Интеллектуальные системы управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Л.Г.ЗАРТЕНОВА, канд. техн. наук, доцент, зав. каф. САПР,

Карагандинский государственный технический университет

Рассматривается возможность использования для управления сложными объектами альтернативного подхода, основанного на представлении их как интеллектуальных систем. Предлагаются основные положения, на которых базируется этот подход, и логическая структура для построения интеллектуальной системы управления.

управление интеллектуальный система логический

Для построения систем управления в условиях высокой технической и организационной сложности реальных производственных объектов применение новых информационных технологий неизбежно. Главная проблема формирования управляющего воздействия в таких системно-сложных объектах - это необходимость обработки слишком больших объемов информации, часто к тому же неоднозначной и противоречивой. Потеря же информации или ее формальное обобщение может существенно сказаться на конечном результате. Технологии управления в таких системах должны быть ориентированы на анализ потоков контекстно-зависимой информации, адекватно реагировать на каждую возникающую ситуацию, иметь «под рукой» информацию в виде «опыта» управления такими или подобными ситуациями, уметь распознать это подобие и, накапливая, обобщать в виде алгоритмов. Фактически необходима разработка новых принципов управления, основанных на применении информации в виде знаний, то есть интеллектуальных систем управления (ИСУ).

Управление и информация на новом уровне фактически встретились уже в начале 80-х годов, с момента появления первых предложений о проведении динамической контекстной реструктуризации баз данных, т.е. появления основы для создания баз знания. Этой встрече они обязаны исследованиям как в области информатики, так и в области математической и структурной лингвистики, давшим к этому времени достаточные основания для становления предмета информатики, ее перехода к работам по созданию и исследованию баз знания.

Базовая структура интеллектуальной системы или «системы, базирующейся на знаниях» состоит из следующих блоков: базы знаний, содержащей знания о некоторой ограниченной предметной области; решателя, или блока логического вывода, осуществляющего активизацию знаний, соответствующих текущей ситуации и принятие соответствующего вывода или рекомендации; блока верификации БЗ, обеспечивающего добавление новых знаний и корректировку уже существующих; блока объяснения, позволяющего прослеживать всю цепочку рассуждений системы, приводящих к конечному результату, и, наконец, интерфейса, обеспечивающего удобную связь с системой. Таким образом, работа интеллектуальной системы по своему содержанию связана с принятием решения в контексте текущей ситуации.

Казалось бы, управление и интеллектуальные информационные технологии как методы работы со знанием должны были встретиться еще с момента возникновения понятия «искусственный интеллект». Однако в рамках ИИ управление рассматривалось как одно из проявлений интеллектуальной деятельности эксперта. Поэтому управление как САУ ныне «успешно» дополнено экспертными и эвристическими подходами. Управление же как руководство считается деятельностью, достаточно обеспеченной математикой и требующей только вычислительных мощностей для решения систем из многих дифференциальных уравнений или даже просто решения задач линейного или нелинейного программирования.

Вместо построения единой теории управления, содержащей в себе «классические САУ» как составную часть и, например, «интеллектуальные САУ» как системы, обеспечивающие автоматическое принятие управляющих решений на основе контекстного и ситуационного анализа потоков информации, управление для систем, не имеющих адекватного задаче математического представления, было фактически отодвинуто на обочину науки и вылилось в автоматизированные системы управления - АСУ. Автоматизация как включение человека в процесс принятия решений устраняла все проблемы в корне: нет функционала - есть «экспертно» полученное решение. Теоретическая несостоятельность и практическая неудачность такого подхода теперь стали очевидными.

Со стороны ИИ тоже не предпринималось никаких видимых шагов к сближению. Одной из причин тупикового развития этого подхода стала его направленность на моделирование отдельных проявлений поведенческого аспекта при отсутствии сколько-нибудь полезного определения интеллектуальной системы. Хождение по лабиринтам, игра в шахматы, многомерные пространства и другое увели ИИ от создания технологий работы со знанием к поискам алгоритмических моделей, к попыткам расширения возможностей контекстно-независимых языков и к эвристикам. Декларированная «всеобщность кибернетики» как универсального метода работы с любыми системами заслонила собой реальность существования сложных систем во внешнем мире, влекущую за собой требование полноценного управления, которое нельзя подменить эвристиками. «Информационный угол зрения» и направленность на «моделирование живого в машине» как путь к интеллекту в конечном счете исчерпали себя.

Анализ употребления термина «интеллектуальные системы управления» (ИСУ) показывает, что под ним, в общем случае, понимается предельный по сложности класс САУ, ориентированных на приобретение, обработку и использование некоторой дополнительной информации, понимаемой как «знание». Такие системы предназначены для работы в условиях неопределенности (невозможности точного математического описания) информации о свойствах и характеристиках системно-сложных объектов и среды их функционирования.

Традиционно принято разделять системы по сложности их описания на языке математики, выделять систему из внешнего мира как кибернетический объект с обратными связями и той или иной степенью алгоритмизированности управления, игнорируя или формально учитывая её связи с внешним миром в виде некоторых количественно определяемых возмущений. В этом случае интеллектуальность управления может быть сведена к математизированному интеллекту в виде определенных эвристик или алгоритмов выбора стратегии вычисления управляющих воздействий в контексте текущей ситуации. При этом принцип выбора наилучшего решения в соответствии с внутренними целями функционирования системы считается приоритетным. Внешние факторы могут учитываться, например, в виде ограничений.

Теория же ИСУ опирается на системный подход в том смысле, что она, ориентируясь на системную, а не на описательную сложность, оставляет систему во внешнем мире и признает существование внутренней целевой установки хотя бы на уровне поддержания стабильности своего существования. Стремление к состоянию стабильности является при этом важнейшей характеристикой системы. Цель и задача интеллектуального управления - управляемое и независимое от собственной цели существования удержание системы в этом состоянии или перевод её в другое метастабильное состояние. Внутреннее и внешнее управление интеллектуальны во взаимодействии, в акте взаимной контекстной ситуационной оценки информации.

Первый подход можно образно обозначить как «диктовать и требовать», а второй «просить и договариваться». В первом случае получаем обычное директивно-критериальное или аналитико-механистическое управление и работу с описывающей систему моделью. При этом система известна с точностью до модельной структуры и передаточных характеристик. Во втором случае получаем системное руководство (системное управление) и организацию взаимодействия с управляемой системой «как с субъектом». Здесь система известна с точностью до ответной реакции на языке диалога, сообщающем о контекстном понимании заданного управления, оценке ресурсов и возможностях реализации новой целевой установки.

Теория ИСУ исходит из того, что интеллектуальное управление не может быть альтернативой «неинтеллектуальному». Если в природе мы признаём проявление интеллектуального поведения (или интеллектуального управления) только начиная с некоторого уровня взаимодействия открытых систем, то и в применении ИСУ мы должны иметь некоторое ограничительное правило, говорящее о системном соответствии системы и ее управления.

Интеллектуальное управление возникает там, где информация трактуется как количественно неопределяемая совокупность данных (фактов, знаков, утверждений и тому подобного) и отношений между ними в семантически ясном контексте их текущей трактовки. Для восприятия управления как осмысленного потока информации необходимо использование базы данных, если контекст и отношения сообщений постоянны и могут быть заданы конечным набором записей и базы знания, если семантика информации достаточно сложна, контекст переменен, цель управления корректируется в процессе управления, что, как минимум, требует реструктуризации внутренних связей базы данных при акте обработки информационного потока. Указанное требование реструктуризации, обеспечивающее практическую возможность активного (актуализированного) отношения к информации, является отличительным моментом возникновения интеллектуального управления.

Рассмотрим некоторые положения, на которых базируется построение ИСУ.

1. Теория ИСУ рассматривает проблемы управления для систем всех уровней, связанных с понятием интеллектуальности как способности в той или иной мере самостоятельно принимать, обрабатывать и выдавать во внешний мир информацию. Управление в общем случае должно начинаться не от операторно-структурного описания, не от математической модели и передаточной функции, а от предварительной оценки системной сложности управляемого объекта и выбора соответствующего объекту языка управления. Язык описания объекта и язык управления являются важнейшими характеристиками, от которых зависит оценка необходимого уровня подхода к контакту с системой. При предъявлении к объектам требования сохранения достаточно высокого уровня своей коммуникативной функции относительно окружения языки описания и управления становятся контекстно-зависимыми и предопределяют неизбежность введения и логику инженерно реализуемого понятия интеллекта и интеллектуального управления для обеспечения уровня контакта, адекватного коммуникативной сложности объекта, а не той или иной его модели.

2. Интеллект является атрибутом сложной системы и характеристикой ее отношения к внешнему миру. Интеллект как атрибут сложной системы проявляет себя формированием «образа» (изменением текущей структуры внутренних связей в базе знания), определяющего реакцию системы на внешние воздействия. Он проявляется только в актах общения со столь же сложными объектами и активизируется в системе в процессе реорганизации внутренних информационных связей. Это значит, что интеллектуальность может рассматриваться только как оценка a posteriori транзакции сравнительно с некоторой другой нереализовавшейся ситуацией.

3. Основной цикл управления интеллектуальной системы основан на работе со знанием. Классический основной цикл управления не может быть распространен на системы, требующие интеллектуального управления, потому, что управление через «образ», во-первых, требует существенного учета конкретного накопленного знания, формально распределенного между руководителем и системой, а во-вторых, более критично к изменению информации в процессе принятия решения. Соответственно, ИСУ, опирающаяся на принятие решений с использованием знания, имеет совершенно отличный основной цикл управления.

4. Интеллектуальные свойства системы «объект - управление» имеют дискретное проявление. Теория ИСУ утверждает, что при ориентации на определение интеллектуальности, данное через базу знания, система управления может обладать интеллектуальными свойствами лишь на некоторых отрезках времени, в течение которых происходят модификации базы знания, что эквивалентно восприятию системой нового контекста. В каждом акте управления при фиксированной текущей структуре базы знания «интеллектуальные» свойства системы не являются строго необходимыми (база знания структурно фиксирована и не отличается в текущий момент времени от базы данных). В это время можно использовать классические принципы управления.

Приведенный ниже (см. рис.) логический уровень представления информационной базы является основным блоком для построения ИСУ, состоящей, в основном, из множества таких блоков, имеющих разное предназначение и взаимодействующих друг с другом и с разными информационными потоками. Таких информационных баз должно быть, по крайней мере, три: для реализации внешнего и внутреннего управления, а также для представления модели внешнего мира.

В ИСУ должна быть система ввода и синтаксической и семантической оценки информационных потоков для обеспечения восприятия внешних управляющих сообщений и сообщений внешнего мира (тех сообщений из потоков, не включенных в поток управляющих сообщений, которые ИСУ «научилась воспринимать как осмысленные» по мере накопления опыта - внешне «посторонних связей и подробностей, относительно предмета ее существования») для реализации всех уровней управления.

ИСУ как совокупность информационных баз

Размещено на Allbest.ru