سیستم های خبره

– خلاصه
سيستم‌هاي خبره شاخه‌اي از علم نسبتاً جديد هوشي مصنوعي مي‌باشند.
Charmonand king / 1985 , keller / 1987 , rouch – hindin / 1985 , bonnet / 1985 rouch – hindin 1986 (a) , rauch – hindin /1986 (b) ,

charniackandmcdermon 1985 watermun/ 19876
و اين سيستم ها در سطوح دستياري ، مشاوره و تخصص عمل مي‌کنند ( شکل ۱)

شکل ۱-هوش مصنوعی و شاخه های ان
سيستم‌هاي خبره براي تقليد عملکرد يک فرد متخصص و خبره در برخورد با يک مسئله خاص طراحي شده‌اند. به عنوان مثال سيستم‌هاي خبره موجود در شرکت دو پونت (Dupont) در زمينه انتخاب فرآورده‌هاي شيميايي با توجه به نياز مشتريان ، عيب يابي تجهيزات و زمان بندي عمليات ماشين‌هاي موجود در واحدهاي توليدي مربوطه به کار گرفته مي شوند. اين سيستم‌ها در جاهاي

ديگر در زمينه‌هاي تخصصي اطلاع رساني ، مديريت فروشي ، انتخاب روش‌هاي مخابراتي و جمع آوري اطلاعات ، پيکربندي سيستم‌هاي کامپيوتر ( سخت افزاري ) عيب يابي و تعمير خطوط تلفن و شاخه‌هاي مختلف برنامه ريزي و تصميم‌گيري به کار گرفته مي‌شوند ( ۱۹۸۲ / mockloer )

سيستم خبره ، کاربر را قادر به مشاوره با سيستم‌هاي کامپيوتري در مورد يک مسئله و يافتن دلايل بروز مسئله و راه‌حل‌هاي آن مي‌کند در اين حالت مجموعه‌ي سخت افزار و نرم افزار تشکيل دهنده سيستم خبره اقدام به طرح سوالات مختلف و دريافت پاسخ‌هاي کاربر ، مراجعه به پايگاه دانش ( تجربيات قبل ) و استفاده از يک روش منطقي براي نتيجه گيري و نهايتاً ارائه راه حل مي‌نمايند. همچنين سيستم خبره قادر به شرح مراحل نتيجه‌گيري خود تا رسيدن به هدف و

چگونگي نتيجه گيري و دليل مطرح شدن يک سوال اجرايي در روش حرکت تا رسيدن به هدف خواهد بود.
به طور کلي مي‌توان گفت روش سيستم خبر تقليد از انسان در مواردي است که نياز به تجربه براي تصميم گيري باشد.
– کاربر سيستم‌هاي خبره
به طور کلي مي‌توان کاربردهاي سيستم خبره را به صورت زير دسته بندي کرد :

ارائه پيشنهادات و توصيه‌هاي کارشناسانه ، و تخصصي براي افراد غير متخصص ( از طريق پرسش و پاسخ )
ياري رساندن به افراد متخصص ،( جمع آوري اطلاعات مبتني بر مشاهدات يا ارزيابي و تحليل موقعيت ، کنترل موارد فراموش شده )
جايگزيني افراد متخصص به هنگام غيبت ، عدم دسترسي به دليل هزينه سنگين و عدم توانايي کار به دليل شرايط خطرناک محيطي ( ارزيابي موقعيت‌ها با توانايي استنباط و نتيجه گيري و استفاده از پايگاه دانش و اطلاعات )

استفاده به عنوان يک ابزار آموزشي ،( با استفاده از پايگاه دانش و موتور استنباط گر)
همچنين از ديدگاهي ديگر مي‌توان استفاده از سيستم‌هاي خبره را به دلايل زير مورد توجه قرار داده :
دستيابي به تخصص ، بدست آوردن پايگاهي از دانش و روش‌هاي تحليلي براي دستيابي به راه حل مسائل بلقوه ، دليل توسعه سيستم خبره مي‌باشد.
کاستن ريسک حاصل از خطاهاي انساني ، خستگي ، فراموشي ، بيداري ، فشارهاي رواني و عوامل مشابه ديگر منابع بلقوه وقوع خطا و سوء عملکرد يا نتيجه گيري نادرست افراد متخصص مي‌باشند. سيستم‌هاي کامپيوتري با حذف اين عوامل ريسک حاصل از عملکرد ناموزون در سطوح تصميم گيري را به حداقل ممکن کاهش داده يا در مواردي به طور کلي حذف مي‌کنند.
براي مرتبط کردن حجم وسيعي از اطلاعات ضروري مورد نياز ، در اين زمينه مي‌توان از کاربردهايي مانند تشخيص مشکلاتي که باعث توقف کار مي‌گردند ، تشخيص مکان خرابي يا ضعف در ماشين آلات ، تجهيزات و يا محصولات توليدي ، تشخيص دليل وقوع مسائل در يک سيستم کنترل فرايند ، ياري رساندن در امر بازاريابي در شرايط رقابتي ، مشاوره در تدوين استراتژي‌ها و توصيه‌هاي مربوط به تأمين موجودي‌ها و مديريت کالاي انبار ، نام برد.
– مشخصات سيستم‌هاي پشتيباني خبره
سيستم‌هاي خبره داراي مشخصه هاي مخصوص به خود مي باشند که آنها را از ديگر سيستم‌هاي کامپيوتري مجزا مي‌سازند. اين مشخصات را مي‌توان به شکل زير دسته بندي کرد :

– سيستم‌هاي خبره بر دانش متمرکز شده‌اند – انواع مختلف داده‌ها را مورد استفاده قرار مي‌دهند. از روش‌هاي ابداعي و حسي استفاده مي‌کنند – از توان برهان آوردن استفاده مي‌کنند – دليل و برهان را تشريح مي‌کنند – در مواردي که داده‌ها از دست رفته باشد نيز کار مي‌کنند. – در مواردي که شک و ابهام نيز وجود داشته باشد ، کار مي‌کنند – بر دامنه محدود و خاصي متمرکز شده‌اند.
سيستم‌هاي خبره بر خلاف سيستم‌هاي اطلاعاتي که بر روي داده‌ها (Data) عمل مي‌کنند ، بر دانش (Knowledge) متمرکز شده‌اند. همچنين در يک فرآيند نتيجه گيري ، قادر به استفاده از انواع مختلف داده‌ها ) عددي Digital ، نمادي symbolic و مقايسه‌اي Analog) مي‌باشند. يکي ديگر از مشخصه‌هاي اين سيستم‌ها استفاده از روش‌هاي ابداعي (Heurestic) به جاي روش‌هاي الگوريتمي مي‌باشد اين توانايي باعث قرار گرفتن محدوده وسيعي از کاربردها و برد عملياتي سيستم‌هاي خبره مي‌شود. فرآيند نتيجه گيري در سيستم‌هاي خبره بر روش‌هاي استقرايي و قياسي پايه گذاري شده است. از طرف ديگر اين سيستم‌ها مي‌توانند دلايل خود در رسيدن ب

ه يک نتيجه گيري خاص و يا جهت و مسير حرکت خود به سوي هدف را شرح ‌دهند. با توجه به توانايي اين سيستم‌ها در کار در شرايط فقدان اطلاعات کامل و يا وجود درجات مختلف اطمينان در پاسخ به سوالات مطرح شده ، سيستم‌هاي خبره کانديداي مناسبي براي کار در شرايط عدم

اطمينان (uncertainty) و يا محيط هاي چند وجهي مي‌باشند. آخرين مشخصه‌ اين سيستم‌ها تمرکز بر دامنه عملياتي محدود مي‌باشد. از لحاظ تئوري اين سيستم‌ها قابليت کار در تمام زمينه‌هاي علوم را دارند ، ولي اين کار به دلايل واضح و روشن مانند هزينه‌هاي بالا و گستردگي زمينه‌هاي ،تحصصي و استقلالي نسبي رشته‌های علمي از يکديگر امکان پذير نمي‌باشد. به همين دليل براي بهره برداري و کارايي بيشتر ، هر سيستم خبره در زمينه خاص تعريف شده و محدوده

خاص را در دامنه فعاليت خود قرار مي‌دهد.

– اجزاء سيستم خبره
سيستم‌هاي خبره داراي اجزاء زير هستند : پايگاه دانش – موتور استنباطي – امکانات دستيابي به دانش – امکانات تفسيرگر ،شکل ۲ اجزاء يک سيستم خبره در رابطه با يکديگر را نمايش مي‌دهد.

فرد متخصص
وخبره

کاربر

شکل ۲- اجزاء یک سیستم خبره با یکدیگر
همانطور که در شکل ۲ ديده مي‌شود علاوه بر چهار جزء اصلي سيستم خبره دو جزء ديگر نيز اضافه شده‌اند که عبارتند از کاربر و فرد متخصص و خبره.

فرد متخصص کسي است که معمولاً يک بار و در ابتداي برپايي سيستم دانش ،خبرگي(تخصص ،تجربه) خود را در اختيار سيستم قرار مي‌دهد. اين دانش در پايگاه دانش ذخيره مي‌شود. روش حل مسائل نيز روند حرکت موتور استنباطي در دستيابي به پاسخ يا راه حل را مشخص مي‌سازد.
کاربر کسي است که پس از بر پايي سيستم و آمادگي آن ، سيستم را به کار گرفته و در صورت نياز با استفاده از امکانات تفسيرگر ، روند حرکت سيستم تا دستيابي به پاسخ را دنبال مي‌نمايد.
در ادامه اجزاء اصلي سيستم خبره شرح داده مي‌شود.
۱- پايگاه دانش
پايگاه دانش وسيله‌اي است براي نگه داري اطلاعات مشخص درباره زمينه تخصصي خاص ، نظير حقايق ( داده‌ها ، facts ) و وقاعد و قوانين (Rules) که سيستم خبره آن حقايق را جهت تصميم گيري مورد استفاده قرار مي‌دهد. به طور کلي در سيستم‌هاي خبره ، دو روش براي نگه داري دانش مورد استفاده قرار مي‌گيرد ارائه دانش بر پايه قواعد ((اگر – آنگاه ))و ارائه دانش بر پايه الگو و چهارچوب .
در ارائه دانش بر پايه قواعد اگر – آنگاه هدف عمده و اهداف مياني به صورت عبارت اگر – آ

نگاه (IF-THEN) معرفي مي‌گردند.
انطباق بخش هاي IE قواعد ، زنجيره استنباط را تشکيل مي‌دهد که بيانگرارتباط قواعد است. يک زنجيره استنباطي بيانگر آن است که چگونه سيستم خبره از قواعد موجود جهت استنباط استفاده مي‌کند. شکل ۳ يک زنجيره استنباطي فرضي را نشان مي‌دهد.

قاعده
قاعده استنباط قاعده
استنباط قاعده
قاعده
شکل ۳- زنجیره استنباطی فرضی

روش ديگر ذخيره دانش در پايگاه دانش ، ارائه آن به صورت الگو و چهارچوب مي‌باشد. يک الگو وظيفه ذخيره قواعد ، روش‌ها و دستور العملهاي پردازش و اطلاعات تشريحي در مورد قسمتي از مسئله را بعهده دارد. هر الگو شبکه‌اي از گره‌ها و ارتباطات است که بصورت سلسله مراتبي سازماندهي شده‌اند. بالاترين سطوح گره‌ها بيانگر مفاهيم و اصول کلي و گره‌هاي پائيني برجنبه‌هاي مشخص و جزئي‌ترين آن مفاهيم متمرکز گرديده‌اند. در شکل ۴ نمونه‌اي از دانش ذخيره شده به وسيله الگو نمايش داده شده .
همانطور که در شکل ۴- ديده مي‌شود کارگاه داراي دو شاخه‌ نوعي کارگر و ماشين است در اين حالت کارگر و ماشين علاوه بر مشخصه‌هاي خود مشخصه‌هاي کارگاه که عبارتند از توليد محصول ، هزينه داشتن و عمر محدود را به ارث مي‌برند. و همينطور کارگر متخصص مشخصه های اسلاف خود ( گروه‌هاي اصلي معين کارگر و کارگاه ) را به ارث مي‌برد. در اين حالت وی علاوه بر داشتن مشخصه‌هاي خود مشخصه‌هاي زير را نيز دارا است.
– دارای عواطف انسانی

ارث برده از گروه کارگر
– نیاز به آب و غذا
– محصول تولید می کند
– هزینه دارد ارث برده از گروه کار گاه
– عمر محدودی دارد

گروه
مشخصه های
گروه

شکل ۴- ذخیره و نمایش دانش در قالب گروه ها
۲- موتور استنباطي (Inference Engine)
موتور استنباطي امکاني است که با استفاده از قواعد و قوانين موجود در پايگاه دانش راه‌حل‌هايي را پيشنهاد نموده و يا تصميم را ارائه مي‌دهد. موتور استنباطي ، در طراحي بر مبناي قواعد به دو صورت کلي عمل مي‌کند. اين دو روش در زير شرح داده شده است.

روش زنجيره‌اي پیش رونده (forward chaning): در اين روش سيستم از طريق مجموعه اي که داراي ساختار If-THEN هستند و توسط پايگاه دانش معين گرديده‌اند ، عمل مي‌کند.
سيستم قواعد مناسب را برگزيده ، آنها را ارزيابي کرده و نتيجه را فرموله خواهد کرد اين توالی تا زماني که يک قاعده موجب توقف پردازش‌هاي بيشتر گردد ، ادامه مي‌يابد و در انتها يک تصميم يا راه حل توصيه مي‌گردد و يا معلوم مي‌شود که توصيه يک تصميم يا راه حل امکان پذير نيست. اين سيستم‌ها به عنوان سيستم‌هاي داده‌نگر (Dataoriented) شناخته مي‌شوند.

روش زنجيره‌اي پs رونده (Backward chaning): در اين روش سيستم با خروجي مورد نظر(هدف) شروع نموده و سعي مي‌گردد تا ثابت نمايد.
که با حرکت زنجيره‌وار به عقب از ميان قواعد موجود در پايگاه دانش ،

مي‌توان به آن هدف دست يافت. در حقيقت سيستم به دنبال قاعده‌اي است که چنين هدفي ، نتيجه‌ي آن مي‌باشد.
فرايند تا جايي تکرار مي‌گردد تا سيستم به قاعده‌اي دست يابد که بخش IF صادق نباشد. در اين لحظه حقايق مرتبط از کاربر سوالات مي‌شود. در صورت پاسخ درست به سوال روش ادامه مي‌يابد تا به اثبات هدف يا سؤال بعدي برسد. در صورت عدم اثبات هدف يا عدم پاسخ درست به سوال مطرح شده ، حرکت زنجيره‌اي با شکست متوقف مي‌گردد. اين سيستم‌ها به عنوان س

يستم‌هاي هدفگر (object orient ted) نيز شناخته مي‌شوند.
در سيستم‌هاي پيچيده از ترکيب اين دو روش با يکديگر نيز استفاده مي‌شود.
۳- امکانات تفسيرگر
کاربر در حين کار نياز به دانستن مسير حرکت سيستم ، در ارائه يک تصميم يا توصيه نهايي دارد ، يکي از مزاياي اين امکان يافتن عوامل اشتباه در نتيجه گيري به وسيله سيستم هنگام ارائه توصيه‌هاي غير عادي و يا تصميمات غلط است.
همچنين سيستم‌هاي خبره اين امکان را براي شرح «چرايي» مطرح کردن سوالات در محاوره با کاربر به کار مي‌گيرند. بايد توجه داشت در صورتي که اهميت سوال براي کاربر مشخص شود با دقت بيشتري به آن پاسخ خواهد داد. به عبارت ديگر از امکانات تفسيرگر سیستم براي پاسخ به «چگونگي» ارائه راه حل و « چرايي » روش در پیش گرفته شده براي رسيدن به پاسخ استفاده مي‌شود.
– نتيجه گيري

سيستم‌هاي خبره شاخه‌اي از هوش مصنوعي مي‌باشند. که براي مشاوره در امر تصمي‌گيري به کار گرفته مي‌شوند. اين سيستم‌ها بر دانش متمرکز بود و انواع مختلف داده‌ها را مورد استفاده قرار مي‌دهند. همچنين از روش‌هاي ابداعي استفاده کرده و از توان دليل و برهان آوردن سود مي‌برند. مشخصه ديگر اين سيستم‌ها متمرکز بودن بردامنه خاصي از کاربردهاي علمي و يافنی مي‌باشد.
اجزاي اصلي سيستم خبره عبارتند از : پايگاه دانش ، موتور استنباطي ، امکانات دستيابي به دانش و امکانات تفسيرگر. همچنين دو دسته از افراد با سيستم خبره تعامل دارند که عبارتند از

: کاربران و افراد خبره. کاربران سيستم را مورد استفاده قرار مي‌دهند ( از آن مشاوره مي‌گيرند ) و افراد خبره نيز دانش خود را در اختيار سيستم قرار مي‌دهند. به عبارت ديگر پايگاه دانش بر اساس تجربيات و دانسته‌هاي فرد خبره تشکيل شده و امکانات سيستم خبره اين دانش مورد بحث به شکل‌هاي گوناگون در پايگاه دانش نگهداري مي‌شود. دو شکل عمده نگهداري اطلاعات عبارتند از روش قاعده‌اي « اگر – آنگاه » و روش الگويي
موتور استنباطي که وظيفه نتيجه گيري از روابط موجود در پايگاه دانش بر اساس نياز کاربر را به عهده دارد، به دو روش عمده زنجيره‌اي پیش رونده ( داده نگر) و زنجيره‌اي پس رونده ( هدف گرا) از ميان اطلاعات حرکت کرده و نتيجه گيري را اقامه يا رد مي‌کند.

امکانات تفسيرگر براي پاسخ به «چرايي » حرکت فعلي و « چگونگي » حرکت کلي در رسيدن به پاسخ يا تصميم ، مورد استفاده قرار مي‌گيرد و امکان برقراري ارتباط کاربر با سيستم را فراهم مي‌سازد.

منبع : پروژه پایانامه
عنوان : طراحي سيستم خبره‌ي برنامه ‌ريزي و کنترل توليد
دانشجو : سيد عليرضا مير معيني بهار ۱۳۷۶
استاد راهنما : دکتر محمد اقدسي
دانشگاه تربیت مدرس