home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / comp / ai / fuzzy / 129 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-21  |  46.7 KB  |  971 lines

  1. Newsgroups: comp.ai.fuzzy
  2. Path: sparky!uunet!gatech!destroyer!news.iastate.edu!vincent1.iastate.edu!sehari
  3. From: farzin@apollo3.ntt.jp (Farzin Mokhtarian)
  4. Subject: Complete contents of the booklet "Clearly Fuzzy"
  5. Message-ID: <sehari.727624894@vincent1.iastate.edu>
  6. Originator: sehari@vincent1.iastate.edu
  7. Sender: news@news.iastate.edu (USENET News System)
  8. Organization: Iowa State University of Science and Technology, Ames, Iowa.
  9. Date: Thu, 21 Jan 1993 14:01:34 GMT
  10. Lines: 959
  11.  
  12.                                
  13. Complete contents of the booklet "Clearly Fuzzy" by:
  14.              
  15. OMRON Corporation
  16. International Public Relations Section
  17. 3-4-10, Toranomon, Minato-ku
  18. Tokyo, 105 Japan
  19.                         
  20. Tel: 81-3-3436-7139
  21. Fax: 81-3-3436-7029
  22.                   
  23. Contact: Tadashi Katsuno
  24.                               
  25. ---------------------------------------------------------------------
  26.                         
  27. 1. Introduction
  28.             
  29. Fuzzy Logic is attracting a great deal of attention in the industrial
  30. world and among the general public today. Quick to recognize this
  31. revolutionary control concept, OMRON seriously began to study Fuzzy
  32. theory and technology in 1984, back when the term "Fuzzy" was still
  33. relatively unknown.
  34.                      
  35. Just three years later, OMRON stunned the academic world and triggered
  36. today's boom when it exhibited its first super-high-speed Fuzzy
  37. controller. It was developed jointly with Assistant Professor Takeshi
  38. Yamakawa of Kumamoto University and shown at the Second International
  39. Conference of the International Fuzzy Systems Association (IFSA).
  40.      
  41. OMRON has since dedicated itself to exploring the potential of this
  42. innovative technology. The company invited Professor Lotfi A. Zadeh,
  43. the founder of Fuzzy theory, to be a senior advisor, and welcomed
  44. researchers from China, a country known as one of the leaders in
  45. Fuzzy Logic study. As a result of technological exchanges with
  46. research institutes of various countries, OMRON's Fuzzy Logic-related 
  47. activities are reaching a global scale. Since 1984, OMRON has applied
  48. for a total of 700 patents, making the company an international leader
  49. in Fuzzy Logic technology.
  50.                         
  51. OMRON's enthusiasm for Fuzzy Logic stems from the company's goal of
  52. creating harmony between people and machinery. As a key technology
  53. in OMRON's future, we will be working hard to strengthen and refine
  54. this exciting technology and give it truly useful applications at
  55. production sites, in offices, in public facilities, as well as in
  56. everyday life.
  57.    
  58. We hope this booklet will be useful in increasing your knowledge,
  59. or at least in sparking your interest in this exciting technology.
  60.                                         
  61.                                             OMRON Corporation
  62.                   
  63. ------------------------------------------------------------------
  64.                            
  65. 2. Truly Friendly Machines
  66.              
  67. 2.1. Arrival of the Fuzzy Boom
  68.             
  69. The current Fuzzy boom was triggered by the presentation of trial
  70. Fuzzy applications at the Academic Conference of the International
  71. Fuzzy Systems Association (IFSA). The obvious feasibility of these
  72. forerunners of today's Fuzzy Logic deeply impressed conference
  73. attendees. Nowadays in Japan, Fuzzy Logic is successfully being
  74. applied to industrial systems such as elevators and subways and
  75. to an array of consumer electronic products. Convenient Fuzzy Logic
  76. home electrical appliances include washing machines that sense the
  77. dirtiness and type of fabric to automatically determine water flow
  78. and detergent requirements; and vacuum cleaners capable of detecting
  79. not only the presence but the degree of dust on a floor!
  80.     
  81. 2.2. Shades of Gray
  82.                        
  83. The theory of Fuzzy Logic was introduced to the world by Professor
  84. Lotfi A. Zadeh of the University of California at Berkeley.
  85. Professor Zadeh observed that conventional computer logic is
  86. incapable of manipulating data representing subjective or vague
  87. human ideas, such as "an attractive person" or "pretty hot".
  88. Computer logic previously envisioned reality only in such simple
  89. terms, as on or off, yes or no, and black or white. Fuzzy Logic
  90. was designed to allow computers to determine valid distinctions
  91. among data with shades of gray, working similarly in essence to
  92. the processes which occur in human reasoning. Accordingly, Fuzzy
  93. technologies are designed to incorporate Fuzzy theories into
  94. modern control and data processing, to create more user-friendly
  95. systems and products.
  96.                 
  97. 2.3. A Warm Welcome in the Orient
  98.               
  99. Since Fuzzy Logic's world debut 26 years ago, theoretical and
  100. practical studies have been carried out in countries around
  101. the globe; Fuzzy Logic research is currently underway in over
  102. 30 nations including the USA, Europe, Japan and China. It may
  103. be surprising to some to note that the world's largest number
  104. of Fuzzy Logic researchers are in China, with over 10,000
  105. scientists and technicians presently hard at work. Japan ranks
  106. second in Fuzzy Logic manpower, followed by Europe and the USA.
  107. Among all nations however, Japan is currently positioned at the
  108. leading edge of Fuzzy Logic application studies. So it may be
  109. that the popularity of Fuzzy Logic in the Orient reflects the
  110. fact that Oriental thinking more easily accepts the concept of
  111. "Fuzziness".
  112.                  
  113. 2.4. Fuzzy - Part of Every Day at OMRON
  114.                
  115. OMRON is also hard at work in the Fuzzy Logic field. Projects
  116. currently on the go at OMRON include working to establish a
  117. Fuzzy technological base, developing new products incorporating
  118. Fuzzy theory, adapting Fuzzy Logic technology to existing
  119. products and conducting seminars for interested audiences
  120. from outside OMRON. Fuzzy Logic has in fact grown to such
  121. proportions that it has become an integral part of the new
  122. corporate culture at OMRON.
  123.  
  124. -----------------------------------------------------------------------
  125.                        
  126. 3. "Fuzzy" Made Clear
  127.                          
  128. 3.1. What is "Fuzzy"?
  129.                           
  130. Originally stemming from the fuzz which covers baby chicks, the term
  131. "fuzzy" in English means "indistinct, blurred, not sharply delineated
  132. or focused." This term is "flou" in French and pronounced "aimai" in
  133. Japanese. In the academic and technological worlds, "Fuzzy" is a
  134. technical term. Fuzziness in this sense represents ambiguity or
  135. vagueness based on human intuitions rather than being based on
  136. probability. Twenty six years ago, Professor Lotfi A. Zadeh
  137. introduced "Fuzzy sets" to adapt the concepts of fuzzy boundaries to
  138. science. Fuzzy theory was devised around the Fuzzy sets and a new
  139. field of engineering known as "Fuzzy Engineering" was born. Although
  140. "Fuzzy sets" may sound very mathematical, the basic concept can be
  141. explained simply.
  142.                    
  143. 3.2. How Fuzzy Theory Works
  144.       
  145. o Fuzzy Sets
  146.      
  147. Let's take an example of the concept "middle age". When we hear the
  148. term "middle age", a certain image comes to mind. But, it is a 
  149. concept with fuzzy boundaries which can not be handled by
  150. conventional computers using the binary system. This is where
  151. Fuzzy theory comes in. Let's suppose that we have concluded that
  152. middle age is 45. However, people 35 or 55 years of age can not
  153. be said to be "definitely not middle-aged". There is a feeling,
  154. however, that the implication of "middle age" is somewhat
  155. different inside those boundaries. On the contrary, those younger
  156. than 30 or older than 60 can be considered "definitely not
  157. middle-aged". Such a concept can be represented by a characteristic
  158. function called the "membership function" having a grade between 0
  159. and 1. A Fuzzy set is represented by this membership function.
  160. However, note that the grade within the membership function can be
  161. continuously varied between 0 and 1. This makes possible the
  162. quantitative representation of an abstract intention.
  163.      
  164. o Crisp Sets
  165.                 
  166. In contrast, the binary system employed in conventional computers
  167. works by first specifying a fixed range, so that "middle age"
  168. represents the age range from 35 to 55 years old. According to
  169. this specification, people who are 34 or 56 years old are not
  170. "middle-aged". Unfortunately, someone who is now considered
  171. young at 34 will suddenly enter middle age as soon as their
  172. next birthday arrives! This sort of unnaturalness is due to
  173. inflexible value assignments. Such concepts with distinct values
  174. of 0 or 1 are called "crisp sets" as opposed to the "Fuzzy sets".
  175.                              
  176. -------------------------------------------------------------------
  177.                                                      
  178. 4. Fuzzy Theory in Action
  179.                               
  180. 4.1. Fuzzy Algorithm
  181.                           
  182. One example of Fuzzy theory applications is the handling of
  183. approximate numbers. If approximately 2 is added to approximately 6,
  184. the result will be something around 8. People often make this sort
  185. of calculation. For instance, we frequently estimate the result when
  186. performing a calculation such as "118 + 204." We would say that adding
  187. a number slightly over 100 to another slightly over 200 equals a
  188. number slightly greatly than 300. This sort of calculation comes
  189. easily to human beings but can not be so well handled by conventional
  190. computers, which must have crisp data with which to work.
  191.                              
  192. 4.2. The Logic in Fuzzy Logic
  193.                                
  194. Another field that applies Fuzzy theory concerns artificial
  195. intelligence, termed "Fuzzy Logic". One of the differences between
  196. Fuzzy Logic and conventional binary logic is that the truth value
  197. in Fuzzy Logic can be any value between 0 and 1, while that in
  198. binary logic is either 0 or 1. Another difference is that the
  199. Fuzzy proposition includes "fuzziness" as expressed in ordinary
  200. spoken language, in contrast to the crisp proposition which must
  201. be defined distinctly, and is not subject to human intuition.
  202.                              
  203. 4.3. Common Sense Fuzzy
  204.                     
  205. "Fuzzy inference" is a reasoning method using Fuzzy theory, whereby
  206. human knowledge is expressed using linguistic rules ("If A is B,
  207. then C is D") with variables B and D. Fuzzy inference is also called
  208. "daily inference" or "common sense inference" since it is performed
  209. by ordinary people. However, conventional computers that employ
  210. binary logic can not handle this reasoning. The use of Fuzzy theory
  211. enables the development of an expert system that can handle
  212. sophisticated knowledge and rich human experience through direct
  213. programming in an almost natural language.
  214.                       
  215. Binary logic based inference is possible only when data coincides
  216. exactly with the premise input. On the other hand, Fuzzy inference
  217. is possible even when the meaning of the fact differs slightly
  218. from the given knowledge. Drawing a conclusion like "Add a little
  219. cold water", Fuzzy inference matches the conclusion based on human
  220. experience, intuition, or possibly even reality.
  221.    
  222. The "knowledge" part of Fuzzy inference has the structure "if A is
  223. B, then C is D" (example: "If the water is very hot, add plenty of
  224. cold water").  Concepts such as  "very hot"  and  "plenty of cold
  225. water" are subjective and thus represented by Fuzzy sets.
  226.                
  227. As you may know, Fuzzy theory was devised for the purpose of
  228. enabling machines to handle subjective human ideas and operate
  229. based on advanced knowledge as well as applications of human
  230. beings' intricate experiences. In other words, Fuzzy theory
  231. allows for the development of truly user-friendly machines.
  232.                                   
  233. -----------------------------------------------------------------------
  234.                                           
  235. 5. An Invitation to Fuzzy Control
  236.                              
  237. 5.1. The Mechanism: Fuzzy Inference Control
  238.                    
  239. We can examine Fuzzy Control by using the example of controlling an
  240. automobile. In this example, input conditions are speed of the
  241. automobile and its distance to the automobile in front. Amount of
  242. control is expressed in terms of Braking strength.
  243.   
  244. (1) Express experience and expertise in the form of rules.
  245.     
  246. With Fuzzy inference control, these rules are called "production
  247. rules". They are represented in the form of "If X is A, then Y is B".
  248. To put it more simply, let's consider two rules as follows:
  249.     
  250.    Rule 1:  If the distance between two cars is SHORT and the car
  251.             speed is HIGH, then brake HARD for substantial speed
  252.             reduction.
  253.    Rule 2:  If the distance between two cars is MODERATELY LONG and
  254.             the car speed is HIGH, brake MODERATELY HARD (under the
  255.             condition that the front car is moving at a constant
  256.             speed).
  257.                         
  258. (2) Determine membership functions for the antecedent and consequent
  259.     parts.
  260.       
  261. The distance between the two cars and the car speed (antecedent parts)
  262. and the level of speed reduction, or braking strength (consequent
  263. part), are not numeric values but are represented by "Fuzzy Sets"
  264. expressed through linguistic rules. The distance between the two
  265. cars and the speed have a multiple number of Fuzzy values and are
  266. therefore called "Fuzzy variables". Hence, values (labels) of these
  267. Fuzzy variables and the shapes of membership functions can be
  268. determined. Membership functions (Fuzzy variables) can take three
  269. different shapes: Triangular, Bell-shaped and Trapezoidal. 
  270.    
  271. The shapes differ depending upon the characteristics of the machine
  272. to be controlled. Normally, there are three (large, medium, small),
  273. five (high, moderately high, normal, moderately low, low), or seven
  274. (large, medium and small both in positive and negative directions,
  275. centering around approximately 0) labels. Many Fuzzy controllers
  276. use seven labels, as in the OMRON FZ-3000 Fuzzy Controller, for
  277. example. 
  278.              
  279. (3) Replace linguistic production rules with codes for simpler
  280.     expression.   
  281.                             
  282. Although production rules can be expressed with everyday language,
  283. codes are used to simplify the input to the actual Fuzzy Controllers.
  284.    
  285. (Distance between two cars: X1; speed: X2)
  286. (Braking strength: Y)
  287. (Labels - small, medium, large: S, M, L)
  288.                
  289. Let's express the above rules using these codes.
  290.              
  291.     Rule 1:  If X1 = S and X2 = M, then Y = L.
  292.     Rule 2:  If X1 = M and X2 = L, then Y = M.
  293.                     
  294. (4) Execute Fuzzy inference control.
  295.              
  296. When the rules are programmed into the Fuzzy Controller and it is put
  297. into operation, the Controller will output the most valid control 
  298. value based on the variable input conditions.
  299.                
  300.     1) Establish grades (validity) of input in relation to the Fuzzy
  301.        Sets determined by the rules.
  302.        
  303. As for the Fuzzy Set (S: short distance) determined by rule 1, the 
  304. grade (g11) of the input distance "30m" is 0.4. Similarly, the grade
  305. (g12) of the input speed "40km/H" is 0.2 according to the Fuzzy Set
  306. (M: moderately high speed). As for rule 2, grades (g21) and (g22)
  307. can be determined as 0.7 and 0.6 respectively.
  308.          
  309.     2) Determine the grade of each antecedent part.
  310.             
  311. The grade of antecedent parts can be determined by selecting the
  312. smaller value of the grades of inputs. This process is called
  313. "determining MIN (minimum)".   
  314.                                    
  315.     Rule 1: As g11 = 0.4 and g12 = 0.2, the grade (MIN value) of
  316.             antecedent part (g1) = 0.2.
  317.     Rule 2: As g21 = 0.7 and g22 = 0.6, the grade (MIN value) of
  318.             antecedent part (g2) = 0.6.
  319.                     
  320.     3) Adjust the membership function of the consequent part.
  321.           
  322. The consequent part of rule 1 is Fuzzy Set (L) representing hard
  323. braking, while that of rule 2 is Fuzzy Set (M) representing medium
  324. (moderately hard) braking. The grades (amplitudes) of these Fuzzy
  325. membership functions are then adjusted to match the grades of their
  326. respective antecedent parts. 
  327.                                        
  328.     4) Total evaluation of conclusions based on these rules
  329.        (determination of control amounts).
  330.               
  331. When the conclusions are derived through inference based on each of
  332. these rules (adjusted Fuzzy Sets of the consequent parts), the final
  333. conclusion is then determined by summing the Fuzzy Sets of the
  334. conclusions for each rule. This process is called "determining MAX
  335. (maximum)".
  336.                   
  337. This process considers several variable factors, and is thus very
  338. similar to the human thinking process.
  339.    
  340. With Fuzzy Control, steps (1) through (4) are performed continuously.
  341. In contrast, with information processing, these procedures are only
  342. executed each time the input data varies.
  343.                                                               
  344. 5.2. The Advantages of Fuzzy Inference Control
  345.      
  346. o Parallel Control
  347.            
  348. Conventional control based on modern scientific analysis determines
  349. the control amount in relation to a number of data inputs using a
  350. single set of equations to express the entire control process.
  351. Expressing human experience in the form of a mathematical formula
  352. is very difficult, perhaps impossible. In contrast, Fuzzy inference
  353. control has the following advantages over conventional control:
  354.                                
  355.    1) Expression of control is easy as it need only derive localized
  356.       control rules for each location (or event) in the control range.
  357.    2) It therefore handles complex input/output by using many control
  358.       rules, each of which is effective over a specific location.
  359.    3) Operations can be conducted in parallel (or simultaneously)
  360.       within Fuzzy inference by executing various rules. This
  361.       results in speedy operation, regardless of the total number
  362.       of rules.  
  363.                
  364. o Logical Control
  365.                                 
  366. Fuzzy inference control rules are expressed logically using simple
  367. linguistic rules ("If A is B, then C is D"). Because everyday
  368. language can be used, Fuzzy inference control proves ideal for
  369. expressing the sophisticated knowledge of experts and incorporating
  370. valuable intuition (or a "sixth sense").
  371.                      
  372.    1) Multiple conditions can be included as the antecedent part of
  373.       the rules (e.g. If X1 = A, X2 = B and X3 = C, then Y = D).
  374.    2) Rules can be expressed with a single, common format regardless
  375.       of normal or exceptional conditions.
  376.                           
  377. o Linguistic Control
  378.                   
  379. Fuzzy rules can be expressed using everyday language, giving the
  380. following advantages:
  381.             
  382.    1) Fuzzy control is easy to understand by the machine operator or
  383.       others.
  384.    2) The operator can easily interpret the effect or outcome of each
  385.       rule.
  386.                  
  387. -----------------------------------------------------------------------
  388.                                    
  389. 6. Growing Up: Fuzzy Technology Catches On
  390.                              
  391. 6.1. The Birth and Evolution of Fuzzy
  392.                                    
  393. Fuzzy Logic was born only 26 years ago when Professor Lotfi A. Zadeh
  394. submitted a paper entitled "Fuzzy Sets" to the science magazine
  395. "Information and Control". In that paper, he labeled sets with unclear
  396. boundaries "Fuzzy sets," such as attractive people, tall people, and
  397. large numbers. According to Dr. Zadeh, the Fuzzy set plays an important
  398. role in pattern recognition, interpretation of meaning, and especially
  399. abstraction, the essence of the thinking process of the human being.
  400.             
  401. 6.2. Is "Fuzziness" Really Better?
  402.   
  403. Dr. Zadeh was one of the original founders of the modern control theory
  404. and remains an authority in this field. Modern control theory is exact,
  405. precise, and logical, harboring no hint of "fuziness".
  406.          
  407. Today, however, the subjects of control have become increasingly larger
  408. in scale, in turn requiring more advanced and complex control systems,
  409. like those used to control robots and rockets. You need a tremendous
  410. amount of power if you want to use a computer to execute such
  411. complicated control using modern theory. Precise programming is
  412. needed for every instruction and every piece of data to put the
  413. computer into operation. It also takes an extremely long time to
  414. execute the programs. Dr. Zadeh devised Fuzzy theory to overcome
  415. these debilitating limitations of modern theory.
  416.                  
  417. There was also another, probably more important factor that encouraged
  418. him to come up with a new idea. Conventional computers work by
  419. identifying the factor which seems to have the strongest influence on
  420. the systems to be controlled, since it is impossible to simultaneously
  421. command all the factors that affect the system. In other words, the
  422. computer assumes that the system only consists of those selected items.
  423. Moreover, all assumed factors must be described digitally. So for some
  424. items which are unclear, the computer simply assigns an appropriate
  425. value. The computer is, of course, capable of accurate and fast
  426. computation. However, as the conditional parameters include many
  427. hypotheses, the computer may sometimes yield a ridiculous conclusion
  428. contrary to what common sense would lead us to expect. This is caused
  429. by its attempts to replace "fuzziness" with fixed numeric values.
  430. Thus, it became necessary to develop a theory capable of dealing
  431. with the vagueness prevalent in everyday decisions.
  432.             
  433. 6.3. Strong Opposition
  434.            
  435. Even though Dr. Zadeh's theory is now quite popular and quoted in a
  436. large number of academic papers, it had to endure skepticism and
  437. hostility from US researchers and academics in its early days.
  438. Some American mathematicians scoffed at the theory, saying that
  439. "fuzziness" could be represented using conventional mathematics.
  440. Once a noted authority in modern theory, Dr. Zadeh's ready
  441. acceptance of "fuzziness" was considered to be a frivolous
  442. escape from his own beliefs, and many criticized him for not
  443. fulfilling his duty as a scientist.
  444.        
  445. 6.4. A Profile of Professor Zadeh
  446.      
  447. You may want to know a little about the Professor. Here is a
  448. very brief profile:
  449.                     
  450. Lotfi A. Zadeh was born in Iran on February 4, 1921. In 1956,
  451. he was a visiting member of the Institute for Advanced Study in
  452. Princeton, New Jersey and held numerous distinguished visiting
  453. appointments around the US. In 1959 he joined the University of
  454. California's Electrical Engineering Department at Berkeley, and
  455. served as its chairman from 1963 to 1968.
  456.                      
  457. Before 1965, Dr. Zadeh's work focused on system theory and
  458. decision analysis. Since then his interests have shifted to
  459. the theory of Fuzzy sets, and its applications.
  460.                      
  461. Zadeh attended the University of Teheran, MIT, and Columbia
  462. University, and is a fellow of the IEEE and AAAS. He is also
  463. a member of the National Academy of Engineering. Now, Dr.
  464. Zadeh is a senior advisor to OMRON Corporation.
  465.                 
  466. 6.5. A Motivating Debate
  467.                      
  468. Here is a little story about how Fuzzy Logic was invented. One
  469. day, Dr. Zadeh got into a long argument with a friend about who
  470. was more beautiful, his wife or his friend's. Each thought his
  471. own wife was more beautiful than the other's wife. There is,
  472. of course, no objective way to measure beauty. The concept of
  473. "beautiful" greatly differs among people. Although they continued
  474. the argument for a long time, they could not arrive at a 
  475. satisfactory conclusion. This argument triggered Dr. Zadeh's
  476. desire to express concepts with such fuzzy boundaries
  477. numerically, and he thereby devised Fuzzy sets. Thus goes the
  478. legend.
  479.             
  480. 6.6. From Industry to Consumer
  481.              
  482. The first applications of Fuzzy theory were primarily industrial,
  483. such as process control for cement kilns. Then, in 1987, the
  484. first Fuzzy Logic-controlled subway was opened in Sendai in
  485. northern Japan. There, Fuzzy Logic controllers make subway
  486. journeys more comfortable with smooth braking and acceleration.
  487. In fact, all the driver has to do is push the start button!
  488. Fuzzy Logic was also put to work in elevators to reduce 
  489. waiting time. Since then, the applications of Fuzzy Logic
  490. technology have virtually exploded, affecting things we use
  491. every day.
  492.     
  493. Major Areas of Fuzzy Research and Applications
  494.    
  495. Field              Major Applications
  496.                            
  497. Automation         Steel/iron manufacturing, water purification,
  498.                    manufacturing lines and robots, train/elevator
  499.                    operation control, consumer products, etc.
  500.                             
  501. Instrumentation    Sensors, measuring instruments, voice/character
  502. and analysis       recognition, etc.
  503.                                
  504. Design/judgement   Investment/development consultation, train
  505.                    scheduling, system development tools,
  506.                    trouble-shooting, etc.
  507.                         
  508. Computers          Operators, arithmetic units, microcomputers,
  509.                    industrial calibrators, etc.
  510.                          
  511. Information        Database, information retrieval, system
  512. processing         modelling and mathematical programming, etc.
  513.                
  514. 6.7. Historically Speaking ...
  515.                  
  516. The year 1990 witnessed the 25th anniversary of the invention of
  517. Fuzzy theory. It has undergone numerous transformations since its
  518. inception with a variety of Fuzzy Logic applications emerging in
  519. many industrial areas. Dividing these past years into different
  520. stages, the early 1970s are the "theoretical study" stage, the
  521. period from the late 1970s to early 1980s the stage of "developing
  522. applications for control", and that from late 1980s to the
  523. present the stage of "expanding practical applications".
  524.    
  525. Here are the major events in the history of Fuzzy Logic:
  526.                                                        
  527. 1965:  Professor L. A. Zadeh of the University of California at
  528.        Berkeley introduces "Fuzzy sets" theory.
  529. 1968:  Zadeh presents "Fuzzy algorithm".
  530. 1972:  Japan Fuzzy Systems Research Foundation founded (later
  531.        becoming the Japan Office of the International Fuzzy
  532.        Systems Association (IFSA)).
  533. 1973:  Zadeh introduces a methodology for describing systems
  534.        using language that incorporates fuzziness.
  535. 1974:  Dr. Mamdani of the University of London, UK succeeds
  536.        with an experimental Fuzzy control for a steam engine.
  537. 1980:  F. L. Smidth & Co. A/S, Denmark, implements Fuzzy
  538.        theory in cement kiln control (the world's first
  539.        practical implementation of Fuzzy theory).
  540. 1983:  Fuji Electric Co., Ltd. implements Fuzzy theory in the
  541.        control of chemical injection for water purification
  542.        plants (Japan's first).
  543.             
  544. 1984:  International Fuzzy Systems Association (IFSA) founded.
  545. 1985:  1st IFSA International Conference.
  546. 1987:  2nd IFSA International Conference. (Exhibit of OMRON's
  547.        Fuzzy controller, a joint development with Assistant
  548.        Professor Yamakawa).
  549.        Fuzzy Logic-controlled subway system starts operation
  550.        in Sendai, Japan.
  551. 1988:  International Workshop on applications of Fuzzy Logic-
  552.        based systems (with eight Fuzzy models on display).
  553. 1989:  The Laboratory for International Fuzzy Engineering
  554.        Research (LIFE) established as a joint affair between
  555.        the Japanese Government, academic institutes and
  556.        private concerns.
  557.             
  558.        Japan Society for Fuzzy Theory and Systems founded.
  559.    
  560. ------------------------------------------------------------------
  561.                                
  562. 7. A Fuzzy Future
  563.                       
  564. 7.1. Fuzzy Fever Hits Japan
  565.        
  566. 1987 marked the start of Japan's so-called "Fuzzy boom", reaching
  567. a peak in 1990. A wide variety of new consumer products since then
  568. have included the word "Fuzzy" on their labels and have been
  569. advertised as offering the ultimate in convenience.
  570.    
  571. For instance, Fuzzy Logic found its way into the electronic fuel
  572. injection controls and automatic cruise control systems of cars,
  573. making complex controls more efficient and easier to use. The
  574. "Fuzzy" washing machine has more than 400 preprogrammed cycles;
  575. yet despite this technological intricacy, operation is very
  576. simple. The user only needs to press the start button and the
  577. rest is taken care of by the machine. It automatically judges
  578. the material, the volume and the dirtiness of the laundry and
  579. chooses the optimum cycle and water flow. In air conditioners,
  580. Fuzzy Logic saves energy because it starts cooling more
  581. strongly only when a sensor detects people in the room.
  582.    
  583. We could go on and on with examples of camcorders, television
  584. sets, and even fund management systems. The sweeping
  585. popularity of Fuzzy Logic in Japan might even surprise
  586. Dr. Zadeh, its founder.
  587.                         
  588. 7.2. No Limits: Promise for the Future
  589.                  
  590. Just from these few examples, it is clear that Fuzzy Logic
  591. encompasses an amazing array of applications. Fuzzy Logic can
  592. appear almost anyplace where computers and modern control
  593. theory are overly precise; as well as in tasks requiring
  594. delicate human intuition and experience-based knowledge.
  595. Now that your mind is open to Fuzzy thinking, here are some
  596. unique ideas applying Fuzzy Logic.
  597.              
  598. 7.3. "Fuzzy" Child Care Expert System
  599.              
  600. Here is an idea a 24-year-old housewife developed from her
  601. experience in raising children. It may seem obvious that
  602. babies don't drink the way it is described in child care
  603. books. They may drink a little or a lot depending on their
  604. physical condition, mood, and other factors. She conceived
  605. a Fuzzy Logic program that would recommend how much to feed
  606. the baby. The program determines the appropriate amount of
  607. milk according to a knowledge base that includes the child's
  608. personality, physical condition, and some environmental
  609. factors. Although adapting Fuzzy Logic to babies may seem
  610. silly, one can easily imagine using it to control the 
  611. feeding of animals in captivity, for instance.
  612.               
  613. 7.4. Fuzzy is for Everyone
  614.                     
  615. Many ideas have been derived from everyday activities in the
  616. home, like the Fuzzy ventilation system. It uses Fuzzy Logic
  617. to switch a fan on and off as dictated by its knowledge base
  618. of the amount of smoke, odors, and room temperature and
  619. humidity. The Fuzzy bath, for example, has a controller that
  620. keeps the temperature of the water just right, not too hot
  621. and not too cold. If the water is lukewarm at first, it adds
  622. heat at a slower rate than if it's cold, avoiding wasteful
  623. overheating.
  624.                   
  625. With the right Fuzzy outlook, you could be the next to
  626. discover another innovative application of Fuzzy Logic.         
  627.     
  628. ------------------------------------------------------------
  629.                            
  630. 8. OMRON and Fuzzy Logic
  631.                         
  632. OMRON is renowned worldwide for its leading-edge Fuzzy Logic
  633. technology research and applications. What has this
  634. technologically advanced company achieved and how? What does
  635. the future hold for this exciting Fuzzy Logic? Through an
  636. interview conducted in February 1991 with General Manager
  637. Masayuki Oyagi of OMRON's Fuzzy Technology Business Promotion
  638. Center, we hope to answer these questions.
  639.     
  640. Q. How did OMRON become involved with Fuzzy Logic technology?
  641.       
  642. A. In the early 1980s, we were fortunate enough to meet
  643.    Assistant Professor Takeshi Yamakawa of Kumamoto University
  644.    who specialized in this peculiar new technology known as
  645.    "Fuzzy Logic". Our difficulties in control applications with
  646.    conventional solutions, combined with his enthusiasm for
  647.    Fuzzy Logic's abilities, led us to start studying it, but
  648.    with only a few researchers. The late Executive Advisor
  649.    Kazuma Tateisi (then Chairman), however, was most impressed
  650.    with Fuzzy Logic and correctly predicted its importance.
  651.    His encouragement led to the formation of the Fuzzy Project
  652.    team, now the Fuzzy Technology Business Promotion Center,
  653.    which conducts basic studies and explores new business
  654.    opportunities.
  655.     
  656. Q. OMRON's R&D efforts have given rise to numerous original
  657.    applications for Fuzzy Logic. Could you give some examples?
  658.            
  659. A. The most obvious example would be the Fuzzy controller, the
  660.    first of its kind in the world. Developed in conjunction
  661.    with Professor Yamakawa, this breakthrough was a huge
  662.    sensation at every academic conference and fair it was
  663.    exhibited at. Several varieties of Fuzzy controllers are
  664.    already on sale on the Japanese market. There are also
  665.    Fuzzy temperature controllers and Fuzzy software
  666.    development support tools to assist programmers.
  667.              
  668.    To give some interesting applications, we developed a robot
  669.    which can grasp something "pretty" soft and fragile - tofu
  670.    (bean curd); and a can sorting machine capable of
  671.    identifying cans by color. Overall, OMRON has more than
  672.    100 successful applications, 20 of which are now available
  673.    to the public.
  674.             
  675.    As 1991 progresses, you can expect more OMRON Fuzzy Logic-based
  676.    products to be introduced. To date we have applied for more
  677.    than 700 patents, a figure that gives some indication of
  678.    OMRON's strength in Fuzzy Logic applications.
  679.           
  680. Q. Fuzzy Logic technology is obviously important to OMRON. What
  681.    degree of importance does it have within the company?
  682.        
  683. A. In President Yoshio Tateisi's 1991 New Year address to OMRON
  684.    employees, Fuzzy Logic was identified as one of our core
  685.    technologies for the 1990s. By 1994, over 20% of our entire
  686.    product line will include some form of Fuzzy Logic.
  687.    Considering the diversity of OMRON's products, this is a
  688.    challenging and significant goal.
  689.           
  690.    OMRON's R&D investments account for approximately 7% of its
  691.    total sales and I think Fuzzy Logic research represents
  692.    nearly 1%.
  693.                     
  694. Q. OMRON is not alone in the Fuzzy Logic business. How does it
  695.    distinguish itself from its competitors?
  696.       
  697. A. One of the main characteristics of OMRON's Fuzzy Logic-related
  698.    business is the completeness of its product line. OMRON is
  699.    presently the only company which provides an entire range of
  700.    Fuzzy Logic products, including digital and analog units, at
  701.    virtually every speed, inference scale and computation capacity.
  702.    OMRON also offers Fuzzy Logic products in complete sets,
  703.    including chips, software, and development tools, which can be
  704.    used both in-house and by customers. Almost eight years of
  705.    experience with Fuzzy Logic have gone into all of these products.
  706.      
  707.    There are an amazing number of beneficial Fuzzy Logic applications
  708.    bearing OMRON's name, both original and joint customer
  709.    development projects; the largest number in the world, I think.
  710.    This success lets us continue to satisfy each customer's
  711.    particular needs.
  712.                              
  713. Q. Aside from being a fascinating technology, what makes it so
  714.    attractive?
  715.                 
  716. A. OMRON doesn't think Fuzzy Logic itself makes products better.
  717.    What is more important is the quality of user benefits that
  718.    Fuzzy Logic can offer. Any business operates towards goals,
  719.    such as major performance improvements, cost reductions,
  720.    miniturizing, or others. To attain these goals, businesses
  721.    will usually refine their operations, generally without
  722.    concern for the kind of technology used. But they do care
  723.    about whether the technology can really work for them. Where
  724.    existing computers function perfectly, such as for wage
  725.    calculation, Fuzzy Logic has no value. However, with
  726.    applications that are difficult or impossible  using
  727.    conventional technology, Fuzzy Logic may be the answer.
  728.                                      
  729. Q. Where does Fuzzy Logic exhibit an improvement over previous
  730.    technology?
  731.                   
  732. A. The basic characteristic of Fuzzy Logic is that it can handle
  733.    information with unclear boundaries, at any stage of input,
  734.    processing, computation, memory or output. In other words, it
  735.    can manage "fuzziness". The logic itself is purely mathematical,
  736.    so the results are not "fuzzy" but rather very clear and precise.
  737.                   
  738.    Consider the can sorting machine which I mentioned earlier. With
  739.    Fuzzy Logic, a computer can be instructed to sort cans according
  740.    to their colors such as "reddish" or "bluish", instead of by
  741.    reading characters printed on labels. Certainly character
  742.    recognition technology for reading labels is very advanced, but
  743.    when the can is turned so that the label isn't visible, it can't
  744.    work. This is exactly where Fuzzy Logic is best.
  745.              
  746. Q. What else is happening with Fuzzy Logic at OMRON? How many people
  747.    are involved with this technology?
  748.                 
  749. A. I'm not sure of the exact number but research on the technology
  750.    itself in addition to developing applications involves many
  751.    people. As an indication, at least 1,000 people have taken a
  752.    Fuzzy Logic seminar.
  753.                            
  754.    Some are members of the Laboratory for International Fuzzy
  755.    Engineering Research (LIFE). One person from our Fuzzy Technology
  756.    Business Promotion Center is now working at OMRON Advanced
  757.    Systems, Inc. in Silicon Valley, studying American technology as
  758.    well as introducing Japanese technology to the US staff. We are
  759.    also planning joint studies with various overseas manufacturers
  760.    and seminars are held regularly, probably weekly, for both OMRON
  761.    employees and our customers. Although most of these activities
  762.    are within Japan, we plan to expand them to other countries this
  763.    year.
  764.               
  765.    The first product scheduled for marketing abroad in 1991 is the
  766.    Fuzzy temperature controller, to be introduced at the upcoming
  767.    Hanover Fair. This will be followed by the Fuzzy chip. OMRON will
  768.    continue its marketing efforts overseas with Fuzzy Logic products,
  769.    ultimately aiming for simultaneous worldwide release. This coming
  770.    spring, a Fuzzy Logic product showroom will open at OMRON
  771.    Electronics, Inc. in Schaumburg, Illinois.
  772.                                                  
  773. Q. That explains OMRON's aggressive marketing strategies. Some people,
  774.    however, say that  Fuzzy Logic in the  US and  Europe is not as
  775.    popular as in Japan, partially due to the term "Fuzzy". What is
  776.    your impression?
  777.                
  778. A. I think there are positive and negative feelings about this term.
  779.    In its early days, "Fuzzy" was not considered an academic term.
  780.    Because of this, however, people got the impression that this
  781.    technology was something quite singular which, I think, gave it
  782.    more impact. On the down side, people thought that its results
  783.    or ability would be "fuzzy", and questioned the product
  784.    reliability.
  785.                       
  786.    Regardless of that, the fact is that Fuzzy Logic is used in very
  787.    demanding areas, including nuclear power plants. In the US, NASA
  788.    is working to implement Fuzzy Logic control in space environments,
  789.    an exceptionally difficult task. There are many energetic Fuzzy
  790.    Logic researchers in the US, Europe, and other places, which is a
  791.    favourable change from earlier criticism of this unique
  792.    technology. In fact, American trade magazines are constantly
  793.    asking us for interviews, and French and German groups have been
  794.    visiting OMRON regularly since 1989. This makes me confident that
  795.    Fuzzy Logic technology will grow rapidly in both US and Europe in
  796.    the near future.
  797.                         
  798.    If consumer electronics giants such as GE introduce products with
  799.    Fuzzy Logic, you may see a boom even larger than the one
  800.    experienced in Japan last year. New technology that can handle
  801.    things conventional machines can not, will naturally surprise
  802.    and excite people, in any market and in any country.
  803.              
  804. Q. 1990 in Japan was considered the "year of Fuzzy Logic". What was
  805.    OMRON's part in that and what are your comments on the boom?
  806.                   
  807. A. With Fuzzy Logic, OMRON's goal is to raise the functions and
  808.    capabilities of machines to levels comparable to human beings.
  809.    In a sense, it can be considered "Artificial Intelligence" (AI).
  810.    The left hemisphere of a human brain is used for logical
  811.    processes, like reading and talking, while the right hemisphere
  812.    is for intuitive and emotional mechanisms as well as unconscious
  813.    information processing. Conventional computers imitate the left
  814.    side, while Fuzzy Logic plays the role of the right side.
  815.                 
  816.    In chess, for instance, players make instant judgments, which
  817.    would take many hours with a conventional computer. Such
  818.    advanced thinking is the product of the cooperative efforts of
  819.    both sides of the brain. We are imitating real life and are
  820.    working on integrating conventional computers with Fuzzy Logic,
  821.    expert systems, neural networks, and other technologies.
  822.    OMRON's goal is to create machines that approximate human
  823.    intelligence and capabilities, and yet still be compact and
  824.    inexpensive.
  825.            
  826.    The 1990 Fuzzy Logic boom, I think, was the first wave which
  827.    accurately reflected the direction of the technology and it
  828.    motivated us to go further. The market's enthusiastic response
  829.    was due to its sense that this long-awaited technology would
  830.    create truly intelligent, user-friendly machines.
  831.                           
  832. -----------------------------------------------------------------
  833.                                          
  834. 9. Main Events at OMRON Related to Fuzzy Logic Technology
  835.                    
  836. 1984  Research into Fuzzy Logic begun.
  837. 1986  Fuzzy Logic medical diagnosis system introduced.
  838. 1987  Assistant Professor Takeshi Yamakawa of Kumamoto University
  839.       (now Professor of Kyushu Institute of Technology) introduces
  840.       super high-speed Fuzzy controller, test-manufactured by
  841.       OMRON, at the 2nd Conference of the International Fuzzy
  842.       Systems Association.
  843. 1988  World's first super high-speed Fuzzy controller, FZ-1000,
  844.       marketed.  
  845.       OMRON participates in the establishment of Laboratory for
  846.       International Fuzzy Engineering Research.
  847.       F (Fuzzy Logic technology research and marketing) project
  848.       formed.
  849.       OMRON participates in the Fuzzy Logic research project of
  850.       the science and Technology Agency.
  851.       Four working models of Fuzzy Logic systems displayed at
  852.       the international workshop on Fuzzy Logic applications.
  853. 1989  Professor L. A. Zadeh welcomed to OMRON as senior advisor.
  854.       Ten new products using Fuzzy Logic technology introduced,
  855.       including chips, controllers, and software.
  856.       Fuzzy Technology Business Promotion Center established.
  857.       Bank note feeding mechanism using Fuzzy Logic developed
  858.       for ATMs.
  859.       Fuzzy hybrid control method developed.
  860. 1990  "LUNA-FuzzyRON" Fuzzy Logic software development support
  861.       system developed.
  862.       Fuzzy Logic human body sensor developed.
  863.       Fuzzy controller related gain adjustment method devised.
  864.       Failure diagnosis and prediction system for machine tools
  865.       developed using Fuzzy Logic expert system.
  866.       Fuzzy inference unit, C500-FZ001, marketed.
  867.       Two new series of digital Fuzzy processors developed,
  868.       FP-3000 series controllers and FP-5000 series multitask
  869.       processors.
  870.       Development tools for the FP-3000 marketed.
  871.       Fuzzy inference molding machine support system developed.
  872.       Fuzzy temperature controller, E5AF, marketed.
  873.                                    
  874. ---------------------------------------------------------------
  875.                                                         
  876. 10. Fuzzy Logic Products
  877.                            
  878. OMRON has released numerous innovative products that use Fuzzy
  879. Logic. A few of those products scheduled for release overseas
  880. are listed below:
  881.                     
  882. o FP-3000 Digital Fuzzy Processor-Controller
  883.                 
  884. Cost-effective Fuzzy chip ideal for control and simple pattern
  885. recognition.
  886.    
  887. * High-speed inference processing - 650 u-s/(5 antecedents and
  888.   2 consequents, 20 rules, 24 MHz (external clock speed)).
  889. * Bus interface similar to that of an SRAM allows connection to
  890.   various CPUs.
  891. * Fuzzy Logic operation can be accomplished on a single chip
  892.   (Single mode).
  893. * High 12-bit resolution.
  894. * Up to 128 rules applicable for each inference (Expanded mode).
  895.               
  896. o FS-10AT Fuzzy Software Tool
  897.                             
  898. A personal computer software designed to create rules and
  899. membership functions for Fuzzy inference.
  900.                
  901. * Compatible with IBM PC-AT.
  902. * Allows performance of trial control using A/D and D/A
  903.   expansion boards.
  904. * Outputs created rules and membership functions as object
  905.   code for the FP-3000 Fuzzy controller and FB-30AT Fuzzy
  906.   inference board.
  907.            
  908. o FB-30AT Fuzzy Inference Board
  909.               
  910. FP-3000 chip-packaged board
  911.    
  912. * Can be inserted into an IBM PC-AT expansion slot.
  913. * Uses the rules and membership functions created by the FS-10AT.
  914. * Provided with driver software, allows Fuzzy inference to run
  915.   with the user's software.
  916. * Applications include evaluation and field tests of the FP-3000,
  917.   and addition of Fuzzy Logic functions to personal computers.
  918.                                    
  919. o E5AF Fuzzy Temperature Controller
  920.               
  921. The industry's first temperature controller to employ Fuzzy Logic.
  922.                              
  923. * Highly precise (+/- 0.3% error) and fast response to external
  924.   disturbance.
  925. * Hybrid control integrates PID control and Fuzzy Logic control to
  926.   improve disturbance response significantly (50% higher than
  927.   conventional PID control).
  928. * Easy operation - similar to that of conventional models.
  929. * Automatic Fuzzy Logic parameter setting. Fuzzy Logic parameters
  930.   can be programmed to fit the application.
  931. * Ideal for use in physical/chemical equipment, industrial
  932.   furnaces, and semiconductor manufacturing equipment.
  933.      
  934. ------------------------------------------------------------------
  935.                                            
  936. 11. Fuzzy Logic Technologies
  937.                          
  938. OMRON is also involved in regular development of practical Fuzzy
  939. Logic applications. Here are some examples:
  940.                    
  941. o Fuzzy Logic Failure Diagnosis and Prediction System for Machine
  942.   Tools
  943.          
  944. In a joint development with Komatsu Ltd., this system generates
  945. and displays various machine failure predictions in order of
  946. probability, enabling a much simpler detection of the real cause
  947. of the fault. It will reduce servicing time by 24%, and software
  948. development time to 1/5 of conventional systems.
  949.                                                       
  950. o Fuzzy Inference Molding Machine Support System
  951.                                   
  952. This system uses Fuzzy inference to automatically remedy the
  953. conditions that cause plastic molding failures. Unlike
  954. conventional systems which call for expert attention, this new
  955. system only needs a simple defects input into the built-in
  956. controller. Fuzzy inference, with its expert knowledge base,
  957. takes care of the rest automatically, and at the same level
  958. of competence as a specialist.
  959.                                    
  960. o Bank Note Feeding System Employing Fuzzy Logic for ATMs and CDs
  961.                       
  962. The texture and quality of bank notes stored in automatic teller
  963. machines (ATMs) and cash dispensers (CDs) are easily affected by
  964. ambient humidity, conveyance conditions, etc., which in turn makes
  965. stable bank note feeding difficult. With the aid of Fuzzy Logic,
  966. this new mechanism keeps the gap between the rollers at the
  967. optimum level, notably increasing the reliability of ATMs and CDs
  968. as well as reducing the need for maintenance.
  969.                                                  
  970. -- 
  971.