Lección 13

3.1     Tareas que Realizan los sistemas Expertos

 

3.1.1       Interpretación, Diagnóstico y Monitoreo

La interpretación consiste en encontrar el significado de los datos de entrada obtenidos por sensores o introducidos por el usuario.

 

Con frecuencia aparecen datos contradictorios, incompletos o inexactos, por lo que hay que dotar al SE de conocimiento para resolver un problema de este tipo. Existen dos tipos de interpretación:

 

  • Análisis: La interpretación de datos se obtiene mediante la separación o distinción de las partes que forman los datos.
  • Síntesis: La interpretación de los datos se obtiene mediante la combinación de los mismos.

 

El diagnóstico consiste en identificar las causas internas que provocan un problema, avería o disfunción a partir de una serie de datos o síntomas que son consecuencia de la misma y que son observables.

 

En este tipo de sistemas se encuentran múltiples dificultades como las siguientes a la hora de realizar su tarea:

 

  • Manifestaciones Nuevas. Es decir, síntomas que no se habían observado con anterioridad.
  • Causas Nuevas.
  • Manifestaciones debidas a varias causas.
  • Datos Inaccesibles, caros o de obtención peligrosa.
  • Relaciones no biyectivas entre los datos y las causas.
  • Fallos o averías de aparición intermitente.
  • Existencia de varios fallos simultáneos o en cadena.

 

La monitorización es un caso particular de la interpretación, y consiste en la comparación continua de los valores de las señales o datos de entrada y unos valores que actúan como criterios de normalidad o estándares.

 

En el campo del mantenimiento predictivo los sistemas expertos se utilizan fundamentalmente como herramientas de diagnóstico. Se trata que el programa determine en cada momento el estado de funcionamiento de sistemas complejos, anticipándose a los posibles incidentes que pudieran acontecer. Así, usando un modelo computacional del razonamiento de un experto humano, proporciona los mismos resultados que alcanzaría dicho experto. La figura 1.6 muestra el funcionamiento de un SE de este tipo.

 

sistema predictivo

 

Figura 1.6 Funcionamiento de un SE usado en mantenimiento predictivo

 

3.1.2       Diseño y Selección

El diseño se puede concebir de distintas formas:

  • El diseño en ingeniería es el uso de principios científicos, información técnica e imaginación en la definición de una estructura mecánica, máquina o sistema que ejecute funciones específicas con el máximo de economía y eficiencia.
  • El diseño industrial busca rectificar las omisiones de la ingeniería, es un intento consiente de traer forma y orden visual a la ingeniería de hardware donde la tecnología no provee estas características. Diseño es el proceso de especificar una descripción de un artefacto que satisface varias características desde un número de fuentes de conocimiento.[1]

 

Los SE en diseño ven este proceso como un problema de búsqueda de una solución óptima o adecuada. Las soluciones alternas pueden ser conocidas de antemano (problemas de derivación) o se pueden generar automáticamente (problemas de formulación).

 

Los SE prueban distintos diseños para verificar cuáles de ellos cumplen los requerimientos solicitados por el usuario, ésta técnica es llamada "generación y prueba", por lo tanto estos SE son llamados de selección. En áreas de aplicación, la prueba se termina cuando se encuentra la primer solución; sin embargo, existen problemas más complejos en los que el objetivo es encontrar la solución más óptima.

 

La utilidad de los programas basados en conocimientos aplicados a la ciencia y a la ingeniería no se limita al análisis sofisticado, muchos programas recientes han empezado a trabajar en la síntesis.

 

 

Existen programas que diseñan dispositivos simples y después buscan oportunidades de reducción de costos o de reducción de componentes.

 

3.1.3       Planificación

La planificación es la realización de planes o secuencias de acciones y es un caso particular de la simulación. Está compuesto por un simulador y un sistema de control. El efecto final es la ordenación de un conjunto de acciones con el fin de conseguir un objetivo global (costo mínimo, tiempo mínimo, etc).

 

Los problemas que presentan la planificación mediante SE son los siguientes:

 

  • Existen consecuencias no previsibles, de forma que hay que explorar y explicar varios planes.
  • Existen muchas consideraciones que deben ser valoradas o incluirles un factor de peso.
  • Suelen existir interacciones entre planes de subobjetivos diversos, por lo que deben elegirse soluciones de compromiso.
  • Trabajo frecuente con incertidumbre, pues la mayoría de los datos con los que se trabaja son más o menos probables pero no seguros.
  • Es necesario hacer uso de fuentes diversas tales como bases de datos.

 

3.1.4       Control

Un sistema de control participa en la realización de las tareas de interpretación, diagnóstico y reparación de forma secuencial. Con ello se consigue conducir o guiar un proceso o sistema.

 

Los sistemas de control son complejos debido al número de funciones que deben manejar y el gran número de factores que deben considerar; esta complejidad creciente es otra de las razones que apuntan al uso del conocimiento, y por tanto de los SE.

 

Cabe aclarar que los sistemas de control pueden ser en lazo abierto, si en el mismo la realimentación o el paso de un proceso a otro lo realiza el operador, o en lazo cerrado si no tiene que intervenir el operador en ninguna parte del mismo.

 

3.1.5       Reparación, corrección o terapia

La reparación, corrección, terapia o tratamiento consiste en la proposición de las acciones correctoras necesarias para la resolución de un problema.

 

Los SE en reparación tienen que cumplir diversos objetivos, como son:

 

  • Reparación lo más rápida y económicamente posible.
  • Orden de las reparaciones cuando hay que realizar varias.
  • Evitar los efectos secundarios de la reparación, es decir la aparición de nuevas averías por la reparación.

 

3.1.6       Simulación, pronóstico o predicción

La simulación es una técnica consistente en crear modelos basados en hechos, observaciones e interpretaciones sobre la computadora, a fin de estudiar el comportamiento de los mismos mediante la observación de las salidas para un conjunto de entradas.

 

Las técnicas tradicionales de simulación requieren modelos matemáticos y lógicos que describen el comportamiento del sistema bajo estudio.

 

El empleo de los SE para la simulación viene motivado por la principal característica de los SE, su capacidad para simular el comportamiento de un experto humano, siendo este un proceso complejo.

 

En la aplicación de los SE para simulación hay que diferenciar cinco configuraciones posibles:

 

1.      Un SE puede disponer de un simulador con el fin de comprobar las soluciones y en su caso rectificar el proceso que sigue.

2.      Un sistema de simulación puede contener como parte del mismo a un SE y por lo tanto el SE no tiene que ser necesariamente de simulación.

3.      Un SE puede controlar un proceso de simulación, es decir que el modelo está en la base de conocimiento del SE y su evolución es función de la base de hechos, la base de conocimientos y el motor de inferencia, y no de un conjunto de ecuaciones aritmético - lógicas.

4.      Un SE puede utilizarse como consejero del usuario y del sistema de simulación.

5.      Un SE puede utilizarse como máscara o sistema frontal de un simulador con el fin de que el usuario reciba explicación y justificación de los procesos.

 

Los sistemas de pronóstico deducen consecuencias posibles a partir de una situación. Su objetivo es determinar el curso del futuro en función de información sobre pasado y presente. Esto abarca diversos problemas, tales como predicciones meteorológicas, predicciones demográficas, o incluso previsiones de la evolución bursátil entre otros.[2]

 

3.1.7       Simulación, pronóstico o predicción

Un sistema de instrucción (sistema experto para formación), realiza un seguimiento del proceso de aprendizaje de un estudiante. El sistema detecta errores de los estudiantes e identifica el remedio adecuado, es decir, desarrolla un plan de enseñanza para facilitar el proceso de aprendizaje y la corrección de errores.[3]

 

3.1.8       Recuperación de Información

Los Sistemas Expertos, con su capacidad para combinar información y reglas de actuación, han sido vistos como una de las posibles soluciones al tratamiento y recuperación de información, no sólo documental. La década de los 80's fue detallada en investigación y publicaciones sobre experimentos de este orden, interés que continua en la actualidad.

 

Lo que diferencia a estos sistemas de un sistema tradicional de recuperación de información es que estos últimos sólo son capaces de recuperar lo que existe explícitamente, mientras que un sistema experto debe ser capaz de generar información no explícita razonando con los elementos que se le dan. Pero la capacidad de los SE en el ámbito de la recuperación de la información no se limita a la recuperación. Pueden utilizarse para ayudar al usuario, en selección de recursos de información, en filtrado de respuestas, etc. Un SE puede actuar como un intermediario inteligente que guía y apoya el trabajo del usuario final. Para desempeñar de forma adecuada esta tarea, los enfoques centrados en la creación de modelos de las estructuras cognitivas del usuario son los más prometedores.[4]

 

3.1.9       Resumen

A continuación se presenta un resumen de las tareas que realizan los sistemas expertos.

 

   Tabla 3.1 Tareas comunes de los sistemas expertos[5]

Tareas de los SE

Ejemplos

Interpretaciones

Análisis de grandes volúmenes de datos estadísticos, con la finalidad de obtener características económicas, étnicas, religiosas, etcétera.


Predicciones

Puede tomar un conjunto de datos y poder anticiparse ante alguna situación. Por ejemplo, la predicción de lluvias, huracanes a partir de las condiciones del entorno.

Diagnósticos

Diagnóstico de fallas mecánicas en automóviles.

Planeación

Planeación de horarios académicos.


Diseño

Diseño de circuitos electrónicos para optimizar y elaborar una arquitectura adecuada para su funcionamiento.

Monitoreo

Revisión constante de las condiciones de trabajo de maquinarias o cambios en su entorno para prevenir fallas y saber en que momento realizar mantenimiento.

Depuración de sistemas y su reparación

Identificación de fallas en sistemas, y apoyo para su solución.

Control de sistemas

Automatización de maquinarias para tener un control propio.

 



[1] HOPGOOD, Adrian. Knowledge - Based Systems for Engineers and Scientists.

[2] MARTÍNEZ De Ibarreta León, Francisco Javier. Sistemas Expertos: Áreas de aplicación. URL(http://www.geocities.com/SiliconValley/Way/7788/SISEXP.HTM)

[3] Ibid

[4] TRAMULLAS y Kronos, Jesús. Recuperación de Información y Sistemas Expertos. URL(http://www.tramullas.com/nautica/documatica/3-8.html)

[5] Pérez Jiménez, Miguel Ángel. (2008) Sistemas expertos para la asistencia médica. Universidad Autónoma de México. Documento en línea: http://www.unam.mx/artic/2008/septiembre/art1.html 

Ingeniería de Sistemas