SYSTEM EKSPERTOWY WSPOMAGAJĄCY ORGANIZACJĘ PRACY FIRMY SPEDYCYJNEJ

Transkrypt

1 SYSTEM EKSPERTOWY WSPOMAGAJĄCY ORGANIZACJĘ PRACY FIRMY SPEDYCYJNEJ Zbigniew BUCHALSKI Wprowadzenie W dzisiejszych czasach coraz częściej spotykamy się z problematyką inŝynierii wiedzy i systemów ekspertowych [Buch03, Buch04, ChroStrze94, Mul90, Ziel00]. Problematyka ta uwaŝana jest za jeden z najwaŝniejszych obszarów i kierunków rozwojowych współczesnej informatyki. Systemami ekspertowymi nazywamy programy komputerowe zaprojektowane do rozwiązywania złoŝonych zadań o podłoŝu intelektualnym. Podstawowa idea systemu ekspertowego polega na przeniesieniu wiedzy eksperta do programu komputerowego wyposaŝonego w bazę wiedzy. Cała wiedza zgromadzona w bazie wiedzy moŝe być wykorzystywana wielokrotnie przez wielu uŝytkowników. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie mechanizmu nabywania wiedzy do bazy wiedzy, a takŝe realizacja procesu wnioskowania oparta na elementach bazy wiedzy pewnego systemu ekspertowego, nazwanego SPEDEX, wspomagającego organizację pracy firmy spedycyjnej. Cel i załoŝenia systemu ekspertowego SPEDEX SPEDEX jest regułowym systemem ekspertowym stworzonym na potrzeby firm spedycyjnych. Na rynku istnieje wiele mniejszych i średnich firm zajmujących się przewozem towarów i dostarczaniem przesyłek. Istnieją wielkie przedsiębiorstwa, które zajmują się spedycją zarówno krajową, jak i międzynarodową, współpracują równieŝ z firmami spedycji morskiej. Istnieją równieŝ mniejsze przedsiębiorstwa, które wyspecjalizowały się w przewozie tylko jednego lub dwu typów towarów. Jest to dość pręŝny rynek, a jako Ŝe liczba systemów ekspertowych wspierających transport i spedycję jest mała, zaszła potrzeba zbudowania systemu ekspertowego wspomagający tą dziedzinę gospodarki. SPEDEX jest systemem doradczym, który na podstawie dostarczonego zlecenia przewozu, ustala moŝliwość przewozu, wraz z dodatkowymi informacjami 451

2 ROZDZIAŁ V o ubezpieczeniu, magazynowaniu i rodzaju przewozu. Potrafi ocenić czy opłacalny jest przewóz ciągły przez danego przewoźnika, czy tylko jednorazowy. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe nie zawsze istnieje moŝliwość realizacji zlecenia przewozu towaru. Przyczyną odmowy realizacji zlecenia moŝe być np. brak odpowiedniego samochodu, czy teŝ ograniczenie wynikające z maksymalnego tonaŝu czy pojemności samochodu. System SPEDEX powinien mieć dostęp do bazy danych firmy spedycyjnej, tzn. musimy wiedzieć jakie samochody firma posiada, czy są one dostępne lub czy są w stanie załadować na siebie cały towar. Baza danych takiej firmy powinna zawierać następujące dane: bazę pojazdów - dane dotyczące kaŝdego samochodu, typ towaru który mo- Ŝe przewieźć, dostępności samego pojazdu czy ilości spalanej benzyny, bazę magazynów - dane dotyczące magazynu, jego umiejscowienia, identyfikatory towarów znajdujących się w magazynie, bazę towarów - dane o kaŝdym towarze zawierające jego identyfikator, wartość, informacje o przypisanym magazynie, kto jest właścicielem towaru, priorytet, miejsce docelowe dostarczenia towaru, bazę klientów - informacje o klientach, głównie marketingowe, bazę zamówień - dane dotyczące zamówień, baza ta powinna być powiązana z bazami wymienionymi wyŝej. Reprezentacja wiedzy w bazie wiedzy i akwizycja wiedzy Wiedza jest pojęciem podstawowym dla róŝnego rodzaju procesów decyzyjnych i procesów wnioskowania zarówno przez człowieka, jak i przez komputer [Radz90, Ziel00]. Procesy decyzyjne są procesami przetwarzania informacji, w których występuje pewien zbiór alternatyw oraz funkcja przyporządkowująca kaŝdej alternatywie określoną wartość. System ekspertowy podejmuje decyzję, która jest wyborem optymalnej alternatywy ze zbioru wszystkich dostępnych alternatyw. We współczesnych systemach ekspertowych coraz większą rolę zaczynają odgrywać efektywne mechanizmy wnioskowania oraz reprezentacji wiedzy. Nie chodzi tu wyłącznie o czas reakcji systemu, ale o problemy związane z czytelnością baz wiedzy, a w konsekwencji równieŝ o trudności związane z ich utrzymaniem i rozwojem. Dlatego teŝ wydaje się, Ŝe we współczesnych systemach ekspertowych ich architektura, w tym zastosowane mechanizmy wnioskowania i reprezentacji wiedzy, decydują na równi z jakością wiedzy eksperta o powodzeniu aplikacji. Problematyka reprezentacji wiedzy jest jednym z najwaŝniejszych nurtów badań w dziedzinie sztucznej inteligencji [ChroStrze94, Mul90, Ziel00]. Systemy ekspertowe wykorzystują do rozwiązywania problemów wiedzę, czyli 452

3 REALIZACJA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA ORGANIZACJI I ROZWIĄZANIA... w uproszczeniu zbiór wiadomości z określonej dziedziny. Wiedza ta musi być wcześniej opisana (sformalizowana) za pomocą tzw. języka reprezentacji wiedzy i wprowadzona do bazy wiedzy systemu ekspertowego. Baza wiedzy systemu ekspertowego SPEDEX składa się z bloku reguł i faktów niezbędnych do rozwiązania problemów związanych z obsługą firmy spedycyjnej. Reguły mają następującą postać: IF warunek AND... AND warunek THEN wniosek AND/OR akcja. W części warunkowej znajdują się przesłanki, dzięki którym zadawane są pytania o związki między cechami charakterystycznymi obiektów. Uznanie jakiejś reguły powoduje jej uaktywnienie. Dzięki uaktywnieniu reguł nowe fakty są dodawane do bazy wiedzy lub odpowiednie akcje są wykonywane. Akwizycja wiedzy jest procesem określenia wiedzy, na podstawie której system ekspertowy będzie udzielał odpowiedzi. Określenie wiedzy polega na otrzymaniu od eksperta wiedzy w formie podatnej na sformalizowanie. Istotę procesu nabywania wiedzy przedstawić moŝna w postaci schematu przedstawionego na rys 1. szeroka wiedza z danej dziedziny doświadczenie i praktyka literatura fachowa wiedza o metodach inŝynierii wiedzy doświadczenie i praktyka analiza rozwiązań podobnych problemów Ekspert InŜynier wiedzy ( projektant systemu ekspertowego ) Wiedza dla systemu ekspertowego Rys. 1. Mechanizm akwizycji wiedzy System ekspertowy SPEDEX zawiera mechanizm pozyskiwania wiedzy, przez co moŝliwe jest rozbudowywanie i uaktualnianie bazy wiedzy. Pozyskiwanie wiedzy do bazy wiedzy odbywa się na bieŝąco w trakcie pracy systemu ekspertowego. 453

4 ROZDZIAŁ V Wiedza w systemie ekspertowym pochodzi od eksperta lub zespołu ekspertów i musi być umiejętnie zakodowana w bazie wiedzy przez odpowiedniego specjalistę nazywanego inŝynierem wiedzy. InŜynier wiedzy stanowi ogniwo pośrednie między źródłami wiedzy a systemem ekspertowym. Gromadzenie wiedzy jest często procesem najtrudniejszym i najbardziej pracochłonnym przy tworzeniu systemu ekspertowego. Przebieg procesu wnioskowania W systemie ekspertowym SPEDEX wykorzystywana jest metoda wnioskowania w przód, za pomocą której szukana jest odpowiedź interesująca uŝytkownika. Wnioskowanie w przód przebiega od faktów, poprzez reguły do odpowiedzi. System ekspertowy stara się kojarzyć przesłanki reguł z posiadanymi w bazie wiedzy faktami i poszerzeniu zbioru znanych faktów przez dołączenie do nich kolejnych konkluzji. Na podstawie dostępnych reguł i faktów generowane są nowe fakty tak długo, aŝ wśród wygenerowanych faktów znajdzie się odpowiedź na postawione pytanie. Wszystkie operacje wnioskowania są przeprowadzone na serwerze, do którego ma dostęp dyspozytor firmy spedycyjnej. W serwerze po kaŝdorazowym ustaleniu faktu wyznaczona jest reguła, do której dany fakt naleŝy, a następnie jeśli reguła nie jest spełniona, zostaje wyznaczona następna i ustalane są pozostałe fakty. Algorytm przebiegu rozpatrywania faktów i wyznaczania odpowiedzi systemu ekspertowego SPEDEX przedstawiony jest na rys. 2. System SPEDEX wykorzystuje dynamiczną bazę danych, przy pomocy której dokonuje wnioskowania na faktach i regułach. Do bazy danych podczas uruchamiania programu, wczytywane są wszystkie fakty i reguły dostępne w bazie wiedzy. RównieŜ pytania zadawane uŝytkownikowi, wraz z moŝliwymi odpowiedziami, wczytywane są do pamięci komputera. KaŜdy fakt jest powiązany z odpowiadającym mu pytaniem i serią odpowiedzi. Dzięki wykorzystaniu dynamicznej bazy danych unika się odwoływania do pliku po kaŝdorazowym uzgadnianiu faktu i zadaniu pytania, co znacznie zwiększa efektywność działania systemu ekspertowego SPEDEX. Kolejność danych (faktów) znajdujących się w tej bazie ma duŝe znaczenie, gdyŝ na tej podstawie wyświetlane są zapytania stawiane uŝytkownikowi. JeŜeli chcemy, aby na początku wyświetlało się pytanie skojarzone z odpowiednim faktem, musimy je umieścić w pierwszej linii rozpatrywanej reguły. Zatem, budując bazę wiedzy, brano pod uwagę konsekwencje wynikające ze złego zorganizowania kolejności faktów w regule. 454

5 REALIZACJA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA ORGANIZACJI I ROZWIĄZANIA... START Wyznacz regułę do rozpatrzenia TAK Pobierz fakt do ustalenia Czy istnieje reguła w bazie wiedzy NIE Brak moŝliwości przewozu NIE Czy reguła zawiera fakt? TAK NIE Czy wszystkie fakty są ustalone? TAK Określenie warunków przewozu STOP Rys. 2. Algorytm wyznaczania odpowiedzi w systemie ekspertowym SPEDEX Opis programu SPEDEX System ekspertowy SPEDEX został zaimplementowany w postaci programu komputerowego o takiej samej nazwie. Program SPEDEX został stworzony przy pomocy środowiska programistycznego Visual C ++. W środowisku tym powstało głównie okno dialogowe programu, okno edytora cen, okno edytora pytań oraz dwa rodzaje okien interfejsu z uŝytkownikiem, w których pojawiają się pytania systemu ekspertowego SPEDEX. 455

6 ROZDZIAŁ V Główne okno dialogowe Okno główne podzielone jest na dwie części: po lewej znajdują się cztery przyciski, natomiast po prawej znajduje się edit box, w którym wyświetlane będą końcowe wnioski typu rodzaj połączenia, liczba samochodów, koszt usług. Przycisk START rozpoczyna działanie systemu ekspertowego. Pojawia się pierwsze okno dialogowe z pierwszym pytaniem i odpowiedziami. Jest to moment, od którego system zaczyna zadawać pytania. Przycisk Edytor pytań włącza okno edytora pytań, w którym moŝemy dodawać, usuwać i modyfikować pytania systemu. Przycisk Stawki cenowe włącza okno pozwalające na określenie odpowiednich cen za dane usługi. Przycisk Informacje otwiera okno z informacją o programie. Okno edytora cen PoniewaŜ głównym priorytetem programu SPEDEX, poza doradztwem, jest wyliczanie kosztu przewozu, system musi znać stawki cenowe za odpowiednie usługi. Wstawienie cen bezpośrednio do kodu źródłowego spowodowałoby zmniejszenie uŝyteczności programu, a programista musiałby zmieniać kod źródłowy za kaŝdym razem, gdy zmieni się cena paliwa, gaŝa kierowcy bądź ceny przewozu i magazynowania. Dlatego teŝ dla potrzeb programu został stworzony edytor cen cennik. Dzięki temu moŝliwe jest w kaŝdym momencie czasu regulowanie stawek cenowych przez władze firmy spedycyjnej. Cena paliwa mnoŝona jest przez ilość wykorzystanych samochodów i modyfikowana w zaleŝności od liczby przejechanych kilometrów. Oczywiście rozróŝniane są tutaj opłaty z kurs stały (wahadłowy) i kurs terminowy. Następne pola umoŝliwiają określenie ceny za przewóz poszczególnych typów towarów, a takŝe opłaty za magazynowanie owych towarów. Na końcu wpisujemy procentową zniŝkę dla stałych klientów, opłatę za zlecenie w ostatniej chwili, oraz w przypadku spedycji międzynarodowej opłatę za odprawę celną. Ostatnie pole słuŝy do określenia procentowej stawki ubezpieczeniowej od wartości towaru. Ceny uregulowane w edytorze stawki cenowe są zapisywane do pliku ceny.dat. Edytor pytań i odpowiedzi Na potrzeby programu SPEDEX stworzony został edytor pytań. Dzięki temu edytorowi istnieje moŝliwość przeglądania, dodawania, usuwania i modyfikowania pytań wykorzystywanych w systemie ekspertowym. W oknie edytora widnieją pola identyfikatora id pytania, treść pytania, ilość odpowiedzi oraz ich treść. Pytania są zapisywane w pliku pytania.dat. Po uruchomieniu okna dialogowego edytora pytań i odpowiedzi dostępne są wszystkie edit boxy zawarte w tym oknie. W celu modyfikacji pytania naleŝy wybrać interesujące nas pytanie, następnie zaznaczyć edit box treść pytania i wprowadzić nowe pytanie z klawiatury. Kolejną czynnością jest określenie licz- 456

7 REALIZACJA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA ORGANIZACJI I ROZWIĄZANIA... by odpowiedzi. W tym celu zaznaczyć naleŝy edit box ilość odpowiedzi i wprowadzić liczbę planowanych odpowiedzi. Domyślnie przewidziane są maksymalnie cztery odpowiedzi na kaŝde pytanie. Po określeniu ilości pytań naleŝy w polu treść odpowiedzi wpisać przewidziane przez nas odpowiedzi do tego pytania. Po wciśnięciu klawisza modyfikuj program zacznie wpisywać do nowego pliku po kolei kaŝde pytanie, aŝ dojdzie do pytania z szukanym identyfikatorem, zapisze zmodyfikowane pytanie, a następnie pozostałe pytania z szukanym identyfikatorem. Gdy to juŝ się stanie stary plik zostanie zastąpiony nowym. Oczywiście za kaŝdym razem na początku modyfikacji nowy plik jest czyszczony. Okna interfejsu z uŝytkownikiem Okna pytań w programie SPEDEX działają na prostej zasadzie. Na podstawie liczby odpowiedzi przy danym pytaniu program rozpoznaje typ pytania. Ogólnie istnieją tu dwa typy okien dialogowych pytań. Pierwsze są to okna wyboru zawierające przyciski wyboru typu radio button. Ich liczba zaleŝy od podanej liczby odpowiedzi w edytorze pytań i odpowiedzi. Przy nich wpisywane są odpowiednie treści pytań wczytywane z pliku pytania.dat. w celu przejścia do kolejnego pytania naleŝy zaznaczyć myszką interesującą nas odpowiedź i wcisnąć przycisk Dalej. Drugi typ okien to okna z edit box em, polem, do którego wpisywane są z klawiatury dane Ŝądane przez system. Formularz zgłoszeniowy Do programu SPEDEX dołączona jest propozycja internetowego formularza zgłoszeniowego, opartego na wielu podobnych formularzach jakie moŝna znaleźć w Internecie na stronach firm przewozowych. Na podstawie właśnie takiego formularza działa system ekspertowy SPEDEX. Formularz mieści się w katalogu o tej samej nazwie. W formularzu tym zawarte są informacje dotyczące: dane firmy czyli nazwa, adres, regon, NIP, telefon oraz , dane o ładunku czyli co to jest za ładunek, ile jest tego ładunku oraz jego wartość, miejsce załadunku czyli adres miejsca podjęcia towaru oraz ewentualna data załadunku, miejsce rozładunku czyli adres miejsca rozładowania towaru oraz ewentualna data rozładunku, informacje o odprawie celnej wraz z przejściem granicznym, inne, czyli ewentualny samochód transportowy który Ŝyczyłby sobie klient, instrukcja przewozu, informacje o ubezpieczeniu towaru, jego podzielności i magazynowaniu. 457

8 ROZDZIAŁ V Po wypełnieniu wszystkich pól i wciśnięciu przycisku Wyślij zgłoszenie takie powinno być wysłane do firmy przewozowej uŝywającej programu SPE- DEX. Literatura [Buch03] [Buch04] Buchalski Z.: Pewien model nabywania wiedzy i wnioskowania na elementach ramowej bazy wiedzy systemu ekspertowego, w: InŜynieria Wiedzy i Systemy Ekspertowe, t.2, Bubnicki Z., Grzech A. (red.); Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław; 2003, s Buchalski Z.: Komputerowe wspomaganie podejmowania decyzji z wykorzystaniem regułowego systemu ekspertowego, w: Komputerowo zintegrowane zarządzanie, t.1, Knosala R. (red.); WNT, Warszawa, 2004, s [ChroStrze94] Chromiec J., Strzemieczna E.: Sztuczna inteligencja. Metody konstrukcji i analizy systemów eksperckich, Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa; 1994 [Mul90] Mulawka J. J.: Systemy ekspertowe, WNT Warszawa; 1996 [Radz90] [Ziel00] Radzikowski W.: Komputerowe systemy wspomagania decyzji; PWE, Warszawa; 1990 Zieliński J. S.: Inteligentne systemy w zarządzaniu. Teoria i praktyka, PWN, Warszawa;