Тема 3.2. Технология и основные этапы построения интегрированных (корпоративных) и экспертных информационных систем
Структурная схема терминов
Под корпоративной информационной системой (КИС или EIS - Enterprise Information System) понимают информационную систему масштаба предприятия.
Термин "корпоративная" предполагает полнофункциональность. Если какое-либо ПО автоматизирует только деятельность бухгалтерии или склада, то это еще не КИС. Это одноаспектная ("лоскутная", "островная") автоматизированная система учета и анализа (финансового, материального и проч.).
Корпоративные системы охватывают всю финансово-хозяйственную и производственную деятельность предприятия, в т.ч. имеющего филиалы и дочерние фирмы, входящие в холдинговые компании и концерны.
Отличительные черты корпоративных систем
Автоматизируется документооборот предприятия
Документы автоматически передаются от одного исполнителя к другому или на подпись руководителю, при этом сводится к нулю возможность неправильной адресации, забывания или потери документов. Система контролирует сроки исполнения работ и выдает напоминания ответственным исполнителям.
Моделируются бизнес-процессы
Продумывая внедрение нового бизнес-процесса, руководитель описывает его в своей КИС, определяя при этом, какие документы участвуют в процессе и кто из специалистов отвечает за действия с этими документами. Далее система не позволит персоналу делать ошибки или нарушать технологию работы.
Убираются внутрифирменные барьеры
Для обеспечения одновременной согласованной работы пользователей в КИС применяется технология клиент/сервер.
Открывается доступ в международные информационные сети
Изображенная на рис. 3.2.1. пирамида является одной из интерпретаций КИС со всеми сопутствующими связями. Главная роль КИС - поддержать функционирование и развитие предприятия, цель существования которого - получение прибыли за счет некоторой основной деятельности.
Базирующиеся на современном ПО системы могут быстро просчитать возможность выполнения нового заказа к нужному сроку при текущей загрузке производства. Когда оказывается, что в сложившейся ситуации выполнить данный заказ в срок невозможно, система способна ответить на вопрос, во что обойдется заказчику выполнение заказа, если он все же на сроке настаивает. Средняя часть пирамиды, характеризующей управленческий срез предприятия, как раз и представляет собой КИС. В то же время на рынке присутствуют интегрированные системы управления предприятием, ИСУП. В редких случаях они покрывают все управленческие задачи и могут называться КИС.
ИСУП охватывают слой, осуществляющий оперативный учет (OLTP - On-Line Transaction Processing), и слой, в котором хранятся структурированные корпоративные данные. Вместе они образуют управленческую ИС нижнего уровня (Management Information System - MIS).
Рисунок 3.2.1. Схема элементов управления предприятием
Стратегический слой начинается с систем поддержки принятия решений (Decision Support System - DSS), которые могут включать в себя ситуационные центры, средства многомерного анализа данных и прочие инструменты аналитической обработки (On-Line Analytic Processing - OLAP).
Используемые на этом уровне специальные математические методы позволяют прогнозировать динамику показателей, анализировать затраты по видам деятельности. Такие средства, как правило, не входят в состав ИСУП, а являются разработками третьих фирм.
Главные отличия ИСУП от КИС:
ИСУП - фундамент КИС, поэтому КИС невозможна без ИСУП.
ИСУП отвечает за оперативный учет, КИС - за полный спектр управленческих действий.
ИСУП имеет отраслевую направленность, КИС носит более абстрактный характер.
Главными особенностями современного подхода к построению КИС предприятия являются:
· всесторонний анализ бизнес-процессов, на основе которого производится разработка проекта ИС и обоснование заложенных в нем решений;
· использование современных методологий и инструментальных средств моделирования и проектирования систем;
· детальная проработка и согласование с заказчиком всех этапов разработки проекта, контрольных точек, требуемых ресурсов.
Этапы построения КИС:
· обследование предприятия и моделирование его деловых процессов;
· разработка плана реконструирования предприятия;
· выполнение сетевых проектов любой сложности;
· подбор, поставка, установка, техническая поддержка и сопровождение программно-технических средств - компьютерного, сетевого и телекоммуникационного оборудования, системного и прикладного ПО;
· проектирование баз данных;
· разработка прикладных программ в технологии клиент/сервер;
· интеграция с существующими на предприятии ИС;
· обучение всех категорий пользователей;
· внедрение и техническая поддержка систем.
Теоретическую основу работ составляет множество понятий, концепций и методологий, используемых для описания, анализа и оценки различных аспектов работы предприятия.
Экспертные системы (ЭС)
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного интеллекта (ИИ)- совокупности научных дисциплин, изучающих методы решения задач интеллектуального (творческого) характера с использованием ЭВМ.
Область ИИ имеет более чем сорокалетнюю историю развития. С самого начала в ней рассматривался ряд весьма сложных задач, которые, наряду с другими, и до сих пор являются предметом исследований: автоматические доказательства теорем, машинный перевод (автоматический перевод с одного естественного языка на другой), распознавание изображений и анализ сцен, планирование действий роботов, алгоритмы и стратегии игр.
ЭС - это набор программ, выполняющий функции эксперта при решении задач из некоторой предметной области.
ЭС выдают советы, проводят анализ, дают консультации, ставят диагноз. Практическое применение ЭС на предприятиях способствует эффективности работы и повышению квалификации специалистов.
Главным достоинством экспертных систем является возможность накопления знаний и сохранение их длительное время. В отличие от человека к любой информации экспертные системы подходят объективно, что улучшает качество проводимой экспертизы. При решении задач, требующих обработки большого объема знаний, возможность возникновения ошибки при переборе очень мала.
При создании ЭС возникает ряд затруднений. Это, прежде всего, связано с тем, что заказчик не всегда может точно сформулировать свои требования к разрабатываемой системе. Также возможно возникновение трудностей чисто психологического порядка: при создании базы знаний системы эксперт может препятствовать передаче своих знаний, опасаясь, что впоследствии его заменят "машиной". Но эти страхи не обоснованы, т. к. ЭС не способны обучаться, они не обладают здравым смыслом, интуицией. Но в настоящее время ведутся разработки экспертных систем, реализующих идею самообучения. Также ЭС неприменимы в больших предметных областях и в тех областях, где отсутствуют эксперты.
Экспертная система состоит из базы знаний (части системы, в которой содержатся факты), подсистемы вывода (множества правил, по которым осуществляется решение задачи), подсистемы объяснения, подсистемы приобретения знаний и диалогового процессора .
При построении подсистем вывода используют методы решения задач искусственного интеллекта.
Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.
Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Чаще всего здесь имеются в виду способности, связанные с человеческим мышлением. Работы в области искусственного интеллекта не ограничиваются экспертными системами. Они также включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обоняние, способность к обучению.
Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем' заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Все это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.
Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и системах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются три существенных различия. Первое связано с тем, что решение проблемы в рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием нового компонента информационной технологии - знаний.
Основные компоненты
Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются (рис. 3.2.2): интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.
Рисунок 3.2.2. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем
Интерфейс пользователя
Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным.
Менеджер может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.
Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:
· объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;
· объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи.
Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.
База знаний
Она содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам.
Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется.
Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.
Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей.
Интерпретатор
Это часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.
Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных.
Модуль создания системы
Он служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем.
Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.
Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.
Области применения экспертных систем
Области применения систем, основанных на знаниях, могут быть сгруппированы в несколько основных классов: медицинская диагностика, контроль и управление, диагностика неисправностей в механических и электрических устройствах, обучение.
Медицинская диагностика
Диагностические системы используются для установления связи между нарушениями деятельности организма и их возможными причинами. Наиболее известна диагностическая система MYCIN, которая предназначена для диагностики и наблюдения за состоянием больного при менингите и бактериальных инфекциях. Ее первая версия была разработана в Стенфордском университете в середине 70-х годов. В настоящее время эта система ставит диагноз на уровне врача-специалиста. Она имеет расширенную базу знаний, благодаря чему может применяться и в других областях медицины.
Прогнозирование
Прогнозирующие системы предсказывают возможные результаты или события на основе данных о текущем состоянии объекта. Программная система "Завоевание Уолл-стрита" может проанализировать конъюнктуру рынка и с помощью статистических методов алгоритмов разработать для вас план капиталовложений на перспективу. Она не относится к числу систем, основанных на знаниях, поскольку использует процедуры и алгоритмы традиционного программирования. Хотя пока еще отсутствуют ЭС, которые способны за счет своей информации о конъюнктуре рынка помочь вам увеличить капитал, прогнозирующие системы уже сегодня могут предсказывать погоду, урожайность и поток пассажиров. Даже на персональном компьютере, установив простую систему, основанную на знаниях, вы можете получить местный прогноз погоды.
Планирование
Планирующие системы предназначены для достижения конкретных целей при решении задач с большим числом переменных. Дамасская фирма Informat впервые в торговой практике предоставляет в распоряжении покупателей 13 рабочих станций, установленных в холле своего офиса, на которых проводятся бесплатные 15-минутные консультации с целью помочь покупателям выбрать компьютер, в наибольшей степени отвечающий их потребностям и бюджету. Кроме того, компания Boeing применяет ЭС для проектирования космических станций, а также для выявления причин отказов самолетных двигателей и ремонта вертолетов. Экспертная система XCON, созданная фирмой DEC, служит для определения или изменения конфигурации компьютерных систем типа VAX и в соответствии с требованиями покупателя. Фирма DEC разрабатывает более мощную систему XSEL, включающую базу знаний системы XCON, с целью оказания помощи покупателям при выборе вычислительных систем с нужной конфигурацией. В отличие от XCON система XSEL является интерактивной.
Интерпретация
Интерпретирующие системы обладают способностью получать определенные заключения на основе результатов наблюдения. Система PROSPECTOR, одна из наиболее известных систем интерпретирующего типа, объединяет знания девяти экспертов. Используя сочетания девяти методов экспертизы, системе удалось обнаружить залежи руды стоимостью в миллион долларов, причем наличие этих залежей не предполагал ни один из девяти экспертов. Другая интерпретирующая система- HASP/SIAP. Она определяет местоположение и типы судов в тихом океане по данным акустических систем слежения.
Контроль и управление
Системы, основанные на знаниях, могут применятся в качестве интеллектуальных систем контроля и принимать решения, анализируя данные, поступающие от нескольких источников. Такие системы уже работают на атомных электростанциях, управляют воздушным движением и осуществляют медицинский контроль. Они могут быть также полезны при регулировании финансовой деятельности предприятия и оказывать помощь при выработке решений в критических ситуациях.
Диагностика неисправностей в механических и электрических устройствах
В этой сфере системы, основанные на знаниях, незаменимы как при ремонте механических и электрических машин (автомобилей, дизельных локомотивов и т.д.), так и при устранении неисправностей и ошибок в аппаратном и программном обеспечении компьютеров.
Обучение. Системы, основанные на знаниях, могут входить составной частью в компьютерные системы обучения. Система получает информацию о деятельности некоторого объекта (например, студента) и анализирует его поведение. База знаний изменяется в соответствии с поведением объекта. Примером этого обучения может служить компьютерная игра, сложность которой увеличивается по мере возрастания степени квалификации играющего.
Большинство ЭС включают знания, по содержанию которых их можно отнести одновременно к нескольким типам. Например, обучающая система может также обладать знаниями, позволяющими выполнять диагностику и планирование. Она определяет способности обучаемого по основным направлениям курса, а затем с учетом полученных данных составляет учебный план. Управляющая система может применяться для целей контроля, диагностики, прогнозирования и планирования. Система, обеспечивающая сохранность жилища, может следить за окружающей обстановкой, распознавать происходящие события (например, открылось окно), выдавать прогноз (вор-взломщик намеревается проникнуть в дом) и составлять план действий (вызвать полицию).
Преимущества ЭС перед человеком-экспертом
Системы, основанные на знаниях, имеют определенные преимущества перед человеком-экспертом.
1. У них нет предубеждений.
2. Они не делают поспешных выводов.
3. Эти системы работают систематизировано, рассматривая все детали, часто выбирая наилучшую альтернативу из всех возможных.
4. База знаний может быть очень и очень большой. Будучи введены в машину один раз, знания сохраняются навсегда. Человек же имеет ограниченную базу знаний, и если данные долгое время не используются, то они забываются и навсегда теряются.
5. Системы, основанные на знаниях, устойчивы к "помехам". Эксперт пользуется побочными знаниями и легко поддается влиянию внешних факторов, которые непосредственно не связаны с решаемой задачей. ЭС, не обремененные знаниями из других областей, по своей природе менее подвержены "шумам". Со временем системы, основанные на знаниях, могут рассматриваться пользователями как разновидность тиражирования - новый способ записи и распространения знаний. Подобно другим видам компьютерных программ они не могут заменить человека в решении задач, а скорее напоминают орудия труда, которые дают ему возможность решат задачи быстрее и эффективнее.
6. Эти системы не заменяют специалиста, а являются инструментом в его руках.
Выводы по теме
1. Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека.
2. Под корпоративной информационной системой (КИС или EIS - Enterprise Information System) понимают информационную систему масштаба предприятия.
3. ИСУП охватывают слой, осуществляющий оперативный учет
4. ЭС - это набор программ, выполняющий функции эксперта при решении задач из некоторой предметной области.
5. Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются: интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.
Вопросы для самоконтроля
1. Из каких подсистем состоит функциональная структура интегрированной АИС современной промышленной корпорации?
2. Для чего предназначена автоматизированная система управления предприятием (АИСУП) и какие функциональные подсистемы она включает?
3. Какова роль эксперта в создании экспертной системы?
4. Опишите кратко технологию построения экспертных систем.
5. Дайте краткую характеристику понятия "эксперт".
6. Раскройте понятие "искусственный интеллект".
7. Перечислите классические задачи и методы искусственного интеллекта.
8. Назовите первую широко известную программу в области искусственного интеллекта, ее авторов и задачи, которые она решала.
9. Перечислите характерные свойства экспертных систем.
10. Кто может быть пользователем экспертных систем? Приведите примеры.
12.01.2009 16:10