Экспертная система напитков LactoWay на основе молочной сыворотки

14-05-2014, 19:43

Для анализа процесса переработки молочной сыворотки создана функциональная модель в виде взаимосвязанных диаграмм. При построении диаграмм использован программный продукт Platinum BPwin 4.0 — современное CASE-средство моделирования бизнес-процессов и систем. Разработанная модель содержит в себе: контекстную диаграмму, диаграммы декомпозиции, диаграммы дерева узлов.
В качестве инструментальной среды для создания экспертной системы с оригинальным брендом LactoWay (молочная сыворотка) была выбрана оболочка CLIPS. Рабочие варианты использования экспертной системы представлены на рис. 16.1.
Основные факторы, влияющие на целесообразность и эффективность разработки экспертной системы в решении проблемы полной переработки молочной сыворотки, следующие:
- нехватка специалистов, затрачивающих значительное время для оказания помощи другим;
- выполнение небольшой задачи требует многочисленного коллектива специалистов, поскольку ни один из них не обладает достаточным знанием;
- сниженная производительность, поскольку задача требует полного анализа сложного набора условий, а обычный специалист не в состоянии просмотреть (за отведенное время) все эти условия;
- большое расхождение между решениями самых хороших и самых плохих исполнителей;
- наличие экспертов, готовых поделиться своими знаниями.

Процесс разработки экспертной системы, с опорой на традиционные технологии, был разделен на шесть этапов (рис. 16.2).

После разработки промышленной экспертной системы применительно к условиям молочного комбината «Ставропольский» было проведено ее тестирование в отношении критериев эффективности. Разработка базы знаний экспертной системы LactoWay включала несколько этапов. На рис. 16.3 представлена классификация методов извлечения знаний.
Для примера заполненная экспертом опросная карта представлена в табл. 16.1.

Обобщенная синтаксическая структура поля знаний может быть представлена как:

Pz = (I,O,M),

где I — структура исходных данных, подлежащих обработке и интерпретации в экспертной системе;
О — структура выходных данных, т. е. результата работы системы;
M — операциональная модель предметной области, на основании которой происходит модификация 1 в О.
Включение компонентов I и О в Pz, обусловлено тем, что составляющие и структура этих интерфейсов неявно присутствуют в модели репрезентации в памяти эксперта.

Операционная модель M может быть представлена как совокупность концептуальной структуры Sk, отражающей понятийность предметной области, и функциональность Sf, моделирующей схему рассуждений эксперта:

M = (Sk,Sf),

где Sk выступает как статическая, неизменная составляющая Рz, в то время как Sf представляет динамическую, изменяемую составляющую.
Формирование Sk основано на выявлении понятийной структуры предметной области. Исходя из вышеизложенного, можно построить концептуальную модель представления знаний для реализации безотходной технологии переработки молочной сыворотки (рис. 16.4).
Для разработки экспертной системы LactoWay использовалась Windows-версия среды CLIPS 6.10. Windows-версия среды CLIPS полностью совместима с базовой спецификацией языка. Ввод команд осуществляется непосредственно в главное окно CLIPS (рис. 16. 5).

На рис. 16.6 представлена общая структура экспертной системы. При разработке экспертной системы на основании концептуальной модели поля знаний и модели условного обозначения правила, была разработана физическая модель базы знаний экспертной системы Lacto Way (рис. 16.7), которая представляет собой изображение последовательности выполняемых правил.

Экспертная система LactoWay предназначена для управленцев всех уровней. Для первоначальной загрузки экспертной системы пользователю предлагается так называемое стартовое меню — main-menu. Эта система меню предоставляет возможность пользователю выбрать возможные варианты применения экспертной системы (рис. 16.8).

Для того чтобы запустить экспертную систему, достаточно выполнить команду Execution — Reset и команду Execution — Run, или ввести в командной строке программы (reset) (run) (рис. 16.9).

Для примера ниже приведена технологическая платформа и продуктовый расчет напитка «Здоровье» (рис. 16.10).
Для нормальной работы информационной подсистемы LactoWay необходимы:
— процессор с тактовой частотой 133 МГц и выше;
— объем оперативной памяти от 16 до 128 Мбайт (в зависимости от установленной операционной системы);
— свободного места на диске должно быть не менее 2 Мбайт для установки экспертной системы, а учитывая объем, занимаемый операционной системой — от 200 Мбайт (для Windows 98) до 1,5 Гбайт (для Windows XP);
— желателен монитор с диагональю 15 дюймов и выше с разрешением экрана 800x600 точек;
— обязательным является наличие клавиатуры, манипулятора «мышь», принтера с возможностью печати документов формата А4.
На практике экспертная система стабильно работала на компьютере P-133, ОЗУ — 4 Мбайта, объем жесткого диска 40 Мбайт, под управлением операционной системы ASP Linux 9.2. Суммарные затраты на создание информационной подсистемы LactoWay составили (в ценах 2005 г) 29 493,04 руб. Расчет технико-экономической эффективности информационной подсистемы LactoWay показал, что повышение оперативности принятия решений увеличилось в 29,3 раза. Годовая экономия при использовании информационной подсистемы LactoWay составляет 8836,5 рублей. Расчет времени окупаемости информационной подсистемы LactoWay для ОАО «Молочный комбинат Ставропольский» показал, что предложенная информационная подсистема окупит себя за 3,3 года.
Ниже, исключительно для иллюстрации факта феномена использования современных информационных и компьютерных технологий на объекте монографии, приводится выборка из Листинга Программы экспертной системы. В качестве примера взят напиток из молочной сыворотки с сахаром.

Сывороточный напиток с сахаром.
Вырабатывают из творожной сыворотки с добавлением сахара. Технология включает сбор обезжиренной творожной сыворотки, фильтрацию, пастеризацию, приготовление сахарного сиропа и смешивание с сывороткой, охлаждение, розлив, хранение.
В пастеризованную и охлажденную до 10-12 °С сыворотку вносят сахарный сироп. Его готовят 80 % концентрации. Для этого требуемое по рецептуре количество сахарного песка заливают водой из расчета 4 части сахара на 1 часть воды, кипятят в течение 3-5 мин, фильтруют и вносят сыворотку. Расход сахара составляет 50 кг на 1 т готового продукта (без учета потерь). Готовый напиток фасуют и хранят при температуре 8 °С не более 48 ч с момента выпуска, в том числе на предприятии изготовителе — не более 24 ч.
Продукт представляет собой однородную жидкость с незначительным осадком, вкус сывороточный. Плотность не менее 1030 кг/м3, кислотность — не более 85 °Т, массовая доля сухих веществ — 9,5-10,5%. Требуемое количество сахара на 10 т продукта равно: 500,0 кг.
Общий расход электроэнергии составит: 80 кВт.
Экспертная система проста в эксплуатации, имеет удобный и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет быстро обучиться работе с ней. Система меню построена таким образом, что у пользователя не возникает проблем с работой.
Как следует из вышеизложенной Программы экспертной системы и технологического аудита по проблематике, особый интерес представляют напитки, синтезированные на основе молочной сыворотки, минеральной воды, айрана и лактулозы, пробиотической направленности (сквашенные) с формированием бренда синбиотиков. Именно эту работу провел в нашем творческом коллективе Ч.М. Батдыев. Ниже изложены результаты его исследований по тематике, в которых отражены альтернативные варианты синтеза на основе молочной сыворотки освежающих напитков нового поколения. Безусловно, это не исключает, а наоборот создает платформу, для дальнейших исследований и масштабирования в отрасли.