Задачи, методы и алгоритмы интеллектуальных систем управления (обзор)

Применение современных интеллектуальных инструментов в металлургической промышленности

Характерным примером использования экспертных систем реального времени может служить работа Н.А. Спирина [45], в которой дан обзор подобных разработок и сделана попытка предложить авторские решения применительно к современным доменным печам. Основное внимание в ней уделено конкретизации функциональной структуры экспертной системы, особенно в части диагностики хода печи и ее теплового состояния. Экспертные системы относятся авторами к классу интеллектуальных систем, то есть искусственно созданных систем, обладающих способностью накопления и обновления знаний на основе активного восприятия информации о мире и обобщенного опыта, а также целенаправленного поведения. Подтверждена известная мысль о том, что экспертные системы целесообразно применять в тех предметных областях, где большая часть знаний является личным (а не коллективным) опытом специалистов высокого уровня - экспертов (например, технология задувки доменной печи). Экспертные системы и системы, основанные на базе математических моделей (модельные системы поддержки принятия решений), сходны в том смысле, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако они имеют два существенных различия. Первое отличие связано с тем, что решение проблемы в рамках модельных систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Экспертная система, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности или равное им. Второе отличие выражается в способности экспертной системы пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение [45].
Структура трехуровневой АСУ ТП доменной печи с использованием логико-количественной экспертной системы представлена в работе В.Г. Лисиенко, Е.Л. Суханова и др. [46]. В работе В.И. Соловьева и др. [47] интеллектуальная автоматизированная система координатно-параметрического управления металлургическими агрегатами (доменными печами, агломашинами), способная диагностировать неустойчивый ход технологического процесса, когда отсутствует нормальный режим работы агрегата и не выявлен характер расстройства объекта управления, построена на базе аппарата нечеткой логики и экспертных систем. Данный аппарат позволяет представлять знания по управлению металлургическими агрегатами, отраженные в трудах ученых-практиков, технологических инструкциях по ведению технологического процесса на конкретном металлургическом агрегате. Однако полноза- дачная проработка ИнтСУ доменной печи еще далека от своего завершения.
В работе [48] предлагается концепция трехуровневой структуры системы интеллектуального управления дуговыми сталеплавильными печами, согласно которой, помимо уровня нейроуправления, используются экспертные системы продукционного и логического типов. Способ формализации персональной нечеткой информационной системы оператора машины непрерывного литья заготовок, рассмотренный в рамках данной концепции, подробно изложен в статье [49]. Для управления электрокамерными печами, используемыми для термообработки различных металлов, в работе [50] представлена экспертная подсистема, позволяющая учитывать циклический характер работы агрегата, большую энергоемкость, меняющуюся в зависимости от плановых заданий продолжительность включенного состояния, частые изменения объема и вида обрабатываемого материала и многое другое. В статье [51 ] и [52] показана целесообразность применения экспертных систем для планирования последовательности выполнения отдельных операций технологического процесса производства стали (например, для составления графика выполнения заказов на выплавку различных марок стали). В монографии [53] представлена методология интеллектуального управления слабоформализуемыми химико-технологическими процессами на базе аппарата экспертных систем и нечеткой логики.
В книге [54], показано использование интеллектуальных систем (автоматизированных систем, созданных как для имитации, так и для расширения возможностей интеллектуальной деятельности человека) в интегрированных системах управления, то есть, сделан шаг в направлении создания интегрированных ИнтСУ предприятием. Данная система, созданная Ю.В. Ипатовым на ОАО «ММК», состоящая из экспертных систем и систем поддержки принятия решений, предусматривает, в частности, реализацию баз знаний, механизмов логического вывода, подсистем аналитических расчетов, а также «свертки» информации для оценки хозяйственно-экономической деятельности предприятия. Одна из особенностей интегрированной ИнтСУ - возможность ее работы с большими объемами информации и комплексный учет множества факторов, показателей, критериев, сложных классификационных и диагностических задач, необходимость выработки решений в сложных управленческих ситуациях. Моделирование экономико-технологических процессов сложных технологических объектов (на примере угольных шахт) на безе искусственных нейронных сетей подробно изложено в монографии [55].
Таким образом, в настоящее время интеллектуальные инструменты внедряются в фундамент индустриальной автоматизации, как в автономном, так и в комбинированном вариантах. Области, в которых они уже используются, различны: оценка и прогноз технологических параметров, контроль и диагностика технологических процессов, оптимизация и планирование результатов, моделирование процессов и интерактивное моделирование в режимах диалога. Это объясняется тем, что традиционные точные двузначные логические системы, исследования в области теории множеств и теории вероятности являются неадекватными, чтобы оперировать с неточностью, неуверенностью и сложностью реального мира [56].