Решение задач прогнозирования на базе нечеткой логики в системах управления процессами и производством тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Немцов, Леонид Борисович

• Немцов, Леонид Борисович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Немцов, Леонид Борисович

Введение

Глава!. Проблемы прогнозирования в автоматизированных системах

ПОДДерЖКК ПрИНЯТИЯ.решений

Ы Метода прогнозирования для технических и экономических 7 задач

1.2 Процедура прогнозирования, при автоматизации процессов

1.3 Субъективность прогнозных решений и средства ее 14 преодоления

1.4 Обзор применения фаззи-технологии

1.4.1 Оценка кредитоспособности.

1.4.2 Оценка поставщиков привьюорочном тестировании

1.4.3 Управление сложным-технологическим процессом 25 1.4.4. Выводы по обзору 3 О

1.5 Развернутая постановка задачи-

Глава 2. Аппарат Нечеткой логики как средство построения прогнозных- 54 моделей, в .системах-поддержка принятия решений

2.1 Основные понятия и структура моделей

2.2 Программные инструментальные средства- для создания 48 нечетких, систем прогнозирования

2.3 Программный пакет "Конструктор нечетких моделей"

2.4 Методика формализации знаний эксперта

2.5 Устойчивость нечетких моделей по отношению к изменению 64 качества текущих данных на входе

2.6 Концепция фаззи-прогнозирования

Глава 3. Фаззи-прогнозирование в задачах поддержки принятия 70 решения

3.1 Особенности-прогнозирования в-экономических задачах

3.1.1 Бюджетирование

3.1.2 Бизнес-план как средство планирования

3.2 Инвестиционный проект

3.2.1 Разработка оценки приемлемости инвестиционного 95 проекта

3.2.2 Лингвистические, переменные- 97 3J2.3 Операционные блоки фаззи-логики 101 3.2.4 Тестирование-прототипа

3.3 Система "Жененный- цикл товара"

3.3.1 Концепция ЖЦТ

3.3.2 Система.диагностики этапа ЖЦТ 111 3.3-. 3 Анализ- стадии. ЖЦТ

3.3.4 Текущий анализ

3.3.5 Обсуждение-результатов-моделирования

3.4 "Латекс" - модель- оператора в- контуре управления- процессом 129 полимеризации латексов

3.4.1 Технология процесса, эмульсионной полимеризации латексов

3.4J2 Конструирование. системы. BEaizzy Expert Iii

3.4.3 Прикладная оболочкаEuzzyLatex.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Решение задач прогнозирования на базе нечеткой логики в системах управления процессами и производством»

Актуальность работы. Создание компьютерных систем поддержки принятия управленческих решений сопряжена с большими затратами на разработку математических моделей, на их тестирование и настройку, на программирование законченного программного продукта. Без использования современных технологий в этом, процессе-достижение успеха становится или слишком дорогостоящим, или даже невозможным. Существенной компонентой таких технологий являются программные инструментальные средства разработки систем. Программный комплекс, представляемый в данной работе, является эффективным средством разработки автоматизированных систем диагностики и прогнозирования и базируется на идеях теории нечетких множеств (Fuzzy sets theory). На рынке отечественных программных средств аналога данному комплексу не существует. По сравнению с западными аналогами настоящий комплекс имеет ряд существенных преимуществ.

В качестве объектов управления в данной работе рассматриваются сложные объекты технического (технологического), производственного и народнохозяйственного- характера^ для. которых целенаправленная деятельность управляющего персонала можно быть представлена как цепочка действий по принятию решений. В каждом таком акте обязательно присутствует прогнозная составляющая. Вот почему разработка методик и программного инструментария- дж построения прогнозирующих и диагностических модулей является актуальной научной и технической задачей.

В работе приведены разработки, выполненные в рамках НИР при выполнении совместных российско-германских проектов "Получение и уточнение функций принадлежности в нечетких моделях" 1993 - 1995гг. (Совместно с Берлинским техническим университетом, фонд Фольксваген); "Разработка программной среды для нейро-нечеткого моделирования в системах управления" 1998-2000 гг. (Совместно с фирмой ГЕЗИП, Берлин, фонд Федерального министерства по науке и технологиям ФРГ).

Цель работы. На основе изучения особенностей технических и экономических систем как сложных объектов управления, анализа способов их управления, особенностей функционирования в условиях изменчивости качества входной информации и на основе методов теории нечетких множеств разработать концепцию и методики построения моделей прогнозирования и диагностики и. соответствующее программное обеспечение как инструментарий для создания систем поддержки принятия решений на различных уровнях управления производством.

Научная новизна

• Разработана концепция построения систем прогнозирования на основе фаззи-технологии в рамках созданной автором программной среды.

• Создана оригинальная методика конструирования нечеткой

• Предложены новые алгоритмы реализации машины нечеткого вывода для продукционных экспертных систем и методика интерпретации результатов нечеткого вывода-для конкретных приложений.

Практическая иенностъ и реализация результатов работы. Разработана архитектура, программное, информационное, математическое обеспечение инструментального комплекса для создания прогнозных систем на базе нечеткой логики.

Разработаны методики создания моделей прогнозирования для поддержки- принятия решений на различных уровнях управления производством .

В качестве примеров решены задачи диагностики и прогнозирования при управлении сложной технологической установкой (эмульсионная 6 полимеризация латексов); при планировании финансовой деятельности предприятия (оценка инвестиционных проектов); при организации маркетинга (прогнозирование жизненного цикла товара).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ), г. С-Петербург 1997, 1999гг.; П С-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов, г. С-Петербург 1997г.; I всероссийской научно-технической конференции, г. Нижний Новгород 1999г.; 11 международная научная конференция, г. Владимир 1999г.

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Немцов, Леонид Борисович

ВЫВОДЫ

Прогнозирование и диагностика являются важнейшими процедурами в. составе автоматизированных систем поддержки принятия, решений, на различных уровнях управления производствами, Применением фаззи-техншюгин в новых, программно-инструментальных комшшксах позволяет наиболее аффективно автоматизировать их.проектирование.

В результате анализа литературных источников, научного поиска и проведенной работы сделано следующее:

1. Для методов, основанных на экспертных знаниях, сформулированы особые характеристики задач управления сложными системами.

2. Принятая за основу нечеткая продукционная модель с машиной вывода Тонга теоретически развита и дополнена оригинальным аппаратом учета текущего "качества переменной" и новым методом дефаззификации, приводящим к сглаживанию результирующей функции принадлежности выходной переменной.

3. Предложен новый метод интерпретации результирующей кривой принадлежности с помощью интервалов уровней доверия.

4. В качестве программного инструментария для комплексного решения-задачи разработки, прогнозирующей, модели от прототипа, до законченного приложения, предложена система из пяти, взаимосвязанных, продуктов. В основу их. создания, заложен новый принцип, использования, единого интерпретатора, машины, вывода,, встроенного как в инструментальные средства, так и в конечное приложение. Это придает моделям отличающую их способность к структурной перестройке в процессе эксплуатации.

5. Осуществлена алгоритмическая и программная реализация центрального инструмента комплекса "Конструктор нечетких моделей" -продукта Fuzzy Expetrt.'

6. Программная реализация комплекса доведена до- уровня выпуска коммерческих версий- продуктов Fuzzy Expetrt, FSViewer u Neurogenerator.

7. Опыт решения ряда практических задач позволили сформулировать концепцию разработки прикладной прогнозирующей модели с использованием вышеназванного программного инструментария в виде "концепции фаззи-прогнозированшС.

8. "В- рамках предложенной концепции предложена методика формализации знаний эксперта.

9. С целью подтверждения работоспособности и эффективности разработок решались- несколько характерных для различных уровней, управления предприятиями- прогнозных и диагностических задач- (задача оценки инвестшрюнных. проектов предприятия, задача прогнозирования жизненного цикла товара, оптимальное ведение процесса■ эмульсионной полимеризации лат ексоа)^

10. Праведен анализ- актуальных- для- российских, предприятий- проблем бюджетирования и- бизнес-планирования. При этом выделена проблема автоматизации принятия, решений на основе-программных. систем, поддержки принятия. решений. Среди- частных подзадач: в- рамках, названных, проблем наиболее подходящими- для- решения методами фаззи-прогнозирования признаны задачи, оценки инвестиционных проектов предприятия,, задача прогнозирования жизненного цикла товара. Тестирование прогнозных моделей на. основании, оценок сторонних экспертов подтвердило их адекватность.

И. В качестве примера, прогнозирования на уровне, управления производственными, процессами, решена задача моделирования, поведения оператора в контуре управления сложным технологическим процессом -эмульсионной полимеризации- латексов, которая может быть- отнесена к классу задач ситуационного управления. Система реализована, до уровня прототипа законченного приложения с развитым интерфейсом и с заложенными в него- функциями параметрической- и структурной перестройки.в процессе тестирования. и эксплуатации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Немцов, Леонид Борисович, 1999 год

1.B. Интерпретация и определение функций принадлежности нечетких множеств//Методы и системы принятия решений. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1979. - С. 42-50.

2. Афанасьев Э.В., ЯрошенкоВ-.Н. Эффективность информационного обеспечения управления-М,:Экономика, 198.7.

3. Баззел Р. Д., Кокос-Д.Ф., Браун-Р.В. Информация и риск в маркетинге.-М.: «Финстатпром», 1993.

4. Гиляров В. Н., Бондарчук- П,В., Мильто Н.Д. Нечеткие модели- стратегий управления запасами 1гих оптимизация // Тез, докл., 10-я Межд. научи, конф. «Математические методы в технике и технологиях». Новомосковск: НИРХТУ, 1997.

5. Гиляров- В.Н.,. Немцов Л .Б., Комплекс программных средств для построения гибких нечетах систем диагностики и прогнозирования //Тез. докл., СЩ, 1997г.

6. Гиляров В. Н., Мильто Н, Д. Принятие решения на основе результата- . нечеткого вывода// Тез. докл., М.:, 1998.

7. Горшкова М.А., Немцов Л.Б. Оценка инвестиционных проектов как элемент стратегии, управления предприятием./Я Всероссийская науно-техническая конференция: Тез.докл.- Нижний Новгород, 1999г.

8. Дамари Р. Теория и практика управления.//"Маркетинг", № 4,1993. и № 1,2 Д 994

9. ДИ: Экономика и управление (зарубежньшовыт), 1988, Опыт зарубежных промышленных фирм по использование маркетинга.

10. ДихтельЕ., Хершген-Х, Практический маркетинг. -М.:Высшая 199&.-255 с.

11. Дж, Элти,М. Кумбс. Экспертные системы: концепции^ примеры.: Финансы и статистика, 1987. -486с.

12. Заде Л. Понятие-лингвистической переменной и. ее применение,к принятию приближенных решений. М.:Мир, 1976.-368с.

13. Инфо Бизнес №.4.г6.,7,8 1997г.

14. Инфо Бизнес № 3,4,6,7,8, 44 1998г.

15. Искусственный интеллект: применение-в.химии-: Пер, с англ./Д. Смит, Ч. Риз-, Дж. Стюарт и-др. Под ред. Т. Пирса, Б, Хони. М.: Мир, 1988, - 430 с.

16. Использование принципов, маркетинга^ управлении-предприятием/Сосх- к-э.п. Симонов В.В-.-М. :1ЩИИТЗШ1етрому Вып. 1, 19Е8,~30с.

17. КотлерФ. Основы маркетинга,.-М-: Ростинтэр, 1996.-698. с.

18. Котлер. Ф. Управление, маркетингем.-М,:Экономика. 1980.-222с.

19. КофманА. Введение теорию нечетких, множеств; Пер. с франиг М. .Радио и- связь, 1982.-432с.

20. Липсиц И.В. Бизнес-план- основа успеха. Практическое пособие. М.: Машиностроение, 1993.-79 с.

21. Маркетинг; выбор лучшего решения / Е.П Голубков, Е. Н. Голубкова,В. Д. Секерин; Общ. ред. Е.П. Голубкова,- М.: Экономика, 1993.-222с.

22. Маркетинг, Под ред. аю. А,Н, Романова.-М.: Издательское-объединение "1СНИТИ" 1995. -55£с.14.7

23. Мачадо Р. Маркетинг для малых предприятий,- СПб. Литер, 1998.-288с.:ил.(Серия «Малый бизнес»)

24. Мильнер Б.З., Евенко Л.И., Раппопорт B.C. Системный подход к организации управления. М.: Экономика, 1983.

25. Мильто Н.Д., Немцов Л.Б. Конструирование нечетких моделей управления. //'Конференция при третьей СПб ассамблее молодых ученых и специалистов: Тез.докл.-СПб, 1998г.

26. ЗКНариньяни А.С. Неопределенность в. системе представления и обработки знаний/УИзв. АН СССР. Техн. Кибернетика. 1986. - №5. С. 3 - 28.

27. Недялкова А. Как привлекать инвестиции (бизнес-план, оферта). М.,1992. 510с.

28. Немцов- ЛЛ>. Гиляров В. Н Методика построения устойчивых, нечетких систем прогнозирования// Информационный листок (СПбГТИ).-СПб, 1997г.

29. Немцов Л-.Б., Гиляров^В.Н., Экспертная оценка жизненного цикла, продукта// Тез. Докл, СПб, 1997

30. Обработка нечеткой- информации всистемах принятия решений/А,Н. Борисов, А. В. .Алексеев, Г.В, Меркурьева-и др. М.: Радио и связь-, 1989. -304с.

31. З&.Орлов-А.И. Задачи-оптимизации и нечеткие переменные, М.: Знание, 19&€К-63с.

32. Орловский С.А. Проблемы принятия решения при нечеткой исходной информации, М.;Наука> 198-1. - 2QSc

33. Перекалина Н, С. Качество в системе маркетинга. М.: Система, 1992.-192с.

34. Поспелов. Г.С., Ириков В.А., Курилов А,.Е. Процедуры и алгоритмыформирования комплексных программ. М.:. Наука, 1985. - 424 с.

35. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: Теория и практика. М.: Наука, 1986. -284с.

36. Представление-знаний и экспертные системы. Под ред. проф. Александрова ELB,-Л. .ЛИИАН, 1989,=196с

37. Прикладные нечеткие системы-: Пер. с яион.ЛС.Асаи, Д.Ватада, С.Иван и др.;под ред. Т Тэрако, К, Асан, М.Сутэко.-М,:Мир, 1993.-368с.

38. Приобретение знаний: Пер. сяпон./Подред, С.Осути, Ю.Саэюг.-М.: Мир, 199ö-304c.

39. Табурчак П.П., ВезукладоваЕ.Ю., ОвчинниковаЛ. А. Основы производственного маркетинга химической продукции.-СПб:Химия, 1995,-96с.

40. Теория выбора-и принятия решений/КМ, Макаров, Т.М. Биноградская^ A.A. Рубчинский, В.Е.Соколов. М.: Наука, 1982. - 327с.

41. Технико-экономическое обоснование инвесткционкогопроекта: Учебное пособие по дисциплине «Экономика предприятия и преднринилштельстаа>>/ЛЗ.Дистергефт, А. Д. Выварен. Екатеренбург: Издательство УЕТУ, 1997. 55 с.

42. Токмаков А.Н., Немцов Л.Б. Модель оператора в- конт\реуправления сложными процессами на базе нечеткой логики. //НТК посвященная памяти М.М Сычева; Tea. докл-СПб., 1999т,

43. ТрухаевР.И, Модели принятия, решений в условиях- неопределенности, -М.: Наука, 19^1.-258с.

44. Фишберн П.К. Теория полезности для принятия решений, -М.: Наука, 19-78-. -352с.

45. Френсис Д. ГВМ: Взгляд изнутри: человек, фирма, маркетинг. М.:Наука, 1991 .-С.Ю4, 217.

46. ШамисВ.А. С++ ВшШег 3. Техника визуального программирования,-МНолидж, 1998.-512с.

47. Юленец Л.Ю. Программный комплекс для построения и настройкинечетких моделей: пояснительная записка к дипломному проекту / СПбГТИ (ТУ). СПб., 1998.

48. Язенин А;В. Задача векторной оптимизации с нечеткими коэффициентами, важности- крите риев//Математические методы оптимизации и управления в сложных системах. Калинин: Калинин, гос. ун-т, 198-1. - С. 38-51.

49. A It rock- С. Fuzzy Logic and NeuroFuzzy applications in business and finance / Prentice. Hall PTR / New Jersey. 19-95,

50. FeldmanK, Intelligent Systems in Finance/Applied Mathematical Finance.-VoU 1994,p, 195-207

51. Hebb D, The Organization of Behavior.- New York, 1974

52. McNeill Д Freiberger P. Fuzzy Logic,- Mew York Simon & Shuster (1993),. I S EN Q-671- 7 3 <443 7

53. McNeill D, Freiberger P. Invent/W and Invent/R.- Chicago, Brochure, INFORM GmbH Aachean and Inform Software Corporation. 19946LTILShell.User's Manual. Version 3.0.0, Togai InfraLogic, Inc. 1993.

54. Tong R., Shapiro D. Experimental Investigations of Uncertainty in a Rule-based System for Information Retrieval // Int. J., Man-Mach. Studies.-1985. -Vol. 22.№ 3.-P.265-282.

55. Wilder W. New conceptsmTeehmcal TradmgSystems.- Greensboro, NC; Trend Research, 1978.

56. Zimmermann H.-J; Zysno P. Latent Connectives Human Decision Making /Fuzzy sets-and systems-, Vol.2 p. 173-186