SISTEM PAKAR 20 BAB III TEORI DASAR SISTEM PAKAR DAN SISTEM KONTROL BERBASIS SISTEM PAKAR 3.1 Sistem Pakar Sistem pakar adalah suatu program komputer cerdas yang menggunakan knowledge (pengetahuan) dan prosedur inferensi untuk menyelesaikan masalah yang cukup sulit sehingga membutuhkan seorang ahli (expert) untuk menyelesaikannya. Suatu sistem pakar mempunyai kemampuan yang mendekati kemampuan seorang pakar manusia dalam mengambil keputusan untuk menyelesaikan suatu masalah. Suatu pakar dapat berfungsi dengan sangat baik dalam batasan domainnya. Sistem pakar adalah salah satu cabang dari Artificial Intelligent (AI) yang membuat penggunaan secara luas knowledge yang khusus untuk penyelesaian masalah tingkat manusia yang telah pakar. Seorang pakar adalah orang yang mempunyai keahlian dalam bidang tertentu, yaitu pakar yang mempunyai knowledge atau kemampuan khusus yang orang lain tidak mengetahui atau mampu dalam bidang yang dimilikinya. Knowledge dalam sistem pakar bersifat khusus untuk satu domain masalah saja. Domain masalah adalah bidang atau ruang lingkup yang khusus seperti kedokteran, keuangan, bisnis, sains, atau teknik. Sistem pakar menyerupai kepakaran manusia yang secara umum dirancang untuk menjadi pakar dalam satu domain masalah saja.
SISTEM PAKAR 21 Dalam menyelesaikan masalah yang dihadapi, sistem pakar memanfaatkan metode inferensi dalam memilih aturan-aturan yang terdapat dalam basis pengetahuan. Terdapat dua pendekatan untuk mengontrol inferensi dalam sistem pakar berbasis aturan, yaitu pelacakan ke depan (forward chaining) dan pelacakan ke belakang (backward chaining). Pelacakan ke depan adalah strategi inferensi yang memulai dengan fakta yang diketahui dan melanjutkan prosesnya sampai keadaan yang diinginkan tercapai atau sampai tidak ada lagi aturan yang cocok dengan fakta yang diberikan. Sedangkan pelacakan ke belakang adalah strategi inferensi yang berangkat dari hipotesis yang diberikan dengan memperoleh informasi yang mendukung hipotesis tersebut. Ada beberapa alasan mengapa sistem pakar dikembangkan untuk menggantikan seorang pakar. Diantaranya adalah: a. Dapat menyediakan kepakaran dalam menyelesaikan suatu masalah setiap waktu dan di berbagai lokasi. b. Dapat secara otomatis mengerjakan tugas-tugas secara rutin yang dilakukan seorang pakar. Misalnya dalam pengambilan keputusan atas suatu masalah yang terjadi berulang-ulang. c. Knowledge (pengetahuan) yang disimpan dalam sistem pakar tidak akan hilang atau lupa. Sedangkan pengetahuan seorang pakar manusia lambat laun akan hilang karena usia yang semakin tua, menderita suatu penyakit, atau bahkan meninggal.
SISTEM PAKAR 22 Sedangkan perbandingan antara suatu program sistem pakar dengan program sistem konvensional terdapat dalam tabel 3.1. Sistem Konvensional Informasi dan pemrosesan umumnya digabung dalam satu program sekuensial Sistem Pakar Informasi dan pemrosesan dalam bentuk basis pengetahuan dan mekanisme inferensi Membutuhkan semua input data Tidak harus membutuhkan semua input data atau fakta Perubahan pada program merepotkan Perubahan pada kaidah dapat dilakukan dengan mudah Sistem bekerja jika sudah lengkap Sistem dapat bekerja hanya dengan kaidah yang sedikit Eksekusi dilakukan secara algoritmik (step by step) Eksekusi dilakukan secara heuristik dan logis Representasi dalam numerik Representasi pengetahuan dalam simbolik Tabel 3.1 Perbandingan sistem konvensional dengan sistem pakar 3.1.1 Komponen Sistem Pakar Sistem pakar disusun oleh dua bagian utama, yaitu lingkungan pengembangan (development environment) dan lingkungan konsultasi (konsultation environment). Lingkungan pengembangan sistem pakar digunakan untuk
SISTEM PAKAR 23 memasukkan pengetahuan pakar ke dalam lingkungan sistem pakar. Sedangkan lingkungan konsultasi digunakan oleh pengguna yang bukan pakar guna memperoleh pengetahuan pakar. Komponen-komponen sistem pakar dalam kedua bagian tersebut dapat dilihat dalam gambar 3.1 berikut ini: LINGKUNGAN KONSULTASI LINGKUNGAN PENGEMBANGAN Pemakai Fakta Basis Pengetahuan: Fakta dan Aturan Antar Muka Fasilitas Penjelasan Knowledge Engineer Mesin Inferensi Pakar Aksi yang direkomendasikan Perbaikan Pengetahuan Gambar 3.1 Komponen-komponen sistem pakar
SISTEM PAKAR 24 Pengetahuan yang dimiliki oleh seorang pakar manusia akan direpresentasikan kedalam basis pengetahuan oleh seorang knowledge engineer. Ketika pemakai memberikan masalah dengan memberikan fakta-fakta tentang masalah yang dihadapi, mesin inferensi akan memilih aturan-aturan yang cocok yang berada dalam basis pengetahuan yang dapat digunakan untuk memberikan solusi penyelesaian masalah yang diberikan. Fasilitas penjelasan sistem berfungsi sebagai informasi tentang alasan atau penjelasan tentang aturan yang dipilih. Sedangkan fasilitas antar muka berfungsi sebagai jembatan informasi antara dunia luar sistem dengan sistem itu sendiri. Fasilitas perbaikan pengetahuan dibutuhkan agar sistem pakar tersebut menjadi lebih sempurna. Fasilitas ini berfungsi ketika aturan-aturan yang dibutuhkan dalam menyelesaikan suatu masalah tidak terdapat dalam basis aturan yang dimiliki. Aturan-aturan yang baru yang akan ditambahkan kedalam basis pengetahuan sehingga ketika masalah yang sama terjadi lagi, sistem pakar akan dapat menyelesaikannya. Dalam gambar diatas, mesin inferensi menempati kedua bagian tersebut yaitu bagian lingkungan konsultasi dan bagian lingkungan pengembangan. Hal ini terjadi karena mesin inferensi menjadi jembatan bagi kedua komponen tersebut. Mesin inferensi adalah otak yang digunakan sistem pakar untuk memberikan kesimpulan atau solusi mengenai permasalahan yang diberikan oleh pemakai bukan pakar dengan memanfaatkan informasi yang terdapat dalam basis aturan.
SISTEM PAKAR 25 3.1.2 Basis Pengetahuan dan Basis Aturan Knowledge (pengetahuan) merupakan kunci utama dari sistem pakar. Analoginya dengan ekspresi klasik dari wirth adalah: Algoritma + Struktur Data = Program Dan untuk sistem pakar: Knowledge + Inferensi = Sistem Pakar Bahan pengetahuan dapat ditempuh dalam beberapa cara, misalnya dengan mendapatkan pengetahuan dari buku, jurnal ilmiah, para pakar dibidangnya, laporan, literatur, dan lainnya. Sumber pengetahuan tersebut dijadikan dokumentasi untuk dipelajari, diolah, dan diorganisasikan secara terstruktur menjadi basis pengetahuan. Basis pengetahuan mengandung pengetahuan untuk pemahaman, formulasi, dan penyelesaian masalah. Komponen sistem pakar ini disusun atas dua elemen dasar, yaitu fakta dan aturan. Fakta merupakan informasi tentang objek dalam area permasalahan tertentu. Sedangkan aturan merupakan informasi tentang cara bagaimana memperoleh kesimpulan atau solusi dari masalah yang dihadapi. Representasi pengetahuan merupakan kombinasi sistem berdasarkan dua elemen, yaitu struktur data dan penafsiran prosedur untuk digunakan pengetahuan dalam menyimpan struktur data. Beberapa tipe dari pengetahuan yang dapat digunakan dalam membangun suatu basis pengetahuan sistem pakar. Yaitu:
SISTEM PAKAR 26 1. Procedural knowledge Menggambarkan bagaimana suatu masalah diselesaikan. Tipe dari pengetahuan seperti ini memberikan petunjuk bagaimana untuk melakukan sesuatu. Aturan, strategi, agenda, dan prosedur adalah jenis procedural knowledge yang digunakan dalam sistem pakar. 2. Declarative knowledge Menggambarkan apa yang diketahui mengenai masalah yang dihadapi. Termasuk statement sederhana yang menyatakan benar atau salah. Termasuk juga daftar statement yang menggambarkan jelas objek atau konsep. 3. Meta knowledge Adalah pengetahuan tentang pengetahuan. Tipe dari pengetahuan ini digunakan untuk mengambil pengetahuan lain yang terbaik untuk menyelesaikan permasalahan. Pakar menggunakan jenis pengetahuan ini untuk memperjelas efisiensi dari penyelesaian masalah. 4. Heuristic knowledge Adalah pengetahuan yang berasal dari pengalaman pakar dalam menyelesaikan suatu masalah yang pernah dihadapi. 5. Struktural knowledge Menggambarkan struktur dari pengetahuan. Tipe pengetahuan seperti ini menggambarkan sebuah model mental pakar secara keseluruhan dari masalah yang dihadapi.
SISTEM PAKAR 27 Ada beberapa cara merepresentasikan data menjadi basis pengetahuan. Yaitu: 1. Object-Attribute-Value (OAV) OAV ini membagi statement yang diberikan kedalam tiga bagian yang jelas yaitu: objek, atribut, dan nilai atribut. 2. Rules Adalah struktur dari pengetahuan yang menghubungkan beberapa informasi yang diketahui dengan informasi lain yang dapat disimpulkan. Dala hal ini, rule menggambarkan bagaimana untuk menyelesaikan masalah. Rule dapat merepresentasikan berbagai bentuk dari pengetahuan seperti: relationship, recommendation, directive, strategy, heuristic. 3. Semantic Network Adalah metode yang merepresentasikan pengetahuan menggunakan gambar yang dibangun oleh node dan panah, dimana node mewakili objek dan panah mewakili hubungan antar objek 4. Frame Adalah struktur data statik yang digunakan untuk merepresentasikan situasisituasi yang telah dipahami dan stereotipe. Frame biasanya berupa kumpulan slot-slot yang merupakan atribut untuk mendeskripsikan pengetahuan. Pengetahuan yang terdapat dalam slot dapat berupa kejadian, lokasi, situasi, ataupun elemen-elemen lain. Frame digunakan untuk representasi pengetahuan deklaratif.
SISTEM PAKAR 28 5. Logic Pengetahuan dapat juga direpresentasikan dengan menggunakan simbol logika, yang studi aturannya merupakan bagian dari penalaran eksak. 3.2 Sistem Kontrol Berbasis Sistem Pakar 3.2.1 Sistem Kontrol Sistem kontrol telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Peranan sistem kontrol meliputi semua bidang kehidupan. Dalam dunia industri pemakaian sistem kontrol telah dimulai sejak abad 20. Sistem kontrol yang berkembang dalam dunia industri biasanya lebih kompleks dan rumit karena melibatkan banyaknya variabel yang mesti dikontrol berdasarkan kondisi yang diinginkan. Sistem kontrol dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh pengontrol sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi pengontrolan. Beberapa pengertian yang terkait dengan sistem kontrol adalah sebagai berikut: a. Plant Adalah sesuatu yang dikendalikan, dapat berupa seperangkat peralatan atau yang lainnya yang digunakan untuk melakukan sesuatu operasi tertentu.
SISTEM PAKAR 29 b. Proses Adalah operasi atau perkembangan alamiah yang berlangsung secara berkesinambungan, yang ditandai dengan suatu deretan perubahan kecil yang berurutan secara relatif tetap dan menuju ke suatu hasil tertentu. c. Sistem Adalah kumpulan dari subsistem atau komponen atau elemen-elemen yang bekerja saling berkaitan untuk mencapai suatu tujuan tertentu. d. Gangguan Adalah suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada keluaran sistem. Jadi gangguan ini sangat tidak diharapkan. e. Sistem kontrol umpan balik (lup tertutup) Adalah sistem kontrol yang mempunyai elemen umpan balik, yang berfungsi untuk mengamati keluaran yang terjadi untuk dibandingkan dengan masukan (yang diinginkan). Sistem kontrol kadang dibedakan menjadi dua kelas. Jika tujuan sistem kontrol untuk mempertahankan variabel fisik pada beberapa nilai yang konstan dengan adanya gangguan-gangguan, disebut dengan pengatur (automatic regulating system). Contohnya adalah sistem kontrol suhu dan lain-lain. Jenis kedua adalah sistem kontrol posisi atau servomekanis (servomechanism), yaitu sistem yang digunakan untuk mengendalikan posisi atau pergerakan mekanis, seringkali digunakan untuk menggambarkan sistem kontrol dengan variabel fisik yang harus mengikuti atau melacak.
SISTEM PAKAR 30 f. Sistem Kontrol lup terbuka Adalah sistem kontrol dimana tidak terdapat elemen yang mengamati keluaran yang terjadi untuk dibandingkan dengan masukannya meskipun menggunakan sebuah kontroller utuk memperoleh tanggapan yang diinginkan. Secara umum, sistem kontrol dapat dibedakan menjadi dua yaitu sistem kontrol lup terbuka dan sistem kontrol lup tertutup. Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan. Jadi pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan-balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Gambar 3.2 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran untuk sistem lup terbuka Masukan Kontroller Plant atau Proses Keluaran Gambar 3.2 Hubungan masukan dan keluaran sistem lup terbuka Pada setiap sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuan. Sehingga, untuk setiap masukan acuan, terdapat suatu kondisi operasi yang tetap. Dengan adanya gangguan, sistem kontrol lup terbuka tidak dapat bekerja seperti yang diinginkan. Kontrol lup terbuka dapat digantikan dalam praktek hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan jika tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal.
SISTEM PAKAR 31 Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi, sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran dan turunannya), diumpankan ke kontroller untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Gambar 3.3 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran dari sistem lup tertutup. Masukan Kontroller Plant atau Proses Keluaran Elemen Ukur Gambar 3.3 Hubungan masukan dan keluaran sistem lup tertutup Sistem kontrol lup tertutup dapat disebut juga sistem kontrol automatik. Sistem kontrol automatik ini dapat dibagi menjadi dua yaitu sistem kontrol konvensional dan sistem kontrol cerdas. Kontrol konvensional terdiri dari kontrol on-off, kontrol Proporsional (P), kontrol Proporsional-Derivatif (PD), kontrol Proporsional-Integratif (PI), dan kontrol Proporsional-Integratif-Derivatif (PID). Dalam kelompok sistem kontrol konvensional, sistem kontrol PID adalah yang terbaik. Sedangkan sistem kontrol cerdas yang terkenal adalah kontrol berbasis aturan (rule based control), kontrol sistem pakar (expert system control), kontrol
SISTEM PAKAR 32 fuzzy (Fuzzy Logic Controller), kontrol Neural Network, dan kontrol Genetic Algorithm. Dilihat dari segi kestabilan, sistem kontrol lup terbuka akan lebih mudah dibuat karena kestabilan bukanlah tujuan utama dari sistem ini. Namun pada sistem kontrol lup tertutup, kestabilan merupakan hal yang perlu diperhatikan dikarenakan kesalahan merancang balikan dari sistem, maka sistem akan cenderung tidak stabil atau berosilasi. Disisi lain, jika terdapat gangguan pada sistem baik internal maupun eksternal, sistem kontrol lup tertutup akan jauh lebih unggul daripada sistem kontrol lup terbuka. Hal ini karena pada sistem kontrol lup tertutup terdapat mekanisme balikan yang akan memperbaiki performa sistem untuk proses selanjutnya. 3.2.2 Sistem kontrol berbasis sistem pakar Penggunaan teori kecerdasan buatan (artifical intelligence) dalam sistem kontrol telah dilakukan sejak sekitar 20 tahun yang lalu. Penggunaan teori kecerdasan buatan ini melahirkan suatu cabang ilmu baru dalam sistem kontrol yang dikenal dengan sistem kontrol cerdas. Penggunaan teori kecerdasan buatan didorong oleh makin kompleksnya dinamika sistem yang akan dikontrol. Salah satu teori kecerdasan buatan yang digunakan dalam sistem kontrol adalah sistem pakar (expert system). Sistem kontrol berbasis sistem pakar merupakan salah satu jenis dari sistem kontrol lup tertutup. Sistem kontrol jenis ini memanfaatkan kemampuan dari sistem pakar dalam menyelesaikan masalah yang dihadapi oleh sistem kontrol.
SISTEM PAKAR 33 Masalah yang timbul biasanya adalah masalah yang berulang-ulang dan untuk penyelesaian masalahnya tersebut, sistem pakar telah mempunyai aturan-aturan yang tersimpan dalam basis pengetahuan. Gambar 3.4 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran pada sistem kontrol yang berbasis sistem pakar. Masukan Sistem Pakar Plant atau Proses Keluaran Elemen Ukur Gambar 3.4 Hubungan masukan dan keluaran sistem kontrol berbasis sistem pakar Sistem kontrol berbasis sistem pakar memiliki keunggulan dibandingkan sistem kontrol konvensional yaitu sistem kontrol berbasis sistem pakar tidak mutlak memerlukan pemodelan matematika untuk mengontrol sistem seperti halnya sistem kontrol konvensional. Perancangan dan pembuatan pengontrol dalam sistem kontrol ini didasarkan pada pengalaman dari seorang pakar kontrol, data eksperimen maupun langkah-langkah intuisi. Sistem kontrol konvensional menggunakan persamaan differensial sebagai dasar sistem kontrol, sedangkan sistem kontrol yang berbasis sistem pakar menggunakan aturan (rules) sebagai dasar sistem kontrol yang tersimpan dalam database pengetahuan.
SISTEM PAKAR 34 Pembangunan sistem pakar dibagi dalam beberapa tahap: akuisisi data, penerapan aturan, pencarian pengetahuan dan aturan, mekanisme inferensi, aksi terhadap plant, dan belajar mandiri. Akuisisi data merupakan suatu proses untuk mengumpulkan data-data pengetahuan akan suatu masalah dari pakar. Bahan pengetahuan yang akan dibuat sebagai sumber pengetahuan, didokumentasikan terlebih dahulu untuk dipelajari, diolah, dan diorganisasikan secara terstruktur menjadi basis pengetahuan. Penerapan aturan dibuat untuk mencari aksi yang harus dilakukan terhadap plant berdasarkan data atau fakta yang tersedia. Tahapan akuisisi data dan penerapan aturan ini disebut sebagai penyajian pengetahuan (knowledge representation) yang merupakan metode pengekspresian pengetahuan dalam suatu format yang dapat dimanipulasi oleh suatu komputer. Mekanisme inferensi merupakan suatu penalaran berdasarkan basis pengetahuan dan aturan yang sesuai untuk melakukan aksi terhadap plant. Teknik penalaran dapat menggunakan dua metode pelacakan, yaitu pelacakan ke depan dan pelacakan ke belakang. Pelacakan ke depan adalah pelacakan yang dimulai dari data atau fakta yang diketahui menuju kesimpulan atau solusi. Sedangkan pelacakan ke belakang adalah pelacakan yang dimulai dengan terlebih dahulu memberikan hipotesis dan selanjutnya akan mencari aturan-aturan yang mendukung hipotesis tesebut. Aksi terhadap plant dilakukan jika telah diperoleh kesimpulan yang dihasilkan oleh mekanisme inferensi. Aksi ini akan merepresentasikan hal yang akan
SISTEM PAKAR 35 dilakukan terhadap plant berdasarkan kesimpulan yang diberikan oleh sistem pakar sehingga perilaku plant akan sesuai dengan yang diharapkan. Gambar 3.5 menunjukkan sistem kontrol berbasis sistem pakar secara lengkap. USER PAKAR Komputer Set Point Fakta Fasilitas Akuisisi Pengetahuan Plant Basis Pengetahuan Basis Aturan Mekanisme Inferensi Pencarian Pengetahuan Pencarian Aturan Aktuator Aturan Gambar 3.5 Sistem kontrol berbasis sistem pakar