1-1- مروری بر کاربرد سیستم­های خبره

در سال­های اخیر تحقیقات هوش مصنوعی، برای پدیدآوری نرم افزارهایی که بتوانند فکر کنند، آغاز گردیده است و در این میان انسان در جستجوی سیستم­هایی مشابه انسان­های کارشناس می­باشد. لذا به عنوان شاخه­ای از رشته وسیع هوش مصنوعی، تصور سیستم خبره، تصور برنامه کامپیوتری بود که توانایی جایگزینی با فرد خبره در رشته علمی یا عملی خاصی، مثلاً در کنترل فرایندها در کار تصمیم­گیری، را داشته باشد و توضیحاتی را برای افراد خبره یا غیرخبره ارائه دهد.

کاربردهای پیچیده یا غیرکلاسیک در سیستم­های خبره مطرح می­باشند و شامل کاربردهایی هستند که دربردارنده فعالیت­ها در دامنه های غیرکلاسیک می­باشند. دامنه های غیرکلاسیک، دامنه­های پویا و جدیدتری هستند که دو مبحث کاملاً متمایز “کنـترل فرایند” و “امور مـالی” به این دامنه­ها تعلق دارند[1]. به هرحـال از دید فنی در مقـابل دامنه­های کلاسیک، این دامنه­ها آن­هایی هستند که هنگام تداوم استدلال، هدف استدلال ممکن است تغییر یابد، یا امکان دارد پاسخ در محدوده زمانی معینی مورد نیاز باشد، و توصیف کامل این سیستم­ها یا در دسترس نبوده (به ویژه در امور مالی) و یاناقص وبسیار پیچیده باشد.

اولین سیستم­های خبره در دهه 1970 توسعه یافتند. از نخستین سیستم‌های خبره می‌توان به DENDERAL اشاره کرد که در سال 1965 توسط پژوهشگران هوش مصنوعی در دانشگاه استنفورد ساخته شد[2].

DENDERAL می‌توانست با بررسی آرایش و اطلاعات مربوط به یک ماده، ساختار مولکولی آن را شبیه‌سازی کند. کارکرد این نرم‌افزار چنان خوب بود که می‌توانست با یک متخصص رقابت کند. از دیگر سیستم‌های خبره مشهور می‌توان به MYCIN اشاره کرد که در سال 1972 در استنفورد طراحی شد. MYCIN برنامه‌ای بود که کار آن تشخیص عفونت‌های خونی با بررسی اطلاعات به دست آمده از شرایط جسمی بیمار و نیز نتیجه آزمایش‌های او بود.

PROSPECTOR  یک متخصص در امر زمین­شناسی است که احتمال وجود رسوبات معدنی در یک ناحیه بخصوص را پیش­بینی می­کند. این سیستم در سال 1987 توسط «ریچارد دودا» و «پیتر هارد» و «رنه ربو» ساخته شد.

در اوایل دهه 80 سیستم­های متخصص به بازار عرضه شد که می­توانستند مشورت­های مالیاتی، توصیه­های بیمه­ای و یا قانونی را به استفاده­کنندگان خود ارائه دهند.

 سیستم­های خبره­ی اندکی نیز برای استفاده در سیستم­های کیفیتی ایجاد شده­اند. از این میان می­توان به مواردی اشاره نمود. یک سیستم کنترل کیفیت مبتنی بر دانش که می­توانست روش اجرایی بازرسی­ها و نیز چارت­های کنترلی مورد نیاز برای متغیر­های کمی و کیفی را مشخص کند در سال 1988 توسط حُسنی [3] توسعه یافت که یکی از اولین سیستم­های خبره در زمینه کنترل کیفیت است. البته این سیستم تنها قادر به انتخاب چارت کنترلی مناسب و نیز تشخیص تحت کنترل بودن یا خارج از کنترل بودن فرایند بود. در سال 1989 نیز سیستم خبره­ای جهت تخصیص فرایند تضمین کیفیت در زمینه مواد اولیه توسط کراوفرد و ایادا [4] ایجاد شد که وظیفه اصلی آن کنترل مواد ورودی به صنایع تولیدی بود. تعداد زیادی سیستم­ خبره نیز  طراحی شدند که کار اصلی آن­ها انتخاب کنترل چارت مناسب برای هر پارامتر بود که از آن جمله می­توان به سیستم خبره طراحی شده توسط الکساندر و جاناتان [5] اشاره کرد.

البته سیستم­های خبره­ای نیز جهت استفاده در کنترل کیفیت آماری طراحی شده­اند که از میان آن­ها می­توان به سیستم خبره­ای که توسط جیمز، اوانز و لیندسی [6] در سال 1988 طراحی شد اشاره نمود. این سیستم نه تنها می­توانست چارت کنترلی مناسب را انتخاب کند، بلکه قادر بود تفسیر­های مورد نیاز بر روی هر نمودار را نیز به کاربر خود ارائه کند. سیستم­های خبره­ای نیز برای ارزیابی سطح کیفیت تولید در سال های 1990 به بعد توسعه یافتند که اکثر آن­ها با شاخص های کیفیتی نظیر قابلیت فرایند کار می­کردند که از جمله آن ها می­توان به سیستم خبره طراحی شده توسط برینک و ماهالینگام [7] اشاره کرد. سیستم خبره­ای نیز در سال 1989 به همت دانشمندان آلمانی از جمله فیفر [8] برای شناسایی عیوب در طول خط تولید طراحی شد. این سیستم قادر بود عیوب مربوط به محصول را با استفاده از داده­های جمع آوری شده از بازرسی­ها شناسایی کند.

در سال­های اخیر نیز تحقیقات اندکی بر روی این زمینه صورت گرفته است که بیشتر آن­ها به سمت استفاده از سیستم­های کنترل کیفیت اتوماتیک و سریع پیش رفته­اند. از این میان می­توان به  ایجاد یک سیستم خبره بازرسی تصویری اتوماتیک در سال 2008 توسط لیو و چن [9] اشاره کرد که برای بازرسی تصویری اتوماتیک و استفاده از چارت­های کنترل آماری فرایندچند متغیره مورد استفاده قرار می­گیرد. در سال 1999 نیز گوه، تانوک و اُبرایان [10] یک ابزار هوشمند برای کنترل آماری فرایند به­روز و اقتصادی ارائه کردند. در سال 1996 سایا و وان [11]  یک سیستم کنترل خبره در زمان واقعی را طراحی نموده­اند که هدف آن کنترل چند سطحی و به لحظه بود.

در چندین مقاله نیز به طراحی سیستم خبره جهت کنترل پارامترهای کنترلی در خطوط تولید خاص اشاره شده است. بناستره، اُرس و پریس [12] در سال 2004 یک سیستم خبره جهت کنترل یک پارامتر کنترلی و تعیین اقدامات اصلاحی مورد نیاز بر روی آن در صنایع تولید روغن زیتون، طراحی نمودند. پائولو و پوگ­جانر [13] در سال 1999 سیستم خبره­ای طراحی نمودند که وظیفه آن کنترل جذب سطحی ماشین­های خنک کننده با استفاده از شبکه­های عصبی و سیستم­های خبره بود. داویدسون [14] هم در سال 1994 در مقاله خود به استفاده از سیستم خبره در صنایع غذایی  اشاره کرده است.

چن، لی و زاین [15] در سال 2007 سیستم خبره­ای را بر اساس کنترل ماتریسی پویای تطبیقی[1] برای کنترل مدار­های بالمیل در صنایع طراحی نمودند که از آن می­توان در صنعت کاشی و سرامیک نیز بهره جست. لی [16] نیز در سال 2005 در پایان­نامه خود سیستم خبره­ای را طراحی نموده است که به تشخیص عیوب سطح کاشی­های براق به صورت اتوماتیک کمک می­کند.

2-1- اهمیت موضوع، هدف از انجام تحقیق و روش انجام تحقیق

تحولات شتابان اخیر در بازار­های رقابتی باعث توجه بیش از پیش به مبانی و نگرش مدیریت کیفیت در سازمان­های تولیدی و خدماتی شده است و به تبع آن استفاده گسترده­تری از ابزار­های مدیریت کیفیت در اداره این سازمان­ها به عمل می­آید.

کنترل آماری فرایند یکی از بهترین ابزار­های مدیریت کیفیت جامع است که عموماً برای مینیمم کردن واریانس هر فرایند به کار گرفته می­شود. کنترل آماری فراینددو کارکرد عمده دارد که عبارتند از:

1- کنترل فرایند­ها و تشخیص انحرافات فرایند­ها

2- انجام اقدام اصلاحی

با توجه به پیشرفت صنایع در دهه­های اخیر و ایجاد محیط­های تولیدی بزرگ با فرایند­های طولانی، پیچیده و حساس، نیاز به استفاده از یک سیستم کنترل آماری فرایندبیش از پیش لزوم پیدا کرده است. اما به علت وجود پارامتر­های کنترلی زیاد و تغییرات مداوم آن­ها، صنایع تولیدی شدیداً به یک سیستم کنترل کیفیت اتوماتیک نیازمندند. تحقیقات زیادی بر روی این زمینه صورت گرفته است اما همگی آن­ها تمرکز خود را بر روی کنترل فرایند گذاشته­اند و به فعالیت دیگر یعنی انجام اقدام اصلاحی توجه خاصی ننموده­اند. به دلیل زیاد بودن تعداد پارامتر­های کنترلی، کنترل آن­ها به صورت یکپارچه نیز بسیار مشکل خواهد بود و لذا تعیین وضعیت محصول نهایی قبل از تولید بسیار مشکل است.

یکی دیگر از مشکلات صنایع تولیدی عدم اطلاع از وضعیت تولید محصولات جدید می­باشد. در این صنایع معمولاً برای تعیین پارامترهای کنترلی هر فرایند از روش آزمون و خطا استفاده می­کنند و به همین دلیل میزان محصولات خراب در ابتدای تولید بسیار زیاد است و به مرور و با تنظیم شدن کلیه پارامترهای کنترلی کاهش می­یابد.

با استفاده از روشی که در این تحقیق بیان شده است می­توان کلیه پارامتر­های کنترلی در طول خط تولید را به صورت یکپارچه کنترل نمود و در ضمن امکان تعیین پارامترهای کنترلی محصول نهایی نیز امکان پذیر خواهد بود.

با استفاده از سیستم­های خبره و تعیین حالات مختلف هر پارامتر به مرور زمان و یافتن روابط مابین پارامتر­ها از طریق روش­های آماری و تعیین قوانین حاکم بر آن­ها می­توان یک سیستم هوشمند ایجاد نمود به طوری که ورودی­های سیستم وضعیت فعلی هر پارامتر از هر فرایند خواهد بود و خروجی این سیستم وضعیت کنترل هر فرایند (تحت کنترل یا خارج شدن از کنترل) و نیز پارامتر­های کنترلی محصول نهایی خواهد بود.

 با استفاده از این سیستم خبره می­توان اقدامات اصلاحی پیشنهادی را ابتدا شبیه­سازی نمود و پس از اثبات کارایی آن، سریعاً اقدام اصلاحی مناسب را اعلام نمود. این شبیه­سازی در تنظیم اولیه پارامتر­های کنترلی نیز می­تواند به کار گرفته شود به طوری که قبل از شروع به تولید واقعی، می­توان وضعیت پارامتر­های محصول نهایی را با استفاده از این سیستم بررسی نمود تا از مناسب بودن آن اطمینان حاصل کرد. در ضمن با استفاده از این سیستم می­توان چندین پارامتر را به طور همزمان کنترل نمود.

سیستم طراحی شده در این تحقیق تاکنون در هیچ صنعتی در ایران برای مباحث کیفیتی استفاده نشده است و در مقالات اندکی نیز به اجرای آن در بعضی از صنایع خارج از کشور اشاره شده است. در چندین مقاله تنها به کنترل یک پارامتر توسط یک سیستم خبره اشاره شده است.

روش تحقیق به صورت مطالعات کتابخانه­ای و اینترنتی به همراه طراحی یک سیستم خبره(با یکی از نرم افزار­های موجود)، تجزیه وتحلیل، پیاده سازی در شرکت کاشی مرجان و اعلام نتایج حاصله است.

3-1- معرفی فصل های بعدی

این رساله متشکل از پنج فصل است. مرور بر ادبیات موضوع در فصل اول بیان شد. در فصل دوم نحوه استقرار کنترل آماری فرایند مورد بحث قرار می­گیرد. در فصل سوم نحوه طراحی یک سیستم خبره برای استفاده در کنترل آماری فرایند مورد بررسی قرار خواهد گرفت. طراحی و پیاده سازی سیستم خبره طراحی شده در شرکت کاشی مرجان در فصل چهارم آمده است و نهایتاً در فصل پنجم نتیجه­گیری کلی از تحقیق و پیشنهادات آتی آورده می­شود.

– 1 Adaptive Dynamic Matrix Control