Современные информационные технологии/ 2. Вычислительная техника и программирова­ние

 

 Илипов М.М., к.ф.-м.н. Искакова А.С.

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Казахстан

Особенности разработки бортовых оперативно-советующих экспертных систем

Ранее в работах [1-2] описывались особенности бортовых оперативно-советующих экспертных системм (БОСЭС), предназначеной для совместной ра­боты с бортовым оператором (экипажем) на среднем уровне управления «Выбор способа достижения цели».

От практически значимой БОСЭС требуется:

—  быть всегда согласованной с активизированной в текущий момент концептуальной моделью поведения оператора [1],

—  иметь незаметное (в масштабе реальных изменений во внешней об­становке и в темпе деятельности оператора) для оператора время реакции [1].

Если второе требование разработчиком БОСЭС воспринимается как конструктивно-конкретное, то на первом необходимо остановиться по­дробнее. Деятельность оператора включает в себя оперативное и пра­вильное обнаружение и осознание возникшей проблемы, выявление воз­можных способов ее разрешения, выбор среди них наиболее рациональ­ного (оптимального) способа разрешения этой проблемы, реализацию вы­бранного способа, контроль результатов этой деятельности. При этом ни отсутствие необходимой для этого информации, ни недостаток времени для ее анализа не освобождает оператора от необходимости к определен­ному моменту времени (определяемому сложившейся обстановкой) при­нять определенное (лучше оптимальное) решение. Именно в такой об­становке БОСЭС призвана давать рекомендации оператору на решение возникающих перед ним проблем. При этом следует помнить о крайне ограниченных на борту технических возможностях прямого общения опе­ратора с БОСЭС и о большом объеме имеющейся у оператора (и отно­сящейся к делу) априорной и текущей количественной и качественной информации. Имея это в виду, уточним для конструктора БОСЭС первое из названных выше требований.

Для удовлетворения ему при разработке БОСЭС конструктору следует учитывать, что:

—    главенствующая роль на борту принадлежит оператору, и он не обязан сообщать БОСЭС о своих текущих намерениях и о необходимо­сти дать ему в настоящий момент рекомендации-советы. Другими сло­вами, база знаний (БЗ) БОСЭС и заложенные в БОСЭС механизмы вы­вода должны выявлять и предъявлять оператору значимые (в его, опера­тора, действующей концептуальной модели поведения и в сложившейся внешней и внутрибортовой обстановке) события, правильно их интерпре­тировать, давать глубокие по анализу возникшей проблемы рекомендации по ее разрешению;

—   в любой практически значимой для оператора ситуации, которая может возникнуть в рамках активизированной оператором концептуаль­ной модели его поведения, давать убедительные и конструктивные реко­мендации. Другими словами, предметная область (ПО) БОСЭС должна быть функционально замкнута и для оператора;

—  БОСЭС должна семантически и информационно встраиваться в ре­альное (проектируемое) информационно-управляющее поле кабины. Дру­гими словами, рекомендации и комментарии к ним должны предъявляться в форме и на месте, естественном для конкретного рабочего места опе­ратора и встраиваться в естественный пространственно-временной мир кабины;

—    прямой режим общения оператора с БОСЭС крайне ограничен по аппаратным возможностям современных кабин и по обычно жестким временным лимитам разрешения возникшей ситуации;

—  с каждым конкретным экземпляром БОСЭС будет последовательно работать не один, а несколько операторов, отличающихся уровнем своей профессиональной подготовки, психофизиологическим складом, составом и уровнем мотиваций.

Необходимо отметить, что сама процедура подготовки, регламентиро­ванная и поддержанная соответствующими организационно-техническими документами (например: боевой устав, наставления по применению), хо­рошо структурирует задачу и условия вылета. Эта структуризация и пред­полетная информационно-тактическая подготовка экипажа должны отра­жаться в БЗ БОСЭС.

При полной интеллектуализации борта системы на нем для каждой ТС, по-видимому, будет существовать своя БОСЭС (БОСЭС ТС).

Формальные описания ТС (Пр с/с) сопровождаются составлением сло­варя понятий и отношений между понятиями, необходимых для последу­ющей разработки логико-лингвистических моделей [4] каждой Пр с/с и ТС в целом.

Состав БОСЭС для самолета-истребителя представлен на рис. 5.1 (из всех необходимых БОСЭС типовых ситуаций на рисунке показаны только те, названия которых будут упомянуты ниже).

Обратимся к методике разработки БЗ БОСЭС для некоторой ТС. Для каждой Пр с/с этой ТС из ее формального описания составим список объектов-деятелей (агентов) и значимых событий. Представим каждую Пр с/с этой ТС совокупностью математических моделей, которая описывает пространственное расположение участников Пр с/с, прогнозирует его из­менение во времени и определяет моменты возможного наступления зна­чимых (для рассматриваемой Пр с/с) событий. Назовем эту совокупность сценарием (СЦ), соответствующим этой Пр с/с.

Довольно часто Пр с/с требует предварительного своего исследова­ния на ряде математических моделей, которые, как правило, формули­руются в виде математических задач оптимального управления, теории игр, различных задач принятия решений [1]. Ряд таких моделей опи­сан в п. 5.4, 5.5 этой главы. Полученное в результате таких исследова­ний или подобранное при имитационном математическом моделировании «рациональное» разрешение Пр с/с закладывается в математическую мо­дель (ММ).

Объединение ММ, дополненное рациональным по критерию эффек­тивности СЦ поведением системы-носителя БОСЭС и объектов-против- ников, формирует пространственно-временной «каркас» СЦ. СЦ Пр с/с в БОСЭС связаны между собой таким причинно-следственным отношением, которое позволяет при изменении внешней обстановки (определяемому в результате анализа информации от бортовых измерительных устройств) полностью описывать протекание ТС с помощью перехода из одного СЦ в другой по пути к достижению цели ТС.

Анализ внешней и бортовой обстановки и выработку соответствую­щих рекомендаций оператору проведем с помощью правил-продукций. Множество таких правил БОСЭС разнесено по ее СЦ. В отдельный блок выделены правила активизации сценария (БАС).

Подытожим сказанное.

•    БОСЭС необходимо строить под функционально замкнутый объем работы системы «оператор-бортовая аппаратура». Процесс формализа­ции этой предметной области, определенной формальной моделью, явно разбивается на два этапа. На первом этапе строится семантическая сеть фреймов и совокупность ММ ПО, представляющих ее пространственно- временной мир. Этапы такого построения:

—   описание ПО на ЕПрЯ с последующим (по мере подготовки спе­циалистов) переходом на протоязыки типа Прото-2, БРЯН;

—  составление обобщенного графа работы системы «оператор — бор­товая аппаратура»;

—  составление семантической сети фреймов и определение необходи­мого состава ММ, материализующих в БОСЭС необходимый пространст­венно-временной мир.

На втором этапе строится логико-лингвистическая модель ПО и раз­рабатываются иерархически упорядоченные множества «правил вывода» и ММ.

Для практических целей проектирования БОСЭС такие описания должны регламентироваться и контролироваться на полноту и непротиво­речивость.

•     При подготовке к применению антропоцентрического объекта к вылету экипаж осмысливает поставленную перед ним задачу как последо­вательность ТС, связанных друг с другом причинно-следственным отно­шением.

Через множество таких ТС представляется любая задача (применения) вылета. ТС нам представляется как та часть функционально замкнутой работы системы «оператор — бортовая аппаратура», под которую нужно разрабатывать полноценную БОСЭС. На борту должна быть сеть БОСЭС. Конкретную БОСЭС в процессе применения активизирует экипаж (опе­ратор) или специальная БОСЭС уровня целеполагания.

Процесс достижения цели в выбранной ТС естественно предста­вить в виде цепочки Пр с/с (естественный «путь» достижения поставлен­ной в ТС цели) — сценариев БОСЭС. ММ и системы правил-продукций группируются в БОСЭС по сценариям. Правила активизации конкретного сценария оформляются в отдельный блок активизации.

Литература:

1            Васильев С.Н., Жерлов А.К., Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. – М.: Физико-математическая литература. 2000. – 352с. 

2            Федунов Б.Е. Проблемы разработки бортовых оперативно-советующих экспертных систем для антропоцентрических объектов. // Изв. РАН. ТиСУ. 1996. № 5. стр.147-159