2013_11_01_Gonciarz.pub Management Systems in Production Engineering   2013, No 3 (11), pp 5‐8       Abstract:  Expert systems can be defined as computer programs, whose main task is to simulate a human expert, usually in a nar‐ row field of exper se. Possible applica ons of modern informa on technology are very extensive, ranging from medici‐ ne, geology and technology to applica ons in the field of economic and financial decision support.  The purpose of this paper is to present the prac cal applica on of an expert system that supports the process of mana‐ ging the produc on of yachts and has a high suitability for use in this applica on.  Using the expert system described in the paper reduces the  me during the design and produc on prepara on process.    AN EXPERT SYSTEM FOR SUPPORTING THE PRODUCTION OF PLEASURE BOATS  INTRODUCTION  In the highly compe ve situa on of the yacht market,  it is obvious that success will reward  those companies that  are be er able than the compe on to make the right deci‐ sions in a  mely and efficient manner. Large companies can  afford to employ a numbers of highly qualified profession‐ als to respond properly at any  me and take the right deci‐ sions.  In addi on, a financially strong company can afford  to purchase custom‐wri en and highly advanced so ware  that constantly analyzes the main func ons of the compa‐ ny.  Small  and  medium‐sized  enterprises  are  in  a  different  situa on where budgets are much slimmer and it is difficult  to  compete  with  larger  corpora ons.  It  makes  sense  for  these  small  and  medium  sized  en es  to,  look  for  other  ways to improve their compe veness. Among the alterna‐ ves are expert systems that can successfully support work  in even the most esoteric of yacht disciplines, such as hull  design and construc on.  Expert  systems  are  capable  of  computa onal,  qualita‐ ve, descrip ve and explanatory func ons.  An addi onal advantage of expert systems is the ease of  use, in a process which boils down to a series of ques ons  and answers between the computer program and the user,  in which the system receives relevant informa on, not only  from the user  but also from external sources of knowledge,  such as spreadsheets, and other calcula on tools.  In yacht building, the  me required for the produc on  of an individual boat is o en less important than a focus on  extremely high quality, providing excep onal comfort and  luxury to the owner and his or her guests with state of the  art furnishings and equipment. This equipment will include  electronic  and  hydraulic  systems  providing  the  ability  to  control and maneuver the vessel in adverse condi ons with  a li le or no stress and with a very small crew.   Very o en the reputa on of the boat building company  is the determining factor in se ng the boat’s final price and  producing the order to proceed with design comple on and  construc on.  A common prac ce of boat manufacturers  is to select  individual  items  of  equipment  from  recommenda ons  in  catalogs, which may well be weighted to specify all items to  be “safe” in terms of strength and power output, but which  may  also  be  unnecessarily  heavy  and  expensive.  This  has  the poten al for increasing the final cost of the vessel, and  in  some  cases  such  as  diesel  engines  for  bringing  about  premature  failure  as  a  result  of  excessive  low  power  and  low temperature opera on.  Conversely,  selec ng  under‐sized  or  under‐powered  components  will  lead  to  frequent  breakdowns,  early  re‐ placements, and  in extreme situa ons, may endanger the  lives and safety of the people on the vessel.   Yacht manufacturing costs are also greatly affected by  excessive  expenditures  for  labor    to  install  over‐  sized  equipment, well intended to ensure the safety of the yacht  and ensure the comfort of its use. A fully developed expert  system will op mally choose, customize and calculate the  required materials and equipment for safety, comfort and  cost control.  In other words, the  informa on provided by  such an expert system will significantly affect all costs, caus‐ ing the final price of the to be much lower while maintain‐ ing  the  desired  comfort  and  capabili es  required  in  the  completed yacht. In addi on, the use of this expert system  will mean that produc on will be smooth and efficient.  THE PRODUCTION PROCESS OF THE EXPERT SYSTEM  An  expert  system  is  a  computer  program,  which  con‐ tains knowledge about a specific and usually narrow field.  The system has a capability to solve problems comparable  with that of a human expert in the same filed of knowledge  Tomasz GONCIARZ  Parker Poland Sp. z o.o.  Marcin PERZYK  Warsaw University of Technology  Key words: expert systems, informa on technologies, produc on of yacht     6                                                                                                               Management Systems in Produc on Engineering 3(11)/2013                               T. GONCIARZ, M. PERZYK ‐ An expert system for suppor ng the produc on of pleasure boats    – it is a computer so ware designed to solve problems that  require  specialized  knowledge.  Expert  systems  belong  to  the field of ar ficial intelligence, which is the study of issues  including fuzzy logic, evolu onary computa on, neural net‐ works, ar ficial  life and robo cs. Ar ficial  intelligence  is a  branch of computer science, the object of which is to study  the  rules  of    human  behavior  and  intelligence,  to  create  formal  models  of  that  behavior  and  human  thought  pro‐ cesses and, as a result, to create computer programs that  simulate the behavior and intellect of humans [4, 7].  The star ng point to development of the expert system  is analysis of the process of prepara on of produc on [5].   The main idea is to create programs, when a knowledge  and  reasoning  techniques  are  introduced,  can  generate  answers similar to those that would be provided by a highly  experienced human being. In effect, you will use the system  to  access  the  human  expert’s  knowledge  and  experience  through the user interface of the computer or other device  running the program. The user of this service asks ques ons  and receives answers and explana ons presented in various  forms, such as:  text,  video,  sound,  photo,  figure,  scheme.  The benefits of using expert systems include [6]:   saving money. In the long run they are much less ex‐ pensive than human experts, especially  in helping to  solve problems that require the most exper se  a lack of experienced people in the field;  they work faster, do not get  red, they are more relia‐ ble than people;  they are consistent, objec ve, accurate;  they  analyze  large  amounts  of  data,  using  computer  capabili es of requires a computer;  they are useful for solving complex problems in areas  where there is accumulated empirical informa on ;  they are able to answer ques ons by presen ng infor‐ ma on  in  an  intui vely  understandable  way.  Expert  system  users  do  not  need  to  understand  the  inner  working of the systems;  they save  me;  they are always available;  they are easy to use.  Model of an expert system for supporting the production of recreational crafts Recrea onal cra , to which expert systems can be ap‐ plied, include sailing yachts, displacement‐hull power boats  and planing power boats. These vessels have a  long tradi‐ on, a variety of applica ons and a large variety of design  solu ons.   The presented expert system can address, among other  things, issues such as the calcula on of the maximum speed  of  the  boat  and  the  required  engine  power  to  a ain  that  speed, the choice of power train components, exhaust sys‐ tems, the selec on of steering and thruster devices to con‐ trol and maneuver the boat, and help to resolve many other  ques ons and problems. The conclusions and explana ons  are  provided  in  narra ve  and  quan ta ve  form  with  dia‐ grams, drawings, photographs, films and sound. The expert  system  is designed  in such a way that  it can be easily ex‐ panded  by  the  input  of  new  informa on  and  knowledge.  For example, as new technology develops, the system engi‐ neer  or  programmer  can  update  or  extend  the  data  base  and programming of the expert system.   This  par cular  system  has  been  wri en  in  such  a  way  that it can be easily reprogrammed for applica on in fields  other than yacht construc on because all of the substan ve  knowledge  is  contained  in  discrete,  and  therefore  inter‐ changeable,  data  files,  assembled  in  applica on  related  data bases. Each database corresponds to a specific chapter  of  the Main Menu,  to be used  in  solving  problems  in  the  business or other field to which the data base applies. With  this  architecture,  the  expert  system  design  can  easily  be  applied  to  other  disciplines  by  switching  data  bases  (sources  of  knowledge), using  appropriate access paths  in  the main control unit of the system and changing the con‐ tents of the menu control block [1, 2, 3, 8]. Of course, new  data bases must be adequate for the scale of the problems  they are intended to address, and must be forma ed to be  compa ble with the central programs of the expert system.   The expert system is built basing on:  the first author's experience,  consulta ons  with  other  programmers,  systems  ana‐ lysts and engineers,    informa on from the marine design offices and their  naval architects,   interviews  with  people  working  directly  in  manufac‐ turing,  observing and interviewing the produc on workers,  conduc ng interviews with experts,  conduc ng interviews with sales personnel ,  conduc ng  interviews  with  customers  –  end  users/ owner of the yacht or other product,  search in the materials sector, including catalogs and  websites.  Fig. 1 Schema c diagram of the expert system presented    Described expert system has been built as an applica on  of the PC‐Shell computer tool, an independent tool for con‐ struc on of expert systems [6]. It combines various meth‐ ods  of  solving  problems  and  knowledge  representa on.  It  can be used in any field, hence the range of its applica ons  is very wide. The PC‐Shell is mainly predisposed to solve the  problems of the diagnos c and classifica on and interpreta‐ on of data (Fig. 1) [6].      Management Systems in Produc on Engineering 3(11)/2013                                                                                                               7                      T. GONCIARZ, M. PERZYK ‐ An expert system for suppor ng the produc on of pleasure boats  Program’s presentation (Fig. 2) Fig. 2 The expert system welcome screen  In Fig. 3 a view of the func on which enables the calcu‐ la on of the required engine power for the boat is shown.  The  user  selects  from  the  Main  Menu  func ons  ,,Engine  power calculator” and enters values such as the length and  width of the hull at the water line, dra  and number of en‐ gines.  A er clicking  the  Calculate  bu on  the  required  en‐ gine power for the boat Ne is returned.  User  can  get  addi onal  explana ons  from  the  expert  system  which  may  help  him/her  even  at  the  stage  of  the  applica on  process.  Those  func on  is  called  ,,WHAT  IS  IT ?” (Fig. 4).      Fig. 3 Main Menu and the Engine Power Calculator dialog box  Fig. 4 Menu and addi onal explana on window ,,WHAT IS IT ?”    8                                                                                                               Management Systems in Produc on Engineering 3(11)/2013                               T. GONCIARZ, M. PERZYK ‐ An expert system for suppor ng the produc on of pleasure boats    mgr inż. Tomasz Gonciarz  Parker Poland Sp. z o.o.  ul. Reniferowa 88, 03‐289 Warszawa, POLAND  e‐mail: tomasz.gonciarz@parker.com.pl    prof. dr hab. inż. Marcin Perzyk  Warsaw University of Technology,  Faculty of Produc on Engineering   Ins tute of Manufacturing Processes  ul. Narbu a 85, 02‐524 Warszawa, POLAND  e‐mail: M.Perzyk@wip.pw.edu.pl  Assessment of the expert system in terms of its usefulness An evalua on of the expert system in terms of its con‐ cept, design and usability was made by tes ng  it  in three  independent  companies  in  the  marine  industry.  The  first  two  are  leading  Polish  manufacturers  of  boats,  which  for  many years have engaged in the commercial produc on of  recrea onal cra s. They make mass market products and  also custom, one of a kind, products. These products go to  the Polish market as well as for export. The third company,  which  tested  the  expert  system,  is  a  marine  engineering  firm providing boat building services, maintenance and the  installa on  of  equipment  to  yacht  owners  and  operators.  This very special enterprise enjoys a great reputa on in the  yach ng industry.  The staff of these three companies, the expert system  was  tested  by  a  selected group  of  experts  and  specialists  who,  on  a  daily  basis,  work  in  manufacturing,  in  pre‐ produc on,  and  as  designers  and  technicians  responsible  for the assembly process.  In the selec on process of the experts, the competence  of each candidate was carefully ve ed. The experts invited  to par cipate in the study did not know each other and had  not previously interacted. Each expert was required to de‐ vote  minimum  of  twenty  hours  to  tes ng.  In  these  inde‐ pendent tests, the expert system received very high marks  and  posi ve  recommenda ons  from  all  the  companies  in  which the product was tested.   Inter alia, the expert system was used in the design and  produc on of a new model displacement‐hull motor yacht,  which  is  intended  for  recrea onal  boa ng  on  inland  and  coastal waters.   Responses  obtained  from  the  expert  system  were  checked  and  compared  with  the  professional  litera‐ ture by the people who tested the program.  The  system  was  found  to  be  a  highly  useful  program  due to its following characteris cs:  easy to find informa on,  interface transparency,  speed of responses,  the program includes extensive knowledge.  The tested expert system has helped to shorten the pre‐ produc on phase of the manufacturing process and result‐ ed in a drama c reduc on in final vessel costs by op miz‐ ing the selected equipment package. It has made a unique  contribu on to manufacturing efficiency.   CONCLUSIONS  The knowledge of a single expert may not be as exten‐ sive  as  the  informa on  contained  in  a  tradi onal  wri en  book. However, it is easier to search for the informa on in  an expert system than in literature and, as a consequence,  a person can work more efficiently. An expert system is an  alterna ve  to  wri en  instruc ons  and  other  informa on  sources. The expert system discussed  in this paper  is well  developed  and  highly  prac cal.  It  streamlines  the  pre‐ produc on  processes,  as  has  been  demonstrated  by  the  manufacturers who have tested the program.  REFERENCES  [1]  Buchalski  Z.:  Computer  Advisory‐Decision  System  for  the  Logis cs  Services  Support.  Polish  Journal  of  Envi‐ ronmental Studies, Vol. 18, No 3B, 2009, s 53‐57.  [2]  Buchalski Z.: Knowledge Management of Expert System  Based on the Symbolic Representa on of Natural Lan‐ guage Sentences. [w:]: Borzemski L., Grzech A., Świątek  J., Wilimowska Z. (red.): Informa on Systems Architec‐ ture and Technology.  Oficyna Wydawnicza Politechniki  Wrocławskiej. Wrocław 2006, s. 75‐85.  [3]  Buchalski Z.: Zarządzanie wiedzą w podejmowaniu de‐ cyzji  przy  wykorzystaniu  systemu  ekspertowego.  [w:]  Bazy danych. Struktury, algorytmy, metody. WKŁ. War‐ szawa 2006, s. 471‐478.  [4]  Koch C., Tononi G.: Test for consciousness. The World  of Science. No 7 (239), 2011, pages 32‐35.  [5]  Knosala  R.  i  in.:  Zastosowania  metod  sztucznej  inteli‐ gencji w  inżynierii produkcji. WNT. Warszawa 2002, s.  2.  [6]  Michalik K.: Integrated package of ar ficial intelligence  Aitech  Sphinx 4.5. Aitech  Intelligent  Laboratory.  Kato‐ wice 2006, pages 1‐8.  [7]  Mulawka  J.:  Systemy  ekspertowe.  WNT.  Warszawa  1996, s. 20.  [8]  Tkaczyk  W.:  Inżynieria  Wiedzy.  Akademicka  Oficyna  Wydawnicza EXIT. Warszawa 2010, s. 113.  << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true /AutoRotatePages /None /Binding /Left /CalGrayProfile (Dot Gain 20%) /CalRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CalCMYKProfile (U.S. Web Coated \050SWOP\051 v2) /sRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CannotEmbedFontPolicy /Error /CompatibilityLevel 1.4 /CompressObjects /Tags /CompressPages true /ConvertImagesToIndexed true /PassThroughJPEGImages true /CreateJobTicket false /DefaultRenderingIntent /Default /DetectBlends true /DetectCurves 0.1000 /ColorConversionStrategy /CMYK /DoThumbnails false /EmbedAllFonts true /EmbedOpenType false /ParseICCProfilesInComments true /EmbedJobOptions true /DSCReportingLevel 0 /EmitDSCWarnings false /EndPage -1 /ImageMemory 1048576 /LockDistillerParams false /MaxSubsetPct 100 /Optimize true /OPM 1 /ParseDSCComments true /ParseDSCCommentsForDocInfo true /PreserveCopyPage true /PreserveDICMYKValues true /PreserveEPSInfo true /PreserveFlatness true /PreserveHalftoneInfo false /PreserveOPIComments true /PreserveOverprintSettings true /StartPage 1 /SubsetFonts true /TransferFunctionInfo /Apply /UCRandBGInfo /Preserve /UsePrologue false /ColorSettingsFile () /AlwaysEmbed [ true ] /NeverEmbed [ true ] /AntiAliasColorImages false /CropColorImages true /ColorImageMinResolution 300 /ColorImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleColorImages false /ColorImageDownsampleType /Bicubic /ColorImageResolution 450 /ColorImageDepth -1 /ColorImageMinDownsampleDepth 1 /ColorImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeColorImages false /ColorImageFilter /DCTEncode /AutoFilterColorImages true /ColorImageAutoFilterStrategy /JPEG /ColorACSImageDict << /QFactor 0.15 /HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1] >> /ColorImageDict << /QFactor 0.15 /HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1] >> /JPEG2000ColorACSImageDict << /TileWidth 256 /TileHeight 256 /Quality 30 >> /JPEG2000ColorImageDict << /TileWidth 256 /TileHeight 256 /Quality 30 >> /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages false /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 540 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages false /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict << /QFactor 0.15 /HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1] >> /GrayImageDict << /QFactor 0.15 /HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1] >> /JPEG2000GrayACSImageDict << /TileWidth 256 /TileHeight 256 /Quality 30 >> /JPEG2000GrayImageDict << /TileWidth 256 /TileHeight 256 /Quality 30 >> /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages false /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages false /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict << /K -1 >> /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False /CreateJDFFile false /Description << /ARA /BGR /CHS /CHT /CZE /DAN /DEU /ESP /ETI /FRA /GRE /HEB /HRV (Za stvaranje Adobe PDF dokumenata najpogodnijih za visokokvalitetni ispis prije tiskanja koristite ove postavke. Stvoreni PDF dokumenti mogu se otvoriti Acrobat i Adobe Reader 5.0 i kasnijim verzijama.) /HUN /ITA /JPN /KOR /LTH /LVI /NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken die zijn geoptimaliseerd voor prepress-afdrukken van hoge kwaliteit. De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 5.0 en hoger.) /NOR /POL /PTB /RUM /RUS /SKY /SLV /SUO /SVE /TUR /UKR /ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents best suited for high-quality prepress printing. Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 5.0 and later.) >> /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ << /AsReaderSpreads false /CropImagesToFrames true /ErrorControl /WarnAndContinue /FlattenerIgnoreSpreadOverrides false /IncludeGuidesGrids false /IncludeNonPrinting false /IncludeSlug false /Namespace [ (Adobe) (InDesign) (4.0) ] /OmitPlacedBitmaps false /OmitPlacedEPS false /OmitPlacedPDF false /SimulateOverprint /Legacy >> << /AddBleedMarks false /AddColorBars false /AddCropMarks false /AddPageInfo false /AddRegMarks false /ConvertColors /ConvertToCMYK /DestinationProfileName () /DestinationProfileSelector /DocumentCMYK /Downsample16BitImages true /FlattenerPreset << /PresetSelector /MediumResolution >> /FormElements false /GenerateStructure false /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles false /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /DocumentCMYK /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /UseDocumentProfile /UseDocumentBleed false >> ] >> setdistillerparams << /HWResolution [2400 2400] /PageSize [612.000 792.000] >> setpagedevice