автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.20, диссертация на тему:Разработка метода интеллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования информационных моделей

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

-т—е^--

На правах рукописи

СЕРДОК Сергей Никитович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ЭРГОНОМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ' ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность: 05.02.20 - Эргономика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственной электротехническом университете

Научные руководители: _•

доктор технических наук, профессор [Губинский А.И. доктор технических наук, профессор Евграфов В.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кобзев В,В. кандидат технических наук Юхтенко В.А. •

Ведущая организация - Межотраслевой центр эргономических исследований и разработок в военной технике

Защита состоится "_"_ 1993 г. в __1 часов

на заседании специализированного совета Д 063.36.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университет по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет-Автореферат разослан "_" _1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Шдашев З.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТИ

Актуальность работы. В связи с переходом к рыночной экономь кв, отечественной промышленностьа в ближайшие годы, должен быть обеспечен выпуск продукции, отвечающей по своим технико-экономическим показателям мировому уровню, а также осуществлена комплексная автоматизация не только технологических процессов, но и предшествующих им процессов проектирования, технологической подготовки, планирования и организации производства. Практическое решение этих задач возможно только при использовании широкого класса эрготехнических систем (ЭТС): систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем управления и т.п. Характерной особенностью названных.систем является наличие информационных потоков в тех ветвях контуров управления, которые замыкаются через человека - активного субъекта управления, чьи психофизиологические возможности являются ограниченными и к тому же переменными величинами. Оптимизация информационной загрузки человека -оператора ЭТС является, на сегодняшний день, одной из основных ' проблем эргономики. 3 звязи с этим, важнейшей задачей эргономики является проектирование информационных моделей (ИГЛ) - условного отображения информации о состоянии объекта воздействия, системы "человек - машина" и способов управления ими.

. Повышение эффективности, и качества труда эргономистов-проектировщиков таких сложных систем как ЭТС может быть достигнуто лишь при условии комплексной автоматизации эргономического обеспечения проектирования (ЭОП) на всех этапах их создания. Актуальность автоматизации интеллектуальной деятельности эргономиста- проектировщика ИМ посредством разработки системы интеллектуальной поддержки (СИП) определяется следующими положениями: тенденцией развития информационных систем (ИНС) по пути возрастающей степени их интеллектуальности; потребностью в интеллектуальной поддержке эргономиста, решающего в процессе проектирования следующие, подразделяющиеся по новизне, задачи: повторяющиеся, новые и уникальные; отсутствием аналогичных отечественных и зарубежных разработок по созчанию аппаратно-программных средств в области ЭОП ЭТС.

Таким образом, рассмотренные положения обуславливают наличие новой научно-технической задачи, заключающейся в разработке метода интеллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования ШЛ, ориентированного на эргономистов с различной квалификацией п тоории н практике проектирования как инструментальных

средств автоматизации проектирования, так и ИМ.

Научный базис. Основополагающие результаты в области моделирования сложных человеко-машинных систем получены в работах В.М.Глушкова, А.И.Губинского, В.И.Николаена и др.; в области функционально-структурной теории э^ективности, качества и надежности ЭТО - в работах К.А.Лмбарцумяна, А.И.Губинского, В.Г.Евграфова В.В.Кобзева и др.; в области^понятийного базиса эргономики - в работах В.М.Ахутина, В.М.Войненко, В.П.Зинченко, Г.М.Зараковского В.М.Мунипова, Г.В.Суходольского, П.Я.Шлаена и др.; в области теории искусственного интеллекта и проектирования интеллектуальных систем - в работах В.Н.Вагина, В.В.Кобзева, М.Кумбса, Д.Лената, Э.В.Попова, Г.С.Поспелова, Д.Уотермана и др.; в области эргономического проектирования ИМ - в работах В.Ф.Венды, В.Г.Евграфова, В.П.Зинченко, Б.Ф.Ломова, В.М.Мунипова и др.

Объектом исследования в диссертационной работе является- эрго номическое обеспечение проектирования ИМ средств отображения информации (СОИ) индивидуального пользования (в дальнейшем использу ем аббревиатуру ИМ).

Предметом исследования является метод автоматизации процедур интеллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования ИМ.

Цель диссертационной работы состоит в разработке метода инте ллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования•ИМ позволяющего осуществлять интеллектуальную поддержку пользователе различной квалификации на всех этапах проектирования ИМ.

Методы исследования.' При разработке метода интеллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования.ИМ и его програ ммной реализацией использованы методы функционально-структурной теории ЭТС, теории структуризации ЭТС, теории семиотических систем, теории формальной логики, теории искусственного интеллекта (ИИ), методы эргономического проектирования, прикладной лингвиста ки и программирования.

Внносимне на защиту результаты. В диссертационной работе получены и выносятся на защиту следующие научные результаты:

1. Способ формализованного описания проблемной области (ПО) "Э0П ЭТС".

2. Способ автоматизации процедур приобретения знаний о прикл дной области (ПрО)"ЗОН ИМ" (на примере решения задачи приобретена знаний, необходимых для ЗОН ИМ о состоянии и функционировании тех нологических процессов).

3. Научно-практический результат, состоящий в разработка эргономического обеспечения проектирования ИМ (СИП ЭОП);

Научная новизна результатов исследования, заключается в слв-детощем:

1. При разработка способа формализованного описания ПО "ЭОП ЭТО", во-первых, на основе единого методологического подхода теории семиотических систем и положений теории структуризации ЭТС, разработаны как обобщенная модель представления знаний о ПО "ЭОП ЭТО", так и методика системноэргономического анализа систем "эргономист - СИП ЭОП"; во-вторых, тем что перечисленные выше теории распространены на новый класс интеллектуальных систем - СИП ЭОП, путем исследования структуры предметной области(ПдО) "Системы интеллектуальной поддержки эргономического обеспечения проектирования", в результате которого получена формализованная система знаний, необходимых для проектирования систем данного класса.

2. Разработанный способ автоматизированного приобретения знаний , во-первых, обобщает известные в инженерии знаний подходы и включает в себя функционально-ориентированные методы инженерной психологии, обеспечивающие эффективность взаимодействия эргономиста-проектировщика с экспертами; во-вторых, развивает известный способ "передачи знаний от экспертов в ЭВМ через интеллектуальную редактирующую программу в части методики автоматизированной гене-

.рации вопросов для извлечения знаний в конкретной ПдО.

. З.В результате разработки системы продукционных правил и комплекса управляющих стратегий ЭОП ИМ,- создана новая методика, обобщающая известные -эргономические требования и рекомендации к разработке ИМ и развивающая их для использования в системах, основанных на знаниях. Разработанный информационно-программный комплекс практически реализует элементы новизны вышеназванных результатов .

Достоверность результатов. Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается наличием обоснований моделей и способов с позиций системного подхода, функционально-структурной теории (ФСТ) ЭТС," теории структуризации ЭТС, теории формальной логики, корректным использованием аппарата теории множеств, исчислений высказываний и предикатов первого порядка, а также результатами апробации, исследований и практической проверкой на разработанном информационно-программном комплексе.

Практическая ценность и результаты внедрения.Разработанный в диссертации метод интеллектуальной поддержки процесса эргономичес-

кого проектирования ИМ доведен до программной реализации в виде прототипа СИП ЗОН, предоставляющего пользователям различной квалификации. знания по проектированию ИМ на основе используемых средств СИП ЭОП, а также программное и информационное обеспечени поддерживающее многоэтапный процесс разработки ИМ.

Результаты работы внедрены в СИП проектирования ИМ, разрабс тка которой проводилась С-ПЭТУ в рамках: НИР г/б-2 АСОИУ-7 'Таз-работка технических предложений по информационно-программным сре дствам интеллектуальной системы эргономического проектирования систем "человек-машина" (ШТЕШ1ЭРГ0)", проводимой по .программе . ПШТ "Перспективные информационные технологии" и НИР г/б-2 АСОИУ-95 "Интеллектуальные системы автоматизации эргономических научных исследований, эргономического проектирования и эргономических испытаний, основанные на новой информационной технологии построением универсальных баз знаний и экспертных систем ПО °'ЭТС (ИНТЕЛЛЭРГО)", проводимой по проекту "Разработка теории,, методо! и средств реализации интегрированных интеллектуальных систем (Ж ТЕГРЙС)" Института программных систем РАН. Результаты работы вне дрены также в разработку СИП в рамках НИР АС0ИУ-70/4554/55 с НПС "Ротор" г.Черкассы. Внедрение результатов работыблагодаря снижений затрат, обусловленных ошибочными решениями оператора цеха горячей прессовки оценивается суммарным годовым аффектом в разме ре 21,18 тыс.руб. (в ценах 1990 г.), что подтверждается соответс твующим актом.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы били доложены: на IX Всесоюзном симпозиум "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника"" (Воронеж, 1990г.); Межрегиональных семинарах "Эргономика, и эффек тивность систем "человек-техника"" (Игналина, 1989-1991гг.); нау чно-техническгос конференциях С-ПЭТУ (С-Петербург, 1990-1993гг.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликова ны тезисы к четырем конференциям, включая одну всесоюзную и три межрегиональные.

Структура и объем работы. Работа содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы, включающий 116 наименовани и приложения. Основная часть работы изложена на 148 страницах ма шшописнох"о текста. Работа содержит 20 рисунков и 14 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении определена актуальность исследования, объект, предмет и цель работы. Сформулированы выносимые на защиту научные результаты, раскрыты их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

В первой главе исследуется состояние вопроса автоматизации интеллектуальной поддержки деятельности эргономистов-проектировщиков ЭТС и доказывается целесообразность применения для этого систем класса СИП. С этой целью, для систематизации представлений о СИП, как класса в ряду ИПС, предложен следующий подход: рассмотрена эволюция ИНС в нашей стране и за рубежом; определены классы ИНС с точки зрения их развития и способности осуществлять поддержку пользователей; произведен анализ основных характеристик выделенных классов систем для определения класса, наиболее удовлетворяющего основной цели диссертационного исследования - интеллектуальной поддержки деятельности эргономиста-проектировщика ГОЛ.

Поскольку СИП ЭОП являются эрготехническими системами, методология их проектирования должна базироваться на использовании методов системноэргономического подхода. В связи с этим, равно как объект автоматизации, т.е. такая важнейшая задача ЭОП ЭТС, как проектирование ГОЛ, так и сама создаваемая система, рассматриваются каждый в отдельности, а также совместно, как единая ЭТС, с помощью методов ФСТ ЭТС и теории структуризации ЭТС. Проведенный системноэргономический анализ структуры, математического, программно-информационного и-технического обеспечений существующих СИП, а также задач ЭОП ЭТС (в том числе №,1) выявил ряд нерешенных проблем в указанных областях, требующих дальнейших исследований.

В соответствии с указанной целью исследования в рамках диссертационной работы поставлены следующие задачи:

- разработка способа формализованного описания ПО "ЭОП ЭТС";

- разработка способа автоматизации процедур приобретения знаний о ПрО "ЭОП ИМ";

- проверка работоспособности метода, для чего разработать СИП для решения задачи ЭОП ИМ и показать ее решение на конкретном примере.

В диссертационной работе исследовалось только ЗОН, направленное на создание №.1 о состоянии и Функционировании технологических процессов, отображаемых на СОИ индивидуального пользования.

Во второй главе разработан способ формализованного описания ПО "ЭОП ЭТС", позволяющий получить: обобщенную А/5-модель представления знаний указанной ПО; формализованную систему знаний, необходимых для проектирования систем класса СИП ЭОП; методику си*-стемноэргономического анализа деятельности эргономистов-проектй-иовщиков СИП ЭОП.

Обобщенная МБ-модель представляется тройкой

МЭ(аГ)= < ЪпМБ^тМЗ,АхМ$ >

где ГА$№) - обобщенная модель представления знаний о ЭОП эрготехничаской системы с именем //;

Б/г - синтаксическая компонента (данные) информацион-

ного отображения ЭОП ЭТС с именем л/ ;

5тА1£ - семантическая компонента (_знания) информационной отображения ЭОП ЭТС с именем л/ ;

Ах/ЧЗ - аксиологическая (оценочная) компонента, характеризующая количественные данные и знания о процедурах над Ними, Состав компонент А/5-модели получен в результате итеративного процесса, суть которого состоит в следующем: определяется общая структура ПО "ЭОП ЭТС"; определяется номенклатура категорийV описывающих данную ПО; определяется номенклатура классов и ййДОВ взаимодействий между сущностями различных категорий данной ПО.

Основными элементами структуры ПО' "ЭОП ЭТС" определен!!: сущности - понятие, являющееся обобщенным именем всех объектов и явлений, присущих данной ПО; взаимосвязи сущностей - понятие, являющееся обобщенным именем всех видов связей и отношений между сущностями. Выделены три непересекающиеся множества категорий, достаточных для отображения сущностей ПО "ЭОП ЭТС": основные единичные категории, т.е. классы понятий, которые принимаются в качестве исходных и нерасчленимых; основные комплексные категории, т.е. классы понятий, которые образуются как комбинации (комплексы) основных единичных категорий; вспомогательные категории, т.е. классы понятий, которые сами по себе не характеризуют явлений и объектов ПО, а применяются только совместно с основными. Множество основных единичных категорий состоит из следующих, классов: элементы, состояния, операции, свойства. Множество основных комплексных категорий состоит из классов однородных и разнородных систем. Множество вспомогательных категорий состоит из классов: пространство, время, показатели, шкалы, единицы измерения, значения..Взаимосвязи сущностей предложено описывать следующими основными классами: К-класс реляционных взаимосвязей; б -класс реальных связей; С/ -класс

СйяЗей"условий; KS -класс комплексных связей, образуемых комбинациями связей К, L/и G -классов.

Для определения системы знаний, необходимых при проектировании систем, автоматизирующих процесс ЭОП ЭТС, проведен анализ структуры ПдО "СШ эргономического обеспечения проектирования". Определены следующие ее составляющие: знания о компонентах // -ой СШ ЭОП; знания о структуре л/ -ой СИП ЭОП; знания о ПрО л/ -ой СИП ЭОП. Во второй главе рассматривается перЕые две составляющие, отображающие знания, необходимые для проектирования рассматриваемого класса систем. Последняя составляющая, представляющая систему зна- . ний обеспечивающих достижение цели (целей) функционирования СИП ЭОП, является' предазтом исследования третьей главы.

Система знаний SK(/V) , необходимых для проектирования л/ -ой СИП ЭОП определяется кортежем

$K(,V) = < КС М, ком > , . где KC(//J - система знаний о компонентах л/ -ой СИП ЭОП;

КОЫ) ~ система знаний об организации // -ой СИП ЭОП. •

Система знаний КС (л/) определяется кортежем КС Ы) = < К РЕ (//), KKS (//) >

где KPE(tf) - знания о результатах функционирования л/ -ой СИП ЭОП;

ЮМ - знания о компонентных структурах д/-ой СИП ЭОП.

Система знаний КО (а/) определяется кортежем

КОМ-< КТг М, KTs (n), К PC Ы), К Те (/</), KMC Ы) > , где КТг (//) - система знаний о целях а/ -ой СИП ЭОП;

КТь (Ы) - система знаний о задачах а/ -ой СИП ЭОП;

KP£(MJ~ система знаний о планах л/-ой СШ ЭОП;

КТе Ы) ~ система знаний о технологиях д/ -ой СИП ЭОП;

КМ С система знаний об организации управления.

Проведен анализ всех перечисленных выше систем знаний и дано формализованное представление их составляющих.

С целью повышения эффективности проектирования систем класса СШ ЭОП, разработана методика систешоэргономического анализа деятельности эргономиста-проектировщика данных, систем. Методика распространяется на деятельность эргономистов-проектировщиков СИП ЭОП для любых ПрО и устанавливает: состав, структуру функций и средств, используемых эргономистом; представление полученной информации в формализованном виде; номенклатуру знаний, необходимых для интеллектуальной поддержки эргономиста в процессе проектирования.

В третьей главе разрзботш способ автоматизации процедур при-

обретения знаний о ПрО "ЭОП ИМ", состоящий в следующем: разработке моделей представления знаний о ПгО "ЭОП №.1"; разработке алгоритма приобретения знаний о ПрО "ЭОП ИМ"; разработке методики автоматизированного приобретения знаний о ПрО "ЗОП ИЛ". Данный способ охватывает весь процесс передачи и преобразования знаний от некоторого источника в программу и обеспечивает поэтапное формирование безызбыточней и семантически однозначной шюгоуровново: базы знаний и данных СИП ЭОП.

Рассматриваемая ИрО декомпозирована на следующие, структура независимые ПдО: ПдО "ЭОП ИМ",'содержащую знания о.правилах кода рования ГОЛ; конкретные ПдО, состояния и функционирование объекто. которых кодируется в виде ИМ. Знания о ПдО "ЭОП ИМ" реглам'антиро ваны, формализованы рядом нормативных документов.'Поэтому, для и. извлечения используются текстологические методы. Знания о конкре тной ПдО (в реферируемой работе, в качестве примера, рассматрива ется ПдО "Цех горячей прессовки") субъективны, слабоструктурированы, т.е. являются экспертными знаниями. Для решения задачи изв лечения знаний такого рода, предложена модель извлечения'многоуровневых знаний, использующая интеллектуальный редактор (ИР). Эр гономист, предварительно, "вручную" проводит извлечение проблемных знаний "Характеристики технологических систем и их объектов, контроля и управления (ОКУ)" и ввод их в базу знаний и данных СИП ЭОП. Приобретенные, таким образом, СИП ЭОП метазнания позволяют (за счет содержащихся в. них знаний о структуре конкретной ПдО) автоматизировать процесс извлечения знаний о ЦдО "Цех горячей прессовки" посредством модуля ИР.

Процесс перехода от экспертных представлений, выраженных в естественно-языковой форме, к сгенерированному СИП ЭОП множеству вопросов, служащих дан интерактивного извлечения знаний о ПдО, представляет собой многоступенчатое преобразование. Каждому этап этого преобразования соответствует модель, формально его описыва ющая. Процесс формализации проблемных знаний представлен двумя взаимосвязанными моделями: прикладной моделью представления знан ий экспертов М1 и предикатной моделью представления этих знаний М2 <рг

Н{ * < Кпр, К яр > ;

где Кпр -неформализованные знания экспертов о проблемной области "Характеристики технологических систем и их ОКУ";

Кпр - знания экспертов о той же проблемной области, представленные в синтаксисе формальной грамматики;

ТГ П

М2 - < Кпр , КПР > где Кпр - знания экспертов, представленные в синтаксисе языка представления знаний предикатов первого порядка.

По результатам анализа семантико-синтаксической структуры предложений русского языка, в моделях предусмотрены средства описания: сложных предложений, представленных в виде простых предложений , соединенных логическими связками; простых предложений выделенных типов (утвердительные, отрицательные, повествовательные, двусоставные, распространенные, нераспространенные, полные, членимые); актантов предложения (субъектов и объектов), находящихся в определенном отношении друг с другом; словосочетаний и местоименных слов выделенных разрядов (местоименные прилагательные, местоименные числительные). В формально-языковых конструкциях установлен следующий порядок расположения: субъект - отношение - объект. Простым повествовательным предложениям в модели М1 соответствуют элементарные высказывания следующих типов.

ТЭВ1. Двусоставному нераспространенному предложению соответствует высказывание вида

V= (5,-Sa$л)ЯеС , (1)

где swéfsí-s-!_____sn) - субъект высказывания;

s/ _ -----Sn - составное имя субъекта;

£¿ (i = f^ñ.) - элементы составного имени, поясняющие его смысл;

Reí - отношение, соответствующее сказуемому.

В модели М2 высказыванию вида (1) соответствует формула

V- S,(sué,st)A S2 (sut, A Sn (suS, snM R (sué), (2) где S¡ (suí,'*;) i - -двухместный предикат, описывающий

связь субъекта высказывания sиё с элементом составного имени S¿ ;

Л (tul) - одноместный предикат, соответствующий отноша-. нию Reí

Т5В1.1. Двусоставному нераспространенному предложению с местоименными словами в модели М1 соответствует высказывание вида

V - sué ( W—-S/_____Sn) Reí , (3)

где w - местоименное олово типа НЕКОТОИЙ, НЕСКОЛЬКО, ЛЮБОЙ в составных, именах su¿ или оё (объект высказывания).

В модели М2 высказыванию (3) соответствует формула вида

V= 3x{Sf(xtsf)A...ASlc(x,s*)A...ASn(x,sl0Afí(x)), (4)

V =■ Ух (S/ (х, s ,)Л... Л Sk (у, s<)A... Л 5„ (х, sn)AR (*)), (5 ) где х -предметная переменная, соответствующая субъекту или объекту.

ТЭВ2. Двусоставному распространенному предложению в мололи

Ml соответствует высказывание вида

V =■ sué (s,_ s2_____snl) Reê cé(0(- г>2-----опг) , (6)

где _____Sn/J ~ субъект высказывания;

- отношение, связывающее субъект и объект высказывания; - составное имя объекта;

Oi С 6 - {j п2) - элементы составного имени.

В модели М2 высказыванию вида (6) соответствует формула вида

V-S, (su$,s,)A Sï(suêJ4i)A...AS„, (suè,s*,)AR{%u&,oè)A

AOi(oê,0,)AOt(o6,oJA...AOni(o6,o*i) , (У)

где S;(suê,s:) C~1 п^ - двухместный предикат, описывающий

связь субъекта sué с элементом составного имени s; ;

Oi (oêy Oi) ¿-{tm - двухместный предикат, описывающий связь объекта ой с элементом составного имени <?/ ;

Я - двухместный предикат, соответствующий отношению Rit.

ТЭВ2.1. Двусоставному распространенному предложению с местоименными словами в модели М1 соответствуют высказывания вида

V - suê(w-S<-----sn,) Re£ oê (О/-----, (8)

V- suê С s,-----Sm)Re£ ой ( vv_ ot_____о„г) (9)

В модели M2 высказыванию (8 } соответствуют формулы (10) к (11 ] а высказыванию (9) формулы (12) и (13)

v=2х (sf(xj sл s,e*4 А Я s« J/l /? (К°#)Л

AOf(°ê/o,)A...AOj<(oê,Os)A.;.AO*2(oê/ Оы)) (i£).

Ve V* (S, ^S* (х^)А...Л S/»/Л (x,

A 0, ¿>/у)Л... A 0* (oê, о*)A... A От (oè, o„2)) (11)

V=3x(S<(sué, s,) A. A S* (sué, i,)A ...f\SM (sut, W A R (sué, xj/l

ci2)

Л 0,f*,o'J/l.../|C7/rrJf/<?<)/».(13)

Замечание 1. Среди субъектов, объектов и отношений высказываний могут встречаться омонимы. Для их различения в модели М1 вводятся толкования. В модели М2 предлагается рассматривать толкования субъектов, объектов и отношений как формальное расширение имен, чем обеспечивается их уникальность.

Замечание 2. Среда субъектов, объектов и отношений высказываний могут встречаться синонимы. В модели Ml это явление описывается высказыванием вида "а ЕСТЬ СИНОНИМ в". Так как яв.тение синонимии, практически, устраняется в процессе ввода высказывании (йред-стааненных в соответствии с правилами модели М1 ) в ЭШ-, в модели М2 не вводится средств описания этого явления.

Помимо элементарных высказываний, при описании проолемных зш.

еий допустимы также следующих? типы высказываний: конъюнкция высказываний (тип ТВ1); дизъюнкция (включающая) высказываний (ТВ2>, дизъюнкция (исключающая) высказываний (ТВЗ); отрицательные высказывания (ТВ4); условные высказывания (ТВ5). Например: ТВ5. Условное высказывание;

V = ECM<P(V4,Vz,-,Vn)TO~Vo , (M) где Vt- (î' : 4tn) - элементарные высказывания;

V0 - высказывание одного из типов ТЭВ1, ТЭВ2 или ТВ1-ТВ4;

Уп)- сложноа высказывание,, образованное из элементарных,, соединенных коннекторами: И, ИМ, ЕСЛИ...ТО и опе«-рации НЕ.

В модели М2 высказывание1 (14) представляется формулой

V - <Р (V/, Y*,'..., Va) - Vo (15)

В результате,. проблемные; знания экспертов представляются в модели М1 в вида множества

к - ' К4 и кг икъ и кч

где /<7={vj- система высказываний V типов ТЭВ1ГТЭВ2Г ТВ1-ТВ5; K2-\aSfJb] - система высказываний'ЕСТЬ СИНОНИМ в"; КЗ - система знаний об омонимах и их толкованиях; К4 - система знанийописывающих структуру субъектов и объектов. В модели, М1 допустима составная форма субъектов и объектов, поэтому в СИП ЭОП следует вводить также знания об их структурах, так как без их учета система высказываний К1 будет не полна. В связи, с этим, каждый субъект и объект высказывания описывается рядом элементарных высказываний-. Для субъекта SuS Sn)

sto множество имеет вид

{saêSjSf, suéSt 5г ,suêsnsn J ,

где S; - отношение, описывающее; взаимосвязь субъекта suè и элемента Si составного имени- suê .

Для объекта о& (о< - ог-----оп) это множество имеет вид

{ cè0jOif oêOiOZ),.,)0êOno* ] ,

где Ос - отношение, описывающее взаимосвязь объекта oê п элемента О; составного имени оЬ

В модели М2 множество К представляется в виде системы формул K1VK4, соответствующей проблемным знаниям и знаниям об описании субъектов и объектов

Для формальной записи системы знаний К в модели М1, разработаны правила НФБ (нормальная форма Еэкуса) - грамматики.

Для формального описания генерируемых на основе полученных метазнаний ^проблемные знания) вопросов модуля ИР» разработана модель

МЗ. На основании ответов На эти вопросы происходит расширение базы знаний и данных СИП ЭОП за счет приобретения предметных знаний, т.е. происходит "настройка" системы на конкретную ПдО.

Модель МЗ представляется двойкой

п МЗ - < Кпр , Кпр+ла У * где Кпр — К! - система высказываний, полученных от экспертов по проблемным знаниям, записанная в синтаксисе исчисления предикатов первого порядка;

Клр+рд - суммарные знания, полученные в результате извлечения проблемных и предметных знаний.

В процессе интерактивного взаимодействия экспертов с модулем. ИР формируется интерпретация из множества допустимых интерпретаций Т)ор(К4) . Введем определение Т)ор(К1) . Дня этого рассмотрим отображение С, конкретизирующее значения переменных имеющих место в высказываниях (4, 10, 12 ) вида ЭхР(а,х) , системы высказываний К1. В результате конкретизации, при опросевысказывания принимают вид: Р(а, С(х)), где а и С(х) являются конкретными сущностями ПдО. Систему высказываний К1 после операции конкретизации обозначим С(К1). рассмотрим множество элементарных высказываний, входящих в систему формул С(К1), обозначив его Ч/Е (С (К4)).. Введем отображение 2 : УЕ (С (К1)) -*■ { Ьъие, | , задающее значения "истина" или "ложь" каждому элементарному высказыванию, входящему в формулы системы С(К1). Распространим отображение 2 на множество сложных высказываний, полученных из элементарных путам применения логических связок Л, V, / —'+ , & по правилам

2 ( IV,)-- Ц (У,) ¿(V,)®

Пару I - < с 2Г > будем называть интерпретацией, Будем считать ее допустимой (Т<= 1')ор(КО) для системы высказываний К1, если £ {)/)=■ для \/\/&С(К1) .

Системой высказываний К1 порождаются вопросы следующих типов.

Тип 1. Высказывание вида ТВ2 порождает вопрос С}(У) : "Выбрать значение истинности г?(У/), Ъ С Чг)1 , % ( Уп) так, чтобы ? {V)- ¿гиг- ", т.е. вопрос "Какие из предложенных высказываний \]{ а являются истинными?"

■Тип 2. Высказывание вида ТВЗ порождает вопрос £? (V') : "Выбрать значение истинности Е , ? (Уп) так, чтобы

.(V) - ¿гие ", т.е. вопрос "Какое из предложенных высказываний V/ » У« является истинным, и только одно оно?"

Тип 3. Высказывания вида У - Эх Р(а,)() соответствующие высказываниям ( 4, 10, 12) порождают вопрос (¡1 (V) : "Найти значение С(х) для переменной х такое, что ?(Р(а,С (у)))=11ли£".

В результате ответов на систему вопросов [$, } и формирования, таким образом, допустимой интерпретации I ё. Вор (К^ сис-

тема высказываний К1 (проблемные знания), дополняется новыми предметными знаниями

Кпа»{ V 5 гМ1<с, ? >еЯор(кО, че1(Е(С(К1))} .

где _-,/,л Г^. если

V = ¿I Ч/=| у § если «

В результате в базе знаний и данных СИП ЭОП образуется система знаний п

п КПР+па 58 и КРА (16)

где Кпр+п& ' - система высказываний соответствующая проблемным и предметным знаниям. . . '

Разработан укрупненный алгоритм приобретения знаний о ПрО "ЭОП ИМ" (о последующей его детализацией), полностью охватывающий процесс передачи знаний от экспертов и.текстологических источников к базе знаний и данных СИП ЭОП, а именно: выбор эргономиста; подбор коллектива разработчиков; выбор методов работы с экспертами; извлечение проблемных знаний; формализация и ввод проблемных 'знаний в. базу знаний и данных СИП ЭОП; разработка инструментария автоматизированного извлечения знаний о конкретной"ПдО; автоматизированное извлечение знаний о конкретной ПдО; формирование бланка "РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРТИЗЫ"; текстологическое извлечение знаний о ПдО "ЭОП ИМ" и их ввод в базу знаний и данных СИП ЭОП. Разработаны соответствующие, информационные массивы для поддержки эргономиста на всех шагах данного алгоритма и сопровождающая его методика.

В четвертой главе разрабатывается информационно-программный комплекс в виде СИП ЭОП, практически реализующий результаты теоретических исследований. СИП ЭОП представлена в виде продукционной системы отличающейся: наличием метаправил (МП),' представленных в модулях системы и содержащих знания СИП ЭОП о себе, своей работе, структуре, базе знаний и данных и схема решения проблем ЭОП ИМ; специализированным логическим выводом, состоящим в том, что на базе разработанной системы продукционных правил по кодированию сложных сообщений зрительным и слуховым типами модальностей, для каждой проблемной ситуации, выявленной в.процессе системноэргоношче-

ского анализа, определен необходимый для ее решения объем знаний и разработаны модели решений в виде решающих И/ИЛМ графов (управляющих стратегий ).

Решение задачи "Проектирование ИМ" декомпозировано на следующие подзадачи (ПЗ), для решения которых разработаны соответствующие МП: определение общего числа рабочих полей (зон) (ПЗ-1); определение объема информации в зоне (ПЗ-2); выделение зоны (ÏÏ3-3); выбор расположения зоны (ПЗ-4); кодирование объектов в зоне (ПЗ-5) Решение подзадач ПЗ-1, ПЗ-2, ПЗ-4 тривиально и описано метаправилами МП8, МП9 и МП18 соответственно. На рис.1 представлен пример решающего графа задачи "Проектирование ИМ", для случая, когда при' решении ПЗ-З (МП10) пользователь решил воспользоваться способами выделения зон тип линии (факт Ф15) и цвет фона (Ф79). Тривиадаше задачи показаны в виде прямоугольников, И-вершины отмечены полукруглыми дугами, а решение ПЗ-5, формально, представлецо в виде МП19. Метаправило МП10 устанавливает тот факт, что для решения ПЗ-З необходимо, в свою очередь решить подзадачу определения способа выделения зон по правилу П122. Для этого необходимо опросить пользователя о наличии определенных условий по правилу ОВУЗ^З), а затем установить ему по Ш15-Ш17, соответствующую номенклатуру возможных способов (кодов) выделения зон: тип линии, цвет фона и яркость (Ф31). Приняв факты Ф15, Ф79, Ф31 как логические .переменные, принимающие значения éu/e ({) и #a£se(0j , построено решающее дерево для выбора способа выделения-зон (правда ТАБЛ(4.3 Согласно данному правилу, при выборе пользователем способов выделения зон тип линии и цвет фона, активизируются метаправило МП13 и правило 1160.1. По МП13, посредством МП14, пользователю сообщаются оптимальные способы предъявления выбранного вида алфавита тип линии: непрерывная (Ф114), штриховая (Ф115)и штрих-иунктирн.ая (Ф116), поддерживаемые СИП ЭОП. Затем, в соответствии е правилом ОНУЗ(Цф) правила П58,' система запрашивает о желании пользователя выбрать дает линии в сочетании с цветом фона (правило П58.1). 3 соответствии с правилом 1160.1, пользователю (при его утвердительном ответе на запрос по правилу 0ЯУЗ(Ф)<)сообщается оптимальный-цвет фона; белый (.Ф71); серо-голуоой (ФС7) и черный (ï<77). Таким образом, подзадача 113-3 решена.

Работоспособность разработанного метода подтверждена на примеру интеллектуальной подцержки эргономиста, решающего задачу проектирования фрагмента ИМ ACJT11 цеха горячей прессовки, субмодулем "Кодировании". Доказана тохнико-окономичеокар, социальпо-экономи-

Решающее дерево задачи "Проектирование Ш"

проектирование ИМ:- МП8, МП9, МП10, МП18, МП19.

МП10:- П122, ТАЕЛ (4.3). •

П122:- ОНУЗ(З),Ш15, МП16, МП17.

ТАБЛ(4.3):- Ш13, П60.1.

МП13:- МП14, П58.

1Ш14:- Ф114; Ф115; Ф116.

П58:-СНУЗ(ЦФ), П58.1.

П60.1:- 0НУЗ(Ф), (Ф71; 26?; Ф77).

1ШЗ.МП9. МП18.Ш15.МП16.Ш17.0НУЗ(3).0НУЗ(Ф).0НУЗ(ЦФ). П58.1. Ф71.Ф67.Ф77.Ф114.Ф115.Ф116.

Рис.1

ческая и праплатическая эффективности разработанного метода.

В заключении сформулированы ограничения на задачу исследования и основные результаты реферируемой работы.

Приложения содержат: анализ видов обеспечения СИП ЭОП, деятельности эргономиста-проектировщика СИП ЭОП и структуры предложений русского языка; структуру ПО "ЭОП ЭТС"; примеры формализации, ввода проблемных знаний и извлечения знаний о ПдО "Цех горячей прессовки"; необходимые информационные массивы; продукционные правила по кодированию зрительным и слуховым типами модальности; разработку управляющих стратегий решения задачи "Проектирование ИМ"; акт о внедрении.

-ш-

(ХШОШШ РЕЗТЛЬТШ РАБОЙ!

1,.Разработан способ формализованного описания ДО "ЭШ ЭТО", позволяющий получить формализованную систему званий, необходишх вдш проектирования систем класса СИП.

2, Разработан споооб автоматизации процедур приобретения знаний о ПрО, позволяющий формировать .безызбнточную и семантически однозначную многоуровневую баау знаний и данных СИП ЭОП.

3. Разработан информационно-программный комплекс,-реализующий, метод интеллектуальной поддержки процесса эргономического проектирования ИМ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Сердюк O.E. Классификация систем интеллектуальной поддержки эргономического обеспечения проектирования // Эргономика и эффективность систем "человек-техника". Тез. докл. XVII Межрегионального семинара, Игналина. - Вильнюс: Сов. эргоном. ассоц., ЛЭТЙ, Акад. упр. Литвы, 1991. - С.82.

2. Губвдский А.И-, Демченко Л.С., Иванов В.П., Сердюк С.Н. Подход к формализованному описанию проблемной области "Эрготехни-чеокие системы" // Эргономика и эффективность систем "челрвек-техн.": Тез. докл. XVI Межрегионального семинара. Секция 1-3, Игналина. - Вхргапос: ИПКРРСНХ при СМ Лит.ССР, 1990. - С.65-68.

3. Сердюк С.Н., Демченко Л.С., Иванов В.П. Построение формальной системы проблемной области "эрготехнические сиотемы": переход от словесных формулировок к формализованным // Эргономика и эффективность систем "человек-техника": Тез. докл. XV Межрегионального семинара. Секция 1-4, Игналина. - Вильнюс: ИПКРРСНХ при СМ Лит.ССР. 1989. - С.117-120.

4. Сердюк С.Н. Интеллектуальная поддержка процесса эргономического проектирования систем искусственного интеллекта // Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника". Тез. докл. /У Всесоюзного симпоз., ноябрь 1990 г., 4.1, - Воронеж: СНИО СССР, 1990. - С.133-135.

Подл, к печ. 2.07.93 Формат 60x84 1/16.

Офсетная печать. Усл.печ.л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж IDO экз. Зак.гё Гзе. Бесплатно.

Ротапринт СПбГЭТУ. 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова,5.