Когнитивные технологии пришли в строительство

Переход к когнитивным системам – что это значит для ИТ в строительной отрасли? Это означает полную смену интерфейса взаимодействия пользователь-машина с переходом на диалоговую систему.

Так как тема новая, требуется небольшое разъяснение технологий. ИТ стартовали в начале 20 века и начали существовать как самостоятельная индустрия с табуляционных машин IBM, где общение человека со счетной машиной происходило через ввод цифровых последовательностей или кодов без какого-либо промежуточного интерфейса.

Традиционная компоновка информационных систем, существующая до сих пор, базировалась уже на технологии формирования команд для компьютерной системы. Это означало создание интерфейсов пользователя с меню, кнопками и другими элементами выбора – то есть создание программируемых систем. Пользователь с одной стороны был ограничен интерфейсом, с другой– был вынужден разбираться с этим интерфейсом, учиться его понимать. И в последние двадцать лет одна из важных задач компаний-разработчиков ИТ состояла в упрощении работы пользователя: то идет переход к оконному интерфейсу, то к процессному, то к touch вариантам и прочему.

На сегодняшний день тенденции в информационных технологиях таковы, что идет переход от взаимодействия между пользователем и компьютером на уровне команд (т.е. инструкций) к естественному языку общения. Это есть первая тенденция, или, другими словами, направление развития в переходе к эре когнитивных систем. Ведь человеку не надо каждый раз обращаться к учебнику русского языка или к инструкции по общению с другим человеком при обращении в библиотеку в поиске какой-то определенной книги или подборке книг. Общение на естественном языке есть наилучший способ взаимодействия для человека. Умение организации общения на естественном языке и есть основная прерогатива когнитивных технологий.

Второе направление развития – уход от традиционной технологии построения жестких алгоритмов к динамической системе, основанной на таких понятиях, как ассоциативность, рассуждение и синтез новых знаний. Ведь здравый смысл подсказывает: если наилучший способ обмена информацией есть общение на естественном языке, то базовый инструмент общения – мозг – есть наилучший способ построения информационной системы. Элементы когнитивных технологий уже органично вплетаются в нашу жизнь – поисковые системы, голосовые помощники, машины с автоподруливанием и автопарковкой, электронные переводчики и т.д.

Технологическая революция – переход к когнитивным системам

Наконец, третья тенденция – изменение классической вычислительной архитектуры типа «процессор-память» на когнитивную архитектуру с объединенным процессингом и памятью. Идет развитие аппаратной платформы, специально создаваемой для когнитивных систем на базе вычислительных модулей с объединенной памятью – мемристорами.

Переход к новой парадигме в ИТ

В чем особенность ИКС, имитирующих кортикальную колонку головного мозга? В универсальности платформы. Один раз установил, а дальше – безграничное количество направлений использования системы.

Обратите внимание, сколько в мире компаний, предлагающих свои решения. Каждая из них предлагает «уникальную» технологию, способ построения (архитектуру), удобный интерфейс и прочее. Теперь посмотрите на человека. Он один, мозг его один, при этом человек выполняет множество операций, может быть обучен совершенно разной работе. Ученые доказали, что в мозге функционируют одни и те же структуры нейронов – кортикальные колонки. Причем, если по каким-то причинам, связанным с травмами, болезнями, перегрузками, одни участки мозга не могут выполнять возложенные на них операции, то другие участки полностью берут на себя эту работу. То есть налицо полная универсальность. Мозг – это вершина творения, универсальная мыслительная машина, безграничное хранилище информации и идеальная информационная система, готовая работать в любом направлении при хорошем обучении.

О чем говорит такое разнообразие информационных решений и компаний – о том, что каждая из компаний не сумела дойти до цели и найти идеальное решение. Понятно, что идеальное решение может быть только одно. Соответственно, система, построенная с максимальной близостью к структуре мозга и будет максимально близка к идеальной системе.

Вот в этом и есть зерно совершаемой технологической революции. Смена парадигмы развития ИТ систем в том, что центром ИТ решений компаний будет одна платформа, вся деятельность ИТ компаний сосредоточится вокруг задачи обучения такой системы конкретным навыкам. И эта смена парадигмы весьма надолго, если не навсегда. Можно говорить уже о выходе в новый мир ИТ технологий, где главное место снова занимает человек, его опыт и его совершенный мыслительный орган.

Каково практическое применение ИКС на базе кортикоморфных нейросетей? ИКС – технологическая платформа будущего, на базе которой возможно построение любых информационных систем, то есть любое обучение ИКС, включая средства диалога с пользователем, цифровых помощников и кибер-сотрудников, средства обработки данных и прогнозирования, цифровых двойников со способностью к самообучению.

Теперь возможно создание виртуальных нейросетевых агентов, которые смогут видеть вас, слышать вас и общаться с вами. Все это будет не имитация – ваши агенты будут по-настоящему понимать вас, образовывать ассоциативные связи в своей искусственном нейрокортексе, догадываться о неизвестном им и обучаться в ходе общения с вами, читая полученные документы или общаясь с другими агентами (системами) в своем виртуальном мире. А главное – работать на благо жителей, застройщиков и других субъектов градостроительной деятельности.

В чем практический эффект этого технологического перехода. Использование высококачественной обработки текстов на естественном языке резко повышает эффективность использования всего накопленного объема технической документации. Существенно повышается эффективность переноса опыта работы сотрудников в машину. Особенность кортикоморфных систем – доучивание системы уже в процессе работы с использованием базовых, текущих и резервных датасетов. То есть, не надо заново обучать или переучивать нейросеть для каждого случая.

Решения «РедСис»

Компания «РедСис» сосредоточилась на создании решений с применением Искусственных Когнитивных Систем (ИКС), выбрав в качестве платформы систему, повторяющую кортикальную колонку коры головного мозга – кортикоморфную нейросеть.

Главная цель «РедСис» - создание искусственной когнитивной системы (ИКС) поддержки технологии информационного моделирования RS:BIM AI. То есть дополняющей системы к платформам управления жизненным циклом строительства, обеспечивающей более эффективной информационной поддержкой всех участников процесса строительства. В ряде задач BIM AI может полностью заменить специалиста, т.е. обеспечить полную автоматизацию в работе вычислительной системы (ВС). В ряде задач – обеспечить качественную поддержку специалиста, т.е. предложить ответы на его вопросы. В любом случае, использование принципа ВОС означает взаимодействие ИКС – ИКС или ИКС – человек – ИКС с использованием естественного языка общения.

RS:BIM AI состоит из ряда систем, важнейшие из которых – нейросетевая модель единого терминологического словаря (НСМ ЕТС), Цифровой помощник для проверки НТД (ЦП НТД), Цифровой помощник проверки строительной документации и информационных моделей (ЦП ИМ).

Применение вопросно-ответной системы позволяет обеспечить лучшую работу с пользователями, предоставлять более точные сведения из всего объема так называемого архитектурного, градостроительного и строительного каталога, включающего весь набор имеющейся нормативно-технической документации, перечень и требования к строительным материалам, каталог производителей и поставщиков. Система дает повышение качества работы сотрудников (чиновников), снизить временные затраты на обработку и прохождение обращений и заявок. Улучшает узнаваемость и интерес к проектам строительства, увеличить число посетителей за счет налаживания общения через социальные сети и мессенджеры. Снижает возможную социальную напряженность с населением в ходе строительства за счет использования электронных консультантов и постоянной связи с населением вне зависимости от времени суток, повышения качества и точности ответов.

Система RS:BIM AI большая, поэтому далее чуть подробнее раскрыта тематика создания нейросетевой модели единого терминологического словаря. В последующих статьях будут освещены остальные компоненты системы. Компания будет держать в курсе ИТ сообщество о дальнейшем развитии системы.

Единый терминологический словарь

Единый терминологический словарь – это основа для создания диалога «человек-машина», где оба участника диалога едино и правильно понимают те термины, которые применяют.

Необходимость применения ИКС с функцией понимания и интерпретации естественного языка обусловлена тем, что технология строительства неразрывно связана с необходимостью выпуска строительной документации, которая оформляется на естественном языке. В информационном моделировании объектов строительства применяется большое количество строительных терминов. Поскольку строительство как отрасль имеет очень длительную историю развития, а сами объекты обычно долгое время жизни, то строительная терминология и строительные технологии непрерывно изменяются в условиях, когда строительный объект продолжает существовать и часто претерпевает модернизации разной степени глубины. Поэтому требуется система, которая сможет отслеживать все изменения с максимальной степенью автоматизации.

Одна из трудностей формирования национальных НТД заключается в неоднозначности определения строительных терминов в Казахстане, России и Беларуси. Например, в изданном в Москве в 2014 году терминологическом словаре для национальных нормативных документов, реализующих Еврокоды, понятие «конструктивная система» определяется как совокупность конструктивных элементов, подчиненная определенной закономерности. А в словаре, изданном в том же году в Казахстане, – как несущая система определенного типа, характеризуемая конструктивным решением составляющих систему элементов, их взаимным расположением и способом передачи усилий, объединенная в систему совокупность элементов здания, обеспечивающая его прочность, жесткость и устойчивость. Соответственно, конструктивная система по одному словарю определяется жестко как «несущая система», по другому словарю – это просто совокупность элементов. Такой разнобой в определениях приводит к неоднозначному пониманию нормативно-технической документации.

RS:BIM AI способна построить ассоциативные основания по всем вариантам определения и взаимоотношения терминов. В них используются модели кортикальной колонки (так же, как в коре головного мозга) с запоминанием терминов (семантических объектов), их припоминанием с учетом введенного ассоциативного основания (логики), самостоятельно продолжающегося ассоциирования системы после завершения ввода извне, ветвление ассоциаций, торможение неправильного, забывание несущественного и других когнитивных функций. Это значит, что ИКС самостоятельно анализирует частоту и корректность употребления терминов различными специалистами, проектными командами. На основании такого анализа эта система способна выдать рекомендуемое определение термина. Так же, как специалист строительной отрасли определяет, что данное понятие использовано неправильно, система поступает подобным образом, используя эталонное понятие. ИКС способны самостоятельно искать несоответствие терминов в различных словарях и выявлять различия, причем делать это значительно быстрее и точнее человека.

Последовательность формирования нейросетевой модели такая. Мы сначала делаем адаптацию под задачу векторных пространств для вычисления семантических расстояний между символами, морфемами, словами и фразами (char2vec, morph2vec, word2vec, phras2veс) строительных терминов. Далее формируем датасет под задачу с учетом многообразия грамматических конструкций, рекомбинации высказываний и вербального разнообразия. Адаптируем под задачу системы предобработки высказываний на основе нейронных сетей и систем машинного обучения. И, наконец, проводим обучение нейросетевого ансамбля. Теперь система готова к самостоятельному дообучению.

Кроме того, ИКС могут помочь реализовать еще один общий для стран СНГ принцип, который должен применяться при разработке нормативной документации – согласование со стандартом ISO 81346-12 в части системной классификации строительной информации. Применение этого стандарта позволяет выполнить описание технической системы как части другой системы или компонента.

Все еще впереди, и не только для машины…

Создаваемая система RS:BIM AI обладает большим ресурсом к расширению спектра решаемых задач и может обеспечивать любые функции, связанные с необходимостью понимания естественного языка, автоматизации рутинных операций, распознавания образов, диспетчеризации производственных процессов и контроля исполнительской деятельности в строительстве.

Тем не менее, разговоры о том, что система искусственного интеллекта заменит человека, беспочвенны. Дело в том, что качество такой системы определяется качеством ее обучения – она не может воспринять ничего нового, если она не обучена, поэтому роль специалистов по стандартизации и технической оценке, проектированию, экспертизе строительных проектов в строительстве по-прежнему велика.