Исследование аспектов применения искусственного интеллекта в цифровом производстве ювелирных изделий

УДК 004.8: 671

А.Э. Бураева

ИССЛЕДОВАНИЕ АСПЕКТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЦИФРОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Рассмотрено использование искусственного интеллекта в цифровом ювелирном производстве. На базе современных технологий искусственного интеллекта предполагается создание интеллектуальной системы. Данная система сформирует требования к ювелирному изделию в режиме диалога с пользователем. На базе технологий цифрового производства с использованием симуляторов станка с ЧПУ производится прототип изделия, внешнее представление готового изделия. А также в рамках проделанной работы были рассмотрены основные требования, предъявляемые к интеллектуальной системе, разработаны модели бизнес процессов после внедрения разработки, а также модель обучения интеллектуальной системы и модель базы знаний.

Ключевые слова: искусственный интеллект, интеллектуальная система, бизнес-процесс, цифровое производство, G-CODE, методологий IDEF, on-line диалог.

Введение

Направлением данной работы является искусственный интеллект, а также рассматривается возможность использования искусственного интеллекта в цифровом производстве ювелирных изделий. В современный век высоких скоростей, быстрого развития и непрерывного прогресса различных технологий науки и техники значительно чаще стало использоваться цифровое производство.

Целью данной работы является исследование возможности применения искусственного интеллекта при организации процесса диалога с заказчиком на естественном языке, формализация требований; разработать новый подход к организации производства ювелирных изделий, основанных на формализации требований заказчика, формулируемых в процессе диалога с некоторой интеллектуальной системой; выявить подходы к раз-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 369-380. © 2016. А.Э. Бураева.

работке такой системы. Кроме того, следует уделить внимание выбору представления ювелирного изделия для формализации требований заказчика.

Задачей исследования является интеллектуализация процесса производства. Необходимо организовать интеллектуальную систему для on-line диалога сбора требований к визуальному представлению ювелирного изделия.

Основным методом исследования данной работы является моделирование. Благодаря большим возможностям данного метода, его можно использовать вне зависимости от предметной области. В данном случае использование моделирования для визуализации ювелирных изделий, создания бизнес-процессов, баз знаний. Поскольку благодаря собранным жестко формализованным требованиям, имеется возможность редактирования, а также изменения физических параметров.

В рамках данной работы рассмотрим вопросы использования искусственного интеллекта в задачах моделирования в цифровом ювелирном производстве. Основу такого подхода составляют современные разработки в области цифрового производства, в частности, технологий производства ювелирных изделий.

Формирование требований к интеллектуальной системе

Формирование требований к системе начинается с определения предметной области, целей и задач, которые ставятся перед системой. Объектом исследования диссертационной работы является искусственный интеллект. Предметом исследования изучение применения искусственного интеллекта в цифровом ювелирном производстве. Целью данной магистерской диссертации является исследования возможностей искусственного интеллекта в сфере цифрового ювелирного производства, а именно при организации процесса диалога с заказчиком на естественном языке и формализации требований к изделиям [1].

Использование возможностей искусственного интеллекта позволит разработать новый подход к организации производства ювелирных изделий, основанный на формализации требований заказчика, формулируемых в процессе диалога с некоторой интеллектуальной системой. В результате исследования будут выявлены подходы к разработке такой системы, а также выбор представления ювелирного изделия для формализации требований заказчика для изготовления готового продукта [2].

Немаловажным этапом формирования требований к интеллектуальной системе (ИС) является обоснование необходимо-

сти создания интеллектуальной системы, а также ожидаемый эффект от разработки. Практическая значимость исследования заключается в автоматизации процесса производства. А именно сокращение времени выполнения, сокращение процессов выполнения ювелирных изделий, сокращения затрат материалов, увеличение наглядности полученных моделей ювелирных изделий. Следовательно, увеличение рынка сбыта, увеличение спроса на каждое уникальное ювелирное изделие. Поэтому необходимо на основе выработанных подходов организовать интеллектуальной системой для on-line диалога и сбора требований к визуальному представлению ювелирного изделия. Собранные требования будут использованы в тех или иных методах производства ювелирных изделий. На настоящий момент сбор требований к ювелирному изделию происходит преимущественно в словесной форме, как устной, так и письменной, при этом не всегда корректно сформулирован. Таким образом, автоматизация процесса производства позволяет также оценивать полученные в режиме диалога данные по различным параметрам. Перспективой разработки является расширение базы знаний, как пополнение самой базы знаний, так и расширение возможностей создания самой модели изделия. Внедрение данной разработки предполагает создание комплексной автоматизированной системы, которая существенно изменит процесс производства, ввиду чего создание интеллектуальной системы считать обоснованным и целесообразным.

Формирование требований к системе также состоит из аспектов функционального применения и использования на практике. Интеллектуальная система должна выполнять ряд элементов работ, позволяя организовать взаимодействие ювелира и заказчика при подборе дизайна ювелирных изделий:

1. общение в режиме on-line в форме диалога компьютер-клиент;

2. сбор требований по конкретному изделию, такие как геометрические особенности изделия, материалы, размеры, цвет и др.

Помимо основных требований существуют еще и другие требования, такие как возможность интеграции, с другими программными средствами, возможность экспорта данных в том или ином формате, а также хранение данных, которые впоследствии могут быть использованы по другим целям. Функциональность системы определяется простотой использования даже для пользователей с относительно низким уровнем компьютерной грамотности, а также возможность просмотра и анализа online

диалога системы и заказчика ювелиром. Стандартизация и унификация, как критерий формирования требований служит сценарий диалога системы и заказчика, который может быть представлен в форме дерева.

Разработка концепции интеллектуальной системы

Разработку концепции создания интеллектуальной системы включает в себя решение следующих задач [1]:

• Выбор типа интеллектуальной системы. Интеллектуальные системы классифицируются по различным признакам, а также по задачам, которые они решают. Необходимо подобрать такую систему, которая сможет наиболее полно удовлетворять поставленным выше требованиям и особенностям, а именно создание уникальных геометрических форм и образов.

• Построить новую модель процесса производства с применением интеллектуальной системы. Формализовать полученные бизнес процессы. Компьютерная модель интеллектуальной системы позволяет преобразовывать требования к ювелирному изделию из естественного языка на язык компьютера, с жестко формализованными требованиями конкретного изделия.

• Разработка логики работы интеллектуальной системы, позволяющей отвечать на поставленные вопросы, решать проблемы в рамках предметной области.

• Разработка модели обучения интеллектуальной системы.

• Разработка программной реализации производства изделий. Программная реализация и решение проблем машинной реализации вариантов визуализации изделий. Зачастую не все задачи, поставленные перед системой можно решить одним методом, языком программирования, одним видом программного обеспечения. В случае каких-либо конфликтных ситуаций, несовместимости программного обеспечения, будем рассматривать варианты решения проблем машинной реализации. А также генерации программы на языке G-CODE по заданным параметрам.

Важным аспектом разработки концепции создания интеллектуальной системы является изучение методов, используемых для создания такой системы. Основным методом исследования данной диссертационной работы является моделирование. Возможности данного метода позволяют использовать его в различных областях. В данном случае применение моделирования предполагается для визуализации ювелирных изделий, формализации и анализа бизнес-процессов, проектирования баз знаний. По-

лученные строго формализованные требования позволяют обеспечить редактирование и изменение физических параметров.

Исследование интеллектуальной системы и требований к ней предполагает построение следующих моделей:

1. модель бизнес-процессов с учетом изменений, процесса производства;

2. модель базы знаний искусственного интеллекта;

3. модель обучения искусственного интеллекта.

Для каждой модели необходимо формализовать конкретные характеристики и параметры. Итак, для создания модели бизнес-процессов производства ювелирных изделий b и модели обучения нам необходимо построение двух функциональных моделей IDEF0 «AS-IS» и «TO-BE». Модель «AS-IS» показывает, как стоит реализовать процесс производства без использования данной автоматизированной системы, тогда как модель «TO-BE» показывает процесс производства с учетом всех изменений, связанных с внедрением интеллектуальной системы [3].

Создание модели базы знаний искусственного интеллекта содержит возможные варианты диалога заказчика с системой, однако нельзя однозначно определить, что данная модель не будет развиваться. При дальнейшем использовании такой базы знаний планируется расширение ее за счет анализа наиболее важной информации, полученной в результате диалога заказчика и системы. А также возможность представления модели базы знаний.

Модели бизнес-процессов с учетом изменений процесса

производства

Для более наглядного отображения изменения процесса производства представим модель бизнес-процессов «AS-IS», как

Начало

>

Изготовление мастер - модели Изготовление резиновых пресс-форм Изготовление восковой модели

+

Изготовление Изготовление Выплавление

восковой елочки « литейных форм воска из опоки

Т

Очистка отливок »- Изготовление готовой отливки Г Конец

Рис. 1. Технологические процессы производства ювелирных изделий

Ü dbv cer -ix :

F4f gd« ¿-«es* ИсшЭЛ

jJ.^3 gl^î flj/j

I Ijpe «oCu

or.

T ♦

-M

Löf

-ГаСжР

AUTHOR PSDOTECT

NETTES imiítlíW

DATE 25-LL1+ REV

Ц J— '— -

Эомз "сs ^ i

DpCfflSfOl!

Ззаь j: rc гати

ГЗрсяаьмгш ракет

W2-

Ktaonp

iOeLas i

Pí/c. 2. Функциональная модель IDEF О «AS-IS»

j js^.TSF 1ЛС »Г,

| ГМ Ьй Саже Gtany tSodt/ Uo fi» Ckt 1М» jjop

zi EJ '  w^ja-jшаtiЩImaien

П5ГШ1—

J

Рис. 3. Функциональная модель IDEF О «ТО-BE»

происходит процесс производства до внедрения технологий искусственного интеллекта. Данная модель представлена на рис. 2.

Функциональная модель IDEF 0 «AS-IS» состоит из 6 этапов:

1. Создание эскиза, на данном этапе заказчик формирует наиболее важные характеристики будущего изделия, как правило, физические и геометрические. Также важно учесть различные варианты эскизов.

2. Под производство ювелирных изделий понимается выполнение всех технологических процессов производства, которые показаны на рис. 1 [4].

3. Маркировка изделия. Каждое изделие должно иметь оттиск знака-именника предприятия-изготовителя, зарегистрированного в территориальной государственной инспекции пробирного надзора государственной пробирной палаты и быть заклеймено в соответствии с Правилами клеймения изделий из драгоценных металлов, утвержденных Министерством финансов РФ.

4. Упаковка предусмотрена для создания безопасных условий для транспортировки, а также создание товарного вида для изделия.

5. Транспортировка обеспечивает доставку готовых изделий до заказчика, а также до непосредственного потребителя, согласно логистике производства конкретного предприятия.

6. Этап «Гарантийное обслуживание» создает условия поддержки и обслуживания ювелирных изделий.

На рис. 3 представлена подробная модель бизнес-процессов после внедрения интеллектуальной системы. На модели IDEF0 наглядно показаны процессы, которые выполняются так системой, так и станком с ЧПУ, при этом занятость ювелира значительно снижена.

Данная модель представляет собой 6 этапов:

1. Собрать требования к ювелирному изделию. На данном этапе формируются в режиме on-line диалога желаемые особенности изделия, основные геометрические характеристики.

2. Создать 3 D прототип. На основе собранных требований формируется эскиз изделия, утвержденный прототип изделия.

3. Утвердить эскиз. Утверждение эскиза является важной частью производства, поэтому предусмотрена возможность редактирования основных характеристик эскиза изделия. Генерация G-CODE [5].

4. Создать восковой формы. На данном этапе происходят основные технологические процессы производства, ИС на данном этапе не участвует в бизнес-процессах.

Рис. 4. База знаний. Ветка диалога форма основы изделия

5. Произвести изделие, учитывая все технологические правила производства ювелирных изделий. ИС на данном этапе не участвует в бизнес-процессах.

6. Доставить заказчику готовое изделие, т.е. получение заказчиков своего уникального ювелирного изделия.

Модель базы знаний искусственного интеллекта

Для наполнения базы знаний имеется также модель самой базы знаний, так и модель обучения ИС. Модель базы знаний, отображающая ветку диалога «Форма изделия» представлена на рис. 4. На данной схеме не показаны альтернативные потоки, варианты, когда диалог выходит за пределы предметной области или возможностей интеллектуальной системы. Однако все варианты альтернативных веток диалога реализованы программно.

Модель обучения интеллектуальной системы

Модель обучения в соответствии со стандартом IDEF0 представлена на рис. 5. Согласно данной модели исходными данными является стандартный движок ИС, необученный в своей предметной области, выходным данным обученная ИС [3]. Обучение ИС состоит из основных 5 этапов:

1. Проанализировать предметную область. На данном этапе анализируются и формируются наиболее важные моменты ювелирного производства, большое внимание уделяется вопросам

Злсзг-пь КС ^-^си

Р^ща^знгаруа^« првемлз С1

мэ

Т*ст*ра&цяьПО

Рис. 5. Функциональная модель ШЕЕ 0 обучение ИС

формирования эскиза, пониманиям лексикона предметной области.

2. Проработать возможные варианты вопросов. Также согласно полученной статистике необходимо продумать и проработать возможные варианты вопросов и ответов для подбора характеристик ювелирного изделия. На данном этапе обучения будет работать лингвист, который сформирует возможные синонимичные запросы для лучшего понимания ИС пользователей.

3. Создать шаблон. Создать шаблон искусственного интеллекта, предполагает собой соблюдение строго определенного синтаксиса написания базы знаний ИС.

4. Протестировать готовые шаблоны. Тестирование готовых шаблонов предполагает ликвидацию неработающих шаблонов путем выявления ошибок, в т.ч. неправильно написанного шаблона, некорректных связей в цепочках диалога, а также неверных выходов из цепочки диалога.

5. Внедрить ИС. Искусственный интеллект предполагает работу в режиме реального времени, выполняя поставленные перед ним задачи, а именно сбор и формализацию требований к ювелирным изделиям.

Заключение

В данной статье рассмотрены основные аспекты проектирования, разработки и внедрения СИИ в производстве ювелирных изделий, а именно методы построения и анализа моделей бизнес-процессов, вопросы проектирования структуры базы знаний автоматизированной системы, создания шаблонов для визуализации продуктов ювелирного производства и др.

Использование таких схем наиболее удобно для создания плана написания диссертации, так как это отражает характерные особенности рассматриваемой предметной области. Использование моделирования для процесса создания программного обеспечения считать очень целесообразным и обоснованным.

Практическая значимость данной разработки заключается в возможности снизить работу ювелира для выполнения того или иного изделия благодаря созданию данной разработки, а также сокращению времени выполнения, оптимизации процессов выполнения ювелирных изделия, сокращению затрат материалов, увеличению наглядности полученных моделей ювелирных изделий. Следовательно, увеличение рынка сбыта, увеличение спроса на каждое уникальное ювелирное изделие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТа 34.601-90 Стандарт разработки.

2. Потапов А. С. Технологии искусственного интеллекта. — СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. - 218 с.

3. Методология функционального моделирования IDEF0. — М.: Росстандарт России, 2000.

4. ОСТ 117-3-002-95 Изделия ювелирные из драгоценных металлов. — М.: Главное научно-техническое управление Минприбора СССР, 1995.

5. ГОСТ 20999-83 Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ. — М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1983. ti^re

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Бураева Арюна Эрастовна — студентка,

e-mail: aryunaburaeva@gmail.com, МГИ НИТУ «МИСиС».

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 369-380. A.E. Buraeva

STUDY ASPECTS OF THE APPLICATION OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN THE DIGITAL PRODUCTION OF JEWELRY

This work is devoted to the use of artificial intelligence in digital jewelry. Using on modern technologies of artificial intelligence is supposed to create intelligent systems. This way allows connecting with customer by online dialog. Customer can choose different kinds of jewelry, for example geometric and physical characteristics. Technology-based digital production, the use of simulators CNC machine produced a prototype product, the external representation of the finished product. And also in this work were considered basic requirements to be met by the intelligent system, developed models of business processes after the introduction of this software and learning model of intelligent system and model knowledge base.

Key words: artificial intelligence, intelligent system, business process, digital manufacturing, G-CODE, methodologies IDEF, on-line dialogue.

AUTHOR

Buraeva A.E., Student, e-mail: aryunaburaeva@gmail.com, Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Standartrazrabotki. GOST34.601-90(Development standard. State Standart 34.601-90).

2. Potapov A. S. Tekhnologii iskusstvennogo intellekta (Artificial brain technologies), Saint-Petersburg, SPbGU ITMO, 2010, 218 p.

3. Metodologiya funktsional'nogo modelirovaniya IDEF0 (The IDEF0 functional modeling method), Moscow, Rosstandart Rossii, 2000.

4. Izdeliya yuvelirnye iz dragotsennykh metallov. OST 117-3-002-95 (Precious metal jewelry. Industry standards 117-3-002-95), Moscow, Glavnoe nauchno-tekhnicheskoe up-ravlenie Minpribora SSSR, 1995.

5. Ustroystva chislovogo programmnogo upravleniya dlya metalloobrabatyvayushchego oborudovaniya. Kodirovanie informatsii upravlyayushchikh programm. GOST20999-83 (Numerical control units for metal-working machinery. NC data encryption. State Standart 20999-83), Moscow, Goskomitet SSSR po standartam, 1983.

UDC 004.8: 671