В.Жданов: А теперь и базы знаний

Проект от 11.02.2017 

Глава ХХХ. Главное – это пространственное воображение!

Как и для кого ЦНИИ АСУ ГА создавал систему искусственного интеллекта1

Жданов Виталий Петрович, к.э.н., проф. Академии военных наук (г.Москва), сотрудник ЦНИИ АСУ ГА с 1972 по 1993 годы.  

Ныне: независимый эксперт по региональной экономике, Калининград, Россия 

Для меня, как и для многих других сотрудников Института, и приятные, и неприятные события, как правило, начинались со звонка из приемной начальника ЦНИИ АСУ ГА.  

Так  было и на этот раз: по внутреннему телефону нежный голос секретаря начальника Института Ирины (в последующей жизни, а прошло уже более двадцати лет, мне не доводилось слышать столь же приятный голос) весьма жестко скомандовал: Виталий Петрович, к шефу! 

За те несколько минут, которые заняли спуск вниз с третьего этажа корпуса Б, переход в старый корпус и подъем скачками на второй этаж в приемную Эдуарда Ивановича, я не смог вспомнить неисполненных мной поручений2 и прочих проступков, влекущих за собой снижение квартальной премии, увольнение из Конторы и лишение ученой степени, и поэтому вычислил: будет какое-нибудь рядовое (оно же – рутинное) задание. 

Постановка задачи

Однако, кроме Махарева в кабинете был начальник ГлавНТУ МГА3 Дмитрий Ростиславович Карташов, и, похоже, между ними перед моим визитом состоялся очень  принципиальный разговор: в атмосфере кабинета явно ощущался запах озона (слава Богу, что не серы …), а на шторах, выходящих на ул. Ломоносова, слегка дымились и потрескивали остаточные атмосферные разряды. В нежелании смотреть друг на друга двух высокопоставленных соратников отчетливо прочитывались признаки несоответствия объемов текущего финансирования деятельности ЦНИИ АСУ ГА с важностью стоящих перед Институтом задач. Рутинными поручениями ко мне, как к ученому секретарю Института, в кабинете не пахло. 

____________________

1 Начало описываемых событий относится примерно к сентябрю 1989 года.

2 Коллеги, помните маленькие квиточки о Ваших неисполненных обязательствах с публичной раздачей их понедельничном разборе?

3 Главное Научно-техническое управление МГА. Ранее его возглавляла легендарная Татьяна Анодина, а с 19__ года Дмитрий Александрович Карташов.

С Дмитрием Ростиславовичем мы были знакомы: как ученый секретарь ЦНИИ АСУ ГА я присутствовал на некоторых совещаниях в ГлавНТУ МГА, но разница в наших статусах была огромной.

Разговор неожиданно начал сам Карташов:  

- Виталий Петрович, мы с Эдуардом Ивановичем давно обсуждаем возможность автоматизации процесса формирования Тематического плана НИОКР МГА4. У Вас есть представление, что это такое Тематический план МГА? 

- Дмитрий Александрович, это большой переплетенный том в Вашем кабинете. 

В разговор вступил Махарев:  

- Виталий, без шуток, мы прикидываем, есть ли возможность создать автоматизированный комплекс, который позволит объективно сформировать Тематический план? 

- Эдуард Иванович,  я не готов, надо подумать. 

- Ответ неверен. Институт готов к решению данной задачи? 

- Готов! (А кто-бы в такой напряженной ситуации дал бы другой ответ начальнику Института?...). Но нужно оценить сроки и необходимые ресурсы.  

Последующие двадцать минут были посвящены обсуждению подходов к решению данной задачи и приему крепкого кофе из небольших чашечек5, которые принесла Ирина. 

_____________________

4 Тематический план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Министерства гражданской авиации регламентирует содержание работ, сроки исполнения по этапам, состав основных исполнителей, объемы финансирования и формы внедрения разработок по отрасли в целом.

5 О, это ритуальное рижское кофе! … После Риги у меня на долгое время сохранилось стойкое предубеждение против кофе (да и против саун!), а эти два фактора являлись обязательными атрибутами приема московских и прочих гостей в ЦНИИ АСУ ГА и в Риге в целом.

Схематично постановка задачи сводилась к следующему: 

А. Ежегодно на основании заданий Министерства гражданской авиации (указания Министра, решения Коллегии МГА, заявки управлений и департаментов МГА) и встречных предложений научных организаций6 формируется Тематический план НИОКР МГА7. Это очень большие средства, подкрепленные выделением различных фондов – заработной платы, капитальных вложений, дефицитного оборудования и ресурсов. 

Б. Спектр НИОКР был весьма разнопланов: часть из них направлены на повышение безопасности полетов, другие на сокращение аэропортовых расходов, развитие авиалиний или на другие актуальные цели. Что является для МГА более важным в предстоящем году? Какой должна быть оптимальная  структура  Тематического плана?  

В. Вновь вводимые темы безусловно должны иметь существенную технико-экономическую и социальную значимость. Примерно треть заявляемых научными организациями тем не попадают по разным причинам в Тематический план. А возможно, именно они и являются самыми полезными для МГА. Как отобрать НИОКР, которые обязательно должны попасть в формируемый Тематический план? 

Г. Вопрос стоимости НИОКР - один из наиболее сложных. Представляемые потенциальным исполнителем калькуляции, как правило, являлись завышенными, но если просто проводить их пропорциональное сокращение, то можно создать предпосылки для выполнения НИОКР с ненадлежащим качеством. 

Стороны договорились: сформировать в рамках Института небольшой коллектив для оперативной проработки вопросов моделирования структуры Тематического плана НИОКР МГА и выработки подходов по рациональному распределению средств по его основным разделам/направлениям. Конечная цель - создание автоматизированного комплекса задач «Система поддержки принятия решений (СППР)8 по научно-техническому развитию гражданской авиации СССР».

___________________________

6 В числе научных организаций выделялась «большая четверка» - ГосНИИ ГА, ГПИиНИИ ГА «Аэропроект», Научно-экспериментальный центр автоматизации управления воздушным движением (НЭЦ АУВД) ГА и ЦНИИ АСУ ГА, на которую приходилось порядка 70 % работ Тематического плана. Остальные работы выполнялись учебными заведениями ГА, среди которых также была своя «большая четверка» – Рижский Краснознаменный институт инженеров ГА, Киевский институт инженеров ГА, Московский институт инженеров ГА и Ордена Ленина академия ГА (г.Ленинград). Небольшое число НИОКР выполнялись организациями, не входящими в систему ГА.

7 Тематический план НИОКР МГА ежегодно обновляется примерно на 60 %, т.е. в нем имелись переходящие из года в год отдельные темы.

8 Автоматизированные СППР предназначены для оказания помощи пользователям (управленцам, аналитикам, лицам. ответственным за принятие решений) в неструктурируемых или слабо структурируемых ситуациях выбора.

Ну, а далее, при наличии столь заинтересованного и всемогущего Заказчика, все завертелось очень быстро: были внесены изменения в Тематический план НИОКР МГА с соответствующей корректировкой Плана НИОКР ЦНИИ АСУ ГА на текущий год, а я был переведен с должности ученого секретаря Института на должность ведущего научного сотрудника. 

Подходы к решению и роль Гасанова С.О. как двигателя прогресса 

Примерно через неделю я доложил Махареву свое видение решения поставленной задачи:  

1. Нецелесообразно проводить факторный анализ структуры Тематического плана НИОКР МГА и динамики его основных показателей, так как в итоге будут получены тривиальные (вполне ожидаемые) результаты, отражающие исторически сложившееся в гражданской авиации СССР распределение направлений исследований по тематике, исполнителям и объемам финансирования.  

2. Предлагается в рамках идеологии экспертных систем (ЭС)9 сформировать модель принятия решений по выбору тематики НИОКР МГА на основе многокритериального подхода. Для этого: 

- «загнать» знания опытных специалистов в определенных предметных областях (безопасность полетов, себестоимость авиаперевозок, качество обслуживания пассажиров и пр.) в компьютер;  

- задать значимость (вес) отдельных элементов предметных областей для целей комплексного развития гражданской авиации СССР;  

- провязать по возможности отдельные элементы предметных областей причинно-следственными и/или вероятностными связями; 

- руководство ГлавНТУ, исходя из задач, стоящих перед отраслью, может путем задания весов критериям (предметным областям, направлениям развития гражданской авиации СССР) моделировать в рамках ЭС и дополнительных программных процедур как оценки значимости отдельных направлений исследовательской тематики, так и оптимальное распределение средств по направлениям. 

____________________________

9 ЭС относятся к числу интеллектуальных программных систем и являются практической реализацией идей и методов искусственного интеллекта.

С Махаревым было принципиально согласовано решение о создании в рамках будущей ЭС следующих девяти иерархически организованных семантических сетей (СС)10, соответствующих критериям/направлениям развития гражданской авиации СССР: 

1.Увеличение объемов авиаперевозок пассажиров, багажа, грузов и почты;

2.Обеспечение высокого уровня безопасности полетов;

3.Улучшение качества обслуживания пассажиров, грузоотправителей и грузополучателей

4.Экономия ГСМ; 

5.Развитие сети авиалиний, взаимодействие ГА с Единой транспортной системой (ЕТС) Советского Союза; 

6.Снижение себестоимости авиаперевозок, авиационных работ и повышение их рентабельности; 

7.Развитие международных авиаперевозок; 

8.Внедрение новой техники и  обеспечение инновационного характера деятельности отрасли; 

9.Развитие направлений применения авиации в народном хозяйстве (ПАНХ). 

Данный подход был предварительно одобрен, и дело оставалось только за малым: срочно найти подходящую ЭС и заполнить ее знаниями! 

По первому из этих сложных пунктов я знал, к кому надо обратиться - к Субхи Османовичу Гасанову11. Субхи всегда был на гребне всех волн научно-технического прогресса в сфере вычислительной техники и средств программирования. Он первый привносил в ЦНИИ передовые идеи в области программирования, в развитии современных операционных систем и особенностях пакетов прикладных программ. Полученные от Субхи идеи постоянно овладевали институтскими массами.  

Встреча состоялась у проходной. Субхи, как всегда, куда-то спешил, но после нашего минутного разговора, сказал, что что-то похожее на то, что я ищу, у него есть. Договорились, что встретимся через два дня. Два дня я безуспешно опрашивал и обзванивал других своих коллег и знакомых, стараясь выяснить, нет ли у них в загашниках хоть какой-нибудь ЭС.  

_________________________

10  Под СС обычно подразумевают систему знаний, имеющую смысл в виде целостного образа сети, узлы которой соответствуют понятиям и объектам, а дуги – отношениям между объектами.

11 Гасанов Субхи Османович, один из старейшин ЦНИИ АСУ ГА, в тот период начальник сектора программирования отдела 16. 

Немного об СППР и ЭС. К 1989 году в научной периодике отечественной и иностранной было опубликовано довольно много статей по данной тематике. В основном теоретических. Но я не встречал в литературе упоминаний о практической

реализации и реальной эффективности сколь-нибудь масштабных ЭС12. 

У нас в ЦНИИ АСУ ГА некий прототип ЭС медицинского назначения, позволяющей оценить риски возникновения сердечнососудистых заболеваний, разработал и пропагандировал д.т.н. Я. Гельдфандбейн. Он на основе заполнения пациентом анкеты на ПЭВМ (мальчик – девочка, куришь – не куришь, есть избыточный вес или нет, и т.д. и т.п.) выдавал нашим сотрудникам прогнозы получения ими инфарктов и инсультов в ближайшие пять лет. Веселое это было занятие! 

Большинство СППР работает с массивами числовых данных и формальными аналитическими моделями, решая проблемы, которые предварительно описываются на языке таких моделей. Наиболее развитой сферой применения СППР являются планирование и прогнозирование для различных видов управленческой деятельности. Многие разработанные в ЦНИИ АСУ ГА системы можно отнести к классу СППР.  

Уже в тот период считалось, что в СППР могут встраиваться и некоторые аспекты искусственного интеллекта, если в их структуру будут включены базы знаний и процедуры логического вывода. В этом случае СППР становится способной предлагать обоснованные выводы в условиях неполноты исходной информации, использовать вероятностные оценки альтернатив, вырабатывать рекомендации  виде суждений и пояснений ним. 

Уже тогда прогнозировалось, что дальнейшее развитие этих типов информационных программных систем — ЭС и СППР связано с их интеграцией и взаимообогащением. В этом случае интегрированная ЭСППР: 

- включает в себя методы принятия решений в условиях неопределенности и риска, основанные на развернутом моделировании проблемных ситуаций и последовательном отсеве нерациональных решений;  

- содержит базу знаний - набор правил выбора соответствующих моделей и методов принятия решений для обоснования альтернатив в зависимости от конкретного задания условий принятия решения; 

- осуществляет процедуру поиска метода принятия решения путем выбора пользователем ответа (из предлагаемого набора ответов) на вопросы, задаваемые Системой, об особенностях задачи принятия решения. 

Точно через два дня Субхи перезвонил, что готов встретиться. Встреча состоялась также у проходной: Субхи опять куда-то срочно убывал.  

Субхиша передал мне дискету с оболочкой ЭС «Shade13», разработанной корпорацией Oracle. Сказал, что сам он не разбирался, что это за продукт, никакой другой документации у него нет и что он сам не может подключиться к этой интересной работе ввиду загруженности. 

Таким образом, уже в течении трех недель после первой встречи выяснилось, что ЦНИИ АСУ ГА был принципиально готов к решению задачи создания автоматизированного комплекса задач «Система поддержки принятия решений (СППР)14 по научно-техническому развитию гражданской авиации СССР». 

______________________

12 Пользуясь случаем, хочу отметить важную роль научно-технической библиотеки в поддержании требуемого уровня квалификации сотрудников Института: нам были доступны все новинки отечественной литературы, отечественная и зарубежная периодика по направлениям деятельности ЦНИИ АСУ ГА, а также возможности межбиблиотечного абонемента.

Спасибо Вам, начальник технического отдела №52 В. Языков и добросовестнейшая Анна Ивановна, зав. научно-технической библиотекой ЦНИИ АСУ ГА.

             13 Shade (англ.) – тень, оттенок.

Разработка

С дискетой от Субхи я подошел к нашей сотруднице Галине Емельяновой15, которая пообещала посмотреть, что это за штука. И еще через два дня мы с Галиной Александровной обсуждали потенциальные возможности данного программного продукта. Выяснилось, что оболочка ЭС «Shade» позволяет создавать иерархически организованные семантические сети, но пока было неизвестно какой предельной размерности.  

Было решено, что начинаем работать с этой оболочкой ЭС. А дальше - битва план покажет! 

На данном этапе первоочередной задачей становилось заполнение оболочки ЭС знаниями.  

По двум критериям предварительный набросок семантических сетей выполнил я сам: поскольку считал, что хватало знаний, полученных мной в РКИИ ГА, опыта и кругозора, благоприобретенных за время работы в ЦНИИ АСУ ГА, а также личного нахальства. При этом мною были на практике отработаны навыки съема информации / знаний от внешних экспертов. 

Технически работа по формированию одной семантической сети заключалась в заполнении пяти - шести погонных метров рулона миллиметровки прямоугольниками, в которые вписывались названия «узлов», и дугами, соединяющими узлы сети. От головной цели выводились подцели, которые в свою очередь разделялись на более частные и так далее до определённого уровня, где некая подцель была готова к реализации без дальнейшего упрощения. Каждая дуга характеризовала степень влияния узла на конечный результат (по шкале нечетких множеств – десять градаций: от «очень сильное влияние» до «незначительное влияние») и вероятностью получения ожидаемого результата. Кроме влияния между отдельными узлами устанавливались также причинно-следственные связи (обязательное исполнение для начала следующей работы, создание решающих предпосылок для успешного выполнения другой работы и т.д.). В результате на миллиметровке формировалось масштабное «древо целей/мероприятий», плотно насыщенное несколькими уровнями информации.  

__________________________

14 Автоматизированные СППР предназначены для оказания помощи пользователям (управленцам, аналитикам, лицам. ответственным за принятие решений) в неструктурируемых или слабо структурируемых ситуациях выбора. Наиболее развитой сферой применения СППР являются планирование и прогнозирование для различных видов управленческой деятельности.

15 Емельянова Галина Александровна, старший научный сотрудник 25 отдела, прекрасный программист с хорошей математической подготовкой.

После эксперимента «на себе» я был вполне готов к взаимодействию и со сторонними экспертами с целью съема информации по другим критериям. Запомнилась  работа с Г.Громовым (критерий «Обеспечение высокого уровня безопасности полетов»), который несмотря на всю свою занятость добросовестно изъездил рекордную длину миллиметровки, дотошно вникая во все тонкости оценки вероятностей и уровней влияния. Э.Ельчанинов и Г.Сухарева заполнили сеть по критерию «Экономия ГСМ». Работа, как правило, проводилась в несколько приемов, часто через некоторое время эксперты звонили сами и предлагали некоторые уточнения и дополнения своей семантической сети. 

Ряд критериев я заполнял с помощью профессуры РКИИ ГА: так, например, Владлен Зиновьевич Цейтлин заполнял семантическую сеть по критерию «Развитие направлений применения авиации в народном хозяйстве». Интересно, что все сторонние эксперты увидев ранее заполненные другими экспертами миллиметровки быстро врубались в предлагаемую форму изложения знаний по своей проблемной области. Это подтверждало правильность принятого подхода к методике структурирования знаний. 

Параллельно со сбором знаний и заполнением полученными данными ЭС в рамках создаваемой СППР шла отработка процедур логических выводов на основе метода анализа иерархий Саати, принципов большинства, метода Парето и Байесова подхода. В работу над созданием комплекса задач «Система поддержки принятия решений (СППР) по научно-техническому развитию гражданской авиации СССР» включились кроме Г.Емельяновой и другие квалифицированные специалисты: Светлана Гуренко16, Ольга Шумилова17 и другие.

_______________________

16 Светлана Гуренко, старший научный сотрудник отдела 25, Вела работу по моделированию Тематического плана НИОКР МГА.

17 Ольга Шумилова, научный сотрудник отдела 25. Внесла большой вклад в формирование базы знаний.

Результаты экспериментальных расчетов 

Примерно в январе - феврале 1990 года был завершен опрос экспертов и вся структурированная информация загружена в ЭС. Была проведена сверка и провязка отдельных взаимосвязей между узлами различных критериев. Всего по девяти проблемным полям – критериям в ЭС были сформировано 1361 решающее правило. В машине было сформировано пространство девяти взаимоувязанных семантических сетей. Это был хороший результат. Емкости оболочки хватило. ЭС была встроена в общее программное решение разработанного комплекса задач СППР.   

Итак, все было готово для первого расчета. 

Нами были задана определенная приоритетность заданных целей (так называемое, «рассеивание» целей) совпадающее с последовательностью критериев, приведенной на стр.5. Для экспериментального расчета использовалась суперновая в то время IBM PS/2 с емкостью памяти 1 МБ. Счет длился 5,5 часов. Только по окончании этого срока включилось АЦПУ и выдало базовое решение задачи – распределение средств по разделам Тематического плана НИОКР МГА, соответствующее заданной приоритетности указанных целей. В разделах Тематического плана были приведены рекомендуемые названия/ направления НИОКР в порядке снижения их приоритетности. На основе базового решения СППР оперативно в течении минуты давала пояснения на примерно такие задания: «Почему 6-е место у такой-то НИОКР?». В этом случае на печать выводилась последовательность вывода ценности такой-то НИОКР с указанием влияющих на нее и усиливающих влияние факторов. 

На следующий день был проведен следующий экспериментальный счет, но с заданием обратной последовательности приоритетов указанных девяти критериев. Результаты расчетов отличались примерно на 25-30% от предыдущего распределения, получалось, что за счет внутренней провязки и заложенной экспертами логики наверх всплывали действительно важные работы, и это не позволяло радикально изменить картину распределения средств. То есть, объединение и провязка в рамках единой ЭС сразу нескольких семантических сетей знаний квалифицированных экспертов давало значительный синергетический эффект. 

После получения столь обнадеживающих результатов мы приступили к подготовке Отчета по НИР, который также готовили на IBM PS/2. 

Отчет был готов в апреле 1990 года. 

4 мая 1990 года Верховным Советом Латвийской ССР была принята «Декларация о восстановлении государственной независимости Латвийской Республики». Согласно этому документу, возобновлялось действие Конституции независимой Латвии 1922 года. И это, на мой взгляд, подвело окончательную черту под «Belle Époque»18 Института: руководству МГА надо было быть абсолютно слепым или некомпетентным, чтобы срочно не предпринять меры по обеспечению экономической безопасности отрасли, обрубая деловые связи  и налаженное технологическое взаимодействие с ЦНИИ АСУ ГА!  

МГА начало создавать на территории России параллельные структуры.  

Да, и в самом МГА начались очень сложные процессы. И Глав НТУ МГА стало совсем не до искусственного интеллекта! 

А далее согласно Указу Президента РСФСР от 28 ноября 1991 года № 242 «О реорганизации центральных органов государственного управления РСФСР» функции МГА переданы Министерству транспорта РСФСР. 

__________________________

18 Belle Époque (фр.) – бель эпок - прекрасная эпоха. Словосочетание указывает на период ускоренного прогресса, экономических успехов, расцвета научного потенциала организации.

Послесловие

В мае 2013 года, присутствуя на конференции в Российском институте стратегических исследований (г. Москва), я неожиданно для себя с интересом выслушал один из докладов, посвященный применению ЭС для  моделирования социально-экономических явлений и с глубоким удовлетворением обнаружил, что в своих разработках 1990 года мы были куда более продвинутыми и компетентными.  

И в отличии от московских коллег у нас в ЦНИИ АСУ ГА было намного более развито пространственное воображение! 

Публикации 

1. Жданов В. П. Подходы к созданию экспертной системы поддержки принятия решений по научно-техническому развитию отрасли. - Киев: Общ-во «Знание» Укр. ССР, 1990. - 20 с. 

2. Жданов В. П. Методология использования экспертных знаний при принятии решений по научно-техническому развитию гражданской авиации. - В кн.: Депонир. научн. работы, № 6, 1990. №478 ГА - 90. – М.: ВИНИТИ, 1990. 

3. Жданов В. П. База знаний экспертной системы поддержки принятия решений по научно-техническому развитию отрасли. - В кн. Тез. докладов Всесоюз. науч.-техн. конф. «Методология создания и опыт эксплуатации АСУ в ГА», Рига, ЦНИИ АСУ ГА, ноябрь 1990.- с. 31 

4. Жданов В. П. Экспертная система поддержки принятия решений по научно-техническому развитию отрасли. - В кн.: Исследование операций и АСУ. – Киев, 1990. – с. 56 – 62. (Вып. 32). 

5. Жданов В. П. Моделирование научно-технического развития отрасли в рамках экспертной системы поддержки принятия решений. - В кн.: Депонир. научн. работы, № 3, 1991. № 566 ГА - 91. – М.: ВИНИТИ, 1991. 

6. Жданов В. П. Опыт применения экспертной системы поддержки принятия решений по научно-техническому развитию отрасли. - В кн. Тез. докладов Всесоюз. науч.-техн. конф. «Методология создания и опыт эксплуатации АСУ в ГА», Рига, ЦНИИ АСУ ГА, ноябрь 1991. - с. 17. 

Прокрутить вниз