Sistemas Especialistas

Sistemas Especialistas

Os sistemas especialistas são programas destinados a solucionar problemas em campos específicos de conhecimento. Estes programas devem ter desempenho comparável ao dos especialistas humanos na execução dessas tarefas.

A maior capacidade  de um Sistema Especialista consiste em sua especialidade de alto nível que auxilia na solução de problemas. Este conhecimento especializado pode representar a experiência dos melhores peritos no campo. Sua especialização de alto nível, juntamente com a habilidade de aplicação, torna seu custo competitivo e apto a ganhar espaço no mercado comercial. A flexibilidade do sistema também auxilia, pois ele pode crescer incrementalmente segundo as necessidades do negócio ou organização.

A formação de um sistema especialista é basicamente composta por três componentes principais:

Base de dados - responsável por armazenar os dados pré-levantados e as possíveis respostas de um determinado conjunto de entradas, é também chamada de base de conhecimento;

Conjunto de operadores - são mecanismos que fazem as buscas na base de dados a fim de encontrar respostas aos dados informados inicialmente;

Estratégia de controle - que assim como uma árvore binária, é a responsável por facilitar a localização do conjunto de operadores, restringindo a base de dados a um subconjunto de metas, a fim de diminuir, a cada dado fornecido, a gama de possíveis respostas aos problemas especificados (BARRETO e PREZOTO, 2010).

Um sistema especialista pode ser aplicado em:

ü  Sistemas de diagnóstico;

ü  Sistemas de planejamento;

ü  Sistemas de previsão;

ü  Sistemas de controle;

ü  Sistemas de Instrução;

ü  Sistemas de Interpretação.

Classificação dos Sistemas Especialistas

ü  Sistema Especialista de Interpretação

            Esse sistema fornece a descrição de situações de solução para determinados problemas, realizando uma análise nos pontos chave do problema e relacionando com situações parecidas que este tenha em sua base de conhecimento. Assim, é possível fazer uma análise por aproximação das causas que sejam parecidas com a causa do atual problema, e oferecer uma solução equivalente a de outros problemas apresentados.

ü  Sistema Especialista de Diagnóstico

São sistemas que apontam falhas provenientes da interpretação de dados. A análise dessas falhas pode conduzir a uma conclusão diferente da simples interpretação de dados. Detectam os problemas disfarçados por falhas dos equipamentos e falhas do próprio diagnóstico, que não o detectou, possivelmente por ter falhado.

ü  Sistema Especialista de Monitoramento

Explica as observações de sinais sobre o comportamento monitorado. Verifica continuamente um determinado comportamento em limites pré-estabelecidos, sinalizando quando forem requeridas intervenções para o sucesso da execução.

ü  Sistema Especialista de Predição

Este sistema permite uma previsão do futuro, baseando-se de em uma modelagem de dados do passado e do presente, fazendo uso de raciocínios hipotéticos e verificando a tendência de acordo com a variação dos dados de entrada através de mecanismos que possam verificar os vários futuros possíveis, a partir da análise do comportamento desses dados.

ü  Sistema Especialista de Planejamento

Neste sistema, prepara-se um programa de iniciativas a serem tomadas para que se alcançar objetivo determinado. São estabelecidas etapas e subetapas e, em caso de etapas conflitantes, são definidas as prioridades. Possui características parecidas com o sistema para a predição e normalmente opera em grandes problemas de solução complexa.

ü  Sistema Especialista de Projeto

Este sistema tem características semelhantes as do planejamento, e devem-se confeccionar especificações capazes de atender os objetivos dos requisitos particulares. É um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto final, e de fazer uso dessa justificativa para alternativas futuras ( MANCHINI E  PAPPA).

ü  Sistema Especialista de Depuração

Fornece soluções para um possível mau-funcionamento por distorção das bases de dados e de regras do sistema. Desta forma, age como um agente de validação de quebra de regras de um sistema especialista, validando os processos executados dentro do sistema e identificando possíveis procedimentos danosos ao programa.

ü  Sistema Especialista de Reparo

Sistema especialista em executar as correções sugeridas pelos sistemas especialistas de depuração, administrando as falhas que necessitem de paradas de sistema para conserto e agendando tais paradas para efetuar a manutenção.

ü  Sistema Especialista de Instrução

Essa sistema tem o objetivo de propor desafios a seu operador, de forma a instruí-lo a realizar determinadas tarefas, de forma a ensinar sobre determinado assunto a um possível estudante que opere o sistema. Pode incorporar subsistemas especialistas, como de depuração ou reparo, para a obtenção de situações parecidas durante a operação com o sistema.

ü  Sistema Especialista de Controle

Sistema especialista de maior nível de complexidade. Esse sistema controla diversos outros tipos de sistemas, não somente os computacionais. Realiza análises baseadas nos sistemas especialistas de diagnóstico e predição, de forma a determinar horizontes de negócio para os próprios sistemas especialistas incorporados a ele (BARRETO e PREZOTO, 2010).

Principais Elementos que Compõem os Sistemas Especialistas

            Os principais elementos que compõem os sistemas especialistas formam uma Estruturação Básica que é dividida em sete partes:

ü  Base de Conhecimento

Local de armazenagem de todas as regras e fatos dos sistemas especialistas. Compara-se ao banco de dados de um sistema tradicional ou a área do cérebro humano que armazena o conhecimento adquirido.

ü  Quadro Negro

Local de compartilhamento de regras dos sistemas especialistas. Assim como um código em Prolog que carrega bases de regras na memória do computador, disponibilizando tais regras para que outros sistemas possam utilizar, o quadro negro compartilha informações levantadas pela Base de Conhecimento e Mecanismo de Inferência com os demais softwares que compartilham informação.

ü  Mecanismo de Inferência

Mecanismo compartilhado entre sistemas especialistas para busca de dados na base de conhecimento. Tendo a premissa de que as bases de conhecimento são padronizadas e que os mecanismos de inferência sigam um padrão de busca, o mecanismo de inferência irá encontrar a melhor solução dentre um conjunto racional pré-determinado na base de conhecimento, chegando a resposta mais próxima do ideal esperado pelo usuário.

ü  Processador de Linguagem Natural

Sistema responsável por manter a interface com o usuário na área de regras do sistema, de forma a receber e enviar regras ao usuário, da forma mais transparente possível para o mesmo.

ü  Justificador de Conhecimento

Trabalha com as saídas do processo de Regras do Mecanismo de Inferência, este módulo é responsável por detalhar como o sistema chega a determinada conclusão, para utilizar do Processador de Linguagem Natural e interagir com o usuário e, se necessário, solicitar ao usuário as entradas de sistema necessárias para a finalização.

ü  Sequenciador

Seleciona regras que serão utilizadas de acordo com fatos e hipóteses, colocando-as em ordem de execução para que o interpretador trabalhe com elas.

Com isso, executa as operações Fuzzy necessárias para desenvolver uma sequência de processamento interno, concluir em uma resposta e enviar ao interpretador para execução.

ü  Interpretador

Responsável por interpretar as regras advindas do sequenciador, ou seja, processa as informações e regras que lhes são enviadas para processamento. Logo, torna-se em parte o núcleo do sistema, para que este possa trabalhar com as informações passadas.

Principais Benefícios da Utilização dos Sistemas Especialistas

ü  Velocidade na determinação dos problemas;

ü  A decisão está fundamentada em uma base de conhecimento;

ü  Segurança;

ü  Exige pequeno número de pessoas para interagir com o sistema;

ü  Estabilidade;

ü  Dependência decrescente de pessoal específico;

ü  Flexibilidade;

ü  Integração de ferramentas;

ü  Evita interpretação humana de regras operacionais.

Principais Problemas Enfrentados pelos Sistemas Especialistas Atuais

ü  Fragilidade

Pelo fato de os Sistemas Especialistas terem acesso somente a conhecimentos altamente específicos do seu domínio, eles não possuem conhecimentos mais genéricos quando a necessidade surge;

ü  Falta de meta-conhecimento

Geralmente não possuem conhecimentos sofisticados sobre sua própria operação, o que dificulta o raciocínio sobre seu próprio escopo e restrições. A aquisição do conhecimento continua sendo um dos maiores obstáculos para aplicação de tecnologia dos Sistemas Especialistas a novos domínios.

ü  Validação

A medição do desempenho de Sistemas Especialistas é muito difícil porque não é possível quantificar o uso de conhecimento (FÁVERO e SANTOS).

Exemplos de sistemas especialistas

ü  MYCIN - para diagnosticar doenças infecciosas;

ü  PROSPECTOR - informações geológicas;

ü  LOGIC THEORIST - provador de teoremas.

Referências

BARRETO, Luiz Rodolfo; PREZOTO, Marcelo Godoi. Introdução a Sistemas Especialistas. Disponível em:

<http://www.ft.unicamp.br/liag/wp/monografias/monografias/2010_IA_FT_UNICAMP_sistemasEspecialistas.pdf> Acesso em: 23/05/2014.                    

Disponível em: <www.ic.uff.br/~ferraz/IA/Ppt/SistemasEspecialistas/Expert01.ppt> Acesso em: 23/05/2014.

FÁVERO, Alexandre José e SANTOS, Nilson Moutinho dos. Sistemas Especialistas. Disponível em: <http://www.din.uem.br/~ia/especialistas/index.html>Acesso em: 23/05/2014.

MANCHINI, Daniella Patrícia  e PAPPA, Gisele Lobo . Sistemas Especialistas Disponível em: <www.din.uem.br/ia/intelige/especialistas/especialistas/index.html> Acesso em: 23/05/2014.

A UPS Concorre Globalmente com a Tecnologia de Informação

A partir do texto “A UPS (United Parcel Service) concorre globalmente com a tecnologia de informação”, responda as questões abaixo.

1) Quais são as entradas, o processamento e as saídas do sistema de rastreamento de encomendas da UPS?

          As entradas são realizadas a partir do momento em que as assinaturas dos clientes são registradas pelos motoristas juntamente com as informações transmitidas, sobre as retiradas e entregas de encomendas e cartão de ponto.

       O processamento ocorre através do monitoramento das encomendas durante todo processo de entrega, que é feito a partir das informações recebidas e transmitidas à rede de computadores da UPS.

           As saídas acontecem por meio do acesso às informações, pelos clientes, no site Web da empresa, utilizando seus próprios meios de acesso.

2) Quais são as tecnologias utilizadas?

           A empresa utiliza um sistema automático de rastreamento para o monitoramento das encomendas durante todo processo de entrega. Para isso, utiliza-se de um computador de mão: Delivery Information Acquisition Device (DIAD), um adaptador especial existente no caminhão e um dispositivo que está ligado à rede de telefones celulares transmitindo informações, as quais podem ser feitas também através de um rádio interno do DIAD.

3) Qual a relação entre essas tecnologias e a estratégia empresarial da UPS?

      As tecnologias utilizadas para a otimização dos serviços oferecidos pela UPS, garantem o monitoramento previsto pela empresa, como forma estratégica de acelerar os serviços prestados, além de manter a qualidade e a segurança aos seus clientes.

4) O que aconteceria se essas tecnologias não estivessem disponíveis?

            A empresa não apresentaria o nível de excelência que apresenta na prestação dos serviços, pois o tempo de espera dos clientes seria maior, e o monitoramento dos serviços prestados não seria realizado forma ágil e com o nível de eficiência que apresenta. 

5 -  Identifique os elementos que abrangem: organização, administração e tecnologia.

ü  Organização

Os elementos que abrangem a organização são todas as pessoas envolvidas, desde os ajudantes e motoristas dos caminhões até o gerente. Um fator importante para a organização são os métodos operacionais utilizados na UPS, pois a organização da entrada, processamento e saída é fundamental para a  redução do tempo de entrega das mercadorias que é um dos o objetivos da empresa.

ü  Administração

Entre os elementos que envolvem a administração estão os recursos humanos, a contabilidade, as finanças, as vendas, o marketing e a produção. Sendo perceptível no texto, apenas a produção através do processo de encomendas e entregas de mercadorias, e o marketing e as vendas através da divulgação da empresa no Site Web.

ü  Tecnologia

          A principal tecnologia utilizada pela empresa é o computador de mão - DIAD (Delivery Information Acquisition Device), utilizado pelos motoristas dos caminhões e que transmite informações aos computadores centrais da empresa que são os responsáveis pelo armazenamento e processamento dessas informações, e ainda está conectado ao Site Web, onde são disponibilizadas informações que interessam aos clientes, em tempo real.

TEORIA DAS FILAS – M/M/1

Teoria das Filas

A Teoria das Filas é um ramo da probabilidade que estuda o fenômeno da formação de filas de solicitantes de serviços fornecidos por um determinado recurso. Ela permite estimar importantes medidas de desempenho de um sistema a partir de propriedades mensuráveis das filas.

Dessa forma, pode-se dimensionar um determinado sistema segundo a demanda dos seus clientes, evitando desperdícios ou gargalos. Contudo, as filas apresentam comportamentos estocásticos (TEIXEIRA, 2004).

As filas aplicam-se em: Serviços de atendimento (bancos, restaurantes, servidores), fluxo de tráfego (pessoas, redes de comunicação, veículos) e escalonamento (processos, pacientes, tarefas industriais).

A Teoria das Filas tem como objetivo principal o desenvolvimento de modelos matemáticos que permitam prever o comportamento de sistemas de prestação de serviços (MARINS, 2011).

           

Características das Filas

ü  Processo de Chegada – Apresenta um comportamento aleatório;

ü  Distribuição dos Tempos de Serviço – São variáveis aleatórias independentes e identicamente distribuídas (IID);

ü  Número de Servidores – Número de posições de atendimento disponíveis no sistema;

ü  Capacidade do Sistema – Número máximo de clientes que podem permanecer no sistema;

ü  Tamanho da População – Número potencial de clientes que podem chegar a um sistema;

ü  Disciplina de Serviço – A ordem na qual os clientes são atendidos. Os tipos de disciplina de serviço mais conhecidos são:

 FIFO (first in, first out): primeiro a chegar é o primeiro a ser atendido;

Ÿ LIFO (last in, first out): último a chegar é o primeiro a ser atendido;

ŸAleatório: os atendimentos são feitos sem qualquer preocupação com a ordem chegada;

ŸCom Prioridade: os atendimentos são feitos de acordo com prioridades estabelecidas.

Elementos de uma Fila

ü Cliente: É todo o elemento que chega e requer atendimento. Os clientes podem ser: pessoas, máquinas, peças, carros estacionados, cartas que chegam e devem ser entregues, etc.

ü Canal de atendimento: Processo ou pessoa que realiza o atendimento do cliente. Para referir-se ao canal de atendimento é bastante comum a utilização do termo atendente.

Tipos de Fila

            Um sistema de fila pode ser dividido em cinco estruturas básicas de acordo com o seu plano de prestação de serviço.

ü Canal único, fase única: É o tipo mais simples de estrutura da fila de espera, e há fórmulas diretas disponíveis para solucionar o problema do comportamento-padrão da distribuição de chegadas e dos serviços.

ü Canal único, fases múltiplas: Um fator crítico no caso do canal único com séries de serviços é a quantidade de itens permitidos à frente de cada serviço, o que, por sua vez, constitui filas de espera separadas. Como exemplo, tem-se o sistema de lavagem de carros com uma série de serviços realizada em uma sequência uniforme.

ü Canais múltiplos, fase única: A dificuldade com esse formato consiste no fato de que os diferentes tempos de serviço dedicados a cada cliente resultam em velocidade e fluxo desigual entre as filas. Os caixas em um banco e os guichês nas lojas de departamentos são exemplos desse tipo de estrutura.

ü Canais múltiplos, fases múltiplas: Este caso é parecido com o anterior, porém difere-se ao fato de que dois ou mais serviços são realizados em sequência. Como exemplo tem-se a admissão de pacientes em um hospital, que segue este padrão, porque uma sequência específica de etapas é, geralmente, completada. Pois se vários servidores estejam disponíveis para o atendimento, poderá ser atendido mais de um paciente por vez.

ü Misto: Nesse tópico, consideram-se duas subcategorias: Estruturas múltiplas para canais únicos, onde encontram-se as filas que se unem em uma única fila para o serviço de fase única, quanto as filas que se juntam em uma para o serviço de fases múltiplas. E Estruturas de caminhos alternativos, onde encontram-se duas estruturas que diferem nas exigências de fluxo direcional (MORAES; SILVA e REZENDE, 2011).

Modelo Markoviano - M/M/1

Os modelos que permitem um estudo mais completo são os modelos denominados Markovianos, do tipo M/M/1, M/M/S e suas variações.

De acordo com Cuyabano e Jung (2009), uma fila M/M/1 é o modelo mais simples dentre os existentes em teoria de filas, no entanto, é um dos modelos mais estudados. Esse tipo de fila configura um processo de nascimento e morte, no qual as chegadas em um intervalo de tempo (0, T] seguem um processo de Poisson com taxa  λ, e os tempos de serviço, seguem uma distribuição exponencial de parâmetro μ, ou seja:

E as distribuições do tempo entre as chegadas e do tempo de serviço, respectivamente:

O processo de uma fila pode ser considerado também em dois estados: estado ocupado, quando o servidor estiver continuamente em atendimento, e o estado vazio, quando não houver clientes na fila.

Segundo Pereira (2009), o modelo M/M/1 corresponde ao modelo básico onde o sistema e contém um só servidor e a capacidade do sistema e da população são infinitas e a disciplina é a mais comum, correspondendo a quem entra primeiro no sistema ser o primeiro a ser atendido e a sair. Este pode ser representado também como M/M/1/∞/∞/F IF O ou M/M/1/∞/∞/F CF S. Um exemplo deste modelo pode ser de uma loja com um único balcão de atendimento.

            A probabilidade de chegar alguém e este, aguardar para ser servido é:

A probabilidade de não chegar ninguém e haver um serviço que foi completado é:

Ou seja, {X (t)} é um processo de vida e de morte com parâmetros λ e μ, respectivamente.

           Sabendo que o número médio de clientes no sistema (L_s) é, por definição, a média de todos os estados possíveis do sistema ponderado pelas respectivas probabilidades de ocorrência, temos que:

           A Figura abaixo ilustra os elementos importantes para a análise de um sistema de filas: população, processo de chegadas de clientes, organização da fila, disciplina de atendimento e processo de atendimento de clientes.

Referências

CUYABANO, Beatriz Castro Dias; JUNG, Karen Maria. Teoria de Filas. Disponível em: <file:///C:/Users/user/Documents/filas_final.pdf> Acesso em: 26/04/2014.

MARINS, Fernando Augusto Silva. Introdução à Pesquisa Operacional. Cultura Acadêmica. – São Paulo, 2011.

MORAES, Flávio Gomes de; SILVA Gecirlei Francisco da; REZENDE; Tacyanne Assis. Introdução à Teoria das Filas. Disponível em:  <http://www.sbm.org.br/docs/coloquios/CO-2.06.pdf> Acesso em: 26/04/2014.

PEREIRA, Cláudia Rossana Velosa. Uma Introdução às Filas de Espera. Disponível em:

<http://digituma.uma.pt/bitstream/10400.13/48/1/MestradoCl%C3%A1udiaPereira.pdf> Acesso em: 26/04/2014.

TEIXEIRA, Mário Meireles. Introdução à Teoria das Filas. Disponível em: <www.ceset.unicamp.br/~marlih/ST565/intro-filas.pdf> Acesso em: 26/04/2014.