«Искусственный интеллект. Применение в интегрированных производственных системах». Под ред. Э.Кьюсиака. Москва «Машиностроение», 1991г. стр.с.402-417
Применение искусственного интеллекта (ИИ) для составления календарного плана
Интеллектуальная экспертная система
Дополнительные функции календарного планирования
Интеллектуальная экспертная система
Один из подходов к составлению эффективного расписания — это построить интеллектуальный планировщик процесса, работающий в реальном времени, используя технику ИИ, объединенную с некоторыми аспектами существующих подходов к календарному планированию, т. е. с диспетчированием, составлением последовательности работ, эвристиками и имитационным моделированием. Интеллектуальный подход позволяет эффективно иметь дело с динамикой системы и неполной информацией, которые характеризуют этот класс проблем. Для создания «интеллектуального» планировщика можно использовать специальным образом составленную комбинацию структур данных и интерпретирующих процедур, определяющих систему знаний.
Раух-Хинден описывает систему знаний как компьютерную программу, которая содержит множество фактических, опытных, интуитивных, неопределенных знаний и суждений (эвристик), полученных от эксперта в некоторой прикладной области. При наличии этого знания программа способна делать выводы и генерировать новую информацию в решении проблем, связанных с человеческим интеллектом, которые непросто решить алгоритмическими методами.
Требование гибкости для планировщика реализуется путем использования стратегии наименьшего вмешательства, при которой частный сегмент расписания усовершенствуется только что условия, на которых базируются плановые решения, останутся неизменными в ходе исполнения. Расписание должно простираться в будущее не дальше, чем ожидаемая достоверность данных. Решения должны базироваться на данных, вероятность истинности которых довольно велика. Подход наименьшего вмешательства может вести к «оппортунистическому планированию». Поэтому планировщик способен извлекать преимущество из информации о текущем состоянии ячейки и из знаний предметной области, содержащихся в базе правил, чтобы руководить определением наиболее предпочтительных вариантов расписания. Результатом является выбор соответствующей последовательности действий, которые следует выполнять и которые имеют высокую вероятность осуществимости за время исполнения, являются эффективными.
Подход экспертных систем применим к календарному планированию, потому что он содействует координации универсального знания со специальной информацией, обеспечиваемой руководством строительства, данными строительного контроля и любой другой информацией, проходящей в структуре ИАП. Планировщики, использующие данный подход, являются интеллектуальными. Они работают в реальном времени, в том смысле, что создание эффективного расписания для задачи требует детального знания и понимания предметной области процесса. Описание предметной области может находиться в базе знаний, которая в сочетании с текущими данными задачи используется для непрерывной разработки расписания, являющегося не только гибким, но и эффективным.
Интеллектуальная экспертная система (основанная на знаниях) способна решать задачи путем манипулирования знанием, закодированным и полученным от экспертов. Интеллектуальная экспертная система, как правило, состоит из четырех основных компонентов:
• базы знаний (или множества правил) и ситуационной модели (или модели мира);
• механизма выявления знаний (например, цеховой монитор);
• механизмов вывода и управления для выработки заключений;
• пользовательского интерфейса.
Основными подходами к проектированию интеллектуальных экспертных систем являются:
Подход, базирующийся на правилах, использует для выработки заключений группу правил типа ЕСЛИ_ТО, которые содержат факты или суждения о проблеме.
Подход, управляемый по образцам, основывается на образцах, представленных в базе знаний, и на согласовании образцов со средой.
Дополнительные функции календарного планирования
Имеется ряд функций, которые так или иначе связаны с календарным планированием и могли бы иметь право на включение в систему календарного планирования. Ими являются ввод данных, интерактивное планирование, способность объяснения, автономное планирование, модификация статуса, введение новых ограничений и обучение модели, формирование сообщений и моделирование вида «ЧТО ЕСЛИ».
Способность к объяснению является особенностью, которая особенно полезна для советчика по календарному планированию, но в той же мере полезна и в автономном планировщике, как средство контроля, наблюдения за системой и ее коррекции. Эта функция способствует решению любых проблем, с которыми сталкивается система планирования. Простое объясняющее средство может проследить схему решений по шагам, а более сложный механизм объяснения может предоставить закодированные рассуждения и справки, почему тому или иному решению было отдано предпочтение перед другими. Большинство объяснений состоит из листинга шагов, пройденных через пространство задачи, и может включать рассуждение, описывающее, почему были предприняты эти шаги. Усложненные траектории, использование многих состояний, поиск в большом пространстве задачи и использование большого количества правил ставят перед пользователем трудную проблему понять, как развивался процесс рассуждений. Объяснение является одним из способов дать обоснование для действий и помочь лучше в них разобраться. Пользователю в этом случае гораздо легче управлять производством и оценить, работает ли система надежно или она требует пересмотреть что-то.
Вследствие быстрых изменений среды трудно создавать бесконфликтные расписания. Наилучшим решением было бы спрогнозировать проблемы и генерировать серии возможных решений. Планировщик должен обладать способностью использовать имеющуюся информацию для реализации функции «ЧТО ЕСЛИ». Эта способность может быть использована в идентификации ограничений в опережающем планировании или планировании в реальном масштабе времени, а также при применении альтернативных путей в случае отказов и при разрешении конфликтов из-за ресурсов.
Функция «заглядывания вперед» с использованием подхода «ЧТО ЕСЛИ» весьма необходима для календарного планирования в реальном масштабе времени. Имеется сильная мотивация к предсказанию будущего с целью разработки полного или частичного расписания. Планирующая система, которая не делает прогнозов требований по определенным дефицитным ресурсам, может сильно затруднить принятие эффективных и робастных решений по планированию. Чтобы отвечать за критичные операции и потенциальные узкие места, подход с просмотром «в близкой окрестности», способный принимать только одно решение в какой-то момент, приведет в итоге к очень осторожным плановым решениям. Следовательно, неспособность прогнозировать будущее и необходимость принимать решения вслед за каждым событием может снизить эффективность системы.
По мере того, как планирующая система становится все более совершенной, для повышения ее гибкости потребуется обучение. Если условия вызывают расхождения с текущим планом, то система должна обладать способностью проводить повторное календарное планирование в реальном масштабе времени для того, чтобы можно было поддержать приемлемый темп производства. Если же ситуация не раскрывается текущим содержанием базы знаний, то система должна уметь принимать решение на основе имеющейся информации. Система должна быть способна не только исправлять ситуацию вовремя, но и уметь пересматривать базу знаний по мере необходимости путем добавления, удаления или корректировки содержания. Все это должно осуществляться при вмешательстве человека или без него. Структура интеллектуального плана показана на рис. 1
а) подход, управляемый правилами;
б) подход, управляемый по образцам;
в) комбинация этих двух подходов.
Рисунок1