کاربرد سیستم های خبره کامپیوتری در کنترل فرایند نیروگاهها

چندین دهه است که تحقیقات هوش مصنوعی برای پدیدآوری کامپیوترهایی که بتوانند فکر کنند، آغاز گردیده است و در این میان انسان در جستجوی سیستمهایی مشابه انسانهای کارشناس می باشد. لذا بعنوان شاخه ای از رشته وسیع هوش مصنوعی، تصور سیستم خبره، تصور برنامه کامپیوتری بود که توانایی جایگزینی با فرد خبره در رشته علمی یا عملی خاصی، مثلاً در کنترل فرایندها در کار تصمیم گیری، را داشته باشد و توضیحاتی را برای افراد خبره یا غیرخبره ارائه دهد.

 کاربردهای پیچیده یا غیرکلاسیک در سیستمهای خبره مطرح می باشند و شامل کاربردهایی هستند که دربردارنده فعالیتها در دامنه های غیرکلاسیک می باشند. دامنه های غیرکلاسیک، دامنه های پویا و جدیدتری هستند که دو مبحث کاملاً متمایز "کنترل فرایند" (سیستمهای مربوط به ایمنی) ـ که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد ـ و "امور مالی"  به این دامنه  ها تعلق دارند. بهرحال از دید فنی در مقابل دامنه های کلاسیک، این دامنه ها آنهایی هستند که: هنگام تداوم استدلال، هدف استدلال ممکن است تغییر یابد، یا امکان دارد پاسخ در محدوده زمانی معینی مورد نیاز باشد، و توصیف کامل این سیستمها یا در دسترس نبوده (بویژه در امور مالی) و یاناقص وبسیار پیچیده باشد.

امروزه سیستمهای خبره در سیستمهای کنترل بکار می روند و مثلاً یک کارخانه فرایندی را کنترل می کنند. این کاربرد حتی برای نوع نظامی این سیستمها که گاهی موضوعی وحشت انگیز می باشد نیز موضوعی مورد درخواست می باشد. از اینرو، این نوع از برنامه ها برای بوجود آوردن نوعی مشارکت با گردانندگان کارخانه و متصدیان تعمیر پدید آمده اند تا آنها را در برشناختن کارخانه و کنترل بهتر کارخانه و در یافتن کاستی ها و تعمیر آنها توان نمایند. علت آن این است که کل طرح بمنظور دستیابی بهتر به اهداف مد نظر می باشد. وقتی پالایشگاهی برای کنترل درنظرگرفته شود و مثلاً انسان با 100,000 بشکه نفت در روز سروکار داشته باشد، او با پتانسیل انفجاری عظیمی  روبرو می باشد. اگر کسی که گرداننده چنین کاری است مرتکب اشتباهی شود آن زمان است که نتایج این اشتباه، انسان را کاملاً وحشت زده خواهد ساخت.

١.  سیستمهای خبره و تحلیل هشدار

وقتی در اینجا امکانات در نظر گرفته شود، مبحث سیستمهای خبره به مسیر دیگری در پیشرفت خود می رسد. پس از سالهای نخست دهه 1970، راه طولانی ای بسوی تحلیل آشفتگی و هشدار وجود داشت. درعمل در اواخر دهه 1960، پروژه بزرگی درباره نیروگاه هسته ای ویلفا موجود بود. این سیستم قادر به آزمودن الگوهای هشداری بود که از فرایند (در این نیروگاه هسته ای) منتج شده بودند و از این الگو، استنتاجاتی چند (راجع به آنچه که غلط عمل می کند و بویژه درباره آنچه که در ارتباط با این هشدارها بایستی بتوان انجام داد) را ایجاد نمود.

دلیل چنین رهیافتی آن بود که در بسیاری از این نیروگاههای بزرگ، تعداد هشدارهایی که در طول عملیات معمولی روزانه ممکن بود روی دهد در حد نهایت خود یا بیش از حدّی بود که گرداننده کارخانه می توانست با آن سر و کار داشته باشد. این مسئله، موضوعی بود که حتی برای آشفتگی های جزئی نیز وجود داشت و بمحض اینکه رویداد بسیار مهمی یا پیشامدی یا چیزی شبیه آن روی می داد، شمار هشدارها بسرعت افزایش یافته بطوریکه گردانندگان نمی توانستند به توانایی خود در دستکاری آنها امیدوار باشند. این امر، ایده کاربست کامپیوتر در کاهش تعداد هشدارها را پدید آورد. این فکر، واقعاً ایده بزرگی بود اما تنها در سالهای اخیر بود که این ایده، عملی شده و درست کار می کند. در اینجا برخی از علل مربوط به دشواریها موجود در ایجاد سیستمهای هشدار کامپیوتری توصیف می گردد ولی هنوز هم سیستمهای بسیاری از این گونه وجود دارند که ناموفق می شوند.

در یک نیروگاه هسته ای مثلاً شاید 2.000 هشدار وجود داشته باشد و در یک رویداد مهم، تعداد 1.000 تا از این هشدارها شروع به اعلام خطر می نمایند بنابراین حتی نمی توان انتظار داشت که گرداننده یا حتی گروههای گرداننده نیروگاه، در کل توانایی تفسیر این مسائل را داشته باشند. دسته اول مشکلات، آن است که کار تحلیل هر چیزی از این مجموعه فی نفسه مستعد خطای بسیاری می باشد.

مبحث تحلیل هشدار در طی دهه 1970 توسعه یافت و در جهت تحلیل آشفتگی ای تغییر جهت داد و در آن نه  تنها اطلاعات هشداری ای که بکار می روند وجود دارد بلکه اطلاعات مربوط به فرایند نیز وجود دارد. مشکلات پیچیدگی کار، محققین را متوجه ایده گریز از تحلیل منطقی هشدار نمود و در عوض متوجه ایده پشتیبانی از گرداننده کارخانه ساخت. در سراسر دهه 1970، توسعه این ایده را می توان در توانایی کمک به انسان و دادن رایزنی به آنهایی که یک کارخانه فرایندی را کنترل می کنند مشاهده نمود. ولی مسائل اساسی پیچیدگی اطلاعاتِ هشدار و برشناخت هنوز حل نشده بودند، اما مشکلات مربوط به اعتبار ابزارها وسیستمهای تحلیل سخت تر می شد.

پیشرفت تحلیل آشفتگی در اوایل سالهای 1980 با مفهوم سیستم خبره مقارن گردید. امروزه تکنولوژیی وجود دارد که در دسترس بوده و در جستجوی کاربرد می باشد، کاربردی بدنبال تکنولوژی. در واقع این وضعیت، موقعیتی ایده آل است، و گام بعدی چگونه باهم آوردن این دو و چگونگی بکار گرفتن این سیستم ها برای آن کاربردها می باشد.

سیستمهای خبره بعنوان سیستمهای کنترل

بعدها به سرعت آشکارگردید که عامل با لقوی در ساختن سیستمهای خبره، جهت کاربرد در کنترل فرایند، وجود دارد. کاربردهای بسیاری وجود دارند که به کنترل واقعی مربوط می شوند ولی آنها در حوزه هایی واقع می شوند که در آنها این کنترل بخوبی تحقق نمی یابد و یعنی مثلاً: برای دسته ای از موضوعات می باشد که در آنها هنوز کنترل دستی بکار برده می شود، و در جایی که انسان هنوز سوپاپ ها و درجه حرارت ها را با فرایندی مرموز، دقیقتر تنظیم می کند. در این مورد، مهندسین واقعاً نمی دانند که گردانندگان چگونه کارخانه را اداره می کنندو نمی توانند آن را توضیح دهند. و در اینجا هرگاه در جهت خودکار ساختن آن تلاش نمودند غالباً این کاربردها موفق نبودند.

در اواخر دهه 1970 و اوایل سالهای 1980، استفاده از کنترل مشکک ـ پیشرفتی که به سیستمهای خبره، بسیار مربوط می باشد ـ آغاز گردید. در آن زمان این تصور، در اتخاذ تجربه ای به شکل قواعد کنترل (که گردانندگان در حال استفاده از آنها بودند و بی درنگ آن را بکار می بردند) بود. مثلاً در دانمارک کاربرد بسیار مطلوبی از این نوع کنترل، آمیختن شن برای ریخته گری، وجود داشت. این کار فرایندی بسیار پیچیده می باشد زیرا خواص مواد خام ـ یعنی شن باز مصرفی، پلاستیک و موادچسبی ـ و خواص فیزیکی در پس آن، آنچنان پیچیده هستند که واقعاً شاید هیچ کس حتی نمی تواند انتظار توصیف تفصیلی آنها را داشته باشد. اما انسانهای کاردانی که این مواد را در طی سالیان بسیاری بکار برده اند می توانند مکشوفات برخی قواعد مفید را عملی نموده و چگونگی درست آمیزه سازی و چگونگی ساخت افزودنی های درستی را (بطوری که نتیجه مفیدی را بدست آورند) بیان می کنند. تفاوت بین شخصی کاردان، که با مواد ریخته گری سر و کار دارد، با کارگر غیرماهر آنچنان زیاد است که بدون مهارت واقعاً هیچ کاری را نمی توان انجام داد. اکنون بخوبی قابل درک است که چگونه آن دسته از موضوعات، می توانند سیستم خبره ای را تشکیل دهند.

سیستمهای خبره و برشناخت آشفتگی

قدرمسلم آن است که گسترده ترین کاربردهای کنترلی سیستمهای خبره در برشناخت، بمنظور پشتیبانی از گردانندگان کارخانه در طول آشفتگی بوده  است. در اینجا رده  کاملاً متفاوتی از مسائل و مشکلات را می توان ملاحظه نمود زیرا تلاشی که برای انجام دادن رایزنی در اینجا می شود درباره چگونگی کنترل کارخانه ای است که از چند جنبه خارج از کنترل بوده و از چند جهت بسوی موقعیتی خطرناک به حرکت در آمده است. در اینجا این حقیقت نا گوار وجود دارد که اگر چنین رایزنی موفق نشود، پس از آن، مسئله بسیار بدتری وجود خواهد داشت. قبلاً مشکلاتی چند در راه اینکه گرداننده کارخانه قادر شود تا بجا و بموقع با آشفتگی های بزرگ سر و کار داشته باشد وجود داشت. هشدارهای زیادی به او داده شده است و او در موقعیت پیچیده ای، ناگزیر به تصمیم گیری بسیار سریع می باشد. اغلب موقعیت هایی وجود دارند که ممکن است گردانندگان برای آن اوضاع آموزشی ندیده باشند زیرا هیچ کس نمی تواند این افراد را برای هر آشفتگی و هر وضع ممکنی تعلیم دهد. بنابرچنین پیشنهاد شده است که از طریق فراهم سازی رایزنی از کامپیوتر برای گرداننده، مشکلات وی کاهش داده شود اما این امر، مسئله جدیدی را پدید می آورد زیرا اگر آن رایزنی موفق نباشد یا اشتباه باشد آنگاه چه روی می دهد ؟

بعلاوه می توان به کاربردهایی که مخاطراتی را دربرندارند اشاره نمود. پس از آنکه پیشامدی روی داد کاربرد دیگر سیستمهای خبره باید آن باشد که گرداننده را در حصول اداره دوباره کارخانه قادر سازد. رهیافت دیگر، استفاده از سیستمها در پیشگویی پیشامدها (مثلاً بهنگام طراحی نیروگاه برای اجتناب از پیشامدها) می باشد.

بهرحال هر چند مسائل و مشکلاتی راجع به کاربرد سیستمهای خبره در مقاصد ایمنی وجود دارند ولی با این حال بنظر می رسد که آنها می توانند فوائد مستقیمی را در جهت افزایش ایمنی و کاهش خطر فراهم سازند.

منبع: وستا