Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования

Классические САПР используются в тех случаях, когда при проектировании изделий данного класса накоплен достаточный опыт(рис. 2.2). Интеллектуальные САПР необходимы проектировщикам тогда, когда отсутствуют достаточно проработанные методики проектирования или изделие принципиально новое и требует значительных затрат творческого труда (рис. 2.3).

Как и всякая другая система искусственного интеллекта, ИСАПР имеет в своем составе базу знаний, в которой хранится вся необходимая для ее работы информация о предметной области,в которой решается задача проектирования. В этой базе знанийсобраны и тот опыт, который накоплен проектировщиками, и экспертная информация о возможных путях поискового конструирования - она опирается на методы моделирования рассуждений,типичные для специалистов, которые работают в данной области.

Общая схема ИСАПР может быть такой, как она показана на рис. 2.3. Когда на вход системы поступает задание на проектирование, которое в ИСАПР может формулироваться на естественном профессиональном языке, оно с помощью естественно-языковогоинтерфейса и других диалоговых средств понимается системой, уточняется у пользователя и переводится в специальное внутреннее представление. После этого делается попытка свести процесс проектирования к стандартным процедурам, реализуемым в классических САПР. Если эта попытка оказывается безуспешной, то логический блок передает задачу на входэкспертнойсистемы,ориентированной на решение задачи проектирования в данной предметной области. Взаимодействуя с базой знаний и САПР, экспертная система ищет решение задачи. В рамках современных ИСАПР интегрируются различные процедуры, задачи, этапы и уровни проектирования, обеспечивается непрерывный сквозной цикл а втоматизированного проектирования, нач иная от этапа подготовки технического задания и выработки технического предложения и кончая созданием рабочего и технического проектов. Автоматизируются не только рутинные, но и эвристические, и творческие задачи, в частности, процедуры поискового конструирования, структурного синтеза и оптимизации. ИСАПР помогает поддерживать и интенсифицировать творческую активность разработчиков, повышает качество и производительность труда проектировщиков различных категорий, помогая сохранять и тиражировать уникальный проектный (экспертный) опыт и строить интеллектуальный интерфейс между проектировщиком и системой. Человек начинает доверять результатам машинной обработки информации. В результате повышается качество проектируемых объектов, так как увеличивается число просматриваемых вариантов и глубина проработки каждого из них. Сокращаются и сроки проектирования, так как шире используются средства моделирования, ускоряются проектные расчеты и графические работы.

Рис. 2.2.Типовая схема САПР

Рис. 2.3.Интеллектуальная автоматизированная информационная система

В процессе работы ИСАПР решаются все основные задачи технического проектирования.

1. Составляется обоснованное техническое задание - это внешнее проектирование.

2. Анализируется техническое задание - это внутреннее проектирование.

3. Проводится концептуальный анализ: выбирается конструктивно-компоновочная схема, анализируется стоимость проекта.

4. Проводятся структурный синтез и оптимизация.

5. Ведется поисковое конструирование (изобретательство).

6. Проект планируется.

7. Конструкции перепроектируются и дорабатываются.

8. Повышается эффективность и качество инженерного анализа благодаря планированию вычислений и обучению пользователя владению пакетом прикладных программ.Проводится имитационное моделирование,выбираются численные методы расчета; результаты контролируются.

9. Проверяется соответствие отраслевым стандартам.

10. Готовятся рабочие чертежи и документация. Каждая из этих задач требует сложного программного и информационного обеспечения. Поэтому ИСАПР - это дорогостоящие и сложные системы, но без них вряд ли возможно создавать такие сложнейшие технические изделия, как современные самолеты или подводные лодки, атомные электростанции или космические корабли.

Эвристика

Когда человек профессионально выполняет какую-либо работу, он использует ряд приемов, облегчающих получение качественного результата. Если ребенок впервые пытается забить гвоздь, то можно быть уверенным, что первый опыт закончится неудачей: либо молоток ударит мимо гвоздя, либо гвоздь согнется. И лишь постепенно, по мере накопления опыта сформируется навык выполнения этой, казалось бы, несложной операции. А профессионал-плотник забивает гвозди играючи, даже не глядя особенно на то, что делают его руки.

Говорят, что специалист овладел навыками своей профессии. Навык - это способность что-то хорошо делать, не контролируя этот процесс с помощью сознания. Но кроме навыков специалист владеет и другими приемами работы. Например, тот же плотник знает, как соединить между собой бревна, чтобы сложить сруб, или как изготовить короб для двери. Эти знания он может сообщить другому человеку, научить его делать ту работу, которую он умеет делать сам. Именно такие приемы решения тех или иных задач, опирающиеся на человеческие знания, и называют эвристиками.

Шахматист, выбирающий очередной ход, использует определенные эвристики, которые он извлек из учебников шахматной игры, получил от своих учителей или накопил сам, играя в шахматы. Математик, ищущий путь решения сложной нестандартной задачи, также использует имеющиеся у него эвристики, отражающие его профессиональный опыт.

Между навыками и эвристиками нет строгой границы. Говорят, что навык - это еще не сформулированная на уровне словесного описания эвристика.Например, лишь в результате довольно кропотливого психологического эксперимента удалось описать правило для правильного забивания гвоздей. В этом правиле фиксируется и положение глаз (смотреть, оказывается, надо не на шляпку забиваемого гвоздя, а чуть дальше нее, и это "чуть дальше" связано с длиной ручки молотка), и положение руки, держащей молоток. Правило стало эвристикой.Но можно считать (и именно это происходит при профессиональном обучении), что навыки - это эвристики, которые стали автоматическими, вытесненными из сферы сознания. Иначе плотник, каждый раз забивая гвоздь, вспоминал бы эвристику этой операции.

Эвристика не есть точный метод, как, например, методы решения задач, предлагаемые математикой. Поэтому эвристики не всегда приводят к получению нужного результата. В них может содержаться какая-то доля неверной информации. Но именно эвристики содержат тот богатейший опыт человеческого умения, который специалисты в области искусственного интеллекта хотели бы передать роботам и другим интеллектуальным системам. Для того чтобы суметь это сделать, надо научиться извлекать навыки и эвристики из анализа процессов решения задач специалистами и формализовать их для представления в интеллектуальных системах. Потом эти знания используются для решения задач в экспертных системах.

Итак, специфические для человека правила и приемы называются эвристиками,а методы решения задач, опирающиеся на них, -эвристическими методами.

Эвристические методы применяются и тогда, когда точные методы не могут работать из-за необходимости проведения больших по объему вычислений - их либо невозможно выполнить на современных ЭВМ, либо время, затраченное на них, будет слишком велико.

Используя эвристические методы, надо помнить, что они не всегда приводят к результату и часто дают не точный, а приблизительный ответ на поставленный вопрос. Поэтому там, где это возможно, надо прибегать к точным методам решения.

Эвристические методы широко применяются в системах искусственного интеллекта ,при управлении сложными системами, в игровых программах и т. п.

Контрольные вопросы

1. Какие основные функции должна выполнять интеллектуальная система?

2. Поясните структуру интеллектуальной системы.

3. Перечислите и поясните разновидности интеллектуальных систем.

4. Что называют фреймом?

5. Что называют слотом?

6. Что представляют собой продукционные модели?

7. Что называют консультацией?

8. Что понимают под " машинным интеллектом "?

9. Что значит слово "интерфейс"?

10. Что является основой машинного интеллекта?

11. Назовите способы обработки информации.

12. Что представляет собой транслятор?

13. Назовите основные черты машинного интеллекта.

14. Что представляют собой интеллектуальные системы автоматизированного проектирования?

15. Назовите состав интеллектуальной САПР (ИСАПР).

16. Какие задачи технического проектирования решаются в ИСАПР?

17. Что называют эвристикой?

18. Что называют машинным интеллектом "?

19. Что значит слово "интерфейс"?

20. Что является основой машинного интеллекта?

21. Назовите способы обработки информации.

22. Что представляет собой транслятор?

23. Назовите основные черты машинного интеллекта.

24. Что представляют собой интеллектуальные системы автоматизированного проектирования?

25. Назовите состав интеллектуальной САПР (ИСАПР).

26. Какие задачи технического проектирования решаются в ИСАПР?

27. Что называют эвристикой?

Лекция: Экспертные системы как класс интеллектуальных систем