Koncepcja systemu ekspertowego szacowania kosztów wytwarzania

Transkrypt

1 ZYGMUNT MAZUR DARIUSZ SALA Kocepca systemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia Wstêp We wspó³czese gospodarce ryowe, uieruowae a zaspoaaie potrzeb lietów, szyba i rzetela odpowiedÿ a zapytaia ofertowe odgrywa szczegól¹ rolê. Jest to wa e zagadieie, poiewa sila oureca w a de z bra ie dae producetowi zbyt du o czasu a oceê w³asych osztów produci i przygotowaie alulaci dla a dego owego wyrobu. Dotychczasowe metody zabiera¹ zbyt du o czasu, gdy wymaga¹ zaproetowaia ca³ego procesu techologiczego, co est osztowe i wi¹ e siê z szeregiem mudych i czasoch³oych obliczeñ. W sytuaci, gdy liet zadzie i¹, orzystiesz¹ dla siebie ofertê, poczyioe wydati a opracowaie oferty pozosta¹ strat¹ przedsiêbiorstwa. Dlatego istiee oieczoœæ opracowaia taie metody ocey osztów wytwarzaia, tóra stworzy mo liwoœæ udzieleia szybie odpowiedzi a zapytaie ofertowe przy miimalizaci osztów e sporz¹dzeia. 1. Sformu³owaie problemu Pomoce w szacowaiu osztów wytwarzaia mo e byæ udowodioe spostrze eie o zale oœci miêdzy podobieñstwem ostrucyo-techologiczym a osztami wytwarzaia [3]. Ka dy owy wyrób, tórego oszty produci ale y oszacowaæ, porówue siê z grupami wytwarzaych w przesz³oœci wyrobów o zaych osztach wytworzeia. Porówaia dooue siê w oparciu o reprezetatywy zbiór cech ostrucyo-techologiczych. Wy³oioa grupa wyrobów podobych bêdzie mia³a rówie podobe oszty wytworzeia. Poawia¹ siê tuta eda doœæ wa e aspety, tóre decydu¹ o spe³ieiu zale oœci miêdzy osztami wytwarzaia a podobieñstwem ostrucyo-techologiczym. Po pierwsze, przedsiêbiorstwo musi dyspoowaæ mo liwie szeroim zbiorem daych historyczych dotycz¹cych procesów techologiczych produowaych wczeœie wyrobów wraz z do³ad¹ alulac¹ ich wytworzeia. Po drugie, ale y bardzo

2 194 Zygmut Mazur, Dariusz Sala staraie wybraæ istote cechy ostrucyo-techologicze, tóre pozwol¹ a porówywaie wyrobów. Opisaa porótce metoda szacowaia osztów wytworzeia, w tym uêciu, sprowadza siê do zagadieñ lasyfiaci i rozpozawaia. S¹ to zagadieia, w tórych egzami zda¹ tzw. systemy espertowe (expert systems SE) [1], [2], [5]. Systemy espertowe, bêd¹ce edym z obszarów sztucze iteligeci (artificial itelligece AI) [2], [5], to zaawasowae programy omputerowe ma¹ce aœladowaæ logiê rozumowaia i sposób podemowaia decyzi przez cz³owiea, esperta w orete, w¹sie dziedziie. Zalet¹ systemów espertowych est mo liwoœæ szybie symulaci ró ych przebiegów procesów decyzyych dla zmieia¹cych siê waruów pocz¹towych. Co wa iesze, rozwi¹zaia problemów propoowae przez dobrze sostruowae systemy espertowe, dyspou¹ce wiedz¹ wczeœie zgromadzo¹ przez ich twórców, s¹ aoœciowo porówywale z rozstrzygiêciami przygotowaymi przez ludzich espertów a podstawie ich w³ase wiedzy i doœwiadczeia. Prawie a dy system espertowy s³ada siê z czterech podstawowych czêœci [5]. S¹ imi: baza wiedzy, mechaizm wiosu¹cy, iterfes u ytowia, a ta- e modu³ obaœia¹cy. Baza wiedzy (owledge base) est to zbiór iformaci zawiera¹cy wiedzê i doœwiadczeie specalistów oraz espertów z dae dziedziy. Mechaizm wiosu¹cy (iferece egie) to czêœæ systemu ieru¹ca rozwi¹zywaiem problemu. Ta a umys³ ludzi, umo liwia wyci¹gaie wiosów i przetwarzaie iformaci oraz dochodzeie do logiczie uzasadioych decyzi. Iterfes u ytowia (users iterface) est to czêœæ systemu zamu¹ca siê omuiac¹ ze œwiatem zewêtrzym, ma za zadaie utrzymywaæ iteracê pomiêdzy u ytowiiem a systemem espertowym. Czêœci¹ iterfesu u ytowia est modu³ obaœia¹cy, tóry dostarcza uzasadieia dla rozwi¹zaego problemu przyêtego przez system espertowy, tz. wyaœia drogê swoego rozumowaia oraz uzasadia otrzyma¹ oluzê. Zadaiem systemu espertowego w rozpatrywaym zagadieiu bêdzie: Zdobycie iformaci o istotych cechach owego wyrobu, potrzebych do porówaia z wyrobami istie¹cymi u w bazie wiedzy systemu. Te etap odbywa³by siê podczas sesi pytañ z udzia³em obs³ugu¹cego system pracowia poprzez iterfes u ytowia. Porówaie cech owego wyrobu z cechami wyrobów u istie¹cych w bazie wiedzy systemu espertowego, zalezieie podobych i wyci¹giêcie wiosów co do ich stopia podobieñstwa. Te etap odbywa³by siê w oparciu o modu³ wiosu¹cy z udzia³em iterfesu u ytowia. Podaie szacuowych osztów wytworzeia owego wyrobu w oparciu o oreœloy stopieñ podobieñstwa i oszty wytwarzaia wyrobów odalezioych w bazie wiedzy sytemu.

3 Kocepca systemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia Zasady budowy systemu espertowego System espertowy do szacowaia osztów wyrobów mo a stworzyæ w oparciu o tóryœ z êzyów programowaia s³u ¹cych temu celowi (p. PROLOG, LIPS) lub sorzystaæ z u istie¹cych szieletowych systemów espertowych (shell expert system) z pust¹ baz¹ wiedzy (owledge base) i wbudowaymi mechaizmami wiosowaia (p. Nexpert Obect firmy Neuro Data z USA lub PC-Shell firmy AI-Tech z Polsi) [4]. Opracowaie systemu espertowego przy zastosowaiu pierwszego podeœcia est zadaiem pracoch³oym i wymaga¹cym zatrudieia programistów o wysoich walifiacach. Jest to zadaie osztowe, ale elastycze. Drugie rozwi¹zaie wydae siê prostsze, gdy sprowadza siê do zgromadzeia odpowiedie liczby fatów (dotycz¹cych w aszym przypadu osztów wytwarzaia wyrobów oraz ich podobieñstwa ostrucyo-techologiczego) i implemetaci w puste bazie wiedzy systemu. Nie trzeba tworzyæ regu³ rozumowaia i iterfesu u ytowia, gdy ao taie s¹ u wbudowae w system szieletowy. Koleym etapem est rozstrzygiêcie sposobu implemetaci zgromadzoych iformaci. Naczêœcie stosowa¹ form¹ reprezetaci wiedzy systemu espertowego est reprezetaca regu³owa (delaratywa). Zapis regu³ ma astêpu¹cy u³ad: Schemat zapisu regu³owego w systemach espertowych Wyres 1 JE ELI WARUNEK: 1... i 2... i 3... TO KONKLUZJA... WYKONAJ: Dzia³aie: 1a... 2a... 3a... W PRZECIWNYM WYPADKU WYKONAJ: Dzia³aie: 1b... 2b... 3b... ród³o: opracowaie w³ase. W przypadu spe³ieia wszystich waruów oluza stae siê zdaiem prawdziwym i podemowae s¹ Dzia³aia 1a, 2a, 3a itd. Je eli przyamie ede z waruów ie est spe³ioy, mechaizm wiosu¹cy systemu espertowego, zgodie z prawami logii, ustala wartoœæ logicz¹ regu³y JE ELI... To... a fa³sz i wyoue Dzia³aie 1b, 2b, 3b itd.

4 196 Zygmut Mazur, Dariusz Sala 3. Etapy budowy przy³adowego systemu espertowego Etapy tworzeia systemu s¹ astêpu¹ce: 1. Awizyca, czyli pozysiwaie wiedzy Wiedzê iezbêd¹ do budowy sytemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia pozysao w za³adzie produu¹cym wyroby w procesie przeróbi plastycze (t³oczeie). We wspó³pracy z g³ówym techologiem oreœloo cztery cechy wyrobów, tóre decydu¹ o przebiegu procesu techologiczego, a co za tym idzie o oszcie ego wytworzeia. Cechy te to: rodza wyrobu, rodza wyoñczeia, œredica ostatecza wyrobu w [cm], stosue œredicy ostatecze do g³êbooœci. 2. Budowa Tabeli Decyzye Je utworzeie poprzedziæ musi oreœleie grup wyrobów podobych techologiczie. Dooaæ tego mo a a bazie aalizy przep³ywów produci (productio flow aalysis PFA), grupu¹c wyroby wed³ug zgodoœci lub podobieñstwa operaci techologiczych [6]. Ka da z wydzieloych grup zawiera wyroby, tóre ma¹ podoby lub idetyczy przebieg procesu producyego. Ka de grupie przydziela siê odrêby symbol zastosowae techologii wytwarzaia. Fragmet Tabeli Decyzye przedstawia tabela 1. W olumach Tabeli zadu¹ siê wetory las mo liwe rodzae ró ych przebiegów procesu producyego. Symbol X a przeciêciu siê dae olumy las z wierszami cech iformue o istieiu miêdzy imi zale oœci. Tabela Decyzya powia spe³iaæ astêpu¹ce warui: zbiór wszystich wartoœci a de z cech est zbiorem soñczoym o ma³e liczeboœci, poszczególe wartoœci te same cechy wylucza¹ siê wzaemie, a a da z ofiguraci atrybutów w edozaczy sposób oreœla lasê, do tóre ale y obiet. 3. Przeszta³ceie Tabeli Decyzye w Drzewo Decyzye Realizue siê to w: 1) ustaleiu wartoœci cechy (wiersza w Tabeli Decyzye), tóra asilie ró - icue zbiór obietów przyosi awiêce iformaci o zró icowaiu zbioru obietów w oparciu o miarê I (algorytm iducyy ID3) [5], 2) podziale Tabeli a dwie podtabele w oparciu o ryterium wybrae w poprzedim rou cechy, 3) obliczeiu wartoœci I' dla a de podtabeli, 4) podziale podtabeli a dwa olee podzbiory zgodie z ryterium podaym w drugim rou,

5 Kocepca systemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia 197 5) powtarzaiu roów od dwa do cztery, a do wygeerowaia pe³ego Drzewa Decyzyego. Fragmet Tabeli Decyzye Tabela 1 Lp. Cecha Wartoœæ Rodza zastosowae techologii wytwarzaia 1 A X X X 2 B 3 Rodza wyrobu C 4 D X 5 E 6 Z wyoñczeiem X X Rodza wyoaia 7 Stadardowe X X 8 1:3 X X 9 1:4 X Stosue œredicy 10 1:5 do g³êbooœci :10 X X X X Œredica ostatecza wyrobu w [cm] X Symbol zastosowae techologii wytwarzaia ród³o: opracowaie w³ase. Wartoœæ I oreœla przyrost iformaci o obietach, ai uzysuemy dziêi zapytaiu o wartoœæ cechy. I I( D) E (1) gdzie: ides cechy (a w³aœciwie ede z e wartoœci). I(D), t. wartoœæ oczeiwaa iloœci iformaci o przyale oœci obietów do poszczególych las, a¹ zawiera ca³a tabela, obliczamy ze wzoru: i ID ( ) log 2 i1 l l1 l1 i l (2)

6 198 Zygmut Mazur, Dariusz Sala gdzie: liczba las, i liczba wszystich obietów ale ¹cych do lasy i. E, t. wartoœæ oczeiwaa iloœci iformaci, a¹ ³¹czie uzysuemy w wyiu zastosowaia cechy, obliczamy ze wzoru: E i i1 I i1 i ( i i ) I ( 1) i1 (0) i1 i (3) gdzie: i liczba wszystich obietów posiada¹cych cechê i ale ¹cych do lasy i. ( I 1 ), t. wartoœæ oczeiwaa iloœci iformaci, a¹ uzysuemy z podzbioru obietów wygeerowaego przez pozytyw¹ odpowiedÿ a pytaie o cechê, obliczamy ze wzoru: I ( 1) i1 i i log 2 l l l1 l1 (4) ( I 0 ), t. wartoœæ oczeiwaa iloœci iformaci, a¹ uzysuemy z podzbioru obietów wygeerowaego przez egatyw¹ odpowiedÿ a pytaie o cechê, obliczamy ze wzoru: ( 0) ( i i ) I log i1 ( l l ) l1 2 ( i i ) ( l l ) l1 (5) W oparciu o miarê I oreœloo, e abardzie ró icu¹c¹ wyroby pod wzglêdem techologiczym cech¹ est sposób wyoaia (z wyoñczeiem lub stadardowy). Jest to put wyœcia w tworzeiu Drzewa Decyzyego, tórego fragmet zawiera wyres Tworzeie zapisu regu³owego Z Drzewa Decyzyego ³atwo u est przeœæ a zapis regu³owy aceptoway przez szieletowy system espertowy (p. Je eli wyoaie = z wyoñczeiem i stosue œredicy ostatecze do g³êbooœci = 1 : 3 i... i... to techologia = r 1).

7 Kocepca systemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia 199 Fragmet Drzewa Decyzyego Wyoñczeie Wyres 2 Stadardowe Z wyoñczeiem Stosue œredicy ostatecze do g³êbooœci 1:3 Rodza wyrobu 1:4... 1:9 1:10 A B... D E ród³o: opracowaie w³ase. 5. Oszacowaie osztów wytworzeia Po oreœleiu techologii wyoaia system espertowy musi odaleÿæ (odwo- ³u¹c siê p. do zewêtrze bazy daych) wyroby, tóre zosta³y u wyproduowae w oparciu o wybra¹ techologiê. Naprostszym sposobem oreœleia osztu wytworzeia owego wyrobu est obliczeie œredie arytmetycze z osztów wytworzeia u wyproduowaych wyrobów z te same grupy podobieñstwa techologiczego. Jeda mo a pousiæ siê o sompliowaie tego elemetu fucoowaia systemu, p. o zespó³ wag, oreœla¹cych oszt poszczególych operaci wchodz¹cych w s³ad ede grupy podobieñstwa techologiczego. Przewa ie edyie czêœæ operaci est wspóla dla wszystich wyrobów z dae grupy wyrobów podobych pod wzglêdem techologiczym, pozosta³e wystêpu¹ tylo a ilu wyrobach, czasem tylo a edym. Dlatego system wag osztowych uwiarygodi³by œredi oszt wytworzeia wyrobu pochodz¹cego z dae grupy. Samo oszacowaie osztów wytwarzaia wyrobów odbywa siê w wyiu sesi pytañ i odpowiedzi pomiêdzy SE a obs³ugu¹cym go pracowiiem, zgodie z roz³adem ga³êzi Drzewa Decyzyego. System uruchamia modu³ wiosu¹cy, tóry a podstawie udzieloych odpowiedzi, a ta e zgromadzoe w bazie wiedzy iformaci, oraz a podstawie w³asych regu³ rozumowaia oreœla, do aie grupy podobieñstwa techologiczego zaliczy³ owy wyrób. Nastêpie odszuue

8 Modu³ obaœia¹cy 200 Zygmut Mazur, Dariusz Sala w zewêtrze bazie daych wyroby z te same grupy podobieñstwa techologiczego i oreœla œredi¹ osztów ich wytworzeia (œredia arytmetycza b¹dÿ w przypadu, gdy est to oiecze, œredia z uwzglêdieiem wag dla poszczególych operaci). Obliczoa œredia est poszuiwa¹ szacuow¹ wartoœci¹ osztu wytworzeia owego wyrobu. Etapy budowy systemu espertowego w schematyczy sposób przedstawioe s¹ a wyresie 3. Etapy budowy systemu espertowego Wyres 3 Awizyca wiedzy Weryfiaca wiedzy Implemetaca wiedzy w bazie wiedzy: budowa Tabeli Decyzye budowa Drzewa Decyzyego przeszta³ceie Drzewa Decyzyego w zapis regu³owy I yier wiedzy budue rozszerza testue Baza wiedzy Modu³ wiosu¹cy SYSTEM EKSPERTOWY Iterfes u ytowia U ytowi wyorzystue atualizue ród³o: opracowaie w³ase.

9 Kocepca systemu espertowego szacowaia osztów wytwarzaia 201 Podsumowaie Nale y stwierdziæ, e ta przygotoway system espertowy szacowaia osztów wytwarzaia owego wyrobu a podstawie oreœleia podobieñstwa do wyrobów u zaych pozwala w wyiu sesi pytañ i odpowiedzi daæ w rótim czasie rzetel¹ odpowiedÿ co do osztów ego wytworzeia. Oczywiœcie ic w pe³i ie zast¹pi wiedzy i doœwiadczeia, a ieiedy ituici ludziego esperta, ale system tai móg³by byæ wstêpym, taim i szybim arzêdziem weryfiaci co do op³acaloœci produci owego wyrobu oraz wieloœci osztów wytworzeia. Bibliografia [1] Bubici Z., Wstêp do systemów espertowych, PWN, Warszawa [2] C h o l e w a W., P e d r y c z W., Systemy doradcze, Politechia Œl¹sa, srypt r 1447, Gliwice [3] Æwi³a G., Kosala R., Szybie szacowaie osztów wytwarzaia elemetów maszy [w:] Komputerowo zitegrowae zarz¹dzaie, pod red. R. Kosali, WNT, Warszawa [4] Kloeci P., Surma J., Systemy espertowe, Chip 9/94, Wroc³aw, s [5] Mulawa J.J., Systemy espertowe, WNT, Warszawa [6] Nowoczese metody zarz¹dzaia produc¹, Wydawictwo Wydzia³u Zarz¹dzaia AGH, Kraów 1996.