Побудова та особливості застосування інтелектуальних систем реального часу

У загальному вигляді склад ІСРЧ показано на рис. 10.1. Поряд з традиційними компонентами систем із ШІ (МЛВ, базами даних і знань тощо) така система має розвинену інтерфейсну підсистему, яка по суті складається з двох частин: інтерфейса користувача (як і у звичайних інтелектуальних системах) і комплексу інтерфейсів з обладнанням, який містить вхідні та вихідні інтерфейсні модулі. Вхідні інтерфейсні модулі призначені для забезпечення передачі вхідної інформації від датчиків і приладів до системи з метою подальшого її відображення в БД. Вихідні інтерфейсні модулі передають інформацію у зворотному напрямку — від інтелектуальної системи до обладнання з метою виконання прийнятих системою рішень (команд).

Хоча всі сучасні комп’ютерні системи мають вбудовані модулі відліку часу, на рис. 10.1 такий модуль (таймер) виділено окремо, щоб наголосити на особливій важливості безпосереднього доступу до нього (з метою відображення поточного часу в БД) саме для ІСРЧ.

Можливими є різні принципи збирання та надходження інформації від зовнішніх джерел (через датчики): періодичне опитування датчиків; незалежне (асинхронне) надходження даних у міру змін параметрів; мішаний (комбінований) підхід (перший і другий принципи).

Рис. 10.1. Загальна схема ІСРЧ

Періодичне опитування датчиків може, у свою чергу, передбачати: послідовне сканування всіх датчиків з однаковою частотою (одного за одним у певній черговості); сканування з різними частотами для окремих датчиків (залежно від важливості відповідних параметрів, що реєструються, від швидкості зміни параметрів тощо). Періодичне опитування датчиків простіше в реалізації, але виправдане лише при відносно невеликій кількості вхідних параметрів, високій швидкості обробки (логічного виведення), невисокій (порівняно з частотою опитування) швидкості зміни параметрів, що реєструються. Недоліком є вірогідність значного процента «холостих» опитувань, імовірність пропустити «стрибки» чи різкі зміни, що відбуваються в проміжках між опитуваннями датчиків.

Підхід, який ґрунтується на незалежному надходженні даних у міру зміни параметрів, також має кілька варіантів реалізації: а) реєстрація кожного нового значення параметра, що відрізняється від попереднього на певний заданий крок; б) реєстрація лише значень, які виходять за передбачений діапазон; в) мішаний (комбінований) варіант (сума двох попередніх).

Варіант «а» дає змогу відображати в БД повну картину стану об’єкта, враховувати різні комбінації значень параметрів, але водночас потребує більш складних і розвинених механізмів реєстрації та доступу до БД.

Варіант «б» простіший в реалізації, потребує менше обчислювальних і апаратних ресурсів, але прийнятний лише для відносно нескладних стратегій управління (або моніторингу, діагностування). Цей варіант є неприйнятним, наприклад, у ситуаціях, коли кожний параметр окремо перебуває у своєму допустимому діапазоні, але сама комбінація (сукупність) кількох певних параметрів виявляється забороненою.

Найбільш раціональним у рамках другого підходу є комбінований варіант «в», який для різних параметрів поєднує варіанти «а» та «б». В цьому разі дані про більш важливі, швидкозмінювані параметри надходять у систему безпосередньо у разі їх зміни. Дані ж про інші параметри, враховувати які важливо і необхідно, але які не є критичними, а являють собою загальний інформаційний «фон» для прийняття рішень, скануються періодично.

Організація виведення в ІСРЧ (наприклад, у разі продукційного подання знань) може ґрунтуватися на різних схемах, а саме: 1) традиційне послідовне виконання етапів «зіставлення — вибір конфліктної множини — вирішення конфлікту — виконання продукції»; 2) асинхронне (паралельне) виконання окремих етапів.

Перша схема відповідає вже розглянутому в розд. 2 і 3 механізму логічного виведення. Кожний етап зіставлення може синхронізуватися із завершенням чергового циклу опитування датчиків (при періодичному скануванні), тобто спрямування на обробку останнього набору вхідних даних. У загальному випадку цикли виведення й опитування (при періодичному опитуванні) не обов’язково повинні мати однакову частоту. Зауважимо лише, що робити частоту циклів виведення вищою від частоти опитувань було б надмірною вимогою; водночас, коли інтервали між окремими циклами виведення передбачаються більшими від періодів опитувань, треба бути впевненими, що реакція на зареєстровані зміни параметрів не виявиться занадто запізненою, а ймовірність втратити важливі «стрибки» параметрів, що сталися між виведеннями, є досить малою.

Друга схема (асинхронного виконання окремих етапів виведення) є прийнятнішою для ІСРЧ. Вона дає змогу оперативно реагувати на зміни ситуації, активізувати обчислювальні ресурси для обробки саме значущих подій тощо. Ця схема передбачає наявність кількох модулів у складі МЛВ, які можуть працювати паралельно. У загальному випадку це модулі зіставлення, вибору, виконання (рис. 10.2).

Результатом роботи модуля зіставлення є конфліктний набір правил, який передається на вхід модуля вибору. Після цього модуль зіставлення готовий знову виконати своє завдання, не чекаючи завершення роботи інших модулів. Оскільки найбільше часу при виведенні займає саме процес зіставлення, така схема забезпечує значну економію часу, дає змогу раціонально розподіляти апаратні ресурси для виведення окремих спеціалізованих функцій.

Модуль вибору передає інформацію про відібрану «продукцію» модулю виконання, після чого відразу можна виконувати черговий вибір з нового конфліктного набору правил.

Рис. 10.2. Схема асинхронного МЛВ

У модулі виконання реалізується дія, передбачена в правій частині правила: це або занесення до БД нового факту, або виклик певної процедури.

Ураховуючи специфіку ІСРЧ, слід відзначити важливість для них функції прогнозування. Як доповнення до можливостей, що надаються звичайними моделями подання знань, може бути поєднання компонентів, які утворюють саме EC, з компонентами, що реалізують імітаційне моделювання процесів у предметній галузі.

Рис. 10.3. ІСРЧ з вбудованою системою імітаційного моделювання	Рис. 10.4. Схема багатомодульної асинхронної системи виведення

Загальну схему такої системи зображено на рис. 10.3. В ній інформація про зовнішню ситуацію відбивається в БД та ІМ. За рішенням EC відбувається автоматизоване імітаційне моделювання (див. розд. 6), результати якого аналізуються EC, яка й приймає остаточне рішення.

У разі потреби високої швидкодії та умови чіткого розподілу окремих функцій (що дає змогу організувати модульну структуру БЗ) ІСРЧ може бути реалізована у вигляді сукупності спеціалізованих модулів виведення, які працюють незалежно, маючи власні (спеціалізовані, а отже, й досить обмежені) бази даних і знань. Такі модулі активізуються асинхронно, кожен за наявності своїх вхідних умов (тобто у разі зміни відповідних параметрів). Таку схему виведення спрощено показано на рис. 10.4.

Інтелектуальні системи реального часу застосовуються, як правило, в задачах керування об’єктами. Разом з оператором вони входять до складу контуру керування (рис. 10.5, а). Організація замкненого контуру керування із застосуванням інтелектуальної підтримки в системах з оператором передбачає: задавання ступеня участі EC у замкненому контурі керування; наявність клавіші «Виконання», набір команд замкненого керування; специфікацію передумов виконання команд; команди скасування дій.

а б в г

Рис. 10.5. ІСРЧ в контурі керування об’єктом:
а — загальна схема; б — ЕС виконує дорадчі функції;

в — ЕС керує об’єктом за умови підтвердження команди керування; г — EC повністю виконує керівні функції

Ступінь участі EC у процесі керування визначається рангом її «повноважень» у прийнятті остаточних рішень і можливістю безпосереднього впливу на керований процес. Інтелектуальна система повинна забезпечувати гнучкий набір режимів її використання за такими рівнями участі ЕС:

· EC поза контуром керування. При цьому необхідним є остаточне рішення оператора, який ініціює необхідні дії (рис. 10.5, б);

· EC замикає контур керування тільки за рішенням оператора (тобто останній підтверджує прийняте рішення натисканням на клавішу «Виконання») або якщо оператор не втрутився протягом певного проміжку часу (рис. 10.5, в);

· EC постійно перебуває в замкненому контурі керування (рис. 10.5, г).