Разработка диалогового комплекса решения информационных задач в управлении строительством и эксплуатацией энергетических объектов

Актуальность темы

.

Ядерная энергетика занимает всё более важное место в энергетическом балансе СССР. В 1984 году число действующих энергоблоков составило 35, суммарной мощностью 21 млн квт. В 1983 г. на АЭС было выработано 110 млрд квтч. электроэнергии. Динамика роста мощностей атомнойс энергетики представлена следующими данными: годы 1973 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 мощн. млн квт 4,0 4,7 6,1 7,1 7,6 10,0 12,6 15,4 17,3 19,2 21,0.

Программа опережающего роста атомной энергетики обсуждена на заседании Политбюро ЦК КПСС от 14 сентября 1984 г. В принятом постановлении определены конкретные объёмы й' сроки ввода в действие новых мощностей атомной энергетики.

В связи с большими объёмами материальных и информационных потоков и их динамикой задача принятия оперативных решений на уровне руководства ВПО «Союзатомэнерго» оказывается связанной с манипулированием большими материальными ценностями и с высокой степенью ответственности. Это обуславливает необходимость создания автоматизированной информационной системы, способной хранить большие объёмы разнообразно структурированной информации по разнообразному целевому назначению с ориентацией на конечного пользователя-непрограммиста на уровне среднего и высшего звена руководства отраслью промышленности.

Опыт эксплуатации информационных систем, решающих информационные задачи в промышленных условиях, показывает, что не всегда информационные потребности могут быть сформулированы в рамках монологическоготекста, поскольку зачастую пользователь не в состоятии точно ориентироваться в логической структуре данных в связи с большими объёмами и сложностью логической схемы данных. Кроме того, по мере формирования запроса, в ходе прояснения, с одной стороны, потребностей пользователя, а с другой стороны — возможностей информационной системы, первоначальные цели запроса могут измениться или отпасть совсем. Например, в подсистеме управления монтажом и пуеконаладкой в ВПО «Союзатомэнерго» общее количество переменных составляет 76 единиц. Логическая схема данных содержит две ведомости и четыре классификатора. Области значений насчитывают несколько тысяч значений таких переменных, как, например, технологическая позиция. При этом пользователю предоставляются различные возможности работы: режим команд, выполнение запросов разного вида, стандартные запросы, модификация базы данных, массовый ввод и пр. Значения многих переменных представляют собой наименования оборудования, приборов, технологических производственных участков и пр., которые трудно помнить с синтаксической точностью. Пользователь, например, может интересоваться тем, в какой технологической позиции стоит некоторое оборудование некоторого завода, в то время, как данный завод это оборудование не производит. При этом пустой ответ не проясняет существа некорректности задаваемого вопроса. Диалоговая процедура формирования запроса может вскрыть эту некорректность на раннем этапе и позволить пользователю уточнить, какие заводы выпускают данное оборудование .

Таким образом, в условиях не всегда корректно сформулированных информационных потребностей и в условиях меняющихся характеристик предметной области необходимы регулярные средства быстрого построения разнообразных глубоко структурированных средств консультативной помощи, ориентированных на раскрытие и удовлетворение информационных потребностей пользователя в рамках возможностей, предоставляемых информационной системой.

В (65) указывается на трудности, могущие возникнуть при формулировании вопроса, связанные с тем, что," .задающий вопрос сам не знает, что он хочет узнать, но после ответа он. возможно задаст другой, более точно сформулированный вопрос" .

Наконец, в практической деятельности формируются профессионально-ориентированные диалекты естественного языка, выражения которого часто не соответствуют его нормативам. Например, выражение: «Модель семантической сети» в (10) используется в смысле: «Модель предметной области, построенная средствами семантических сетей», что противоречит норме литературного русского языка. Аналогично обстоит дело с выражением: «Модель базы данных», укоренившимся в языке специалистов.

Таким образом, при разработке принципов построения информационной компоненты системы обеспечения принятия решений в ВПО «Союзатомэнерго», мы исходим из того, что в представлении знаний обороты языка могут не соответствовать лингвистическим нормам, а процесс обновления профессионально-ориентированных диалектов естественного языка идёт интенсивно и непрерывно, в отличие от общелингвистической нормы, где многие денотаты устоялись и обновление языка идёт сравнительно более медленными темпами,.

В связи с этим, создавая средства решения информационных задачу мы выбираем путь построения семантической модели множества информационных задач, решаемых пользователем в данной предметной области. Эта модель содержит частично упорядоченное множество задач и понятий, образующее структурированную систему знаний, и диалог — как основное средство взаимодействия пользователя с системой с целью раскрытия информационных потребностей пользователя и последовательного сопоставления с ним информационных возможностей системы.

Подобный подход был описан впервые в (12), однако там авторы ставили своей первостепенной целью создание экспериментальной вычислительной системы для исследования схем диалога как одного из явлений естественного английского языка, а также для исследования методов программной реализации диалоговых систем, содержащих, во-первых, лингвистический процессор, во-вторых, некоторую процедуру дедукции на системе знаний, управляющих диалогом.

В данной работе, отказавшись от лингвистического процессора, и развивая вторую из названных компонент, основное внимание уделено промышленной реализации, обеспечивающей массовость применения данного подхода, развитию механизмов создания в автоматизированном режиме индивидуальных схем диалога и автоматическому созданию описаний схем базы данных.

Целью работы является создание методики автоматизированного отображения знаний пользователя о решаемых им информационных задачах и методики согласования на его основе информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы, а также реализация этих методик в диалоговом комплексе решения информационных задач в управлении строительством и эксплуатацией атомных станций.

Достижение этой цели требует исследования и решения следующих задач:

1. Построение математической модели информационной задачи.

2. Построение модели процесса отображения знаний пользователя о решаемых им информационных задачах на модельную структуру.

3. Построение модели согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы.

4. Структуризация информационных фондов системы.

5. Разработка алгоритмов, поддерживающих методику построения системы знаний пользователей и методику согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы.

6. Программная реализация предложенных методик на лабораторных инструментальных средствах ЛИСП-ФРЛ.

7. Программная реализация на промышленных средствах ЕС ЭВМ и СУБД СПЕКТР.

Теоретические и практические предпосылки для проведения исследования и разработки связаны со следующим. С одной стороны, богатое оснащение ядерной энергетики вычислительными мощностями позволяет реализовать накопление и первичную обработку больших массивов информации по станциям и в руководящих центрах, используя душ этого как фоновый режим, так и работу в реальном времени целевым назначением. С другой стороны, получившие в последнее время значительное развитие методы построения систем искусственного интеллекта (14),(16),(17),(37) позволяют поставить на качественно новую ступень методику построения интеллектуальных диалоговых информационно-поисковых систем.

В данной работе моделируются интеллектуальные акты упорядочения и конкретизации на теоретической базе исчисления предикатов первого порядка и прикладного аспекта этой базы, сформулированного в виде фрейм-концепции в операциональной ФРЛ-среде. Реализован фрейм-управляемый диалог как побочный эффект создания экземпляра фрейма задачи по обобщённому описанию в системе знаний.

В первой главе дан обзор информационно-поисковых средств, обеспечивающих принятие решений, с целью выработки концепций построения информационно-поисковой системы и решения в ней информационных задач в режиме диалога. Сформулированы требования исследуемого объекта и показана необходимость разработки интерактивной методики построения модели информационных задач, решаемых пользователем в данной предметной области и постановки информационной задачи с использованием этой модели.

Во второй главе введено формальное понятие информационной задачи, Д-дерева и Д-процесса. Показано, что моделью раскрытия информационных потребностей пользователя может служить процедура постановки информационной задачи, реализуемая как Д-процесс. Показано, что два типа вершин Д-дерева соответствуют двум типам имшшкативных формул, связывающих задачи с подзадачами. Дано определение диалога как связной совокупности актов взаимодействия и описаны три аспекта связности: синтаксический, семантический и прагматический.

В третьей главе модель информационной задачи рассмотрена как часть информационной системы. Проведена классификация информационных фондов информационной системы в соответствии с выделенными во второй главе аспектами связности диалога. Разработаны принципы реализации стандартных запросов и алгоритм расчёта параметров плана для выполнения нескольких стандартных запросов в одной задаче. Разработана логическая структура информационных фондов системы.

В четвёртой главе описана программная реализация диалоговой информационно-поисковой системы, построенной на основении результатов исследования, полученных в двух предыдущих главах. Изложена двухэтапная технология реализации ИПС с первоначальной проработкой на лабораторном ФРЛ-макете и с дальнейшей промышленной реализацией на разработанных автором технологических средствах на базе штатного математического и системного обеспечения ЕС ЭВМ. Исследована технология применения высокоэффективной промышленной СУБД СПЕКТР для организации семантически связного диалога. Далее также описана реализация на ЭВМ Реалите 2000. Исследованы преимущества и недостатки списочной организации памяти для целей построения и эксплуатации диалоговой системы описанного типа.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. В отличие от известных диалоговых информационных систем, в базу знаний разрабатываемой системы введены знания пользователя о решаемых им информационных задачах, являющиеся основой для согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы.

2. В качестве математической модели системы знаний пользователя о решаемых им информационных задачах используется И-ИЛИ дерево специального вида, представляющее одновременно сценарий диалога. Особенностью используемого дерева является то, что с каждой его вершиной может быть связан текст, обращённый к пользователю, список операндов для процедур, могущих быть вызванными при обходе вершин, и других свойств.

3. Методика построения сценариев диалога основывается на формальном обосновании сведения совокупности достаточных условий решения подзадач к ИЛИ-вершине и необходимых условий — к И-вер-шине дерева подзадач.

4. Методом решения задачи согласования информационных потребностей пользователя с информационными вЪзможностями системы является процедура целенаправленного построения пути в множестве подзадач на системе знаний пользователя.

5. Понятие связности диалога раскрывается через три аспекта: синтаксический, учитывающий только правила построения синтаксически правильных диалоговсемантический, учитывающий контекст каждого конфетного диалога и прагматический, учитывающий особенности взаимодействия с каждым конкретным пользователем. Практическая значимость. В результате проведенного исследования реализована промышленная информационная система, построенная на принципах интеллектуальной диалоговой системы и обеспечивающая диалоговый режим построения системы знаний, служащей для диалогового сопоставленияинформационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы. Практическое применение разработанной методики показано на примере ряда подсистем АСУ ВПО «Союзатомэнерго», внедрённых в промышленную эксплуатацию, где" экономический эффект от применения указанной методики составил около 46 тыс. руб.

Программная реализация выполнена на технических средствах ЕС ЭВМ, на языках ПЛ/1 и Ассемблер.

В качестве лабораторных средств исследования использовались инструментальные средства ЛМСП-ФРЛ на технической базе ЕС ЭВМ.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

I. Предложены основные принципы построения информационного обеспечения управления строительством и эксплуатацией энергетических объектов как интеллектуальной диалоговой системы с регламентированным изменяемым сценарием диалога:

— в информационный фонд системы должны быть введены знания пользователя о информационных задачах, являющиеся основой для согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы;

— в качестве математической модели системы знаний пользователя о решаемых им информационных задачах используется И-ИЛИ дерево, представляющее одновременно сценарий диалога;

— методом решения задачи согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы является процедура целенаправленного построения пути в множестве подзадач на системе знаний пользователя.

2. Разработаны состав и структура информационных фондов системы и состав функциональных блоков, обеспечивающих интерактивный режим программирования сценариев диалога, а также интерактивный режим целенаправленного согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы.

3. Выделено три типа связности диалога: синтаксическая — определяемая только структурой подзадачсемантическая — зависимсоть областей значений переменных от контекста и прагматическая — учитывающая особенности взаимодействия с конкретными пользователями.

4. Выделено три типа информационных процессов: А-процесс — построения сценариев диалогаД-процесс — интерпретации сценариев диалогаП-процесс — планирования и выполнения плана сложного запроса.

5. В отличие от звестных систем, в процессе построения поискового предписания используется основной информационный фонд пользователя, реализованный на промышленной СУБД. Быстродействие СУБД позволяет работать в режиме сходящейся подсказки непосредственно по предмет.

— ш ному информационному фонду.

6. Предложена двухэтапная технология построения промышленных информационных систем с использованием на первом этапе в качестве лабораторных средств исследования инструментальных средств ЛИСП-ФРЛ.

7. Для класса регулярных графовых структур, описывающих выполнение повторяющихся планов операций предложена методика расчёта временных характеристик таких структур по характеристикам представительного фрагмента графа.

8. Разработана методика и средства автоматизации описания знаний пользователя об информационной задаче, с отображением их на модель знаний.

9. Разработанные принципы автоматизированного построения модели знаний пользователя об информационных задачах и автоматизированного согласования информационных потребностей пользователя с информационными возможностями системы реализованы в промышленной информационной системе, внедрённой в ряде подсистем АСУ ВПО Союзатомэнерго в промышленную эксплуатацию. Программная реализация выполнена на технических средствах ЕС ЭШ на языках ПЛ/1 и Ассемблер. Экономический эффект от внедрения методики составляет около 46 тыс.р.

Дальнейшее развитие данной работы лежит в первую очередь в совершенствовании методов выявления и построения модели знаний пользователей о решаемых информационных задачах, в развитии механизмов планирования сложных запросов и, в первую очередь, автоматического планирования поиска, что связано с задачами выявления ключевых переменных отношений предметной области. Требуется сокращение объёма памяти, занимаемой системой, где есть резервы в виде создания оверлейных модулей и вынесения части массивов на диск.

Требует решения задача диалогового сбора информации по предметным информационным фондам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В предлагаемой работе рассмотрены вопросы автоматизации взаимодействия пользователя-непрограммиста из аппарата управления энергетикой и промышленностью с информационной системой в режиме диалога.

Автоматизация взаимодействия пользователя с ЭВМ первоначально была связана с автоматизацией решения вычислительных задач, и в дальнейшем — с автоматизацией решения информационных задач.

Дальнейшим развитием автоматизации как вычислительных, так и информационных задач явились диалоговые средства взаимодействия пользователя с системой.

Предложенный в данной работе подход к построению информационной системы с позиций решателя задач, функционирующего на специально структурированной системе знаний пользователя о решаемых информационных задачах даёт возможность приобщить к работе с вычислительной техникой круг специалистов звена управления отраслью промышленности, предоставляя возможности для индивидуального оперативного и исчерпывающего доступа к информационным фондам предметной области, что является жизненно важным в строительстве и эксплуатации атомных станций. Эти возможности позволяют сосредоточить в поле зрения одного решающего органа сложные связи между поставщиками и потребителями как уникального, так и серийного оборудования, обеспечивая возможность единого подхода к поставке и монтажу деяятков тысяч позиций оборудования, своевременного маневрирования материальными и трудовыми ресурсами, что сокращает сроки строительства и пуска АЭС. В эксплуатации, в контроле за отказами оборудования и аапаратуры сосредоточение в пределах одного решающего органа полной картины поведения оборудования и аппаратуры на станция в сочетании со сведениями о его поставщиках позволяет делать выводы о надёжности оборудования и вырабатывать рекомендации по её повышению.