Применение методов группового выбора и прецедентных экспертных систем для обоснования мероприятий по предотвращению отказов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ГРУППОВОГО ВЫБОРА И ПРЕЦЕДЕНТНЫХ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ОТКАЗОВ

Г.С. Малтугуева А.Ю. Юрин Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Иркутск

Введение

Решение задач в области обеспечения надежной и безопасной эксплуатации технологического оборудования требует применения методов и систем искусственного интеллекта, с целью разработки специализированных систем поддержки принятия решений. Подобные системы создаются для различных областей: энергетика [Варшавский и др., 2005], транспорт (трубопроводный и авиационный) [Жернаков, 2003], нефтехимия и машиностроение [Берман и др., 2006].

Одной из задач, требующей для своего эффективного решения применения средств и систем поддержки принятия решения, является задача обоснования мероприятий по предотвращению (локализации, ликвидации последствий) отказов и аварий технологических объектов.

В процессе эксплуатации механических систем (как частей технологических объектов) - машин и конструкций, возможно нарушение их нормального функционирования. При этом возможен переход системы из безопасного работоспособного состояния как в нежелательное безопасное состояние (например, снижение производительности промышленного объекта), так и в опасное состояние (например, отказ системы в целом (остановка производства), авария и чрезвычайная ситуация). При этом переход в опасное состояние может сопровождаться такими опасными событиями (явлениями) как взрыв, пожар, утечка ядовитых веществ, что обуславливает опасность данных объектов для людей и окружающей среды, и повышает актуальность задачи оперативного и эффективного обоснования мероприятий разного рода.

Задачу оперативного и эффективного обоснования мероприятий предлагается решить путем разработки специализированного программного обеспечения.

Для большинства технических объектов, задача обоснования мероприятий решается на основе технологических регламентов, которые являются нормативными документами и регламентируют все действия персонала. Поэтому одним из способов решения задачи поддержки специалистов при обосновании мероприятий является создание продукционных экспертных систем или специализированных справочников. Однако в этом случае накопленный ранее опыт решения подобных задач останется неиспользованным (невостребованным). Поэтому, в качестве одного из методов решения задачи, были выбраны прецедентные экспертные системы [Aamodt et al., 1999], обеспечивающие эффективное использование накопленного опыта.

Одной из особенностей применения прецедентного подхода является получение в качестве решения проблемы набора прецедентов (аналогов), близких по описанию к рассматриваемой ситуации. При этом решение о выборе того или аналога в качестве прототипа (окончательного решения) обычно принимает человек, на основе ознакомления с подробным описанием всех аналогов, что не всегда является эффективным. Предлагается повысить эффективность решения данной задачи путем применения методов теории принятия решений, в частности методов группового выбора. Методы группового выбора позволят сформировать решения на основе обобщения решений наиболее близких аналогов.

Таким образом, цель работы - разработка подхода к обоснованию мероприятий по предотвращению (локализации, ликвидации последствий) отказов и аварий технологических объектов, основанного на комплексном применении прецедентных экспертных систем и методов группового выбора.

В работе рассмотрено совместное применение прецедентной экспертной системы и методов группового выбора для поддержки лица, принимающего решение, при обосновании мероприятий по предотвращению отказов.

1. Предлагаемый подход

1.1 Прецедентная экспертная система

Прецедентные экспертные системы базируются на принципе принятия решений по аналогии. Для эффективного их применения не требуется глубокого анализа предметной области, достаточно указать проблему и ее решение путем показа нескольких примеров, указания аналогичных случаев и ссылок на некоторое сходство. В том случае, если к моменту возникновения новой проблемы уже накоплен значительный опыт решения похожих проблем, возникавших ранее, например, статистика отказов на разнородном нефтехимическом оборудовании, то применение прецедентного подхода позволяет не только обеспечить поддержку лица, принимающего решение, но и повысить эффективность повторного использования накопленного опыта.

Одним из основных понятий в данной области является понятие «прецедент» - компактное описание знаний о событиях, явлениях, процессах и состояниях, содержащее наиболее важные параметры и свойства событий, процессов и рассматриваемого объекта.

Как правило, прецедент состоит из описания проблемной ситуации и совокупности действий, предпринимаемых для устранения данной проблемной ситуации (ее решения).

При решении задачи поддержки специалиста при обосновании мероприятий по предотвращению и по снижению последствий отказов на основе прецедентов, описание проблемной ситуации, в нашем случае это некоторый инцидент (отказ) на производстве, содержит перечень диагностических признаков, позволяющих однозначно идентифицировать текущее состояние объекта исследования. Решение, в свою очередь, - это перечень мероприятий по предотвращению и снижению последствий отказов. Используя данную модель, была разработана система поддержки принятия решений [Берман и др., 2008]. Результатом работы этой системы является набор аналогов, упорядоченных в соответствии с мерой подобия (близости) описаний и с указанием степени неопределенности (неполноты) полученных оценок подобия.

Руководствуясь этим набором, пользователь получает возможность ознакомиться с перечнем рекомендованных и принятых мероприятий (содержащихся в прецедентах) по предотвращению и снижению последствий аналогичных отказов и на основании этих сведений и своих личных знаний и опыта принять решение. В ряде случаев лицу, принимающему решение, приходится обобщать решения нескольких аналогов, неявно решая задачу группового выбора.

1.2 Методы группового выбора

Методы группового выбора [Петровский, 2009] позволяют обобщать множество индивидуальных мнений (предпочтений) и формировать на их основе мнение (отношение) группового предпочтения, являющееся объективным выражением множества индивидуальных мнений. При этом задачу коллективного выбора можно сформулировать следующим образом [Миркин, 1974]: пусть задано множество альтернатив , из элементов которого все члены коллектива, принимающего решение, должны составить свои предпочтения (упорядочить альтернативы по убыванию их предпочтительности), из которых формируется -элементное множество ранжировок . Пусть индивидуальные предпочтения заданы обобщенными ранжировками

,

где , - отношение строгого предпочтения, - отношение эквивалентности, таким образом, принимает значение либо строгого отношения предпочтения, либо эквивалентности. Требуется построить отношение коллективного предпочтения, т.е. отношение должно выражать мнение всего коллектива - быть компромиссным.

Методы решения задачи группового выбора можно условно разделить на три группы:

качественные, основанные на сравнении альтернатив;

количественные, основанные на вычислении оценок;

гибридные, представляющие собой комбинацию качественных и количественных.

При этом каждый метод эти методы имеют свои достоинства и недостатки:

Количественные всегда дают решение, но бывает сложно определить его некорректность.

Качественные не всегда дают решение, но, по мнению ряда исследователей, они наиболее точно выражают отношение группового предпочтения.

Предлагается применить эти методы в комплексе для обработки данных полученных из прецедентной системы.

1.3 Совместное применение прецедентных систем и методов группового выбора

Результатом работы прецедентной экспертной системы является набор аналогов, упорядоченный в соответствии с мерой подобия (близости) описаний. Используя этот набор, пользователь (лицо, принимающее решение) либо принимает решение, описанное в прецеденте с наибольшей мерой подобия, либо формирует новое решение на основе решений, содержащихся во множестве наиболее близких прецедентов, т.е. решает задачу группового выбора. Для решения задачи поддержки специалиста при обосновании мероприятий по предотвращению и по снижению последствий отказов множество альтернатив X представляет собой мероприятия (которые необходимо принять), множество ранжировок S - множество решений, содержащихся в аналогах, где каждая ранжировка представляет собой набор мероприятий, упорядоченных по очередности их принятия.

Предлагаемый подход к формированию решения на основе прецедентов с помощью методов группового выбора состоит из трех этапов:

1. Формирование исходных данных для задачи группового выбора на основе информации из аналогов. Результатом данного этапа может быть множество наборов ранжировок, имеющих различный количественный и качественный состав.

2. Решение задачи группового выбора для каждого набора ранжировок.

3. Согласование результатов, полученных при решении задачи группового выбора для каждого из наборов, с целью формирования окончательного решения. Данный этап может быть пропущен при существовании единственного набора.

Рассмотрим этапы подробнее.

Этап 1: Формирование исходных данных. Для использования прецедентов в качестве исходных данных для решения задачи группового выбора необходимо решить ряд задач: