книги / Теория и методы решения многовариантных неформализованных задач выбора(с примерами из области сварки)

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ИИ- искусственный интеллект;

ЛПР - лицо, принимающее решение;

м к к - межкристаллитная коррозия;

ОТРЗ - общая теория решения задач;

по - предметная область;

по з - предметная область задачи;

ПР - принятие решения;

САПР - система автоматизированного проектирования;

САПР ТПС - САПР технологических процессов сборки и сварки;

СОД - система обработки данных;

тн м - теория нечетких множеств;

тп - технологический процесс;

тс - таблица соответствий;

По современным представлениям основу трудовой дея­ тельности человека составляет решение разнообразных за­ дач, отличающихся постановкой, методами решения, слож­ ностью и другими характеристиками. Значительное боль­ шинство задач относится к классу неформализованных, то есть задач, исходные данные и результаты решения которых нельзя выразить в числовой форме. В отличие от формализо­ ванных задач, основанных на точных знаниях и решение ко­ торых в конечном итоге сводится к расчетам по известным алгоритмам, при решении неформализованных задач исполь­ зуются преимущественно неточные знания, выражаемые сло­ весно, отличающиеся неполнотой, неопределенностью, не­ четкостью терминов и понятий. В связи с этим точные алго­ ритмы решения неформализованных задач изначально неиз­ вестны и к ним нельзя применить традиционные математиче­ ские методы.

На практике специалисты решают неформализованные задачи, опираясь прежде всего на свои знания и опыт работы. Следствием преобладания субъективного подхода в работе является большая вероятность принятия неоптимальных, а иногда и просто ошибочных решений, приводящих к неоп­ равданным трудовым и материальным затратам.

Изучением различных аспектов решения неформализо­ ванных задач занимаются специалисты многих наук: систем­ ного анализа, теории принятия решений, исследования опе­ раций, теории нечетких множеств, теории искусственного интеллекта и др. Однако перечисленные науки в целом носят методологический наддисциплинарный характер и не рас­ сматривают вопросы приложения полученных теоретических

наработок к конкретным предметным областям. Этим долж­ ны заниматься специалисты, сочетающие профессиональные знания в конкретных предметных областях с умением мето­ дически грамотно выполнять системный анализ сложных проблем.

По-видимому, таких специалистов немного. Судя по ли­ тературе, обобщением опыта решения задач в большинстве предметных областей пока занимаются лишь отдельные эн­ тузиасты, и результаты их исследований не получили замет­ ного распространения. Между тем совершенствование мето­ дов решения практических задач имеет большую актуаль­ ность, особенно для технических отраслей, таких как маши­ ностроение, производство авиационно-космической техники и многих других, на функционирование которых оказывает влияние большое количество разных факторов. Если при принятии управленческих решений каждый фактор может принимать множество значений, то наступает так называе­ мый «комбинационный взрыв», когда число возможных ва­

риантов исходных данных может достигать многих тысяч

и даже миллионов. Понятно, что зафиксировать в каком-то

виде такое множество вариантов становится нереальным

и, следовательно, требуется обобщение методов решения од­ нотипных задач.

Подход к разрешению данной ситуации подсказывает многолетний опыт изучения автором проблем решения типо­ вых задач сварочного производства. Отмечено, что боль­ шинство практических задач формулируется или может быть сформулировано как задачи выбора чего-либо. Для модели­ рования таких задач в теории автоматизированного проекти­ рования предложено несколько видов таблиц решений, из которых наиболее универсальна форма таблицы соответст­

вий. Каждая таблица соответствий, в зависимости от целей

иисходных данных, позволяет формализовать и представить

вкомпактном виде принципиально неограниченное множе­ ство близких по постановке задач.

Накопленный автором за многие годы большой экспе­ риментальный материал позволил обнаружить закономерно­ сти моделирования задач выбора и исследовать их проблема­ тику. На этой основе развиты теория и методы решения за­ дач рассматриваемого класса. Для лучшего понимания чи­ тателем некоторых теоретических положений в книге при­ ведены иллюстрации из области сварки, профессионально близкой автору. Освещение вышеупомянутых вопросов со­ ставило содержание книги, основная часть которой состоит их шести глав.

Вглаве 1 изложены теоретические основы решения за­ дач выбора. Задачи и методы их решения рассматриваются как объект исследований. Указана специфика задач выбора как наиболее распространенного класса задач и отмечены трудно формализуемые начальные этапы их решения: анализ исходных данных, поиск, сбор и формализация всей необхо­ димой информации.

Вназвании главы и последующем изложении материала приняты в качестве базовых термины «выбор» и «задачи вы­ бора» в отличие от широко используемого в отечественной литературе близкого по придаваемому ему смыслу термина «принятие решений». Автор исходит из того, что согласно семантике русскоязычных слов под выбором понимают сово­ купность действий, заключающихся в формировании альтер­ натив, сборе и анализе необходимой информации, подготовке соображений и рекомендаций для окончательного выбора оптимального варианта, тогда как принятие решения означа­

ет некоторый волевой акт, завершающий всю процедуру вы­ бора и выполняемый лицом, уполномоченным принимать решение (ЛПР).

В главе 2 собраны материалы, посвященные моделиро­ ванию задач как этапа, необходимого для анализа и компью­ теризации процедуры выбора. Приведены сведения о табли­ цах соответствий и создаваемых на их основе граф-схемах алгоритмов выбора решений.

Основу глав 3 и 4 составляют предложения автора по совершенствованию методов решения задач выбора. Наибо­ лее значимыми из них являются методы обработки и форма­ лизации знаний, представленных в первоисточниках инфор­ мации преимущественно в вербальной (словесной) форме, и методы моделирования задач выбора, основанные на идеях искусственного интеллекта, экспертных систем и теории не­ четких множеств. Описанию усовершенствований предшест­ вует анализ проблем, вызывающих затруднения при решении задач выбора.

В главе 5 подводятся итоги обсуждения современного состояния и путей совершенствования теории и методов ре­ шения задач выбора. Показано, как формируется общая ме­ тодология решения задач, сформулированы основные поло­ жения методики решения неформализованных задач, к кото­ рым относятся задачи выбора.

В главе 6 рассматриваются вопросы автоматизации ре­ шения задач выбора в компьютерных системах. Кроме обзора теории и методов, используемых в системах типа САПР, да­ но описание разработанной автором компьютерной системы типа гибридной ЭС, позволяющей повысить уровень автома­ тизации при моделировании и решении задач.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВЫБОРА

1.1.Задачи и процессы их решения как объект изучения

Несмотря на то, что решение задач является наиболее важной и естественной формой деятельности человека и лю­ ди с незапамятных времен занимаются решением стоящих перед ними проблем, задачи как таковые и процессы их ре­ шения лишь недавно стали объектом специального научного исследования. Элементы общего подхода к решению задач известны со времен Платона, ими занимались в разное время Декарт, Лейбниц, Спиноза, Пуанкаре, Богданов, Пойа, Зельц

имногие другие известные мыслители и ученые - философы

иматематики, логики и психологи. Объединению и обобще­ нию их разработок, по-видимому, препятствовало отсутствие общепринятого понимания термина «задача», весьма различ­ ный смысл, который вкладывали в это понятие представите­ ли разных наук и отраслей.

Однако со временем становилось все более очевидным, что в решении многих на первый взгляд совершенно разных задач просматриваются некоторые общие элементы методи­ ки. Их освоение позволяет перейти от изучения отдельных типов задач к пониманию общих принципов построения за­ дач и методов их решения, что особенно важно для решения сложных задач с использованием вычислительной техники.

Согласно литературным данным формирование общей теории решения задач, получившей название проблемология, началось в 70-х годах прошлого века. Свой вклад в развитие новой науки внесли ученые - специалисты в области систем­ ного анализа, теории искусственного интеллекта, теории принятия решений, автоматизированного проектирования,