3. Основные блоки и принцип работы экспертной системы.

Рис. 2. Структурная схема экспертной системы

На рис. 2 показана базовая структура ЭС, структурные элементы которой должны выполнять следующие функции:

• представление знаний по конкретному объекту управления; для реализации этих функций используется механизм, называемый базой данных (БД);

• представление знаний в конкретной предметной области и управление ими; для реализации этих функций используется механизм, называемый базой знаний (БЗ);

• осуществление логического вывода на основании знаний, имеющихся в БЗ; этот механизм называется механизмом логических выводов (МЛВ);

• пользовательский интерфейс для правильной передачи ответов пользователю;

• получение знаний от эксперта, поддержка БЗ и дополнение ее при необходимости; механизм, реализующий эти функции, называется модулем приобретения знаний',

• вывод заключений, представление различных комментариев, прилагаемых к этим заключениям, и объяснение их мотивов; такой механизм называется модулем советов и объяснений.

4. Босэс и их особенности.

Бортовые оперативно-советующие экспертные системы типовых ситуаций (БОСЭС ТС) функционирования сложных динамических объектов, в данном случае – самолетов, предназначены для решения задач второго глобального уровня управления. Это так называемые тактические задачи – задачи, определяющие рациональные пути достижения текущей цели функционирования, оперативно назначенной экипажем. Для каждой ТС создается своя БОСЭС ТС. В структуру базы знаний БОСЭС ТС положена формальная модель предметной области, в которой генеральная задача сеанса функционирования объекта, задаваемая перед началом сеанса, представляется через семантическую сеть типовых ситуаций (ТС), каждая из которых представляется в свою очередь через семантическую сеть проблемных субситуаций (ПрС/С). В ТС выделяется множество значимых событий – событий, несущих с собой проблемы, которые требуют либо немедленного разрешения, либо предварительного пространственно-временного прогноза их наступления (модель проблемы, механизмы ее разрешения), когда проблема будет требовать немедленного разрешения (математическая модель пространственно-временного прогноза, модель проблемы, механизмы ее разрешения).

Особенности БОСЭС ТС. «Внешним миром», в котором будет работать БОСЭС ТС, является бортовая информационная среда объекта. Опишем ее (рис. 4) на примере объекта «Самолет».

Рис. 3. Функциональная схема БОСЭС ТС

Бортовая информационная среда самолета формируется выходной информацией бортовых измерительных устройств, «штатных» (не входящих в БОСЭС ТС) бортовых БЦВМ-алгоритмов и сигналов с информационно-управляющего ноля (ИУП) кабины экипажа. По результатам предполетной подготовки (подготовка предстоящего сеанса функционирования объекта) из интеллектуальной системы подготовки самолета к вылету в БОСЭС ТС загружается априорная информация по предстоящему вылету (сеансу функционирования). По каждой значимой для выполнения ТС проблемной субситуации БОСЭС ТС вырабатывает для экипажа рекомендации по ее разрешению с краткими пояснениями. Рекомендации и пояснения к ним появляются в соответствующем (по семантике) месте на информационно-управляющем поле (ИУП) (информационная часть) кабины экипажа. Экипаж вправе не принять выработанную БОСЭС ТС рекомендацию и разрешить возникшую проблемную субситуацию другим способом, ничего не сообщая об этом БОСЭС ТС. При этом следующую рекомендацию БОСЭС ТС должна будет уже выработать с учетом реализованного экипажем способа. Любое игнорирование экипажем выработанной БОСЭС рекомендации фиксируется в бортовой системе объективного контроля (на рис. 4 «Система регистрации несоответствия «рекомендация БОСЭС – действие экипажа»»), и после окончания полета эта информация передается в интеллектуальную систему анализа результатов полета.

Рекомендации БОСЭС должны быть постоянно согласованными с активизированной моделью поведения экипажа на концептуальном и оперативном уровнях. Экипаж воспринимает внешний мир и само техническое состояние самолета (внутрибортовой мир) через свои органы чувств и кабинную информационную модель внешней и внутрибортовой обстановки на ИУП (рис. 4). Обладая профессиональной подготовкой и имея априорную информацию (самую общую о внешнем мире и конкретную о предстоящем полете), экипаж в рамках своей активизированной модели поведения в этой ТС каждый раз выделяет текущую проблему (ПрС/С), не сообщая об этом БОСЭС ТС. Именно по этой ПрС/С БОСЭС ТС должна дать в текущий момент обоснованную и эффективную рекомендацию по ее разрешению.

Перечислим основные особенности БОСЭС ТС любого объекта:

• она должна решать все проблемы «своей» ТС (быть замкнутой по проблемам ТС);

• иметь ограниченный диалог к экипажем (ограничения во времени, отпускаемому внешней обстановкой, и по возможностям ввода информации экипажем через органы управления в ИУП кабины);

• алгоритмы и правила в базе знаний (БЗ) БОСЭС ТС должны ориентироваться на структуры ситуационного управления;

• быть всегда согласованной с активизированной концептуальной моделью поведения экипажа, вырабатывая рекомендации по разрешению возникшей текущей проблемы на уровне оператора-профессионала с достаточной для него значимостью;

• иметь «отложенную» компоненту самообучения.

БОСЭС ТС активизируется сигналом с ИУП кабины. Она всегда будет работать (в реальном времени) в партнерстве с экипажем, постоянно вырабатывая и предъявляя ему рекомендации по рациональному способу разрешения текущей проблемы. БОСЭС ТС должна разрешать все ПрС/С, которые могут возникнуть в рассматриваемой ТС как вследствие «агрессивности» внешнего мира (окружающей носителя БОСЭС реальности), так и вследствие отказов бортовой измерительной и исполнительной аппаратуры (внутрибортовая обстановка).

В базе знаний БОСЭС (рис. 4, блоки: «Бортовые измерительные устройства», «Штатные бортовые алгоритмы», «Экипаж», «Управляющее поле, ИУП») в полной мере используется:

а) априорная информация о генеральной задаче предстоящего сеанса функционирования объекта (вылета самолета) и ожидаемых условиях ее выполнения, содержащаяся в задании экипажу на предстоящий сеанс функционирования объскта (в полетном задании для экипажа самолета, подготовленном во вне бортовой системе подготовки вылета самолета);

б) текущая информация, поступающая от бортовых измерительных устройств, из ИУП кабины (от экипажа) и «штатных» БЦВМ-алгоритмов.

По текущей информации от бортовых измерительных устройств, «штатных» бортовых БЦВМ-алгоритмов, сигналов с ИУП кабины экипажа в базе знаний БОСЭС ТС формируется ситуационный вектор (ТС – ПрС/С), описывающий состояние внешней и внутрибортовой обстановки для назначения (или идентификации) текущей ПрС/С (рис. 4).

Механизм такого назначения назовем механизмом вывода на множестве ПрС/С. Инженеры определяют его структуру на базе материалов работы с экспертами, являющимися специалистами в рассматриваемой предметной области. В БОСЭС ТС эти механизмы реализуются в форме правил «если..., то..., иначе...», полнота и непротиворечивость которых достигается за счет отработки БОСЭС ТС на системах имитационного моделирования (СИМ) совместно с экспертами.

5. Особенности построения и принцип работы БОСЭС «Навигация».

Бортовая оперативно-советующая экспертная система (БОСЭС) «Навигация» призвана совместно с летчиком обеспечить выполнение программы полета с требуемым или допустимым уровнем надежности и успешности в изменяющейся текущей аэронавигационной и метеорологической обстановке, при полете в особых или усложненных условиях, в непредсказуемых (непредвиденных) ситуациях полета [2]. БОСЭС «Навигация» во взаимодействии с навигационным вычислителем и бортовыми информационными системами выполняет следующие функции:

1. оказание помощи летчику (или штурману) при проведении штурманских расчетов;

2. представление альтернатив, облегчающих принятие решения при корректировке профиля и параметров полета;

3. оперативное уточнение и назначение маршрута при изменении условий полета и появлении опасных ситуаций;

4. обучение летчиков и штурманов.

Оперативные подсказки, формируемые БОСЭС «Навигация», оказывают существенную помощь летчику (штурману) в условиях изменяющихся текущих сценариев полета на транспортно-навигационном этапе, в том числе:

• при появлении опасных метеообразований на маршруте движения;

• при увеличенном расходе топлива в полете по сравнению с расчетным (перерасход топлива на собственном самолете), причинами которого могут явиться: изменение температуры наружного воздуха; изменение параметров полета (например, высоты или скорости); неисправности двигателя; оперативная корректировка маршрута;

• при закрытии по метеоусловиям какого-либо из аэродромов посадки (вылета или запасных);

• при уменьшении остатка топлива у одного из взаимодействующих самолетов группы в групповом полете.

Для анализа предметной области и оценки эффективности разрешения общих задач этапа полезно выделить основные значимые события, обеспечивающие выполнение полетного задания. К ним можно отнести:

• выход самолета в заданный район для дежурства в воздухе и барражирование в этом районе в течение заданного времени;

• выход самолета в заданные условия относительно движущегося воздушного объекта, например, при дальнем наведении или при встрече с заправщиком;

• выход самолета в конечную точку, заданную географическими координатами, с заданного направления;

• выход самолета в конечную точку с заданными высотой, скоростью и курсом, в том числе на сверхзвуке;

• полет на малых высотах и увод от опасной высоты;

• облет опасной или запретной области;

• выдерживание параметров строя при полете группой;

• выполнение группой вертикальных маневров разгона, торможения, набора высоты, снижения.

На транспортно-навигационном этапе помимо указанных значимых событий, связанных с реализацией фрагментов программ полета, могут иметь место события, определяемые случаями невозможности выполнения полетного задания в полном объеме, например:

• недостаточность запаса топлива для выполнения запланированного задания, скорректированного в полете маршрута или измененного вертикального профиля;

• невозможность прилета за заданное время в конечную точку с заданными условиями одиночно или группой;

• недопустимая степень опасности полного выполнения полетного задания;

• невозможность использования выбранного аэродрома посадки;

• невозможность выполнения условий подхода к конечной точке по высоте, скорости, углу наклона, курсу;

• одновременное проявление действия нескольких факторов (недостаточность топлива и недопустимая степень опасности).

Рассмотрим некоторые из возможных решений летчика, принимаемых им с помощью данной экспертной системы в непредвиденных ситуациях и в случаях невыполнимости задач.