Миварные системы принятия решений роботов. РобоРазум

МИВАРНЫЕ СИСТЕМЫ 
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ РОБОТОВ

РОБОРАЗУМ

МОНОГРАФИЯ

Москва
ИНФРА-М
2024

УДК 007.52+004.896+004.891+681.518+65.011.56+62-529+62-519(075.4)
ББК 3281:221
 
В18

Варламов О.О., Коценко А.А., Аладин Д.В., Желтова А.А., Марущенко А.В.
В18  
Миварные системы принятия решений роботов. РобоРазум : монография / 
О.О. Варламов, А.А. Коценко, Д.В. Аладин, А.А. Желтова, А.В. Марущенко. — 
Москва : ИНФРА-М, 2024. — 549 с. 

ISBN 978-5-16-020037-8 (print)
ISBN 978-5-16-112548-9 (online)
В монографии обоснована целесообразность применения миварных технологий логического искусственного интеллекта (ИИ) для значительного повышения интеллектуальных способностей современных робототехнических комплексов (РТК) различного назначения и базирования, способных даже 
понимать естественный русский язык. Предложено реализовать миварные системы поддержки принятия решений (СППР) для операторов пунктов управления РТК, которые выполняют дистанционное 
управление РТК. Также показана возможность создания для интеллектуальных автономных роботов 
и РТК миварных систем принятия решений (СПР), которые будут функционировать вместе с системами управления (СУ) и системами технического зрения (СТЗ) роботов и смогут убрать необходимость 
дистанционного управления и каналов передачи данных. Обосновано создание «мозгов для роботов» 
в целях разработки автономных интеллектуальных роботов. Возможности миварных СПР превышают 
возможности даже коллективов людей, и все эти сверхсложные решения принимаются на компактных, 
дешевых, одноплатных электронно-вычислительных машинах, которые могут быть размещены в автономных роботах. Миварные технологии позволяют решать сверхсложные задачи планирования действий, например, класса N!! и многие другие.
Миварные сети на практике успешно применяются вместе с нейронными сетями для создания комплексных систем ИИ. Представленная миварная схема объединения логики с рефлексами нашла свое 
практическое воплощение в проектах по созданию физических роботов, например, при создании СПР 
автономного автомобиля. Показано, какие результаты и наработки миварных технологий применимы 
для интеллектуализации РТК. Создана демо-модель программно-аппаратного комплекса СПР для автономных роботов, реализующего в виртуальном пространстве в реальном времени формирование решений, например: для восьми автономных роботов перестраивает траектории полета, назначает каждому 
роботу новую конечную точку траектории полета с учетом внезапно возникших на пути объекта препятствий или с учетом изменения задания полета. Показана способность миварной СПР учитывать различные виды препятствий: от просто преодолеваемых до выполнения специальных действий по уборке 
и перемещению препятствий или построению специальных «мостов» и т.п.
Таким образом, результатами работы являются обоснованные и реализуемые предложения по составу, характеристикам и функционалу аппаратно-программных средств, обеспечивающих повышение 
уровня автономности выполнения одним или группой автономных роботов целевых задач. В настоящее 
время основной проблемой для расширения сфер применения миварных сетей является создание баз 
знаний в формате правил «Если — То» с последующим их объединением в «Большие Знания». Целесообразно провести такую аналогию: создание паровоза и строительства сети железных дорог, где «миварный логический движок Разуматор» — это паровоз, а сеть железных дорог — это накапливаемые базы 
знаний по самым разным предметным областям, которые в итоге и образуют «Большие Знания».
Монография предназначена для ученых, студентов, инженеров, экспертов и специалистов в области 
искусственного интеллекта и кибернетики, создающих системы обработки информации и управления, 
включая системы принятия решений роботов и системы поддержки принятия решений пунктов управления и робототехнических комплексов, а также миварные базы знания и «Большие Знания» для роботов и всего ИИ. Может использоваться в качестве учебного пособия по ИИ для высших и средних 
специальных учебных заведений.
Ключевые слова: кибернетика, мивар, автономность робототехнических комплексов, система 
принятия решений, СПР, система управления, миварные технологии логического искусственного 
интел ле кта, автономная навигация, автономное управление, групповое управление, комплексное моделирование, миварные сети, база знаний, Большие Знания, миварные экспертные системы, модель, программно-аппаратный комплекс, децентрализованное управление, самоорганизующаяся группа автономных интеллектуальных роботов, MOGAN, MIPRA, Wi!Mi, КЭСМИ, Разуматор, робот.
УДК 007.52+004.896+004.891+681.518+65.011.56+62-529+62-519(075.4)
ББК 3281:221

ISBN 978-5-16-020037-8 (print)
ISBN 978-5-16-112548-9 (online)
© Варламов О.О., Коценко А.А., Аладин Д.В., 
Желтова А.А., Марущенко А.В., 2024

Р е ц е н з е н т ы:
Балдин А.В., доктор технических наук, профессор; 
Максимов Н.В., доктор технических наук, профессор; 
Михайловский А.Б., доктор военных наук, кандидат технических наук; 
Теслинов А.Г., доктор технических наук, профессор; 
Чувиков Д.А., кандидат технических наук

Оглавление 

 

Введение .................................................................................................................. 6 

1. 
Обоснование 
возможности 
применения 
миварных 
технологий 
логического ИИ для интеллектуализации роботов ..................................... 21 

1.1. 
Интеллектуализация РТК на базе миварных технологий.......................................................... 21 

1.2. 
Подготовка исходных данных для миварных баз знаний СПР роботов .................................. 28 

1.3. 
Методика создания верифицируемых моделей миварных баз знаний .................................... 36 

1.4. 
Методика создания миварных баз знаний в таблично-матричном виде на примере систем 
управления наземных интеллектуальных транспортных средств .................................................... 53 

1.5. 
Применение миварного подхода для интеллектуализации систем управления РТК ............. 63 

1.6. 
Краткое описание миварного подхода ........................................................................................ 83 

1.7. 
Миварная сеть .............................................................................................................................. 103 

1.8. 
Переход от формализма "правила-переменные" к формализму "отношения-правилапеременные" в миварных сетях ......................................................................................................... 115 

1.9. 
Оценка возможностей миварного подхода ............................................................................... 120 

1.10. Этапы миварной обработки информации ................................................................................. 141 

1.11. Обзор применений миварного подхода .................................................................................... 160 

1.12. Выводы ......................................................................................................................................... 165 

2. Концепция системы управления группой автономных роботов на 
основе логического ИИ .................................................................................... 166 

2.1. 
Миварная СПР для РТК на основе программно-аппаратного комплекса «РобоРазум» ...... 166 

2.2. 
Научный анализ и прогнозы развития ИИ в области автономных РТК ................................ 176 

2.3. 
Описание научных исследований и идея создания миварной СПР ....................................... 184 

2.4. 
Миварные технологии и моделирование мышления человека ............................................... 189 

2.5. 
Миварные технологии и количественная оценка информации .............................................. 191 

2.6. 
Мивары и модель «озарения человека» или «инсайта» .......................................................... 193 

2.7. 
Миварные технологии и робототехника ................................................................................... 195 

2.8. 
Описание основных принципов и технологий, лежащих в основе проекта создания СПР 
РобоРазум ............................................................................................................................................ 199 

2.9. 
Сравнение трех способов решения задач ситуационного управления .................................. 201 

2.10. Метрика автономности и/или интеллектуальности РТК ......................................................... 204 

2.11. Анализ ограничений рефлекторного уровня управления КФС и РТК ................................... 217 

2.12. Обоснование выделения систем принятия решений для роботов независимо от систем 
управления ........................................................................................................................................... 221 

2.13. Выводы ......................................................................................................................................... 225 

3. Моделирование типовых задач управления группой автономных 
роботов ................................................................................................................. 226 

3.1. 
Применение миварного подхода для построения маршрутов автономных роботов в 
трехмерном логическом пространстве ............................................................................................. 226 

3.2. 
Структура модели ....................................................................................................................... 235 

3.3. 
Входные данные ......................................................................................................................... 235 

3.4. 
Демо-модель СПР трехмерных групповых маршрутов .......................................................... 236 

3.5. 
Взаимодействие с серверной версией КЭСМИ Wi!Mi «Разуматор» ..................................... 237 

3.6. 
Визуализация 3D маршрута ....................................................................................................... 238 

3.7. 
Результаты моделирования ........................................................................................................ 238 

3.8. 
Оценка эффективности .............................................................................................................. 263 

3.9. 
Выводы ........................................................................................................................................ 271 

4. Миварные технологии смысловой обработки текстов для роботов ... 273 

4.1. 
Необходимость систем понимания смысла текстов для роботов .......................................... 273 

4.2. 
Миварный подход к пониманию естественного языка ........................................................... 275 

4.3. 
Формализация «понимания смысла текста» ............................................................................ 277 

4.4. 
Миварный метод работы с текстом для  «понимания смысла текста» .................................. 283 

4.5. 
Миварная модель Вещь-Свойство-Отношение и создание моделей текстов ....................... 289 

4.6. 
Выводы ........................................................................................................................................ 298 

5. Комплексное применение нейросетей и миварных экспертных систем 
для роботов ......................................................................................................... 299 

5.1. 
Комплексный ИИ: анализ распознавания знаков на фотографиях ........................................ 299 

5.2. 
Применение МЭС для принятия решений в видеоаналитике ................................................ 311 

5.3. 
Применение МЭС для системы технического зрения лесного ландшафта для БПЛА ........ 319 

5.4. 
Выводы ........................................................................................................................................ 326 

6. Примеры применения миварных СПР ..................................................... 328 

6.1. 
Миварная СПР для вычисления произвольных алгоритмов функционирования сервисных 
роботов ................................................................................................................................................ 328 

6.2. 
МЭС для решения оптимизационных задач и поиска траекторий робота ............................ 353 

6.3. 
Применение МЭС для решения задач планирования распределения ресурсов ................... 360 

6.4. 
Миварные системы интеллектуального планирования и контроля за соблюдением ПДД . 379 

6.5. 
Автономные группы роботов с миварными СПР .................................................................... 420 

6.6. 
Анализ особенностей применения автономных роботов ....................................................... 421 

6.7. 
Работа миварных СПР РТК с различными препятствиями .................................................... 422 

6.8. 
Работа миварных СПР РТК с неисправным техническим зрением ....................................... 425 

6.9. 
МЭС для оптимизации маршрутов в закрытых помещениях ................................................. 427 

6.10. Применение МЭС в логистических системах .......................................................................... 432 

6.11. Создание для цифрового сельского хозяйства миварной «логической интеллектуальной 
системы обеспечения ухода за растениями» .................................................................................... 440 

6.12. Автоматизированный процесс сборки изделий с использованием роботов с миварной     
СПР  ....................................................................................................................................................... 448 

6.13. Миварная СПР роботов для поиска маршрута автономного транспорта маркетплейса ...... 454 

6.14. Выводы ......................................................................................................................................... 460 

7. Структура аппаратно-программного комплекса миварной СПР на 
борту автономного робота ............................................................................... 461 

7.1. 
Структурное описание центрального вычислительного модуля ............................................ 461 

7.2. 
Мини-ПК «NUC»......................................................................................................................... 462 

7.3. 
Одноплатный компьютер. .......................................................................................................... 468 

7.4. 
Смартфоны с поддержкой UNIX-подобных систем ................................................................ 471 

7.5. 
Выводы ......................................................................................................................................... 474 

Заключение ......................................................................................................... 475 

Список использованных источников ........................................................... 487 

Перечень сокращений и обозначений ........................................................... 547 

Ссылки на дополнительные материалы в сети Интернет ....................... 548 

 

 

 

Введение 

Для повышения автономности робототехнических комплексов (РТК) 

целесообразно 
использовать 
миварные 
технологии 
логического 

искусственного интеллекта (ИИ). В работе обоснованы и показаны пути 

реализации программно-аппаратных комплексов (ПАК) и аппаратно
программных средств, обеспечивающих повышение уровня автономности и 

интеллектуальности выполнения одним или группой автономных роботов 

различного базирования и назначения целевых задач. 

Как известно, термин искусственный интеллект (ИИ) имеет в 

настоящее время очень много различных значений, как «маркетинговых», так 

и научных. Особый интерес, с нашей точки зрения,  представляет создание 

«думающих машин». При этом совсем не важно: будут ли эти машины 

повторять биологию человека или нет. Как известно: «самолеты крыльями не 

машут, но отлично летают». Значит, вовсе не обязательно копировать 

«эволюцию природы». Нам ближе путь создания думающих машин на основе 

их «железной анатомии» и постепенного усиления их способностей по 

выживанию и развитию в реальном мире. В целом это традиционное научное 

направление «автоматизация обработки информации и управления», но с 

двумя 
важными 
требованиями 
по 
качественному 
повышению 

«интеллектуальных способностей» машин (роботов и робототехнических 

комплексов и систем): 

1) построение алгоритмов решения в процессе решения задачи на 

основе логического вывода («решение творческих задач», когда нет готового 

алгоритма решения задачи);  

2) способность к самообучению/обучению и наращиванию имеющихся 

знаний в виде правил и фактов.  

Конечно, 
все 
начинается 
с 
прикладной 
математики 
и 

программирования для выполнения машинами человеческих заданий: 

«Автоматизация (информатизация) – это материализация человеческих 

идеальных мыслей в виде алгоритмов и программ компьютеров» [294]. 

Автоматизация позволяет отделить от человека его мысли и выполнять их 

автономно от своего создателя на компьютерах. Компьютеры как средство 

обработки 
информации 
и 
управления 
являются 
составной 
частью 

киберфизических систем (КФС), где за «кибер»-часть отвечают как раз 

компьютеры с программами, а за «физическую» часть – различные 

«железные» и просто материальные машины. Обе составные части важны, 

как и в случае человека: тело и мозг неразрывно связаны друг с другом. При 

таком 
подходе 
термин 
«искусственный 
интеллект» 
получает 
свое 

материальное воплощение в виде единой киберфизической системы, которая 

может 
функционировать 
как 
под 
управлением 
человека, 
так 
и 

самостоятельно.  

Сейчас очень важно отличать «дистанционное управление» от реально 

автономных самостоятельных робототехнических комплексов (РТК) и 

киберфизических систем. К сожалению, встречается очень много обмана, 

когда за «искусственный интеллект» пытаются выдать работу человека
оператора «на другом конце провода». Поэтому всегда важно знать, что 

«находится под капотом» чудо-техники и кто реально управляет такой 

системой. Специально подчеркнем: дистанционное управление и все с ним 

связанное не относится к области ИИ, т.к. не позволяет повышать 

«интеллектуальные способности» машин, а только подменяет их путем 

использования человека.  

Да, развивать технологии дистанционного управления нужно, но не 

надо «обманывать народ» и называть это «искусственным интеллектом». 

Конечно, в настоящее время, пока не созданы полноценные системы 

искусственного интеллекта, эти две направления могут применяться 

одновременно. Например, для беспилотных автомобилей: «автономный ИИ» 

выполняет те функции, с которыми он может справиться, а в случае 

возникновения более сложных ситуаций подключается человек и в режиме 

дистанционного (или реального) управления решает возникшие затруднения. 

Сейчас многие автомобили позволяют водителю в отдельных ситуациях 

передать управление «системе ИИ», например, при движении в пробке, при 

парковке, при движении по полосе и т.п., а в случае возникновения более 

сложной ситуации управление берет на себя человек-водитель. Аналогично 

можно поступать и в других случаях. Конечной целью автоматизации, как и 

теории 
искусственного 
интеллекта, 
является 
создание 
автономных 

думающих машин, способных принимать решения в самых сложных 

ситуациях на основе «обработки информации и управления». Пути 

достижения этой цели могут самыми различными. На наш взгляд, 

наибольший интерес сейчас представляет новое комплексное направление 

исследований в области ИИ, прежде всего, с точки зрения автоматизации и 

создания реальных физических продуктов для всего человечества.  

Для машиностроения (в широком смысле этого слова) широко 

используются различные средства автоматизации деятельности человека, 

поэтому новое научное направление называют: «машиностроительный 

искусственный интеллект» (МСИИ). Цель этого направления - создание 

высокоинтеллектуальных автоматизированных цифровых предприятий с 

возможным переходом к автономным безлюдным производствам с полным 

жизненным циклом изделий. Подчеркнем, что Машиностроительный ИИ — 

это больше, чем сильный или общий ИИ, т. к. будет автоматизироваться и 

усиливаться интеллектуальная деятельность не отдельного человека, а 

коллективов людей решающих сложные задачи в следующих областях 

полного жизненного цикла изделий: конструкторское проектирование; 

технологическое проектирование; производство сложных технических 

систем (изделий); эксплуатация изделий; утилизация изделий. 

С точки зрения ИИ, наибольший интерес представляет создание 

сложных 
изделий: 
автомобилей, 
тракторов, 
комбайнов, 
самолетов, 

вертолетов, различных двигателей, кораблей, автономных роботов и т.п. 

Часть деятельности по созданию таких сложных изделий автоматизирована, 

но 
с 
учетом 
новых достижений 
логического и 
рефлексного 
ИИ 

представляется целесообразным провести анализ возможности дальнейшей 

интеллектуализации деятельности по полному жизненному циклу этих 

изделий. Для выделения этой специфической и сверхсложной области 

применения технологий ИИ в целях разработки новых производственных 

технологий и РТК, введен новый научный термин: «Машиностроительный 

искусственный интеллект».  Подчеркнем, что главное отличие от 

существующих «видов» ИИ будет состоять в том, что МСИИ создается для 

всех операций системы полного жизненного цикла различных изделий и 

сложных технических систем, включая роботов, КФС и РТК.  

Образно говоря, надо создать МСИИ для промышленных производств, 

которые будут сами изучать потребности, проектировать, создавать изделия, 

обслуживать их в процессе эксплуатации и утилизировать их, а также и 

модернизировать, эволюционно развивать себя без человека. Это будут 

развивающиеся безлюдные автономные «марсианские фабрики».  

Получается, что надо уже сейчас делать «сверхсильный ИИ» для 

машиностроения 
и 
промышленности, 
который будет 
сложнее, 
чем 

«сильный/общий ИИ», который усиливает способности или заменяет одного 

человека-специалиста. Машиностроительный ИИ будет включать в себя 

«сильный ИИ» и должен будет усиливать возможности или заменять 

коллективы людей на всех этапах полного жизненного цикла изделий для 

решения задач, с которыми даже огромные коллективы людей-специалистов 

не всегда могут справиться в условиях ограничений по времени и ресурсам.  

Таким образом, глобальная цель и «горизонт», возможно не скоро 

достижимый, научных фундаментальных исследований таков, что надо 

создавать роботов делающих и развивающих самих себя в самых различных 

условиях для противодействия энтропии и недопущения «тепловой смерти 

Вселенной». Фундаментальная основа наших исследований – это известная 

научная идея, что цель людей состоит в создании именно таких роботов для 

освоения ими всей Вселенной - «глобальная машинная жизнь». История 

науки подтверждает, что даже самые «недостижимые» цели полезны для 

науки и позволяют решать фундаментальные проблемы с достижением 

практических результатов.  

 

Целью 
данной 
работы 
является 
разработка 
обоснованных 
и 

реализуемых предложений по составу, характеристикам и функционалу ПАК 

и аппаратно-программных средств, обеспечивающих повышение уровня 

автономности выполнения одним или группой автономных роботов целевых 

задач, как по перемещению в пространстве, так и по выполнения 

одновременно с перемещениями различных функциональных задач. 

Задачи данной работы: обеспечение автономности в управлении 

группой 
автономных 
роботов 
за 
счет 
теоретического 
обоснования 

возможности применения миварных технологий логического искусственного 

интеллекта (ЛИИ) для создания систем принятия решений (СПР) для 

автономных роботов и групп разнородных или однородных роботов для 

построения 
маршрута 
одного 
или 
группы автономных 
роботов 
и 

одновременного обеспечения выполнения задач по назначению. 

Подчеркнем, что СПР не заменяют системы управления  (СУ) 

роботами, а являются самостоятельными системами наравне с системами 

технического зрения (СТЗ) роботов и СУ роботов. Фактически, СПР 

позволяют создавать «мозги для роботов» на логическом уровне ИИ, в то 

время как традиционные СУ роботов выполняют свои функции на 

рефлексном (статистическом) уровне искусственного интеллекта.   

Научную область работы можно охарактеризовать следующим набором 

ключевых слов: автономность робототехнических комплексов, мивар, система 

принятия решений, миварные технологии логического искусственного 

интеллекта, автономная навигация в трехмерном логическом пространстве, 

автономное управление, групповое управления, комплексное моделирование, 

миварные сети, база знаний, миварные экспертные системы, модель, 

программно-аппаратный 
комплекс, 
децентрализованное 
управление, 

самоорганизующаяся группа автономных интеллектуальных роботов.