（机械设计及理论专业论文）机械化施工方案设计专家系统开发技术研究.pdf

西南交通大学研究生，位论文第 i i页 abs tract wi t h t h e d e v e l o p m e n t a n d c o n s u m m a t e o f t h e m a r k e t e c o n o m y i n o u r c o u n t r y ,a n d w i d e u t i l i z a t i o n o f t h e c o m p u t e r t e c h n o l o g y， g r e a t c h a l l e n g e s a r e e n c o u n t e r e d i n e v e r y w a l k o f l i f e . i n o r d e r t o m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f c o n s t r u c t i n o n c o m p a n y d e v e l o p m e n t , t h i s p a p e r a i m s t o m a k e a c o m p l e t e d i s c u s s i o n o f t h e m e t h o d s a n d t e c h n i q u e s o f t h e m e c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t s c h e m e d e s i g n o f e x p e r t s y s t e m . t h e m a i n w o r k i s d o n e a s f o l l o w s : t h e p a p e r e x p a t i a t e s t h e e s s e n t i a l c h a n g e s t a k i n g p l a c e i n t h e m a n a g e m e n t m e c h a n i s m o f c o n s t r u c t i o n c o m p a n i e s , t h e n e w r e q u i r e m e n t s o f t h e c o n s t r u c t i o n c o m p a n i e s m a d e b y t h e p r e s e n t c o n s t r u c t i o n s i t u a t i o n a n d t h e i n t e n s e s i t u a t i o n f a c e d b y t h e c o n s t r u c t i o n u n i t s r e s u l t i n g f r o m t h e s e v e r e m a r k e t c o m p e t i t i o n u n d e r t h e c o n d i t i o n o f m a r k e t e c o n o m y . i t p o i n t s o u t t h a t t h e p r o j e c t c o n s t r u c t i o n i n m o d e r n s e n s e i s a c t u a l l y t h e m e c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n , t h e h i g h ly i n t e g r a t i o n o f m e c h a n i c e n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y , c i v i l e n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y a n d c o m p a n y m a n a g e m e n t s c i e n c e . u n d e r t h e n e w s i t u a t i o n , c o n s t r u c t i o n c o m p a n y s s u r v i v a l a n d d e v e l o p m e n t d e p e n d s g r e a t l y o n t h e a d v a n c e d t e c h n o l o g i c a l d e v i c e a n d h i g h m e c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n m a n a g e m e n t a b i l i t y . t h e p a p e r t h e n a n a l y z e s t h e t r a d i t i o n a l e q u i p m e n t m a n a g e m e n t m o d e , a n d i t s i n a p p r o p r i a t e n e s s i n p r e s e n t s t a g e . i t p o i n t s o u t t h e p r o b l e m a b o u t h o w t o u s e i t p r o p e r l y . n e w i n s i g h t s a r e p r o p o s e d o n h o w c o n s t u c t i o n c o m p a n i e s s h o u l d m a n a g e a n d u t i l i z e p r o p e r l y t h e m e c h a n i c e q u i m e n t s . i t a l s o a n a l y z e s t h e p r o c e s s i n s e e k i n g t h e s o l u t i o n t o t h e t r a d i t i o n a l me c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n me t h o d s , i t s f e a t u r e s o f f i e l d p r o b l e m s a n d a p p r o p r i a t e n e s s o f t h e p r o l e m s i n s o l u t i o n f i e l d i n 。、二一之 西南交通大学研究生学位论文第 u 1页 u s i n g e x p e r t s y s t e m . t h e d e v e l o p m e n t s t r a t e g y i s m a d e i n m e c h n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n m e t h o d d e s i g n e x p e rt s y s t e m . a n d t h e s y s t e m f u n c t i o n , g e n e r a l s t r u c t u r e a n d w o r k i n g m o d e a r e d r a w n o u t . b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e k n o w l e d g e f e a t u r e s a n d t y p e s o f t h e m e c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n f i e l d , t h e p a p e r c h o o s e s t h e l o g i c - b a s e d e x p r e s s i o n m e t h o d f o r i t s f o r m a t a n d u s e p d c . p r o l o g l a n g u g e t o r e a l i z e i t s c o d e d e s i g n . i t i n t r o d u c e s s e v e r a l e x p e rt s y s t e m i n e t y p e s . a i m i n g a t p r o b l e m s o l u t i o n o f m e c h n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n , i t i s d i v i d e d i n t o s o m e s u b t a s k s , a n d a c c o r d i n g t o t h e f e a t u r e s o f e a c h s u b t a s k a m e t h o d o f d e s i g n i n e i s p r o p o s e d , a n d t h e . i n e w h i c h c o r r e s p o n d s w i t h e a c h s u b t a s k a n d a p p r o p r i a t e t o p r o b l e m s o l v i n g i s d e s i g n e d . f i n a l l y , t h e p a p e r d e v e l o p s a p r o t o t y p e s y s t e m u n d e r t h e b a c k g r o u n d o r h i g h w a y r o a d b a s e s t o n e w o r k e n g i n e e r i n g , a n d p r o v e s t h e a p p r o p r i a t e n e s s o f s y s t e m d e v e l o p m e n t t e c h n i c a l r o u t e a n d t h e f e a s i b i l i t y o f d e v e l o p m e n t s t r a t e g y t h r o u g h e n g i n e e r i n g i n s t a n t i a t i o n . 【 k e y w o r d s : m e c h a n i s a t i o n c o n s t r u c t i o n ，m e t h o d d e s i g n ， m e c h a n ic ty p e s s e l e c t i o n ， e c o n o m i c e v a l u a t i o n ， e x p e r t s y s t e m 硬嘴卜 一户 . . . . . . . . 口 . . . . .口 . .创 .门 . .一 西南交通大学研究生学位论文 第 1 页 第一章 工程机械运用与管理综述 1 . 1 施工机械化振述 1 . 1 . 1 建筑业在国民 经济中的 地位 建筑业是我国的支柱产业，是国民经济的重要组成部分。在国民经济 中发挥着基础和先导的作用， 对国民经济的发展起着重要的作用。 建国以来，建筑业占g d p( 国内生产总值)的比重由5 0 年代的3 % 增 加到 1 9 9 8年的6 .6 %，特别是改革开放2 0年中增长了2 .3 %，保持良性发 展的势头，“ 行业规模不断扩张， 生产效率不断提高，产业结构不断升级， 技术水平不断进步”。建筑业在国民经济中的地位愈加显著和突出。 目前，建筑业正处于前所未有的大好形势下，一是国家对投资结构进 行调整，加大基础设施建设的投资力度。1 9 9 8 年，国家就决定在未来五年 内投资6 2 2 5 0 亿元用于基础产业、基础设施建设。再加上国家西部大开发 宏伟战略的实施，将为建筑业带来无限商机，迎来又一个春天。二是我国 即将加入wt o ， 加入wt o以后， 将会刺激国际和国内资本在中国国内 的投资力度，这种投资将对建筑业的发展起到巨大的拉动作用。 1 . 1 . 2施工机械化的重要性及意义 、施工机械化的重要性 现代施工企业是运用机械设备进行生产经营的，施工机械是施工企业 必不可少的物质、技术基础，是企业生产力的组成要素。 随着国民经济的飞速发展，工程项目越来越多，技术含量越来越高， 质量要求越来越严，客观上要求企业必须提高技术装备水平，实现施l : 机 西南交盆大学研究生攀位论文第z 页 械化， 用更多更好、 效率更高的机械来代替手工劳动， 减轻施工劳动强度， 提高劳动生产率。完成人工难以完成的各种复杂作业。 施工企业机械化程度是企业生产力发展水平的标志。在工程项目 投标 过程中，资格预审的一项重要指标就是施工企业的机械装备水平，机械装 备水平直接决定施工企业的施工生产能力，决定了是否能够按期、优质、 高效地完成施工任务. 二、施工机械化的内容 施工机械化是一门综合性的学科，它是介于施工机械、施工技术和施 工组织之间的一门边缘科学。它大致包括以下几方面的内容: ( 1 )以机械代替手工劳动 凡是在工程施工中可以使用机械和机具的工作，都用机械和机具来代 替手工劳动，一方面可以节省人力，另一方面可以减轻劳动强度。在人力 达不到的地方，使用机械施工，以利于克服公害，扩大施工范围。同时根 据不同的施工对象和要求，选择最适宜的机械，并以较少的机械完成尽可 能多的任务，达到提高劳动生产率，节省劳动力，加快建设速度，提高工 程质量，降低材料消耗和成本，最终取得明显的经济效益。 ( z 依据施工任务、施工环境和施工条件合理地选择机械类型 针对一项土石方工程，是选用推土机、铲运机施工。还是挖掘机、装 载机施工;是选择大型的，还是中、小型的。要做出合理的决策，就必须 对可选方案进行经济比较，才能决定取舍。选择不当，不但不能发挥机械 的正常效率，影响工程进度，而且会大大增加使用费用，经济效益甚微， 远达不到机械化施工的目 的。 ( 3 ) 要合理地配备机械 根据工地的具体情况，应配备多少台施工机械较合适，是多好，还是 少好，主辅机械配合比例的多少为好。这都是机械化施工中面临的具体问 题，如匹配不合理，将直接影响到机械化施工的效率。 ( 4 )优化的施工组织计划 施工机械化并不只是简单地将体力劳动改变为机械作业。因为采用机 械化施工并不会自 动地降低成本。成本的降低取决于稳妥的施工计划和科 西南交月大学研究生攀位论文 第3 页 学的施工组织。现代化的管理技术，是以定量化的方法，制定各种施工方 案，然后以最优的方案组织施工。 ( 5 )适时合理地更新机械装备 随着工程技术含量的提高和国家建设速度的加快，要求工程机械行业 不断开发新的机械，施工单位不断地采用先进的机械取代使用中的机械。 ( 6 )加强日常技术管理 为了保持机械的正常运转，就要做到科学管理，正确使用，定期保养 和及时维修。 ( 7 )要有良 好的技术经济效果 采用机械化施工，要能够节省人力，减少劳动强度，降低工程造价， 加快施工进度，提高工程质量。 以上七个方面必须做到有机的结合，才能实现施工机械化。 三、施工机械化的意义 施工机械化是提高劳动生产率最有效的手段。机械化施工在大型土、 石方工程、混凝土浇注工程、铁道与公路桥梁基础及隧道工程中都有着很 大的发展。在缩短工期、降低工程成本和提高工程质量等方面都取得了显 著的效果。施工机械化在施工中的地位及其重要性充分说明了实现施工机 械化的现实意义。 ( 1 ) 施工机械化可大大降低劳动强度，提高生产效率及施工进度 现今的工程项目 技术先进、设计合理、工期要求短。这就要求施工单 位要想在有限的时间内完成施工任务， 就必须采用大型、 先进的机械设备， 以前靠人拉肩扛，搞人海战术的时代已经一去不复返了。 ( 2 )施工机械化可大大提高工程质量 现在工程质量要求越来越高。公路建设中，路基压实密度要达 9 5 %以 上，路面平整度以m m计，如果不采用先进的机械设备进行施工，质量要 求是无法达到的。 ( 3 )施工机械化大大提高了生产的安全性 现代化的施工机械设施齐全、功能强大，施工中许多危险工序都可以 依赖机械去完成，大大降低了施工过程中的危险程度，减少了工程事故的 西南交盆大学研究生攀位论文 第 a 页 发生概率。 ( 4 )施工机械化可增加企业竞争能力，提高企业经济和社会效益 施工企业只有拥有先进的施工机械，才敢于承揽高、精、尖的工程项 投标才具有竞争力，才能够获得良好的社会信誉，拓展施工企业的市 取得理想的经济效益，最终形成良性循环，促进企业发展。 目场 1 . 2工程 机械运用与 ，理的 现状与 发展趋势 有了众多优良的施工机械，必须采用先进的施工方法，合理的施工组 织，科学的核算经济成本，以及正确地使用机械，才能充分地发挥机械的 效率，提高工程质量，降低工程成本。否则， 机械虽多但不能正确使用， 就等于资源浪费。为此，必须加强机械设备的科学运用与管理。 现代工程机械的特点是大型化、液压化、高速化、连续化和自动化， 结构复杂，是现代科学技术发展的方向。因此对于现代化的机械设备，必 须采用现代化的技术管理。 现代设备的运用与管理，按设备综合工程学的观点，是对设备运行的 全过程实行全面管理。即从科学研究、设计、制造、到设备的购置、安装、 投产，以及设备在生产过程中的使用、维修、更新改造、直至设备报废的 全部过程实行管理。 1 . 2 . 1 国内 发展 棍况 我国的设备管理工作，经过5 0 余年的发展，取得了巨大的成绩。 1 9 5 6 年，在设备管理方面引进了苏联的计划预修制.计划预修制是一 套较先进、 完整和实用的管理体制， 在我国当时的状况下基本上是适应的。 通过几年的学习和运用， 培养了我国的设备工程师、 管理干部和维修技工， 建立和健全了相应的设备管理组织， 从而为企业设备管理工作打下了基础。 随着国民经济的逐渐恢复和提高，企业的设备管理工作在原有基础上 也有所创新，又创立了 “ 三级保养大修制”，以及 “ 三好四会”、 “ 润滑 西南交粗大学研究生学位论文 第 5 页 五定”、对事故 “ 三不放过” 等一套规章制度。 在组织形式上，除了精简、 健全专业管理外，还设立了专群结合的管理组织，实现了 “ 专管成线，群 管成网”，经常开展社会评比检查活动。 1 9 7 9 年开始， 陆续从国外引进“ 设备综合工程学” 、 “ 全员生产维修” 、 “ 后勤学” 等现代设备管理科学:1 9 8 2 年成立中国设备管理协会， 特别是 1 9 8 7 年7月国务院发布 全民所有制工业交通设备管理条例， 使我国的 设备管理工作又得到了划时代的发展，开始进入现代化管理的新阶段。 我国现行的传统管理，只重视设备全过程中的使用与维修两个环节， 而且在设备的技术管理与经济管理中又往往忽视经济管理，这就难以提高 设备的经济效益。劳动生产率、设备效率和经济效益等主要指标与世界先 进水平相比，还是相当落后的，有的相差几倍，甚至十几倍。这就说明， 必须在设备管理方面，努力学习和推广国内外的科学理论和先进经验，进 一步改善设备工程和设备管理，使之符合现代化生产的要求。 1 . 2 . 2 国外发展棍况 一、英国的设备综合工程学 设备综合工程学是一门新兴的设备管理学科。1 9 7 1 年，英国设备综合 工程中心所长丹尼斯 巴克斯在美国洛杉矾市召开的国际设备工程年会上 提出了这门学科。 当时他发表了一篇以 设备综合工程一设备工程的改革 为题的论文。设备综合工程学就是为了 研究和解决由于使用现代化设备所 带来的一系列问题。它是伴随着现代化生产的发展要求而产生的，是设备 管理发展的必然产物。 1 9 7 4 年，英国工商部给设备综合工程下的定义是:“ 为了 追求经济的 寿命周期费用，而对有形资产的有关工程技术、管理、财务及其业务工作 进行综合研究的学科”。具体地说，关于设备、机器、装备、建筑物、构 筑物的规划和设计的可靠性和维修性，它们的安装、投产试车、维修、改 造和更新，以及有关设计、性能和费用的信息反馈，都属于其研究范围。 二、美国的后勤学 西南交盆大学研究生，位论文第 6 页 近代后勤学( l o g i s t i c s ) 是在经典的后勤学的 基础上， 吸取了 寿命周期 费用和可靠性、维修性等现代理论 后勤学者认为，一个系统应包括基本设备和相应的后勤支援两部分。 而后勤支援的主要内容有:测试和辅助设备、备件和修理更换件、人员和 培训、器材储运管理、辅助设施和技术资料等。基本设备和后勤支援的各 个组成之间，都必须在综合基础上来发展，建立最优化平衡，以生产出一 项经济效果良好的优质产品。 因此，可以把后勤学看作是为了保证一个系统在规划的寿命周期内得 到有效而经济的支援所需要考虑的全部问题的一门综合性学科。美国后勤 工程师学会所下的定义为: 后勤学是研究资源的需求、 设计、 供应和维修， 并以后勤保障、 计划和作业为对象的管理艺术、 管理科学和工程技术活动。 可以看出，后勤学研究的范围较之设备综合工程学要广泛深入一些，因为 后勤学的目 标是从设备制造单位的立场出发，保证用户在使用中得到最优 的后勤支援，以达到设备寿命周期费用最经济的目 的。 三、日 本的全员生产维修 在日 本工业迅速发展的年代， 在先后引进美国预防维修和生产维修体 制的基础上，吸取了英国设备综合工程学的原理，结合日本的国情，发展 成为全员生产维修体制，并在日 本国内推行，取得了 较明显的效果。 全员生产维修 ( t o t a l p r o d u c t i v e ma i n t e n a n c e ) 简称为t p m， 其含义及 要点为: ( 1 )以提高设备的综合效率为目 标; ( 2 建立以设备生命周期为对象的生产维修总系统， 确保寿命周期内 无公害、无污染、安全生产: ( 3 )涉及到设备的规划、生产经营使用和维修等所有部门; ( 4 )从企业领导到第一线工人全体成员参加; ( 5 ) 加强生产维修的思想教育， 开展小组为单位的生产维修口标管理 活动. 西南交通大学研究生学位论文 第 7 页 1 . 2 . 3 发展趋势 设备运用与管理的好坏己成为决定企业兴衰的一个重要因素。传统的 设备管理是一些诸如编制报表、制定大、小修计划等日常管理工作。基本 上是以治为本，属于静态管理，是人为机械服务、为机械创造客观环境的 过程。在社会化大生产中，应该为其创造好的客观环境的同时，充分地使 用它，使其高效地为企业服务。机械的真正作用在施工过程中，所以，如 何正确地使用设备，使施工机械在施工过程中充分发挥其生产效率，将静 态管理与动态管理相结合，是人们研究的目标。 随着计算机技术的发展以及网络技术的日益普及， 人们的生活发生了 巨大的变化，计算机技术和网络技术在设计、制造、教学、金融、管理等 领域得到广泛的应用，工作效率、经济效益和方便程度有了极大的提高。 在工程机械的运用与管理方面，己开发出设备管理信息系统、备件管 理信息系统等软件。但是，如何在管理信息系统的基础上，建立一个智能 系统，使其不仅能完成设备的日常管理工作，而且能够依据施工任务、要 求、施工环境和企业内部的装备水平等条件，合理地组织运用工程机械， 智能地生成比较理想的施工方法。为管理者提供科学的理论依据，帮助管 理者做出正确合理的决策方案，使工程机械更加高效、快捷地完成施工任 务，提高企业竟争能力。这些都是施工企业在新形势下普遍关注的问题， 也是设备运用与管理工作的未来研究方向。 1 .3 企业改革与市场经济对机械运用与，理的形晌 1 .3 . 1 企业性质的 变化 目前，我国正在进行公司制改造，以 “ 产权清晰，权责明确，政企分 开， 管理科学” 为依据建立现代企业制度， 企业将形成多元化的投资主体， 建立有效的法人治理机构，形成有效的激励和约束机制。企业将摆脱计划 西南交盆大学研究生攀位论文 第 b 页 经济的束缚，参与更广泛的市场竞争。企业性质将发生根本性的变化，由 被动转为主动，由国家大包大揽转为自负盈亏，在市场竞争的风雨中经受 优胜劣汰的严峻考验。 施工企业在企业改制的过程中步伐不一，有的己经完成公司制改造， 有的正在酝酿实施中。为适应新形势下市场经济条件的要求，企业必须改 变以往的经营观念，进行管理机构改革，建立现代企业制度，以变图存。 1 .3 . 2 施工企业所处的 外部环境 随着改革开放的逐步深入。国家对基础设施建设投资力度的加大，西 部大开发战略的实施，以及不久我国即将加入世界贸易组织，这些将为建 筑业带来蓬勃的生机，也为施工企业带来无限的商机，施工企业将面临新 的机遇和挑战。 在这些新的机遇和挑战面前，施工企业所处的环境总的来说是好的， 投资大，任务多，中标机率大。但现在己经不是计划经济时代，有饭大家 吃，有活大家干，而是依靠自身在市场经济中的竞争能力去投标、竟标。 加入 wt o以后，国际承包商也将加入我国建筑业竟争的行列，将会在新 的层面上加剧竟争的激烈程度。施工企业终将出现两极分化，强者愈强， 弱者愈弱。 1 . 3 .3 机械运用与管理在企业经营活动中的地位 市场经济的实质是竞争经济。它要求产品的质量更高，成本更低。市 场主体追求的重要目 标是利益最大化，这就必然使资源配置向成本低、效 益高、有竞争能力的方向倾斜。粗放型向集约型的转变必然导致生产方式 的根本转变。由此可见，设备及设备管理作为一种资源和配置方法在生产 经着中的作用愈发显著。 机械运用与管理在施工企业的经营生产中占据着重要的地位，工程机 械是施工企业完成施工任务必不可少的物质基础，是企业生产力的重要组 西南交扭大学研究生学位论文第9 页 成部分。如何管好、用好机械设备，最大限度发挥机械的利用率，实现最 佳经济效益和社会效益，是企业经营活动中必须考虑的因素。 随着科学技术的不断提高，工程机械正朝着大型化、专业化的方向发 展，机械在施工生产中占 据的地位越来越重要， 机械已 不仅是代替人工劳 动、进行施工生产的工具，而且是企业显示自 身实力、参加投标竞争的重 要资本。机械管理已不是以前后勤保障式的物资管理，而是以经济为目标 与技术管理相结合的科学管理。 1 . 3 . 4 机械运用与管理在新形势下面临的问题 设备运用与管理作为企业管理的一部分，随着社会的发展、科技的进 步，实现其科学化、现代化的要求亦愈来愈迫切，而传统的设备管理越来 越显示出它的局限性: 一、传统设备管理的大量工作集中在设备的管理阶段，且仅限于使用 和维修过程的管理。 二、随着市场经济的发展，企业的经营问题越来越突出，要求企业管 理逐步以生产为中心向以经营为中心进行转变。然而，传统的设备管理却 仍然停留在单纯地为生产服务的阶段。 三、传统的设备管理把技术管理和经济管理分割开来，且偏重技术管 理，忽视经济管理。 四、传统的设备管理其责任单位局限在设备管理部门，与其他部门关 系不大，范围狭窄，缺乏 “ 全员”性概念。 五、传统的设备管理基本上是一种 “ 物的管理”， 属于静态管理，不 大重视设备在使用过程中的管理，而现代化、科学化的设备管理则更加重 视动态管理。 施工企业拥有的机械设备，主要是在施工生产中发挥作用、产生效益 的，所以在使用过程中如何动态调用、合理配置设备，以最大限度地发挥 机械设备的利用率，减少施1 : 过程中的窝工、浪费现象是市场经济条件下 对设备管理的新要求。 西南交扭大学研究生学位论文 第 1 0页 新形势下要求施工企业的设备运用与管理必须科学、合理。设备的日 常管理制度己比较健全， 但设备使用过程中的管理， 诸如: 设备投资问题、 投标决策问题、施工方案选择问题、设备配置问题等等，这些都与企业的 经济效益有着直接的关系。这些问题的处理一般凭的是经验，存在很多问 题.在新形势下，要求企业在设备管理方面能够洞悉市场变换，驾御市场 风云，真正做到 “ 施工机械化，设备现代化，管理科学化”。 西南交盆大学研究生学位论文 第 1 1 页 第二章 论文选题 2 . 1 论文选巨分析 2 . 1 . 1 论文选题考虑因素 国营企业积重难返经营不善并不是仅靠搞公司制改造、搞资产重组就 可以解决，其根本的问题在于管理，管理是企业经营之本，只有在进行企 业经营体制改革的同时，狠抓管理，实现管理的现代化、科学化，企业才 能在市场经济的大潮中永立不败之地。 管理的核心是决策，决策涉及到管理的各个层次。部分企业的决策问 题靠领导一人说了算，或者靠开会讨论的方式来解决。当然这些决策成功 的例子数不胜数，但失败的案例也不胜枚举。这样的决策带有一定的随意 性、 偶然性， 在很大程度上依赖领导者个人的知识、 经验以 及个人的喜好。 市 场 风云 变 幻莫 测， 知 识 更 新日 益 加 速， 市 场 信 息 大 量 存在， 个人 拥有的 知识和经验是非常有限的，所以做出的决策必然带有一定的局限性、片面 性。科学、合理的决策应该充分搜集市场信息。全面考虑内部条件、外部 经营环境，正确分析各种制约因素， 做出合理判断， 得出可行的决策方案。 当今计算机技术发展日新月异， 特别是随着专家系统、决策支持系统、 神经网络等人工智能技术的发展和完善，为实现管理的科学化、现代化提 供 了 良 好 的 开 发 工 具。 到 目 前 为 止 ， 人 工 智 能 软 件己 应 用 到 工 业 、 农 业 、 军事、医疗等许多领域，并取得了很大的经济效益。 论文研究的出发点是利用计算机信息存储量大、计算速度快的优点， 借助人工智能技术，建立一个机械化施工方案设计专家系统，对机械化施 工中的诸多问题进行辅助决策，改进传统的决策方法，实现机械化施工管 理的现代化、科学化，提高施工企业的快速反应能力和市场竟争能力。 西南交通大学研究生学位论文 第 书 2页 2 . 1 . 2 论文命题与主要研究内 容 一、论文命题 对施工企业来说，机械管理重在机械使用过程中的管理。如何对机械 选型、调用、合理组配，使之成为最佳的机械化施工方案，一直是机械化 施工领域普遍关注的问题，也是施工企业一直探讨的问题。在这一方面， 是其它行业设备管理中很少遇到的问题。机械化施工方案的优劣直接关系 到施工企业能否保质、保量、按期完成施工任务，并直接关系到企业的经 济效益。所以，本论文以机械化施工领域中的施工方案的决策问题为研究 对象，以专家系统技术为开发工具，探讨开发建立机械化施工方案设计专 家系统 ( s c h e m e d e s i g n o f m e c h a n i z e d c o n s t r u c t i o n - e x p e r t s y s t e m 一一 s d mc - e s )的技术方法。 论文题目 定为 机械化施工方案设计专家系统开 发技术研究。 二、论文研究的主要内容 论文以典型的土石方工程机械化施工为结合领域，探讨机械化施工方 案专家系统的开发技术，其主要研究内容如下: ( 1 ) 探讨机械化施工方案设计专家系统的开发模式， 即开发过程、开 发原则和开发策略; ( 2 ) 研究专家系统的总体设计方法，即研究需求分析、 功能设置、系 统组成、系统结构和系统运行; ( 3 )研究机械化施工领域知识的特点及其知识表示方式设计: ( 4 )研究领域问题的求解模式和专家系统推理机设计方法; ( 5 )建立一个s d m c - e s 的实验系统，并验证前述技术的可行性。 2 . 1 .3 论文研究的意义 先进的管理思想要用先进的管理手段去实现，刁 能 产生巨大的经济效 益。计算机技术的飞速发展，特别是决策支持技术和人工智能的出现，对 设备管理科学化、智能化的实现起到了巨大的推动作用，将人工智能与设 西南交通大学研究生学位论文第 i 3 页 备管理结合起来，必将产生深远的影响。论文研究的意义如下: 将极大地减轻机械化施工管理人员的劳动强度，提高工作效率， 实现设备管理由静态管理到动态管理、由功能性管理向经营性管 理的转变。 三、利用计算机存储信息量大，运行速度快的优点，为管理者提供全 面、科学的理论依据和决策分析，协助管理者做出科学、正确的决策。 四、科学、正确的决策必将产生最佳的经济效益，也必将促使企业快 速、持续地向前发展。 2 . 2 系统的开发环境 施工机械化专家系统的开发环境由硬件环境和软件环境构成。 2 . 2 . 1 硬件环境 本系统的硬件开发环境为p e n t i u m ( r ) 1 1 处理器， 6 4 m内 存， 4 . 3 0硬盘 8m 显存，p h i l i p s 1 0 5 a显示器。 2 . 2 .2 软件环境 v i s u a l b a s i c 6 . 0 是计算机高级语言， 易学易用， 受到广大程序开发人员 的喜爱， 成为软件人员开发wi n d o w s 应用程序的首选工具。 本系统人机界 面、数据库采用v i s u a l b a s i c 6 . 0 中文版开发。 p r o l o g是一种将计算机程序设计引入新境界的逻辑程序设计语言，其 逻辑方法非常自然，它以一阶谓词演算为基础，采用合一、回溯的机制， 具有递归等手段， 迭代能力强，还有内 部数据库、 外部 数据库、系统级编 程、与其它语言接口 等工具。因此， p r o l o g 己 经成为当 今人工智能程序设 计， 特别是专家系统开发中的一种非常重要的工具，故本系统选用 p d c p r o l o g 作为专家系统的开发工具。 西南交通大学研究生攀位论文 第 1 4 页 第三章 专家系统概述 专家系统是人工智能的一个重要分支，开创了计算机解决非数值实际 问题的有效途径， 扩大了计算机的应用范围， 它能够使用知识和推理程序， 解决必须用大量人类专门知识和经验知识才能解决的复杂问题。专家系统 被广泛应用于医疗诊断、图象处理、石油化工、地质勘探、金融决策、实 时监控、产品设计、教学、军事等多种领域中，产生了巨大的社会效益和 经济效益，同时也促进了人工智能基本理论和基本技术的研究和发展。.目 前，专家系统已成为人工智能一个最活跃且最有成效的研究领域。 3 . ， 专家系统的产生与发展 1 9 6 5 年， 美国s t a n f o r d 大学人工智能实验室f e 咭 e n b a u m教授， 遗传 学家l e d e r b e r g 教授和物理化学家d j e r a s s i 教授等人， 在对诺贝 尔奖获得者 l e d e r b e r g 教授的化学分子结构程序d e n d r a l 进行了深入的研究之后， 建立 了启发式d e n d r a l 系统。 d e n d r a l 系统首次应用了专家系统的基本概念， 创 立了用规则表示专家知识的方法。 d e n d r a l 系统标志着人工智能开始向应用 阶段过渡和专家系统的诞生。 1 9 7 6年 ，美国 s t a n f o r d大学 w. v a n me l l e , e .h . s h o r t l i f f e和 b . g . b u c h a n a n等人开发成功用于诊断和治疗脑膜炎和细菌血症的医疗专 家系统m y c i n . m y c i n 系统被认为是第一代专家系统的 代表。 它第一次将 系统的知识库与推理机分离开，使知识库和推理机成为专家系统的两个独 立的 组 成部分。 在m y c i n 系统完成 之后， 研究 人员 又把m y c i n 中 的 医疗知 识 库的内 容删掉， 构成e m y c i n 系统。 e m y c i n 系统由 一个逆向 推理机，一 个评价驱动程序和几个知识获取程序组成， 只要在e m y c i n系统中 愉入某 个专业的知识，建立该专业的知识库，就可以形成一个新的专家系统。 2 0世纪 8 0 年代以来，专家系统的研制开发趋于商品化，直接服务于 西南交通大学研究生学位论文 第 1 5 页 生产企业，产生了明显的经济效益。例如:d e c公司与卡内基一 梅隆大学 合作开发了专家系统x c o n ( r 1 )，用于为v a x计算机系统制定硬盘配 置方案，节约资金近 1 亿美元;i b m公司为 3 3 8 0磁盘驱动器建立了相应 的 专家系统， 创利1 2 0 0 万美元; 著名的a m e r i c a n e x p r e s s 信用卡 通过 使用 卡认可专家系统，避免损失达2 7 0 0 万美元。 我国在专家系统的研制开发方面虽然起步较晚，但也取得了很好的成 绩。中国科学院合肥智能机械研究所开发了施肥专家系统、南京大学开发 了新构造找水专家系统、吉林大学开发了勘探专家系统、浙江大学开发了 服装剪裁专家系统和画布图案设计专家系统等都取得了明显的经济效益及 社会效益，对推动专家系统与人工智能技术的研究起到了重要作用。 随着人工智能的深入研究和发展，专家系统的广度和深度都发生了很 大的变化:由解释型、诊断型发展到设计型、规划型、控制型;体系结构 由单一的知识库、推理机发展为多知识库、多推理机;由集中式专家系统 发展为分布式专家系统;知识获取随着机器学习研究的进展，逐渐用半自 动方式取代原来的手工方式。此外，为缩短专家系统的开发周期，提高系 统质量， 人们还开展了对专家系统开发工具的研究， 建立了多种不同类型、 不同功能的开发工具。 专家系统经过3 0 多年的发展虽然取得了很大的成就， 但是还存在不少 有待解决的问题。例如:知识的自 动获取问题、深层知识的表示和利用问 题、分布式知识的处理问题、常识性知识的推理问题等等。 3 . 2 专旅系统的定义及本特征 3 .2 . 1 专家系统的定义 由于专家系统历史短暂，其理论研究尚处于初级阶段。各个领域的特 点不同，对专家系统的认识不同。所以，迄今为止，专家系统还没有一个 公认的、严格的定义。 一般认为，专家系统是一个 ( 或一组)能在某特定领域内，以人类专 西南交月大学研究生一位论文 第 1 6页 家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。 由以上定义可知: . 它是一个智能的程序系统; . 它具有相关领域内大量的专家知识: . 它能用人工智能技术模拟人类专家求解问题的方法进行推理，达 到领域专家的水平。 3 . 2 .2 专家系统的基本特征 专家系统具有以下基本特征: 一、具有专家水平的专门知识 专家系统的性能水平主要取决于它所拥有的知识的数量和质量。专家 系统的理论基础可以用英国哲学家e . b a c o n的一句名言:“ 知识就是力量” 来概括。 二、能进行灵活、有效的推理 即专家系统可以依据初始知识及求解的当前状态，正确的运用知识， 进行有效的推理，模拟人类专家灵活地求解专门问题。 三、具有透明性 专家系统能够向用户解释其推理过程，并能回答用户提出的一些专家 系统自身的问题。 四、具有启发性 专家系统不仅可以运用正确无误的逻辑知识，也可以运用人类专家的 经验知识 ( 即启发性知识)求解问题。 3 . 3 专家系统的结构 不同的专家系统， 知识库、动态数据库、 其功能和结构都不尽相同，但一般都由人机接口、 推理机、知识获取与维护机制、 成。 专家系统的核心是知识库、 动态数据库和推理机。 解释机制六部分组 专家系统的流行结 西南交通大学研究生举位论文 第1 7 页 构可用图3 - 1 表示。 用户人机接口 解释机制推理机ii 知识获取与维护机制 动态数据库 知识库 图3 - 1专家系统的流行结构 人机接口是专家系统与领域专家或知识工程师及用户间的界面，由一 组程序组成，用于完成输入输出工作。通过人机接口， 用户的咨询和系统 推出的建议、结论可以进行交流:通过人机接口，可进行知识库的更新和 完善。 知识库是系统求解问题所需要的知识的存储机构，用于存储领域内的 逻辑性知识、专家的经验知识以及有关的事实等。知识库的知识来源于知 识获取机制。知识库主要用来为推理机提供求解问题所需的知识及为解释 机制提供解释问题时所需的知识。 动态数据库又称为 “ 黑板”、 “ 综合数据库”。用于存放用户提供的 初始事实、问题描述以及系统运行过程中得到的中间结果、最终结果、运 行信息等。不仅是推理机不可缺少的工作场地，而且为系统的解释机制提 供回答用户咨询的依据。 推理机是专家系统的核心部分，用来模拟领域专家的思维过程，运用 知识求解问题，并控制执行程序的运行。推理机能根据当前已知的事实， 利用知识库中的可用知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，求得 问题的答案或证明某个假设的正确性。 知识获取与维护机制有两方面的任务，一方面通过知识工程师和领域 专家完成知识的获取，把专家的知识按一定的知识表示形式输入到专家系 统的知识库中，并负责维持知识的完整性及一致性，建立起性能良好的知 西南交通大学研究生学位论文 第 1 8 页 识库;另一方面。对知识库中的知识进行更新、结构调整等。 解释机制能够对系统的行为作出解释，回答用户提出的 “ 为什么”、 “ 结论是如何得出的”等问题，是专家系统区别于一般程序的重要特征。 3 .4 专家系统的类型 如前所述.专家系统广泛应用于工业、农业、医疗卫生、军事、教育 等各种领域中，不同领域建立的专家系统在功能、设计方法及实现技术等 方面都是不同的，为了明确各类专家系统的特点及其所需的技术和系统组 织方法，以便在构造一个新的专家系统时有一个明确的方向，有必要对其 进行分类。 分类的标准不是唯一的，按照不同的标准分类，将会得到不同的分类 结果。通常按照专家系统所处理的问题类型将其分为: 一、解释型e s 这类系统对采集到的有关数据进行分析、推理，进而解释、阐明数据 的实际含义。如语言翻译、语言理解、图像分析、化学结构说明、信号