Metrostellen storingvrij laten rijden
Als er iets scheelt met een metrostel telefoneert de bestuurder naar de verkeersgeleiding (of dispatching).
Een verkeersgeleider schat de ernst van de fout in, en geeft een remedie. Deze remedie moet zorgen dat er
+ een minimaal ongemak is voor de reizigers (zoals uitstappen en van stel veranderen)
+ de veiligheid gegarandeerd blijft
+ de eventuele herstelkosten zo laag mogelijk zijn, i.h.b. door nutteloze vervangingen
Daarenboven moet het advies binnen de 30 sec. kunnen gegeven worden om het verkeer niet op te houden
Metrostellen zijn technisch complex en vereisen dus zeer veel kennis! Hoe komt al die kennis bij de verkeersgeleiders? Hoe blijft al die kennis up to date? Een expertsysteem assisteert de verkeersgeleiders en meldt de symptomen en de diagnose aan de herstellers. Het bevat meer dan 40.000 lijnen kennis in tekstvorm door de experten ingegeven. In een zgn. kenniskwaliteitskring onderhouden de experten de kennis. Meetbaar resultaat: een daling van 40% tot 6% van het aantal nutteloze vervangingen! En dus minder overbodig technisch werk, en dus minder reservestellen nodig.
Handboeken met werkvoorschriften: valse start.
In 1976 werd de Brusselse Metro in dienst genomen. Maar wat moet er gebeuren als de bestuurder een fout meldt? De enige personen met inzicht waren technici. Maar deze waren ook nodig voor de herstelling! Wat doen?
Op een bepaald moment vroeg de afdeling 'verkeersgeleiding' aan de afdeling 'herstelling': "gelieve ons concrete werkvoorschriften te maken". Maar deze bleken dubbelzinnig te interpreteren. Zo gebruikt zelfs eenzelfde persoon eenzelfde term in verschillende betekenissen. Of is het schema van de ene hersteller anders te interpreteren dan bij zijn collega. Ook was de kennis onvolledig of zelfs verkeerd. De technici bleken bijna altijd het antwoord te kennen: "oh ja, dit is een uitzondering..." Er was dus geen gebrek aan kennis. De verkeersgeleiding begon te twijfelen aan de goede wil van herstelling, hoewel die er wel was. Er ontstonden (politieke) spanningen. Ten onrechte, want een mens kan niet zomaar alles opschrijven wat hij weet op ondubbelzinnige manier. Nemen we een taak waarin elk van ons expert is: autorijden. Wie recent zoon- of dochterlief... heeft leren rijden weet heel goed het grote verschil tussen het zelf kunnen en het uitleggen.
Er bleven dan ook expert-herstellers bij de verkeersgeleiding. Maar ook de herstelling had zijn experten nodig!
Werkvoorschriften van topkwaliteit
In 1986 kwam Ir.Galle, hoofdingenieur bij de herstelling, op het idee om de kennis van de herstellers aan de verkeersgeleiders te geven onder de vorm van een expertsysteem: een computerprogramma dat de kennis en de redeneerwijze van een expert bevat. Maar hiervoor moet de kennis, i.h.b. de werkvoorschriften helemaal ondubbelzinnig gemodelleerd worden. Daartoe zijn in de wereld van de kennistechnologie methodes ontwikkeld voor de zgn. kennisingenieur.
1. Domeintaal
De kennisingenieur definieert met de experten een domeinlexicon: een lijst met termen, hun precieze omschrijving, synoniemen en homoniemen. Experten kunnen niet altijd nauwkeurig verwoorden wat ze aanvoelen. Vertrekkend vanuit die onvolmaakte natuurlijke taal definieert de kennisingenieur een zgn. kennisrepresentatie of domeingrammatica, waarin alle relevante kennis uitdrukbaar is. Deze kan zowel verbaal zijn als visueel, schematisch. Hieronder ziet u enkele voorbeelden van een deel van de metrotaal.
- Causaal schema.
Zie onderstaande figuur: de woorden beschrijven welk verbonden onderdeel een probleem kan veroorzaken. Het schema is een equivalente visuele voorstelling.
- Ervaringsregel
Zie onderstaand voorbeeld: als aan alle voorwaarden voldaan is, dan moet de aktie na DOE uitgevoerd worden.
Redeneren op schema's kan men altijd, zelfs zonder ervaring. Maar die schema's beschrijven geen neveneffecten zoals storingen van het ene circuit naar het andere. Ervaringsregels laten toe het meest voorkomende eerst uit te testen, zonder vooraf een lange redenering uit te voeren, met eventueel overbodige testen.
Het domeinlexicon en de domeingrammatica vormen de domeintaal.
De kennisingenieur verfijnt deze domeintaal met verschillende cases, tot de taal expressief genoeg is. Doordat die domeintaal zo dicht mogelijk bij de natuurlijke taal van de experten blijft, kunnen die experten er gemakkelijk hun kennis in verwoorden.
ALS hakker OP RIJTUIG
EN ventilator_hakker OP RIJTUIG
EN schoenstroom_afnemer OP STEL
EN zonder_traktie OP TREIN
DOE uitschakelen_4363 OP RIJTUIG VAN hakker
2. Redeneerstrategieën
Hoe redeneren we op deze kennis? Toegepast op de hoger vermelde voorbeelden geeft dat:
regel
Hierop is de gekende logica van toepassing.
Als 1 conditie onwaar is, dan doet het er niet toe wat de waarde van de andere condities is: de conclusie kan niet getrokken worden. Zijn enkele condities waar, dan moeten we onderzoeken of de andere condities ook waar zijn. Dat kan door de vraag te stellen aan de gebruiker (bv. "Is de trein zonder tractie?") of door te kijken of het beredeneerbaar is, bv. via een andere regel of een causaal schema.
causaal schema:
Stel dat de 110_volt niet werkt. Dan kan de 110_volt defect zijn, of wat stroomopwaarts ligt kan defect zijn. Daarom kijken we of er iets op dezelfde (logische) hoogte ligt als de 110_volt. Dit is de 24_volt. Als deze werkt weten we dat alles wat stroomopwaarts ligt werkt, en dat derhalve de 110_volt defect is.
Synoniemen van redeneerstrategieën zijn inferentie- of problem solving strategieën. Deze hangen dus af van de grammatica van de taal.
3. Taken
Een expert kan met die kennis verschillende taken aan. Bv.
+ diagnostiseren welk onderdeel defect is
+ nagaan welke remedie passend is
+ kijken of er geen tegenstrijdigheden in de kennis zitten
De expert kan daarenboven eenzelfde taak op verschillende manieren oplossen afhankelijk van de context. Neem het diagnostiseren:
Als een trein tijdens het rijden een probleem heeft, dan moet binnen de 30 sec. een antwoord gevonden worden. Men kan geen onderdelen grondig onderzoeken. Anderzijds is het enkel de bedoeling te weten of de trein moet vervangen worden.
Tijdens de herstelling moet het probleem definitief opgelost worden. Men kan er testen doen van 10 minuten als die de globale reparatietijd verminderen.
Op dezelfde domeinkennis, kan men dus verschillende taakkennis toepassen.
4. Kennisinhoud
Domeintaal, redeneerstrategieën en taakbeschrijving beschrijven de domeinstructuur. Die is doorgaans zeer stabiel, terwijl de inhoud van de kennis, de concrete vuistregels, schema's... regelmatig variëren. Die inhoud formuleren de experten in de domeintaal, wat de onduidelijke interpretatie oplost en de expressiemoeilijkheden van de experten vermijdt.
De kennis beschreven in de domeintaal noemt men de kennisbank.
Het converteren van gedetailleerde technische schema's voor de herstelling naar meer eenvoudigere, globale causale schema's voor de herstelling is eigenlijk niet moeilijk.
Experten leren steeds bij. Ervaringsregels kunnen dus niet compleet zijn. Het is dan de bedoeling er zoveel mogelijk te hebben, en te zorgen dat ze juist zijn. Basismethodes zijn case-studies, en consistentieverificatie. Hierbij gaat men na of alle combinaties wel gekend zijn, en of er geen tegenstrijdigheden voor komen.
5. Computerondersteuning bij het aanmaken van werkvoorschriften
Uiteindelijk bevat de kennis meer dan 40.000 lijnen tekst of een stapel schema's van 8 cm dik!
Om die hoge kwaliteit te verzekeren is veel monnikenwerk nodig. Een computerprogramma (op maat) ondersteunt:
1. opzoeken grammaticale fouten
2. opzoeken ongebruikte termen
3. consistentiechecking
Men kan verder gaan:
4. Een databank aanleggen met cases met het correcte antwoord. Deze laten toe de correctheid van de kennis te verifiëren, ook als er nieuwe kennis toegevoegd wordt. Hiervoor moeten wel de redeneerstrategieën geprogrammeerd worden.
Zelfs als het de bedoeling is om werkvoorschriften enkel op papier ter beschikking te stellen, is computerhulp meestal wenselijk bij grote volumes.
Computerondersteunde raadpleging van werkvoorschriften
1. Geen documentair systeem...
De werkvoorschriften zijn nu van hoge kwaliteit. Maar zijn ze wel gebruiksvriendelijk voor de verkeersgeleiders? Het is niet gemakkelijk om snel en zonder fouten het passend werkvoorschrift te vinden! Ook hier is computerondersteuning behulpzaam.
Een eerste, relatief eenvoudige vorm, is een documentair systeem. De gebruiker voert enkele trefwoorden in, waarop de computer al de werkvoorschriften geeft die met die trefwoorden overeenkomen. De gebruiker leest die, en redeneert er zelf op.
Voor de verkeersgeleiders volstaat een documentair systeem niet:
veel bestuurders geven uit zichzelf te weinig gegevens over de symptomen. Er moeten zinnige bijkomende vragen gesteld worden.
de verkeersgeleiders kennen evenmin als de bestuurders alle trefwoorden, noch hun precieze betekenis. Er moeten dus veel synoniemen in het systeem zitten, en er moeten vragen ter verduidelijking gesteld worden.
er moet een antwoord binnen 30 sec. komen! De verkeersgeleiders hebben gewoon niet de tijd om zelf te lezen en te redeneren.
2. ... wel een expertsysteem
Een expertsysteem lost bovenstaande problemen op vermits het zelf redeneert op de domeinkennis. Het expertsysteem is geïntegreerd met de mainframes en de procescomputer om permanent de stand en samenstelling van de treinen te kennen. Kenmerkende onderdelen van de dialoog staan in onderstaande figuren. Het expertsysteem is in gebruik sedert september 89.
3. Computerondersteund Onderwijs & Simulatie
Bestuurders, verkeersgeleiders en herstellers kunnen het expertsysteem in leermode plaatsen. Zij kunnen dan verschillende problemen simuleren.
4. kostprijs ontwikkeling
Het systeem is in twee fazes ontwikkeld, met de volgende mankracht:
1. 1989: op 1 PC
2. 1993: conversie naar C onder OS/2, client server
Kennis onderhouden: kennis-kwaliteitskring
De kennisstructuur is dus in belangrijke mate door de kennisingenieur opgesteld op basis van de kennis en natuurlijke taal van de experten. De eerste 5000 lijnen kennis zijn samen opgesteld en ingevuld. Enerzijds valideerde dat de kennisstructuur, en anderzijds liet het de experten ruimschoots toe vertrouwd te raken met de expertinterface: de plaats waar de experten de kennis ingeven in de computer.
Verschillende experten met een complementaire technische expertise stelden die kennis op. Zo verbeteren de experten systematisch hun eigen kennis en leren ze van elkaar. "Dit is een kwaliteitskring op een gouden schoteltje" zei ir. Galle. Na het project stak er in de kennisbank meer kennis dan de individuele experten voordien hadden. Toen de kwaliteitskring al functioneerde verminderde het aantal nutteloze vervangingen van 40 naar 30%. Toen het expertsysteem in produktie ging daalde dit verder tot 6%.
Met iets meer dan 30.000 lijnen kennis, is het expertsysteem in produktie gegaan De kwaliteitskring is permanent blijven functioneren. Zowat maandelijks komen de experten bijeen om hun nieuwe ervaring te bespreken, en waar nuttig toe te voegen aan het systeem. Het gaat bv. om nieuwe kennis door verouderingsverschijnselen. Ondertussen is de kennisbank meer dan 40.000 lijnen groot.
Tijdens een reorganisatie van de herstelling, werd de kennisbank een tijdlang niet meer onderhouden. Daardoor steeg het werk voor de hersteldienst, wat hen motiveerde om de draad opnieuw op te nemen.
Integratie met andere bedrijfsprocessen
Zie onderstaande figuren: de herstellers hebben door de logging een gedetailleerd inzicht in de problemen, wat een grote tijdwinst oplevert bij herstelling. Het aantal nutteloze vervangingen is zoals reeds vermeld gedaald van 40% tot 6%. Er zijn dan ook enkele treinstellen minder nodig. Deze procesverbetering over de verschillende afdeling heen, is verantwoordelijk voor de grootste financiële winst van het project.
Zie artikel in Technivisie van 1990
Reacties