Лекція №8, Експертні системи та їх використання

« Назад

1. Організаційні основи експертних систем

Управління підприємством або установою являє собою спосіб організації спільних дій колективу людей, які володіють деякими ресурсами для досягнення певних цілей. Цілі задаються під час створення підприємства, а в процесі його функціонування вони коригуються відповідно до зовнішніх змінюваних умов.

Під ціллю мається на увазі характеристика підприємства з погляду результату свідомої діяльності людини. Виділяють два основних класи цілей: стратегічні й тактичні. Цілі відрізняються між собою рівнем узагальнення і періодом, на який вони сформовані.

Управління призначене для зберігання основної якості підприємства, тобто сукупності таких його властивостей, втрата яких тягне за собою руйнацію підприємства в процесі взаємодії із зовнішнім середовищем. Управління прийнято поділяти на такі фази, або функції, як планування, облік, аналіз і регулювання (рис. 28).

Планування (П) необхідне для формулювання завдань підприємству в цілому й окремим його структурним підрозділам, облік (О) — для одержання об'єктивної інформації про стан справ, аналіз (А) — для виявлення причин відхилення від заданих планових характеристик і встановлення діагнозу стану підприємства, регулювання (Р) — для формування альтернативних варіантів поліпшення стану підприємства.

Далі у викладі матеріалу використовуються поняття «управлінська економічна ситуація» і «рішення».

Управлінська економічна ситуація — це характеристика сформованого стану підприємства, що з погляду суб'єкта управління може бути задовільним або незадовільним. В останньому випадку ситуація відбиває розбіжність бажаного з дійсним станом підприємства і може бути охарактеризована як проблемна. Рішення — це знаходження зв'язку між існуючим і бажаним станом підприємства або організації, обумовленим ціллю.

Оскільки управління — це безупинний процес цілеспрямованого впливу на об'єкт, а такий вплив можливий, якщо відомі правила ухвалення рішення й інформація, на підставі якої воно приймається, то, мабуть, від цих двох умов багато в чому залежить якість управління. У зв'язку з цим система, призначена для підтримки прийняття рішень, повинна володіти принаймні двома властивостями: а) якомога повніше акумулювати в собі знання і досвід у даній сфері прийняття рішень і б) уміти генерувати прості й ефективні прототипи рішень.

Взаємозв'язок «ціль — рішення» не є однозначним через велике число шляхів досягнення однієї і тієї самої цілі. Це особливо стає очевидним, якщо в ієрархії управління виділити цілі, що відповідають кожному рівню. На найвищому рівні перебувають цілі, що мають директивний характер. Їх також називають траєкторними, оскільки вони відображають бажану траєкторію зміни об'єкта управління в часі (рис. 29). На практиці траєкторія руху підприємства задається за допомогою значень економічних показників.

У процесі управління підприємством особа, що приймає рішення, прагнучи позбутися негативних явищ, домагається збігу фактичної траєкторії з бажаною. Якщо траєкторні цілі відбивають стратегію і перебувають на найвищому рівні ієрархії (рис. 30), то під ними знаходяться робочі цілі. Останні мають творчий характер, оскільки виробляються самою особою, що приймає рішення (ОПР). Ці цілі підпорядковані траєкторній цілі і змінюються відповідно до фактичної ситуації. Робоча ціль відповідає нижньому рівню ієрархії управління, і для нього вона стає траєкторією (директивною).

Формулювання робочих цілей вимагає знання цілей більш високого рівня, методики цілеутворення й інформації про фактичний стан підприємства.

Якщо траєкторна ціль виражена не явно, тобто не структурована, вона може бути сформульована як робоча. При цьому обов'язковою є така умова: вся ієрархія траєкторних і робочих цілей повинна відповідати структурі управління підприємством. Це означає, що кожний структурний підрозділ повинен мати свій власний набір траєкторних цілей, що відображає службові обов'язки персоналу. Крім траєкторних та робочих цілей, існують ситуаційні цілі, що формулюються, виходячи з конкретної фінансово-господарської ситуації. Вся сукупність цілей, що стоять перед ОПР, подана на рис. 1.

Рис. 1 - Цілі особи, що приймає рішення

Деякі фінансово-господарські ситуації можуть повторюватися досить часто, що дозволяє звести їх у ранг типових (базових). Описуючи типову ситуацію формальним способом, одержують так званий сценарій.

Нагадаймо, що управління включає: планування, облік, аналіз та регулювання. З них досить автоматизованою є лише функція обліку. Щодо інших функцій єдиного підходу поки що не існує.

Найпростішим варіантом автоматизації економічного аналізу порівняно з його ручним веденням (рис. 32 а) є формування аналітичних показників за допомогою комп'ютера (рис. 32 б). Ця задача практично вирішена, хоча комплексна методика цільового економічного аналізу ще удосконалюється. Така методика складається з технологічної й інформаційної частин.

Технологічна частина описує спосіб перегляду, порівняння й оцінки обраних аналітичних показників відповідно до заданої шкали співвідношень. Інформаційна частина містить перелік аналітичних показників, спосіб розрахунку їх і нормативні значення. Під час розробки цієї частини об'єкти аналізу попередньо класифікуються за ознакою приналежності до задач управління. Згодом це дозволяє виділяти стандартні й нестандартні задачі: перші підлягають формалізації цілком, другі — частково.

На рис. 32 б наведена схема використання експертної системи як інструмента автоматизації аналізу ситуації. Експертна система забезпечує: перегляд аналітичних показників та порівняння їх із заданими нормативами абсолютних значень; формування виводів виходячи з економічної ситуації; вироблення альтернатив.

Цей процес може повторюватися циклічно, якщо ОПР що-небудь не влаштовує. За повторного вироблення альтернатив ОПР може впливати на даний процес зміною ресурсів і резервів підприємства, а також ступеня актуальності тих або інших робочих цілей.

Ще один варіант, поданий на рис. 32 в, забезпечує оцінку запропонованих рішень: для кожної альтернативи розраховується співвідношення «прибуток — витрати», що вимагає розвинутого програмного забезпечення.  

2. Склад і функції експертних систем

Зросла популярність експертних систем і їх значне поширення у різних галузях людської діяльності привели до того, що програмні продукти, створені для будь-яких потреб людини, їхні автори почали називати «експертними системами». Підставою для цього послужили недосить чіткі визначення таких систем. У даному випадку слід з'ясувати, які типові «розумові» процедури виконує людина-експерт, а які — спроможна виконати система, що претендує на назву експертної. Чим більше процедур вона може виконати, тим більше в неї підстав називатися експертною системою.

Фахівці, що приймають рішення, звичайно здійснюють такі «розумові» процедури:

- роблять висновок на підставі аналізу повних, неповних і ненадійних знань;

- пояснюють і обґрунтовують, чому вони дійшли того або іншого висновку;

- поповнюють свої знання, наново їх систематизують, навчаються на своєму і чужому досвіді;

- роблять винятки з правил, використовують суперечливу і неправдоподібну інформацію;

- визначають рівень своєї компетентності, тобто те, чи можуть вони приймати рішення в даному випадку чи ні.

Перелічені процедури в повному обсязі не виконуються жодною програмною системою: зазвичай вони обмежуються першими двома. Тому побутує думка, що принциповою відмінністю експертних систем варто вважати їхню спроможність відтворювати уривчасті, неточні й суперечливі знання і маніпулювати ними. Вони повинні виконувати міркування не тільки і не стільки на основі формальної (математичної) логіки, скільки на основі комп' ютерної, тобто наближеної до людської логіки, причому система повинна вміти пояснювати, чому вона дійшла того або іншого висновку. Ці функції система зможе виконати, якщо міститиме компоненти, подані на рис. 33. Стисло охарактеризуємо функції основних блоків експертної системи.

База знань за допомогою тих або інших моделей відображає знання експерта про предметну область, способи аналізу фактів, що надходять, і методику висновків, тобто породження нових знань на підставі наявних знань та знань, що надійшли. Факти і правила існують у різних видах знань людини-експерта. Найбільш визнаними і широко використовуваними в сучасних експертних системах є такі види знань:

- глибинні й поверхові;

- якісні та кількісні;

- наближені (невизначені) і точні (визначені);

- конкретні і загальні;

- описові та наказові.

Ці види знань залежно від специфіки предметної галузі і кваліфікації проектувальника (інженера зі знань) з тією або іншою мірою адекватності можуть бути подані за допомогою однієї або декількох семантичних моделей. До найпоширеніших моделей належать: логічні, продукційні, фреймові та семантичні мережі.

Логічні моделі базуються на поданні знань у системі логіки предикатів першого порядку. Наприклад, факт «ВО-Азовсталь є постачальником» відображається у вигляді предиката таким чином:

є (во_азовсталь, постачальник).

Вивід нових знань здійснюється на підставі силогізмів. Правила формальної логіки поступово розширюються, наближуючись до «людської» логіки. Остання характеризується нечіткістю, у зв'язку з чим доцільним є виокремлення модальної, багатозначної, немонотонної, псевдофізичної та інших видів логіки.

Продукційні моделі подають знання у формі предиката першого порядку, а правила маніпулювання ними - за допомогою конструкцій «якщо-то». База правил складається з множини фраз типу:

ЯКЩО РЕНТАБЕЛЬНІСТЬ знизилася

І ПРИБУТОК збільшився

ТО СОБІВАРТІСТЬ ПРОДУКЦІЇ збільшилася.

Фреймове подання знань відбиває систематизовану у вигляді єдиної теорії психологічну модель пам'яті людини. Основний елемент моделі — фрейм — є відображенням структури даних для опису концептуальних (понятійних) об'єктів. Інформація, що стосується одного фрейма, міститься у слоті. Усі фрейми взаємозалежні й утворюють єдину систему, в якій поєднані факти (описові знання) і правила маніпулювання ними.

Семантична мережа — найбільш зручна і зрозуміла для експертів модель подання знань. Під семантичною мережею, як правило, мають на увазі граф, вузли якого відповідають поняттям або об'єктам.

Логічні виводи можуть ґрунтуватися на прямому або оберненому міркуваннях. Прямий ланцюжок пов'язаний із міркуваннями, що ведуться від даних до цілі міркування, а обернений — від цілі до даних — використовується для доведення міркування. Обернений вивід базується на графі ТА/АБО, що пов'язує в єдине ціле факти і висновки. Оцінка цього графа і є логічнии виводом. При цьому оцінюються лише ті частини графа, що стосуються висновку.

Пряме міркування характеризується простотою вибору правил, однак часто призводить до некерованого режиму постановки питань у діалозі і, як правило, до зниження швидкодії системи.

Блок логічних висновків має бути пристосований до роботи з ненадійними даними, що наближає експертну систему до реальної дійсності. Для цього розроблені нечітка логіка, коефіцієнти впевненості, байєсівська логіка, міра довіри тощо.

Блок пояснень також відіграє важливу роль: система повинна уміти пояснити, як вона дійшла того чи іншого висновку. В експертних системах, заснованих на правилах, пояснення одержують звичайно простежуванням ще раз тих кроків міркування, що привели до даного висновку.  

2.1. Економічні експертні системи

Управлінська галузь істотно відрізняється від тих предметних галузей, у яких створені й успішно функціонують експертні системи (медицина, геологія, конструювання, хімія тощо). Економічна сфера відстає від перелічених галузей як за кількістю, так і за якістю створених експертних систем, що можна пояснити складністю, динамічністю і великими обсягами знань, що підлягають відтворенню за допомогою комп'ютерів. Виявлення глибинних причин неефективності роботи того або іншого підприємства істотно залежить від уміння експерта проаналізувати стан виробництва й управління, сформулювати діагноз і виробити відповідний рецепт — перелік заходів. Очевидно, що перелічені процедури стосуються різних сфер діяльності підприємства — маркетингу, виробництва і т. ін. Все це досить важко відтворити в базі знань. Задані сфери діяльності вказують на перелік тих компонентів економічної експертної системи (ЕЕС), які повинні забезпечити управлінську діяльність. Перш ніж перейти до опису ЕЕС, треба спинитися на технології прийняття управлінських рішень в економічній сфері.

Управління об'єктом економічного профілю (підприємством, організацією, банком тощо) припускає виконання ряду функцій управління, основними з яких, як уже згадувалося, є: планування, облік, аналіз і регулювання. Щоб співвіднести послідовність виконання функцій управління з послідовністю дій ЕЕС, розгляньмо повторюваний цикл управління.

У поданому на рис. 34 циклі усі функції, за винятком формування цілі, можна автоматизувати. Причому функція обліку зазвичай автоматизується поза експертною системою і виконує роль допоміжного засобу. Функція цілеутворення також реалізується поза експертною системою, хоча і на основі інформації, що нею видається.

Економічні об'єкти, що базуються на жорсткій структурі і мають одну головну ціль, досягнення якої залежить від підпорядкованих їй підцілей, породжують ієрархію цілей, що відображає ієрархію структурних підрозділів підприємства. Розгортання головної цілі в систему підпорядкованих цілей відбувається доти, поки останні не перетворяться в конкретні дії посадових осіб.

Перетворення цілей у конкретні дії необхідне для вироблення плану дій на майбутнє. Виконання робіт обмежується ресурсами або резервами, що має важливе значення при прийнятті управлінських рішень. Жорстке визначення поняття «ресурс» відсутнє. Говорять про матеріальні, сировинні, трудові, грошові, енергетичні та інші ресурси. У найпростішому випадку можна вважати, що усе, що лежить в основі графа цілей, є ресурсом. Ресурс можна розглядати як ієрархічно побудовану систему. Причому головний ресурс забезпечує досягнення головної цілі, ресурси другого рівня — досягнення цілей другого рівня і т. ін.

Для жорстких організаційних систем (а саме до таких належать економічні об'єкти) ресурси, як і цілі, задані жорстко. Частина ресурсів перебуває в довгостроковому користуванні (будинки, устаткування, транспорт), а частина — швидко використовується (енергія, напівфабрикати, грошові кошти). Кожному ресурсу в дереві ресурсів відведено цілком певне місце, що майже не змінюється.

Крім поняття «ресурс», далі використовуватиметься поняття «резерв», під яким розуміється наднормативний розмір якогось ресурсу. У межах розміру резерву можна збільшувати обсяги робіт або розмір використовуваного ресурсу (акції, оренда, цінні папери).

Щоб прийняти рішення, необхідно оцінити економічну ситуацію і виявити причини відхилення від заданої траєкторії. Якщо причини вдалося розкрити (установлені діагноз і рецепт дій), з'являється можливість відкоригувати раніше сплановані дії (план), після чого цикл управління повторюється.

Звідси стає зрозумілим, які функції повинна виконувати ЕЕС:

1) розпізнавання сформованої економічної ситуації, її аналіз, формування діагнозу і найближчих цілей, досягнення яких забезпечить повернення до бажаної траєкторії розвитку підприємства;

2) вироблення шляхів досягнення сформульованих цілей без урахування і з урахуванням резервів підприємства;

3) поповнення бази знань, модифікація і ліквідація застарілих експертних знань із бази знань;

4) забезпечення «дружнього» інтерфейсу користувача із системою.

Реалізація другої функції вимагає створення спеціального блоку оцінки можливих шляхів досягнення цілей, сформульованих за допомогою першої функції. У результаті склад типової ЕЕС дещо змінюється, відображаючи специфіку економічних задач.

Порівняно з типовою експертною системою в економічну ЕС введені додаткові блоки (рис. 35): база даних, блок розрахунків, блок введення і коригування даних.

Необхідність у блоці розрахунків диктується тим, що обґрунтування прийняття управлінських рішень вимагає не тільки логічного висновку, а й здійснення ряду розрахунків, досить часто складних та об' ємних.

Без бази даних також не може обійтися жодна програмна система економічного профілю. У базі даних містяться планові, фактичні, розрахункові, звітні та інші постійні або оперативні показники. Наявність бази даних дозволяє використовувати стандартні процедури опрацювання файлів, що може різко скоротити витрати на їх підтримку.

Блок введення і коригування даних має місце в ЕЕС, якщо вона функціонує локально, тобто поза мережею передачі даних. У противному разі потреба в цьому блоці відпадає, бо в системах опрацювання облікових і звітних даних підтримується (коригується) необхідна інформація (баланс підприємства, звіт про прибутки і збитки тощо).

Блок логічних висновків і діагнозу є головним, оскільки за його допомогою користувач повинен установити шлях виходу з економічної ситуації, що виникла. Для цього виконується факторний аналіз показників, результати якого потім використовуються для логічного аналізу й оформлення діагнозу. Діагноз можна одержати на підставі формалізації знань експертів за допомогою конструкції «якщо—то».

Встановлення діагнозу необхідне для отримання правильного рецепту «лікування» підприємства. Тому, якщо вдалося довести хоча б одне правило «якщо—то», то це означає, що відомий перелік заходів, дій або процедур, які слід виконати для виходу з економічної ситуації , що створилася.

Рецепти, як і діагнози, мають ієрархічний характер: кожному рівню діагнозу відповідає свій рецепт більш або менш загального характеру.

Блок набуття знань пов'язаний із проблемою навчання та самонавчання системи. 

2.2. Експертні системи внутрішнього аудиту на підприємстві

Аудиторські експертні системи, відображаючи специфіку даного виду діяльності, на додаток до вже розглянутих блоків повинні забезпечити три види аудиторських перевірок:

1) аудит бухгалтерських і фінансових звітів з метою перевірки слушності їх складання;

2) аудит на відповідність установленим вимогам з метою перевірки слушності дій адміністрації (нарахування коштів на оплату праці, списання витрат) на підставі норм, стандартів і правил;

3) аудит господарської діяльності, або аудит ефективності роботи адміністрації, що складається з аналізу економіки підприємства і вироблення ефективної фінансової стратегії.

Останній вид аудиторської діяльності є ні чим іншим, як функціями економічної експертної системи, розглянутої раніше. Нагадаємо їх:

а) розпізнавання економічної ситуації, що склалася, її аналіз, визначення діагнозу та найближчих цілей, досягнення яких забезпечить повернення до бажаної траєкторії розвитку виробництва;

б) вироблення шляхів досягнення сформульованих цілей без урахування та з урахуванням резервів виробництва.

Специфіка аудиторської діяльності визначає додатковий набір блоків в ЕЕС, пов'язаних з контрольними функціями. Склад експертної системи внутрішнього аудиту подано на рис. 36. Блоки бази даних, бази знань, діагнозу і вироблення рекомендацій мають ті самі засоби, що й зазначені раніше.

Перевірювальні блоки (фінансової і бухгалтерської звітності, відповідності нормам і стандартам) базуються на спеціальних таблицях, що містяться у базах даних. Наприклад, таблиця перевірки достовірності балансу може мати таку форму:

Завершуючи опис загальних характеристик ЕЕС, слід звернути увагу на те, що вони допомагають під час прийняття рішень уникнути типових помилок, якими нерідко супроводжується практика управління:

1) підміна загального частковим, головного — другорядним, визначального — випадковим. Це особливо яскраво виражається в гіпертрофованому перебільшенні ролі одиничного чинника і пояснень за його допомогою стану підприємства;

2) хибність висновків за випадковою аналогією. Розумові висновки за аналогією нерідко приводять до важливих висновків, однак при цьому необхідно дотримуватися ряду логічних правил;

3) перебільшення ролі математики. Обмеженість математичних моделей спричиняється ілюзіями, що створюють видимість благополуччя. Будь-які розрахунки не в змозі охопити всі умови функціонування підприємства, тому математичні моделі можуть лише збагатити знання про процеси, що відбуваються, але не замінити їх.  

3. Приклади використання експертних систем на підприємствах

Експертні системи можуть використовуватися на підприємстві для вирішення різних задач (а не тільки суто економічних).

Експертна система ХСОМ використовується на виробничих підприємствах. Вона розроблена в науково-дослідному комп'ютерному центрі Карнегі Мелоун на замовлення корпорації DЕС. Основне призначення такої експертної системи — надання консультативних послуг під час вибору конфігурації комп'ютера конкретним замовником. Принцип дії системи такий: покупець вимагає комп'ютер відповідної якості з певним набором технічних характеристик. Такі вимоги формалізуються системою і на їх основі автоматично визначається точний набір провідників та модулів, а також апаратні засоби. На вхід системи при цьому відповідно до стандартних форм подаються вимоги замовника, а на виході формується набір комп'ютерних діаграм, які відображають логічні зв'язки між окремими компонентами того комп'ютера, що його бажає купити замовник. У подальшому ці діаграми використовуються технічним персоналом, який здійснює безпосереднє складання комп'ютера. Система ХСОМ дозволяє фірмі DЕС щорічно заощаджувати близько $2 млн.

Прикладом експертної системи, розробленої в СНД, є система РSY (розробник — московська фірма «САЙНТЕКС»). Ця система використовується керівниками підприємств, менеджерами, працівниками кадрових організацій та агенцій для здійснення професійного та психологічного добору під час прийому на роботу, для аналізу міжособових відносин та визначення психологічної сумісності співробітників, а також для ведення БД по кадрах з урахуванням особистісних характеристик людей. Система дозволяє:

1) використовувати готові тести для професійно-психологічного обстеження (до складу системи входять різноманітні тести, необхідні для визначення загального рівня розвитку, особистісних, ділових та інтелектуальних якостей обстежуваних, а також для визначення відхилень від психічної норми);

2) отримувати готові тестові характеристики за результатами обстеження;

3) проводити опрацювання результатів тестування, здійснювати добір найбільш прийнятних кандидатур на конкретні посади з урахуванням професійних та особистісних якостей;

4) створювати та редагувати тести, анкети, листи опитування;

5) здійснювати коригування питань, відповідей, шкал та умов проведення тестування, а також сортування та статистичне опрацювання підсумків обстежень.

Система РSY є по суті гібридною системою, до складу якої, окрім бази знань (БЗ), входять досить великі за обсягом БД для збереження тестів та відомостей про кадри, а також процедури статистичного опрацювання.

Знання досвідчених експертів-психологів використовуються у системі у вигляді конкретних логічних правил, застосування цих знань дозволяє отримувати текстову характеристику обстежуваних, яка ґрунтується на аналізі результатів різних тестів. Система РSY налічує понад 6 тисяч правил. В останній версії системи (3.0) БЗ дозволяє здійснювати формування найбільш прийнятних тестів для добору з конкретної спеціальності на основі професійно-психологічних вимог, що заздалегідь визначаються користувачем. Завдяки накопиченим знанням система РSY дозволяє досить швидко та з високою точністю визначати рівень розвитку особистісних якостей кандидатів на ту чи іншу посаду відповідно до вимог, що пред'являються до даної посади на основі нормативних документів. Система є досить поширеною в комерційних фірмах, а також в організаціях із соціальної адаптації безробітних.