Методология создания мехатронных систем с искусственным интеллектом

формационные технологии. Системы управления. Т. 2. Вып. 3. Системы управления. 2006. С. 22 - 27.

T. Akimenko

ASSESSMENT OF PARAMETERS OF MOVEMENT TV-МОДУЛЯ INFLUENCING QUALITY OF THE IMAGE

The qualitative analysis of fluctuations of a platform of the mobile wheel robot with the installed TV-module is presented. The assessment ofparameters of movement of the threewheeled robot and the multibasic mobile wheel robot is lead.

Key words: the TV-module, the mobile wheel robot, transfer function, system of technical vision.

Получено 03.10.11

УДК 621.865.8; 382.049.77

С.Ф. Сергеев, д-р психол. наук, нач. отдела,

МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ С ИСКУССТВЕННЫМ ИНТЕЛЛЕКТОМ

Рассмотрены основные проблемы классической методологии создания меха-тронных систем. Показано изменение вектора развития и содержания мехатроники как научной дисциплины в связи с переходом от проектирования простых мехатрон-ных систем к сложным системам с искусственным интеллектом. Даны основные направления исследований длярешения проблемы сложных мехатронных систем.

Ключевые слова: мехатроника, искусственный интеллект, среда, самоорганизация, постклассические представления.

В настоящее время технологический прогресс связан с интенсивной конвергенцией технических и гуманитарных дисциплин, создающих базис для проектирования сложных систем с искусственным интеллектом. Возникают новые прикладные науки, изучающие межсистемные эффекты и эмерджентные свойства, появляющиеся при междисциплинарном объединении систем разной физической и информационной природы. К данному классу дисциплин относится мехатроника. В ней отражены результаты междисциплинарного синтеза, возникающего на стыке механики, микроэлектроники, информатики и автоматики.

В процессе развития мехатроники в поле ее зрения появляются проблемы, которые не рассматривались в классических представлениях о предмете и объекте мехатроники. Это, прежде всего, проблемы появления

245

новых качеств у усложняющихся объектов технической среды, их интеграция в новые качественные образования, проявляющие свойства интеллектуальных систем. Это базис зарождающейся эмерджентной мехатроники, и он проявляется все отчетливее, по мере того, как мехатроника берет на себя функции тематического обеспечения проектирования управляемых физических систем.

Проблемы классической мехатроники

Мехатроника рассматривается как наука о компьютерном управлении в технических системах, как современная парадигма развития технической кибернетики [1]. Считается, что мехатроника - это междисциплинарная отрасль научно-прикладного и инженерного знания, ориентированная на создание сложных технических систем. Однако в таких ее определениях не отмечена специфика межсистемных отношений, порождаемых во взаимодействующих и взаимноориентирующихся независимых подсистемах разной природы при получении общесистемного результата в процессе взаимодействия системы с рабочей средой. Понятие «среда», отделенное от проектирования системы в простых мехатронных системах, приобретает большое значение при переходе к системам, организующим свою деятельность в сложных отношениях с другими системами и средами. Именно здесь появляется понятие «интеллектуальное поведение» меха-тронной системы.

Классическая методология проектирования мехатронных систем базируется на традиционном для инженеров разделении задач проектирования технической среды, которая разбивается на фрагменты подсистем разной технологической природы с последующей интеграцией их с помощью компьютерных технологий. Такой подход оправдал себя при проектировании простых открытых электромеханических систем, но малоэффективен при решении задач, возникающих при создании закрытых самоорганизующихся на основе собственного опыта систем с «разумным» поведением технической компоненты. Наблюдаемый в мехатронике переход от решения траекторных задач к реализации целенаправленного поведения мехатронной системы требует новых методологических схем, обеспечивающих работу с системами организованной сложности, что требует глубокого знания механизмов самоорганизации и внедрения принципов управления, аналогичных психической регуляции в живых организмах. Это требует и изменения технико-технологического и компонентного репертуара и состава элементной и структурной баз проектирования, включая конвергенцию мехатроники с нанотехнологиями [1], но далеко не исчерпывается только этим.

Изменение научно-практического вектора мехатроники

Рассмотрим определение мехатроники, учитывающее ее междисциплинарный характер и изменение объекта проектирования от электромеханических управляемых компьютером модулей к самоорганизующимся интеллектуальным системам, действующим в сложных окружающих средах, решающим задачу целенаправленного поведения [2].

Мехатроника - наука о межсистемных и средовых взаимодействиях и интегральных эффектах, возникающих в сложных самоорганизующихся технических системах, действующих в природных, технических и социальных средах, их появлении, использовании, планировании и реализации технологиями инженерного и эргономического проектирования при достижении конечных целей системы.

В данном определении речь не идет об «искусственном интеллекте» и «интеллектуальном управлении» в мехатронной системе. Эти термины порождены инженерными интерпретациями бытовых психологических представлений о сложных объектах. Они мало полезны в конкретном проектировании. Некорректность данных аналогий связана с тем, что технические кибернетические системы и живые организмы работают на разных системогенетических принципах: первые из них - на основе реализации алгоритмического поведения, заданного разработчиками системы, а вторые включают механизмы рефлексирующего сознания обслуживающего биологическую целостность организма и личности [3].

Понятие «искусственный интеллект» для классического мехатрон-ного объекта является интерпретацией наблюдателя анализирующего поведение сложной системы в среде и наделяющего ее разумным поведением. При этом среда не отделена от системы и является одним из условий, фактором, определяющим направление адаптивной и преобразующей деятельности системы, ее поведения.

Сложные мехатронные системы являются замкнутыми системами, действующими в среде на основе интерпретаций своего опыта [4]. Это самоорганизующиеся системы, имеющие многоуровневую структуру. Филимонов Н. Б. представляет пример трехуровневой архитектоники самоорганизующейся системы управления [5]:

- на первом (нижнем) уровне действует исходная программа, задающая начальную организацию функционирования системы на основе концепций многорежимного регулирования. Реализуется принцип управления по состоянию;

- на втором (среднем) уровне действует программа, обеспечивающая текущую самоорганизацию системы на основе концепции ситуативного управления. Осуществляется логическое управление объектом, реализующим принцип управления по ситуации;

- на третьем (верхнем) уровне в соответствии с концепцией «само-упорядоченного» поведения действует программа, обеспечивающая структурную, функциональную и параметрическую адаптацию к условиям управления с использованием эволюционных алгоритмов. Здесь происходит активное взаимодействие системы со средой и обеспечиваются отбор, структурно-параметрическая настройка модулей первого и второго уровней и их запуск в соответствии с текущим режимом и создавшейся ситуацией.

Выводы

Можно сформулировать ряд направлений исследований, необходимых для решения проблемы создания мехатронных систем с интеллектуальным поведением:

- ассимиляция опыта самоорганизующихся систем в успешных и неуспешных взаимодействиях;

- возможность технической реализации циклов самоорганизации аутопоэтического типа в мехатронных системах;

- проектирование сложных мехатронных систем в их единстве со средой деятельности;

- разработка методов формализации самоорганизующихся систем;

- решение проблемы системной редукции сложности.

Все указанные направления в той или иной мере связаны с прогрессом в гуманитарных науках, служащих питательной средой для инженерных и технических решений в области мехатроники.

Список литературы

1.Теряев Е.Д., Филимонов Н.Б., Петрин К.В. Современный этап развития мехатроники и грядущая конвергенция с нанотехнологиями // Материалы 2-й Российской мультиконференции по проблемам управления. Мехатроника, автоматизация, управление. СПб: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. С. 9-20.

2.Сергеев С.Ф. Психологические проблемы проектирования мехатронных сред эргатических систем // Материалы 2-й Российской мультиконференции по проблемам управления «Мехатроника, автоматизация, управление». СПб: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. С. 287-290.

3.Сергеев С.Ф. Человеческий фактор в мехатронике: эргономические проблемы // Мехатроника, автоматизация, управление (МАУ-2009): материалы международной научно-технической конференции. Таганрог: Изд-во ТТИЮФУ, 2009. С. 172-175.

4.СергеевС.Ф. Инженерно-психологическое проектирование сложных эрготехнических сред: методология и технологии // Актуальные проблемы психологии труда, инженерной психологии и эргономики. М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2009. С. 429-449.

5. Филимонов Н.Б. Эволюционные принципы самоорганизации функционирования систем управления // Управление и информационные технологии: сб. докл. 3-й Всероссийской науч. конф. Т. 1. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. С. 35-44.

S.F. Sergeev

AI-MECHATRONICS SYSTEM DESIGN METHODOLOGY

A basic overview of the classical mechatronics methodology is considered. The changes in the discipline, based on the transition from the primitive mechatronics systems designing to the complex AI systems are discussed. The main research fields for the complex mechatronics systems problem-solving are described.

Key words: mechatronics, artificial intelligence, environment, self-organization, postclassical views.

Получено 03.10.11

УДК 681.5.01

O.B. Горячев, д-р техн.наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-38-35, olegvgor@rambler.ru,

А.В. Чадаев, магистрант,

МЕТОДИКА АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЭСП НАВЕДЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТА, БАЗИРУЮЩЕГОСЯ НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ

Предлагается методика автоматизированного анализа и синтеза электрического следящего привода наведения и стабилизации объекта, расположенного на подвижном основании, базирующаяся на использовании интеллектуальных алгоритмов управления.

Ключевые слова: ЭСП, подвижное основание, нечеткий регулятор, оптимизация функций принадлежности.

Проблема проектирования электрических следящих приводов на подвижном основании актуальна для обширной группы современных технических систем. К этой группе относятся приводы систем, предназначенных для слежения за объектами, перемещающимися в пространстве (приводы систем радиолокационных камер, оптических визиров, координаторов, астроориентиров). При соизмеримости моментов инерции привода и основания можно говорить об их взаимном механическом влиянии