home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Freaks Macintosh Archive / Freaks Macintosh Archive.bin / Freaks Macintosh Archives / Phreaking⁄Wardialers / Phreaking texts / FuzzyLogic.txt < prev    next >
Text File  |  1999-01-28  |  48KB  |  958 lines

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