Вопросы для самоконтроля

1. Расскажите о видах знаний, которыми может обладать специалист в какой-либо предметной области. Приведите классификацию задач в зависимости от вида знаний.

2. Дайте определение экспертной системы. Расскажите об особенностях экспертных систем.

3. Расскажите о назначении и областях применения экспертных систем.

4. Приведите обобщенную схему ЭС и поясните ее.

5. Расскажите о стадиях существования (разработки) экспертных систем.

6. Расскажите о требованиях к разработке и к использованию ЭС.

7. Расскажите о технологии разработки ЭС, приведите схему этапов разработки ЭС и поясните ее.

8. Расскажите об основных методах инженерии знаний.

9. Расскажите об основных областях внедрения ЭС в промышленности.

10. Приведите примеры экспертных систем.

11. Расскажите о глобальных и локальных трудностях, возникающих при разработке экспертных систем.

12. Расскажите о путях преодоления трудностей, возникающих при разработке экспертных систем.

13. Расскажите о типичных оболочках ЭС, предназначенных для работ на ПЭВМ.

14. Расскажите о путях устранения трудностей, возникающих при создании гибридных систем.

§ 3.9. Назначение, классификация роботов

Роботы — это технические устройства, предназначенные для автоматизации человеческого труда. Само слово «робот» появилось в 20-х гг. XX в. Его автор — чешский писатель Карел Чапек.

Робототехнические системы (РТС) представляют собой автоматизированные устройства, способные самостоятельно выполнять разнообразные функции.

В настоящее время в промышленности применяется огромное количество роботов-манипуляторов, работающих по жесткой схеме управления. В отличие от них интеллектуальные роботы обладают способностью самообучаться и самоорганизовываться, адаптироваться к изменяющейся окружающей обстановке.

Роботом называется универсальный автомат, предназначенный для решения определенного класса двигательных и, возможно, интеллектуальных задач.

Известно несколько классов роботов: манипуляционные, локомоционные, информационные и другие. В зависимости от степени участия человека в процессе управления (или других признаков) каждый из указанных классов подразделяется на отдельные типы роботов.

Например, манипуляционные роботы могут быть автоматическими, биотехническими и интерактивными.

Автоматические роботы решают возложенные на них задачи без непосредственного участия человека. Автоматические роботы классифицируются по степени разнообразия двигательных и интеллектуальных задач, которые они способны решать. Чем шире и сложнее класс задач, в котором робот проявляет свою универсальность (т.е. способность решать любую из задач данного класса), тем более совершенным, вообще говоря, он является.

Различные типы и разновидности роботов могут отличаться степенью автономности и своими функциональными возможностями. Выбор одной из разновидностей робота определяется:

а) сложностью решаемой задачи;

б) степенью неопределенности внешней среды;

в) требуемой степенью автономности робота;

г) стоимостью системы управления.

Все типы сред, встречающихся в задачах робототехники, можно, несколько условно, разделить на три категории.

К первой категории относятся среды, где уже имеется высокая степень организации или требуемая степень организации может быть достигнута при сравнительно небольших затратах. Такие среды часто встречаются в различных отраслях машиностроительной и приборостроительной промышленности.

Во вторую категорию относят среды, которые можно организовать требуемым образом, однако затраты на такую организацию могут быть весьма значительными. Такое положение часто встречается, например, в сборочном производстве, в некоторых отраслях сельского хозяйства, строительстве, горно-добывающей промышленности и т.д.

В средах третьей категории практически невозможно осуществить их организацию. Среды этой категории встречаются в задачах исследования дна Мирового океана, поверхности планет, при автоматизации ряда процессов в сельском хозяйстве, при лесозаготовках и т.д.

В средах первой категории обычно могут быть применены роботы с наиболее простой системой управления — роботы первого поколения, которые решают двигательные задачи по жесткой программе. Требуемая программа движения составляется человеком-оператором и вводится в программное устройство. В соответствии с этой программой эффекторная (исполнительная) система выполняет предписанные действия. В состав зффекторной системы такого манипуляционного робота входят рабочий механизм (рука, инструмент), датчики информации о положении отдельных звеньев манипулятора и следящие системы (приводы), с помощью которых осуществляется движение каждого звена по заданной программе. Существует много типов промышленных роботов первого поколения, различающихся типом программного устройства, характеристиками приводов и кинематическими схемами рабочего механизма.

Универсальность робота с программным управлением определяется двумя обстоятельствами:

наличием программного устройства, допускающего сравнительно легкую перестройку с одной жесткой программы на другую;

и, как правило, избыточными степенями подвижности в рабочем механизме (манипуляторе), что позволяет реализовать разнообразные движения с помощью соответствующих программ.

Сравнительная простота системы управления робота первого поколения и, как следствие, сравнительно невысокая его стоимость обеспечивают широкое внедрение этих роботов в промышленность.

Автоматизация процессов в средах второй категории возможна на основе применения следующих подходов.

1. Увеличение упорядоченности (организованности) среды до такой степени, при которой возможно применение узкоспециализированных автоматов или роботов первого поколения.

2. Применение роботов второго и третьего поколения (очувствленных), способных функционировать в не полностью организованной среде.

Часто применяется комбинированный подход к проблеме автоматизации, когда среда упорядочивается только частично с целью применения возможно более простых типов роботов.

Основной особенностью роботов второго поколения является наличие обратной связи от среды к роботу, которая обеспечивается с помощью его очувствления.

Совокупность устройств, дающих текущую информацию, часто называют информационной, сенсорной подсистемой или подсистемой восприятия (очувствления). В дальнейшем будем под информационной подсистемой робота понимать совокупность всех устройств, дающих информацию как о состоянии отдельных подсистем самого робота, так и об окружающей его среде.

Сенсорная подсистема (подсистема очувствления) включает в себя только датчики информации об окружающей среде и устройства ее обработки.

Термин подсистема восприятия будем употреблять по отношению к развитой сенсорной подсистеме, способной распознавать объекты, давать описания сцен и т.д.

Часто роботы второго поколения называются адаптивными.

Более сложные роботы, способные получать, сохранять и преобразовывать знания для достижения поставленных перед ними целей относят к роботам третьего поколения. Указанные способности представляют интеллект в его широком понимании.

У роботов, обладающих элементами искусственного интеллекта (роботы третьего поколения), требуемая программа действий должна формироваться на основе заданной цели, априорных знаний о внешнем мире и текущей сенсорной информации. Часто роботы третьего поколения называют интегральными или интеллектуальными. В интеллектуальных роботах, по сравнению с адаптивными, существенно расширяются возможности получения текущей и «командной» (обучающей) информации от сенсорной подсистемы и через систему связи с оператором. Эта информация может храниться в модели среды и, в свою очередь, применяться для организации переработки информации подсистемой планирования и сенсорной подсистемой. Обобщенная схема системы управления интеллектуального робота представлена на рис.3.9.

Рис. 3.9. Обобщенная схема системы управления интеллектуального робота