации разработки не доступен существующим на данный момент системам.
Поскольку основным элементом любой ИС является база знаний, в
которой концентрируется вся необходимая информация, то эффективное
применение интеллектуальной системы для разработки
автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом без наличия БЗ, релевантной решаемым задачам и способствующей сохранению накопленного опыта, не представляется возможным. Это позволяет сделать вывод о том, что ключевой задачей создания интеллектуальной системы для разработки (ИСР) АСУ трубопроводным транспортом является задача непосредственно разработки релевантной базы знаний для нее. И для этого требуется решить целый ряд вопросов
различного характера, связанных с выявлением, получением, представлением, организацией и накоплением знаний, а также реализацией и верификацией самой базы знаний.
Таким образом, состояние научных исследований по созданию и внедрению интеллектуальных систем для разработки АСУ трубопроводным транспортом позволяет сделать вывод о том, что существует актуальная научная задача разработки методов создания базы знаний интеллектуальной системы для разработки автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом.
В различные периоды времени вопросы, связанные с созданием баз знаний и, в целом, с интеллектуализацией различных процессов, были освещены в трудах таких ученых, как Минский М., Попов Э.В., Поспелов Г.С, Хорошевский В.Ф., Гаврилова Т.А., Сазонов А.Е., Смоленцев СВ., Искандеров Ю.М. и др.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности процесса разработки автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом за счет интеллектуализации данного процесса на основе создания и внедрения базы знаний.
Объект исследования - база знаний интеллектуальной системы для разработки автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом.
Предмет исследования - принципы создания и методы разработки базы знаний интеллектуальной системы для разработки автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом.
Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке методов получения и представления знаний, разработке структуры и метода оценки эффективности базы знаний, что необходимо для построения базы знаний и повышения эффективности процесса разработки автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом.
Методами исследования являются методы таких научных дисциплин, как системология, информатика, инженерная психология, теория управления, математическое программирование, теория искусственного интеллекта, инженерия знаний, компьютерные и информационные технологии.
Диссертация является результатом личной работы автора в процессе научно-исследовательской деятельности.
Основными научными результатами, выносимыми на защиту, являются:
Метод точных опорных концептов получения знаний.
Метод представления знаний «интеллектуальное зеркало».
Структура базы знаний в составе интеллектуальной системы для разработки АСУ трубопроводным транспортом.
Метод оценки эффективности базы знаний.
Научная новизна работы. Новизна настоящего диссертационного исследования состоит в следующем:
в разработке метода точных опорных концептов получения знаний, применение которого обеспечивает получение ключевых знаний с учетом специфики предметной области разработки АСУ трубопроводным транспортом и закладывает основу для параметризации знаний;
в разработке метода представления знаний «интеллектуальное зеркало», методически дополняющего метод точных опорных концептов и позволяющего параметризировать и представить схемотехнические знания с применением существующих средств систем автоматизированного проектирования (САПР) и традиционных моделей инженерии знаний;
в разработке структуры базы знаний в составе интеллектуальной системы для разработки АСУ трубопроводным транспортом, уточняющей принципы работы системы в целом;
в разработке метода оценки эффективности БЗ интеллектуальной системы для разработки АСУ трубопроводным транспортом, позволяющего оценить построенную базу знаний с позиций двух основных групп критериев: качества работы и полезности.
Практическая значимость работы. При создании БЗ интеллектуальной системы для разработки АСУ трубопроводным транспортом с применением разработанных методов и ее последующем внедрении, время разработки АСУ трубопроводным транспортом, по сравнению с применением обычного инструментария разработки АСУ, может достигать сокращения в 3,6 раза.
Кроме того, разработанные методы создания БЗ могут применяться для создания баз знаний для других предметных областей, связанных с разработкой и проектированием сложных технических объектов и комплексов.
Результаты диссертационного исследования внедрены в департаменте автоматизации СП ЗАО «ИВС», входящем в научно-производственное объединение «РИВС»:
основные подходы метода точных опорных концептов получения
знаний и метода представления знаний «интеллектуальное зеркало» были
успешно применены при создании постоянно действующей в
проектировании АСУ корпоративной базы изделий, а также структуры базы типовых схемотехнических решений; внедрение базы изделий позволило увеличить объемы проектных работ при неизменном составе рабочей группы и заданных сроках проектирования;
научные результаты были использованы при разработке
концепции интеллектуализации проектирования АСУ, реализация которой
в настоящий момент находится на стадии внедрения. Внедрение данной
концепции в полном объеме позволит существенно повысить уровень
автоматизации проектирования.
Достоверность исследований обеспечивается:
корректностью постановки задачи, определения цели, объекта и предмета исследования;
корректностью применяемых методов таких научных дисциплин, как системология, информатика, инженерная психология, теория управления, математическое программирование;
обоснованным использованием результатов предметных областей трубопроводного транспорта, искусственного интеллекта, инженерии знаний, компьютерных и информационных технологий, автоматизации технологических процессов, создания автоматизированных систем;
успешным применением результатов диссертационной работы в практической деятельности СП ЗАО «ИВС», входящего в НПО «РИВС».
Апробация исследования. Основные положения и результаты работы
докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры Автоматики и
вычислительной техники Государственной морской академии имени
адмирала СО. Макарова и на научных семинарах в Институте проблем
транспорта имени Н.С. Соломенко РАН, а также на следующих
всероссийских научно-практических и международных
конференциях/форумах:
всероссийских научно-практических конференциях «Транспорт России: проблемы и перспективы», Москва (2007, 2008), Санкт-Петербург (2010);
10-й международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM - 2010)», Москва, 2010;
международном форуме «Безопасность транспортных комплексов», Санкт-Петербург, 2010.
Публикации по теме диссертации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, в том числе
статья в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и перечня использованных источников из 107 наименований. Общий объем работы составляет 133 страницы, в том числе 17 рисунков и 4 таблицы.
