Desarrollo de un sistema de inferencia disfusa

Descripción del proyecto

CRITERIO

PROBLEMA

El proyecto está enfocado en la construcción de unos módulos para captura de conocimiento y consulta del Centro Inteligente de Diagnóstico y Mantenimiento para la Industria EXPERTIK, orientado específicamente a maquinaria, generando una base de datos de conocimiento, la cual será usada para almacenar las condiciones y reglas generadas por los expertos, que utilice un algoritmo de inferencia para dar solución inteligente a las peticiones de los usuarios no expertos que infiera sobre la base de conocimiento, a través de interfaces Web de administración y consulta.

Este centro inteligente, va encaminado a dar solución a cuatro aspectos importantes del conocimiento en las empresas; en muchas ocasiones las organizaciones tienen la necesidad de solucionar problemas de diferente criticidad que se presentan en la maquinaria que hace parte de sus procesos productivos y el conocimiento generado para la resolución de los mismos queda en manos de personas que no documentan, ni transmiten ese conocimiento. A esto se puede agregar que el acceso a ese conocimiento para algunas organizaciones es muy costoso, pues deben contratar a personal experto en el problema específico para su resolución.

El proyecto plantea la siguiente situación: en vez que los expertos vayan al sitio especifico a resolver el problema, será el usuario normal o no experto en el tema que trabaja en la empresa, quien pueda consultar y aplicar una solución, enviando los valores de las variables del problema especifico en línea, de modo que ya no sea personal experto (que generalmente nunca está disponible) quien maneje la situación, sino el sistema basado en el conocimiento (SBC) quien genere la solución al problema planteado de acuerdo a las variables introducidas y basado en el conocimiento que profesionales expertos en el tema han ingresado al sistema con antelación. Es así como el centro inteligente de mantenimiento y diagnóstico incorporará los 4 aspectos importantes que son:

• Mejorar la calidad del conocimiento de los expertos en la industria

• Conseguir la supervivencia de los expertos en el tiempo. Los expertos pueden fallecer y con él su conocimiento.

• Multiplicar el número de expertos y especialistas en un tema especifico dentro de las organizaciones

• Disminuir el costo del conocimiento permitiendo que más empresas accedan a este tipo de servicio.

La arquitectura que se utilizaría seria la siguiente:

Figura 1. Arquitectura del sistema planteado

Esta arquitectura funcionará bajo el principio de Web Servicies sobre la arquitectura SOA (Services Oriented Architecture) debido a que esta arquitectura está abierta a cualquier tipo de tecnología.

Justificación

Dentro de las organizaciones y empresas de carácter industrial, se presentan problemas de diversa índole, muchos de ellos asociados a sus procesos productivos; en muchas situaciones se presentan inconvenientes que están directamente relacionados con procedimientos o maquinaria industrial de dichas organizaciones, generando retrasos y sobrecostos. El problema no está en que este tipo de situaciones ocurra; realmente radica en el momento en que las empresas no tienen a su servicio expertos que den solución inmediata a dichos inconvenientes, ya sea porque no hacen parte de su planta de personal y dependen del tiempo asignado por las agendas de expertos externos, porque los costos de personas capacitadas para la resolución de dichas situaciones suele ser bastante altos, o bien, porque las personas expertas que tienen en su empresa no se encuentran disponibles.

En este último caso, se encuentran las empresas que cuentan con personal altamente calificado, que esta a cargo de procesos expertos y en algún momento se vuelven "indispensables" para la empresa; en esta situación, la persona no puede faltar con sus obligaciones en la empresa, ya que es la única que posee el conocimiento sobre procedimientos de diagnóstico y mantenimiento de maquinaria y debe estar pendiente de todo lo que sucede en caso de cualquier imprevisto. Generalmente estas personas son celosas con su posición y aún más con su conocimiento, de modo que no documentan ni traspasan sus saberes.

Cuando las empresas deben recurrir a personal externo, y el experto ha conseguido dar solución a su impase, éstos mantienen consigo el conocimiento y no lo dejan documentado a la empresa (de modo que puedan requerir de sus servicios a futuro). Esto hace que las empresas sean dependientes de un soporte experto y que asuma de manera constante los costos que esto le genere.

El proyecto pretende mejorar este tipo de situaciones, de modo que el conocimiento se mantenga residente y pueda ser actualizado y re-utilizado por las empresas una y otra vez. Es decir, las empresas contarían con el servicio permanente de su propio sistema experto, de modo que tengan acceso al conocimiento de expertos que se encuentra allí almacenado, para utilizarlo en cualquier situación de diagnóstico o mantenimiento industrial para el cual se encuentre programado y sea de interés directo para la organización. Esto trae beneficios directos en reducción de tiempos en situaciones de diagnóstico y mantenimiento, y de costos que son generados por retrasos cuando las situaciones no cuentan con una solución inmediata.

Las empresas invierten parte de sus recursos en procesos de diagnóstico y mantenimiento industrial; el proyecto está orientado a apoyar estos procesos, proporcionando beneficios directos dentro de los cuales se pueden describir los siguientes:

• Reducción de tiempo en la toma de decisiones, ya que el servicio estaría disponible cuando la empresa lo requiera.

• Apoyo en la toma de decisiones, basado en los hechos ocurridos, ya que se podrán ingresar los valores de las variables necesarias, para proporcionar un diagnóstico de la situación problema.

• Mejoramiento del desempeño del recurso humano "no experto", ya que podrán hacer parte de la solución en procesos críticos apoyados por el conocimiento experto que se encuentra disponible en el sistema;

• Mejoramiento en el diagnóstico de fallas y mantenimiento, pues el servicio inferirá las soluciones suministradas por expertos en el tema y que han sido interpretadas, analizadas y traducidas a la base de conocimiento;

• Optimización de tiempos productivos, en cuanto se contará con soluciones en el menor tiempo posible gracias a la disponibilidad del servicio implementado;

Conservación del conocimiento y experiencia de la organización, pues la base de conocimiento será actualizada al ritmo y necesidad que la organización lo requiera, aprovechando la experiencia de nuevos hechos que puedan servir para suministrar al sistema experto.

OBJETIVO GENERAL

DESARROLLAR LAS INTERFACES PARA CAPTURA DE CONOCIMIENTO Y CONSULTA DE CONOCIMIENTO UTILIZANDO LA LOGICA BORROSA; EN WEB PARA EXPERTIK S.A.S

OBJETIVOS ESPECIFICOS

REALIZAR EL DISEÑO DE LAS INTERFACES PARA CAPTURA DE CONOCIMIENTO Y CONSULTA DE CONOCIMIENTO EN WEB UTILIZANDO UML.

REALIZAR EL RE DISEÑO DE LA BASE DE DATOS QUE INCLUYA EL SOPORTE A ELEMENTOS DEL MOTOR DE INFERENCIA FUZZY COMO LO SON LAS VARIABLES DE ENTRADA, REGLAS Y VARIABLES DE SALIDA UTILIZANDO DB-DESIGNER.

DESARROLLAR LAS INTERFACES PARA EL INGRESO DE CONOCIMIENTO QUE INCLUYA EL INGRESO DE VARIABLES DE ENTRADA, VARIABLES DE SALIDA Y REGLAS DEL MODELO DE LOGICA FUZZY.

DESARROLLAR LAS INTERFACES PARA LA CONSULTA DE CONOCIMIENTO QUE INCLUYA SOLO LAS VARIABLES DE ENTRADA DEL MODELO FUZZY Y SUS SALIDAS PARA WEB.

DESARROLLAR LAS INTERFACES PARA LA CONSULTA DE CONOCIMIENTO QUE INCLUYA SOLO LAS VARIABLES DE ENTRADA DEL MODELO FUZZY Y SUS SALIDAS PARA WEB MOVIL.

REALIZAR LA INTERCONEXION CON EL SERVICIO DE INFERENCIA EN LOGICA FUZZY A TRAVES DE WEB SERVICES.

Bases teóricas

CRITERIO

SISTEMAS EXPERTOS

De acuerdo con Castillo y Acuare, definen un sistema experto como "Un sistema informático que simula el proceso de aprendizaje, de memorización de razonamiento, de comunicación y de acción de un experto humano en una determinada rama de la ciencia, suministrando de esta forma, un consultor que pueda sustituirlo y/o apoyarlo con unas ciertas garantías de éxito". La aplicación de este tipo de sistemas no se puede enfocar en problemas que aun no han sido resueltos por los expertos.

CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS EXPERTOS

Para que los sistemas expertos sean útiles deben tener las siguientes características:

Facilidad de modificación de los conocimientos, dado que estos avanzan cada día en todas las áreas y por tanto si no hay actualización, el sistema se vuelve de poca utilidad. En el caso de este proyecto el diagnostico y los procedimientos de mantenimiento no serán útiles.

Capacidad de manifestar un comportamiento racional para resolver correctamente los problemas que se le asignen y para los cuales fueron diseñados.

Explicación clara de lo que están haciendo y por que lo están haciendo, así como dar razón del cómo se llega a una determinada respuesta.

Facilidad de comunicación con los expertos y usuarios

Rapidez de almacenamiento y manejo de los datos y conocimientos de un área especifica.

ALCANCES DE LOS SISTEMAS EXPERTOS

Dentro de los principales alcances de un sistema experto se tienen los siguientes:

Mejorar la calidad del conocimiento: Mejorar la calidad del conocimiento en un cierto tiempo y que el proceso de formalización y construcción de las bases de conocimiento, tienen la posibilidad de ordenar, clarificar y relacionar el conocimiento y los criterios de decisión que se utilizan en la toma de decisiones.

Conseguir la supervivencia del conocimiento: plasmar en las bases de conocimiento digitales el conocimiento de los expertos los cuales es constituyen en memorias institucionales.

Multiplicar el numero de expertos y/o especialistas: multiplicar los especialistas para hacer mas accesible el conocimiento existente

Disminuir el costo del conocimiento: En las organizaciones en las áreas en los cuales los expertos son muy escasos o costosos.

TIPOS DE SISTEMAS EXPERTOS

Suministradores de información: Orientan e informan sobre como abordar problemas, aspectos a tener en cuenta y técnicas mas utilizadas en su solución.

Resolutores de problemas: Dan solución completa al problema tal como lo haría un experto y/o especialista

De explicación: explican causas de ciertos resultados. Comportamientos y decisiones.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS EXPERTOS

Las ventajas y desventajas de los sistemas expertos y su utilización en la industria.

De acuerdo con lo anterior, los sistemas expertos tienden a dar más ventajas que desventajas y de ahí su aplicación en varios sectores del conocimiento humano. Uno de los sectores es el de la industria.

La aplicación de los sistemas expertos ha venido creciendo con el tiempo y con el avance en la tecnología (software, hardware y comunicaciones), de acuerdo con la siguiente gráfica de un estudio realizado en la última década por los autores Quinlan y Durkin y tomada como referente, el número de aplicaciones fueron creciendo y una de los sectores donde más aplican los sistemas expertos es en la medicina, industria y negocios.

Figura 2. Campos de aplicación de los sistemas expertos

Figura1. Número de aplicaciones desarrolladas por área de conocimientos

Del total de 2500 aplicaciones desarrolladas un alto número entre 300 y 400 aplicaciones están siendo aplicadas al sector industrial [ver libro Sistemas Expertos y Redes probabilísticas, Enrique Castillo, José Manuel Gutiérrez, Ali S. Hadi, capitulo 1.2]. Esto hace pensar que en nuestro país las cifras pueden llegar a ser similares. Sin embargo los tipos de desarrollos a nivel regional y nacional se han dedicado a desarrollar aplicaciones puntuales y estos han sido algunos de los trabajos.

Tabla 1. Proyectos de investigación con sistemas expertos

Existen muchos trabajos más a nivel de materia de investigación, en ellos son usadas múltiples técnicas y tecnologías que se ha utilizado para el desarrollo de estos productos, entre ellos la lógica Fuzzy, redes neuronales, sistemas determinísticos, sistemas probabilísticas, modelos de grafos aplicados a la IA entre otros. Cada aplicación es específica y casi que todas las aplicaciones están orientadas a un problema como tal. Como se ve en la grafica una de las grandes aplicaciones de los sistemas expertos es en la industria (esto a nivel mundial y como productos independientes).

Diseño metodológico

CRITERIO

Durante el avance del proyecto, se utilizará una metodología de prototipado evolutivo, en la que se elaboran tareas de manera progresiva que involucran actividades conjuntas de especificación, desarrollo y validación, que permitirán llegar de versiones iniciales e intermedias del proyecto a su versión final. El proyecto contará con las siguientes fases y actividades durante su desarrollo:

• Fase de Investigación y Preliminares: En esta primera fase, se espera contar con todo el fundamento teórico necesario que sirva de respaldo para el desarrollo del proyecto y la definición de las mejores herramientas tecnológicas que se utilizarán para su diseño y elaboración. Dentro de las actividades se espera obtener:

Investigación de los modelos de inferencia en SBC, especificación de características, ventajas, desventajas, aplicabilidad.

Estudio de las herramientas tecnológicas para el desarrollo de SBC en ASP

• Fase de Diseño y Desarrollo: A la par que se van aclarando los conceptos, se debe aterrizar la idea a través de un diseño que sirva de guía para la etapa de desarrollo del servicio. En esta fase se obtiene el diseño y la lógica funcional y de infraestructura del proyecto para su desarrollo. Dentro de las tareas a desarrollar están:

Diseño del proceso de administración e ingreso de información al sistema por parte de personal experto en temas específicos.

Diseño del proceso de consulta e ingreso de variables al SBC

Desarrollo de los módulos de administración, consulta e interconexión con el procesamiento en el SBC.

• Fase de Pruebas y Ajustes: A medida que se van desarrollando módulos de la aplicación, cada uno de ellos debe pasar por una etapa de pruebas y ajustes; en caso que el módulo no cumpla con las especificaciones requeridas, deben realizarse los respectivos ajustes las veces que sea necesarias hasta que llegue a su versión final. En esta fase se tienen en cuenta las siguientes tareas:

Adquisición del conocimiento con los expertos en el área, para plasmarlo en una base de conocimiento

Integración del conocimiento con el sistema

Pruebas de acceso e ingreso de información

Pruebas de procesamiento y salida de resultados a partir de la inferencia realizada.

Verificación, depuración y validación del sistema

Ajustes de los resultados de las pruebas al funcionamiento lógico del sistema.

Elaboración de manuales de funcionamiento y operación del producto desarrollado.

CRONOGRAMA

2. DESARROLLO

Autor:

Juan Pablo Lasso