Castexpert+ - Staliwo - Instytut Odlewnictwa

Transcript

PBZ-KBN-114/T08/2004 Nowoczesne tworzywa i procesy technologiczne w odlewnictwie Instytut Odlewnictwa Kraków CastExpert+ Ekspertowy, dostępny sieciowo, system wspomagania procesów odlewniczych, w obszarze diagnostyki oraz podejmowania decyzji, dostosowany do nowych technologii Prof. Stanisława Kluska-Nawarecka Instytut Odlewnictwa Prof. Zbigniew Górny Instytut Odlewnictwa Mgr Inż. Krzysztof Regulski AGH, WIMiIP, ZIP II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Plan prezentacji:     Raport z realizacji projektu Wprowadzenie do systemu CastExpert+ (kontekst systemu) Prezentacja systemu CastExpert+ Przykładowy problem decyzyjny w diagnostyce wad odlewów • Wada odlewu staliwnego: wżarcie • Zapobieganie?  Instytut Odlewnictwa Kraków Integracja wiedzy • Co dalej? • Ontologie, XML, RDF II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Raport z realizacji projektu Instytut Odlewnictwa Kraków Cel projektu: stworzenie systemu ekspertowo-doradczego wspomagającego doskonalenie procesu produkcyjnego  Aktualnie zaimplementowane:  • Multimedialna baza wiedzy, zawierająca nie tylko wiedzę diagnostyczną, lecz również wiedzę umożliwiającą prowadzenie specjalistycznych konsultacji oraz wspomaganie decyzji dotyczących realizacji procesu technologicznego;    W tym: katalog zdjęć i przypadków Katalog struktur znormalizowanych Baza modeli symulacyjnych • Opracowanie rozbudowanego interfejsu, umożliwiającego użytkownikowi efektywne korzystanie z udostępnionej w systemie wiedzy; Prowadzenie badań w zakresie wykorzystania nowych formalizmów i technik inżynierii wiedzy, wzbogacających zdolności diagnostyczne i decyzyjne systemu (Sieci Bayesa, Logika Rozmyta).  II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Wprowadzenie Instytut Odlewnictwa Kraków Kontekst systemu CastExpert+ II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] System INFOCAST Instytut Odlewnictwa Kraków    CastExpert+ stanowi jeden z modułów systemu INFOCAST INFOCAST - jest to zdecentralizowany system informacyjnodecyzyjny, którego przeznaczeniem jest wspomaganie technologii odlewniczej zarówno w przemyśle jak i pracach badawczo-naukowych. Do celów jakie system ten ma spełniać można zaliczyć: • • • •  ekspertyzy dotyczące diagnozowania wad odlewów ekspertyzy dotyczące technologii wytwarzania odlewów wskazywanie źródeł literaturowych dotyczących odlewnictwa marketing wyrobów odlewniczych (przyszłościowo) Architektura systemu INFOCAST jest architekturą otwartą. Składa się na nią grupa podsystemów dynamicznie łączących się między sobą w swoistą strukturę. Głównym modułem systemu jest CastExpert+, stanowiący jednocześnie główny cel omawianego projektu. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] INFOCAST w Internecie Instytut Odlewnictwa Kraków Z poziomu strony WWW użytkownik ma możliwość korzystania z:  baz danych (wyszukiwanie informacji odbywa się przy użyciu formularzy): • SINTE • NORCAST • CASTSTOP   rozproszonej bazy danych zawierającej informacje na temat bibliotek w Polsce i na świecie (lokalizacja, strony WWW, możliwość przeprowadzenia wyszukiwania on-line) systemu CastExpert+ gdzie do obsługi wymagana jest przeglądarka obsługująca aplety Javy. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Ogólna struktura multimedialnej bazy wiedzy systemu CastExpert+ Instytut Odlewnictwa Kraków MULTIMEDIALNA BAZA WIEDZY REPREZENTACJA REGUŁOWA KATALOG WAD I ZDJĘĆ KATALOG STRUKTUR ZNORMALIZOWANYCH INTERFEJS UŻYTKOWNIKA BAZA PRZYPADKÓW SCENARIUSZE I PROCEDURY DIALOGOWE II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] WIZUALIZACJA DYNAMICZNA Reprezentacja graficzna relacji WADA-PRZYCZYNA Instytut Odlewnictwa Kraków    Relacja niejednoznaczna Konieczny dialog Postać reguły: IF (x1, x2, .., xn) THEN (yk) gdzie: xi, (i=1,..,n) – przesłanki yk – konkluzja (hipoteza lub działanie) II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Wizualizacja systemu Instytut Odlewnictwa Kraków CastExpert+ Prezentacja systemu II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Strona główna systemu Grupy wad: Dla każdej grupy system proponuje dostęp do bazy przypadków wystąpienia oraz ekspertyzę (dialog z użytkownikiem) Baza modeli symulacyjnych Katalog struktur: Baza zdjęć przedstawiających znormalizowane struktury poszczególnych gatunków staliwa Udostępnia użytkownikowi przykładowe symulacje procesów odlewniczych oraz symulacje powstawania wad Baza przypadków dla grupy wad: „Wady powierzchni surowej” Funkcja użytkowa: Zapewnienie możliwości identyfikacji wizualnej wady Baza przypadków: Dla każdej grupy wad użytkownik posiada dostęp do zbioru przypadków poszczególnych wad – katalogu zdjęć oraz opisów wystąpień wad z danej grupy Baza przypadków dla grupy wad - powiększenie: „Wady powierzchni surowej” Katalog wystąpień danej wady: Dla każdej z wad użytkownik posiada dostęp do zbioru przypadków – katalogu zdjęć oraz opisów wystąpień wad z danej grupy Uruchomienie ekspertyzy Podgląd zdjęć: Po kliknięciu na każdą z ikon, dane zdjęcie otwiera się w nowym oknie Pęknięcie na gorąco Symulacje: Stanowią one jedną z kategorii przypadków występowania wady. Użytkownik ma możliwość podglądu symulacji bezpośrednio z bazy przypadków Symulacje: Podgląd rysunku przedstawiającego wyniki symulacji Baza symulacji: Przełączenie do bazy modeli symulacyjnych Baza symulacji: Użytkownik dokonuje wyboru spośród zgromadzonych modeli Symulacja: Proces zalewania kuli ze staliwa Symulacja zalewania: Powstawanie porowatości: Kolejne fazy symulacji Widok wady Zapobieganie: Widok po usunięciu wady Symulacja: Skanowanie przekroju ogniwa w poszukiwaniu porowatości Katalog struktur znormalizowanych Umożliwia porównanie wadliwej struktury z wzorcową strukturą danego gatunku staliwa oraz składem chemicznym L120G13H: Staliwo manganowo chromowe Eksperymentalne: Staliwo chromowoniklowo-molibdenowe (w trakcie badań PBZ, dr Z Pirowski) Przykładowy problem decyzyjny Instytut Odlewnictwa Kraków Diagnostyka wady - przykład II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Przykładowy problem decyzyjny: Instytut Odlewnictwa Kraków Odlew ze staliwa Wada W-205 (wg PN-85/H-83105) Nakłucia (pinholes)  PN: „Cienkie kanaliki o małej chropowatości powierzchni skierowane w głąb odlewu, tworzące na powierzchni odlewu obraz przypominający nakłucia igłą.” II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Przykładowy dialog – rozpoznanie wady Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Rozpoznanie wady Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Przykładowy dialog (1) – rozpoczęcie pracy Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Przykładowy dialog (2) – poszukiwanie przyczyny Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Co dalej? Instytut Odlewnictwa Kraków Integracja wiedzy II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Kierunki rozwoju systemu Instytut Odlewnictwa Kraków  Najbliższa przyszłość: • Rozwijanie bazy modeli symulacyjnych • Wzbogacanie zawartej w systemie wiedzy, zorientowanej aktualnie na odlewy staliwne, o inne technologie odlewnicze. • Doskonalenie interfejsu użytkownika  Dalsze prace: • Wprowadzenie innych formalizmów wiedzy: logiki rozmytej, sieci Bayesa oraz logiki wiarygodnego rozumowania • Stworzenie ontologii dla systemu II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Wykaz prac przyjętych do druku lub opublikowanych 1. System informacyjnodiagnostyczny dla potrzeb odlewnictwa realizowany przy użyciu technologii agentowej. Kluska-Nawarecka S., Tybulczuk J., KisielDorohinicki M., Połcik H., Nawarecki E. Archiwum Odlewnictwa, RokInstytut 2006, rocznik 6, Nr 18 ,Wydawnictwo PAN, Oddział Katowice, PL Odlewnictwa ISSN 1642-5308, s.45-52. Kraków 2. Conclusion in diagrams of metal product defects, with use of logic of plausible reasoning (LPR). Simulation designing and control of foundry processes. Kluska-Nawarecka S., Wilk-Kołodziejczyk D., Smolarek-Grzyb A. AGH - University of Science and Technology, Department of Automatics and Foundry Research Institute, Kraków 2006, ISBN 8388309-41-2 , s.111-118. 3. Knowledge representation and reasoning in fuzzy logic as applied to the process of hot-dip galvanising. Simulation designing and control of foundry processes. Mrzygłód B.,KluskaNawarecka S., Adrian A., Durak J. AGH - University of Science and Technology, Department of Automatics and Foundry Research Institute, Kraków 2006, ISBN 8388309-41-2 , s.131-144. 4. Application of Bayesian network in the diagnosis of hot-dip galvanising process. Mrzygłód B., Adrian A., Kluska-Nawarecka S., Marcjan R. Wydawnictwo Naukowe AKAPIT , Nr 2, Tom 7, Rok 2007, Informatyka w technologii materiałów, AGH – Kraków, ISSN 1641-8581, p.317-323. 5. Knowledge Representation of Casting Metal Defects by Means of Ontology. Kluska-Nawarecka S., Smolarek-Grzyb A., WilkKołodziejczyk D., Adrian A. Archives of Foundry engineering, Polish Academy of Sciences, ISSN (1897-3310) Volume 7, Issue 3, July-September 2007, 15/3, p.75-78. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Wykaz prac przyjętych do druku lub opublikowanych 1. System informacyjnodiagnostyczny dla potrzeb odlewnictwa realizowany przy użyciu technologii agentowej. Kluska-Nawarecka S., Tybulczuk J., KisielDorohinicki M., Połcik H., Nawarecki E. Archiwum Odlewnictwa, RokInstytut 2006, rocznik 6, Nr 18 ,Wydawnictwo PAN, Oddział Katowice, PL Odlewnictwa ISSN 1642-5308, s.45-52. Kraków 2. Conclusion in diagrams of metal product defects, with use of logic of plausible reasoning (LPR). Simulation designing and control of foundry processes. Kluska-Nawarecka S., Wilk-Kołodziejczyk D., Smolarek-Grzyb A. AGH - University of Science and Technology, Department of Automatics and Foundry Research Institute, Kraków 2006, ISBN 8388309-41-2 , s.111-118. 3. Knowledge representation and reasoning in fuzzy logic as applied to the process of hot-dip galvanising. Simulation designing and control of foundry processes. Mrzygłód B.,KluskaNawarecka S., Adrian A., Durak J. AGH - University of Science and Technology, Department of Automatics and Foundry Research Institute, Kraków 2006, ISBN 8388309-41-2 , s.131-144. 4. Application of Bayesian network in the diagnosis of hot-dip galvanising process. Mrzygłód B., Adrian A., Kluska-Nawarecka S., Marcjan R. Wydawnictwo Naukowe AKAPIT , Nr 2, Tom 7, Rok 2007, Informatyka w technologii materiałów, AGH – Kraków, ISSN 1641-8581, p.317-323. 5. Knowledge Representation of Casting Metal Defects by Means of Ontology. Kluska-Nawarecka S., Smolarek-Grzyb A., WilkKołodziejczyk D., Adrian A. Archives of Foundry engineering, Polish Academy of Sciences, ISSN (1897-3310) Volume 7, Issue 3, July-September 2007, 15/3, p.75-78. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Rozpowszechnianie wyników: Conclusion in diagrams of metal product defects, with use of logic of plausible reasoning (LPR). Kluska-Nawarecka S., Wilk-Kołodziejczyk D., Smolarek-Grzyb A. FOCOMP’06, AGH – University of Instytut Science and Technology, Department Odlewnictwa November of Automatics and Foundry Research 22-24, Kraków Institute, Kraków 2006, 2. Knowledge representation and reasoning in fuzzy logic as applied to the process of hotdip galvanizing. Mrzygłód B., KluskaNawarecka S., Adrian A., Durak J. FOCOMP’06, AGH – University of Science and Technology, Department of Automatics and Foundry Research Institute, Kraków 3. Application of Bayesian network in the diagnosis of hot-dip galvanising process. Mrzygłód B.,Adrian A., Kluska-Nawarecka S., Marcjan R. KOMPLASTECH ‘2007 – 14th Conference Computer Methods in Materials Science , Zakopane January 14-17, 2007, 4. Knowledge Representation of Casting Metal Defects by Means of Ontology, Kluska-Nawarecka S., Smolarek-Grzyb A., Wilk-Kołodziejczyk D., Adrian A. VII International Scientific Conference „ Optimization of Production Systems in Foundries ” - „Optymalizacja Systemów Produkcyjnych w Odlewniach”, Łódź 11-13 . 06. 2007, 5. Application of Bayesian networks to Diagnostics of Hot Dip Galvanized Coasts. Adrian A., Mrzygłód B., Kluska-Nawarecka S. VII International Scientific Conference „ Optimization of Production Systems in Foundries ” - „Optymalizacja Systemów Produkcyjnych w Odlewniach”, Łódź 11-13 . 06. 2007, 1 II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] November 22-24, 2006, Literatura: Instytut Odlewnictwa Kraków             Kluska-Nawarecka, S., Dobrowolski, G., Marcjan, R., Nawarecki, E., Od pasywnych do aktywnych źródeł danych i wiedzy : zdecentralizowany system informacyjno-decyzyjny dla wspomagania technologii odlewniczej. AGH, Kraków, 2002 Kluska-Nawarecka, S., Metody komputerowe wspomagania diagnostyki wad odlewów, Instytut Odlewnictwa, Kraków, 1999 Inżynieria wiedzy i systemy ekspertowe, red. Bubnicki, Z., Grzech, A., OWPW, Wrocław, 2003 Talar, J., Komputerowy model wspomagania operacyjnych decyzji technologicznych w walcowni zimnej blach, Praca doktorska, AGH, Kraków, 2003 Tabor, A., Rączka, J.S., Odlewnictwo, Fotobit, Kraków, 1996 Zych, J., Analiza wad odlewów, AGH, Kraków, 1993 CLIPS: http://www.ghg.net/clips/CLIPS.html JESS: http://www.jessrules.com/ Niederliński A., Regułowo-Modelowe Systemy Ekspertowe, PKJS, Bielsko-Biała 2006 Giarratano J.C., Riley G., Expert Systems, Principles and Programming, Thomson Course Technology 2004 S. Hasse, Gu- und Gefügefehler, Erkenung, Deutung, und Vermeidung von Guss und Gefügefehlerbei der Erzeugung von gegossenen komponenten, Schiele und Schőn, ISBN: 3-7949-698-5, Berlin, 2003 R.S. Michalski, A theory and methodology of inductive learning, Chapter in the book, Machine Learning: An Artificial Intelligence Approach, TIOGA Publishing Co., Palo Alto, 1983, 83-134. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Dziękuję za uwagę. Instytut Odlewnictwa Kraków Zapraszam do dyskusji II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Koniec pokazu slajdów, kliknij, aby zakończyć. Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Omówienie technologii Instytut Odlewnictwa Kraków Regułowa reprezentacja wiedzy i Systemy Ekspertowe Architektura systemu CastExpert+ II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Klasyfikacja metod reprezentacji wiedzy Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Symboliczna metoda reprezentacji wiedzy: Instytut Odlewnictwa Kraków  Postać reguły: IF (x1, x2, .., xn) THEN (yk)  gdzie: xi, (i=1,..,n) – przesłanki yk – konkluzja (hipoteza lub działanie) II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Systemy ekspertowe Instytut Odlewnictwa Kraków      Określenie system ekspertowy może być zastosowane do dowolnego programu komputerowego, który na podstawie szczegółowej wiedzy może wyciągać wnioski i podejmować decyzje, działając w sposób zbliżony do procesu rozumowania człowieka. Systemy ekspertowe stanowią jedną z gałęzi sztucznej inteligencji. System ekspertowy jest programem wyspecjalizowanym do modelowania ludzkiego doświadczenia i wiedzy. Opierają się na technice symbolicznego przetwarzania informacji. W zależności od charakteru problemu, wiedzę zapisuje się w różny sposób. Najczęściej stosowaną formą zapisu wiedzy są reguły. Jedną z podstawowych cech systemów ekspertowych jest oddzielenie w nich systemu wnioskowania od bazy wiedzy. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Schemat budowy systemu ekspertowego CastExpert Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Expert system shell Instytut Odlewnictwa Kraków   Klasycznym językiem używanym przy tworzeniu systemów eksperckich jest Prolog. Obecnie zamiast tworzyć je od podstaw, używa się gotowych szkieletów systemów ekspertowych (expert system shell) z zaimplementowanym mechanizmem wnioskowania. Szkielet taki to właściwie system ekspertowy z pustą bazą wiedzy. Szkieletami takim są np..: • CLIPS (C Language Integrated Production System) - stworzony w 1985 przez Johnson Space Center (NASA). Od tamtego czasu rozwijany, obecnie obowiązuje wersja 6.24. Jest to środowisko programistyczne do tworzenia systemów ekspertowych, zawiera narzędzia do tworzenia systemów bazujących na rozumowaniu regułowym (ew. obiektowym) i reprezentacji wiedzy. Zapewnia możliwość rozbudowy • JESS (Java Expert System Shell) - stworzony w 1995 przez Sandia National Labolatories (organizacja rządowa USA). Początkowo miała być tylko interpreterem CLIPS’a pisanym w języku Java, jednak obecnie stanowi już niezależny shell II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Baza reguł – (rules) przechowują wiedzę heurystyczną opartą na doświadczeniu II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Instytut Odlewnictwa Kraków Definicje funkcji Instytut Odlewnictwa Kraków definicje funkcji (deffunctions, generic functions) - przechowujące wiedzę proceduralną II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Schemat procedury diagnostycznej systemu CastExpert Instytut Odlewnictwa Kraków II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Wnioskowanie w przód Instytut Odlewnictwa Kraków Wnioskowanie w przód bazuje na danych reprezentowanych w postaci faktów i reguł. Kroki: 1) sprawdzenie, czy przesłanki którejś z reguł są faktami w bazie wiedzy. Jeżeli tak to taka reguła jest uaktywniana na podstawie odpowiednio wybranej strategii sterowania wnioskowaniem; 2) konkluzja tak wybranej reguły jest wprowadzana jako nowy fakt do bazy wiedzy. 3) Powrót do punktu 1) do momentu, kiedy wśród wygenerowanych faktów znajdzie się postawiony cel (hipoteza) lub gdy nie ma w bazie wiedzy więcej reguł do uaktywnienia. II SYMPOZJUM NAUKOWE „Innowacje w Odlewnictwie” Kraków 9 - 12 X 2007 www.pbz.strefa.pl [email protected] Przykładowa ekspertyza Wybór wady wraz z możliwością podręcznej identyfikacji wizualnej Zestaw pytań Pytania zostają zadawane jedno po drugim, aż do odkrycia przyczyny powstania wady Przykładowa diagnoza Baza przypadków dla grupy wad - powiększenie (2): „Wady powierzchni surowej” Baza przypadków: Grupa wad „Przerwy ciągłości” Baza przypadków dla grupy wad: „Wady wewnętrzne”