（机械制造及其自动化专业论文）基于实例推理理论的喷涂生产线快速设计系统的研究.pdfVIP

摘要 生产线设计实例知识作为生产线设计知识的一个组成部分，是企业宝贵的财 富。对设计实例知识进行有效的重用可以促进企业充分利用现有设计资源、提高 产品设计的质量和效率，在竞争中立于不败之地。 专家系统理论是人工智能一个重要的研究领域。本文讨论了将专家系统基于 实例的推理理论与企业技术文档管理相结合应用于喷涂生产线快速设计的方法， 并在此基础上建立了生产线快速设计专家系统模型。 基于实例，就是说将以前的设计案例以及设计知识和经验应用到当前的设计 中，在产品设计的各个方面重用、引用或者参考已有的设计方法、经验，实现产 品的快速设计，提高工作效率。 文中详细设计了技术文档数据库，实现了技术文档的分类存储、管理以及检 索等功能，实现了产品设计知识的收集和整理。在本系统中，将已有的设计经验 进行归档存储是获取知识的一个重要途径，将已有的设计知识和设计成功的例子 作为推理的知识依据，实现专家系统的知识库的结构化存储、快速检索与查询以 及一致性维护等功能。 本文研究了专家系统的常用的推理机制以及具体实现的流程，引入基于实例 推理方法，研究推理系统的具体实现流程，特别是在设计中基于实例的检索匹配， 运用数据库工具和代码加以实现，达到了在成熟信息的基础上进行喷涂生产线快 速设计，实现对企业已有设计资源的合理再利用的目的，增强企业的设计开发能 力。 关键词实例；c b r 理论；文档管理；实例检索；生产线设计 a b s t r a c t l ( n o w k d 铲o fp l o d u c tl i n cd e s i 乎血gc a i sv a l u a b l e 腑s 虹eo f e n 把r p r i 溜笛a 啪p 稍i n g o fp f o d u c tl 血cd c s i 和j n gl d l o w l e d g e e 丘k 吐 豫mo fd c s i 弘i n gc 擞nm a l 【c 山cc o m p 锄y 诅k cf i l ua d v 蛆t a 铲o f e x i s d n gd c s i g n 他珊嘲、缸i p 坩v eq l l a l i t y 缸dc 伍咖c yo f p i 叫叫d c 摹i g n ”m a i n 缸“i b ki nt h cm a 血c t 皿p c t i 缸 e x p 盯ts y s t c m 血r yi sa n 面1 p o r t a n t 代杈：a 托h 丘c l do f 觚五d a lm t c l l i g c e kl h i sp a p 髓； c a b cb a s c dr 踟i n go fe q c r ts ”吨啊，w 蛐。吼b i n 鹤d 咖th 虹g a 咧o fe n t c i p r i s c ， w 越l l s c d t od e s i g ns p m y p r o d i 】c t l i n en y ，o n t h cb 鲴j s ，印r a y p 础c t l i n c 妇d c s i 印“p e f t c a s e 七a s e d ，i bt o1 l f 两m 盯d 翻i g nc 硼盯d 翻i g nl m 们v l e d g ca n da 【p 耐血c 嚣缸a l 彻t d e s i g n ，r e u 舱、田町t e 盯r e l ft o 细皿盯蚓g nm c l h o 凼、p 币即c 酋j n 纠a yp b a 踞o fp l 咄c t d 嚣i g n 咖l 即tf 抽td 嚣i g no f i h cp i d d u c 既i h j m c ew o f l ce 伍d e n c 弘 t h cd c s i g o f t c c h n i c a ld i x 瑚n c n td 王出i b a ，d c l c l 皿即悟鹕讲t c ds t o 甩g e 、m 龇l a g 旺n e n t 柚d 8 c a r c hw c 他丘衄e dd i 鲥m s s e di nt h cp a p e r fi t 咖i 锄a m 耐o d l l 枷o na n do d o r d 础o ft h c p r o d 忸d 嚣i 朗l m o w l e d 肛hm i ss y s t e m ，ni s 蛆i m p 删柚t 印p a c ht og 吐1 m o w l c d g e 丘c 吼 s t o r a g co ff b n n 盯倒鲫既p 渤嘲，w h i c hi st h ej m o w l c d g cb 邵i 5o fr c o n j n 备nr 龆l 捌 耽巾c t a 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有限公司，它是一家喷涂行业内的 中型企业。随着国内外市场的发展和竞争的日趋激烈，企业需要在项目竞标时， 快速拿出系统设计方案，给出客户报价，赢得机会。所以需要开发一套适合本企 业特点的生产线计算机辅助快速设计系统，以提高工作效率，应对快速变换的市 场。 在一般的设计过程中，当设计者拿到设计要求时，往往是根据其以往的设计 经验，将已有的成熟的设计与设计要求相比较，从中找出最相近的成熟生产线方 案并以其为基础，进行变型设计，最终得到新的方案。在不断发展的过程实际中 发现应该开发一个系统，克服上述缺点，将典型的生产线建库，建立工程树，根 据当前输入的数据，利用已有知识，按照一定的推理策略，去解决当前问题。简 化工作流程，提高工作效率，提高竞争力。 近几年w 曲技术的发展，给产品快速设计创造了新的环境。用户或设计者 在w 曲中，通过智能机制访问w 曲数据库中已经存在的设计数据或设计方案， 在相似产品的基础上进行相应的修改，快速的产生新的设计方案，并通过网络浏 览器把这样的设计展现给用户或者异地的设计者，这就是基于w 曲的快速设计 技术理念。通过w 曲，不仅可以充分的利用网络资源，快速协调企业和用户之间 的协作，而且设计人员还可以通过w 曲快速响应用户的要求，减少设计中的重 复性劳动，缩短产品开发周期，最终快速响应市场。 1 2 课题的研究背景 随着现代信息技术的飞速发展和迅速普及，企业生存和竞争环境发生了根本 变化，信息化已成为企业保持竞争优势的最佳选择。对于制造企业而言，企业内 部信息的有效管理和合理共享是发挥竞争力的有效手段，也是企业保持竞争优势 的关键因素。中小企业在实施信息化的进程中面临着一些问题：企业信息化的范 围有限、整体水平不高。大部分企业在规划信息化进程时，缺乏对企业整体的需 求分析和信息化可行性研究。没有考虑使用信息技术优化组合业务流程，也没能 够根本改变企业的生产管理模式。对信息化建设的长期性和复杂性思想准备不 足，缺乏建设信息化的工程计划性，投入的人力、财力、物力不连续，往往出现 北京工业大学工学硕士学位论文 有头无尾现象。因此导致企业信息化的综合效果不佳。综上所述，归纳出中、小 机械制造企业面临的具体的问题如下【1 】： 设计部门在产品设计过程使用了各种计算机应用系统，如c a d 、c a p p 等。 这些应用系统的中间步骤和工作结果产生了大量的电子文档，如产品的零、部件 图档，产品的工艺文件等。早期遗留下来的纸质产品技术文档要在相对长的一段 时期和电子文档共存。如何有效的组织、管理、利用这些技术文档是企业面临的 一个问题 制造企业用多种计算机应用系统分别完成新产品的设计、生产计划的下发等 等不同的任务通常情况下，不能将多个应用系统所生成的文件在逻辑上关联起 来，通过一条数据记录访问。即缺乏一个企业级的产品数据模型，通过该模型数 据记录的属性，可以访问相应的文件。在跨部门的产品形成过程链中，保证这个 数据模型的一致性和关联性。 纵观机械产品的整个生命周期，不难发现存在一个个相互独立的“信息孤 岛”，即计算机应用系统之间的数据传递格式不统一，接口不完善，造成应用系 统间的信息共享不充分，产生大量冗余数据，造成低效的重复劳动。 每个机械制造企业有自己的行业特点和独特的企业文化，普通的应用系统缺 乏良好的可定制性，不能完全满足企业本身的需要。 在企业实际工作过程中，由于设计手段的多样化导致数据多样化，人工管理 模式下不利于检索、信息共享，信息的集成度不高，标准不一，影响设计效率。 应用o d 技术实现设计自动化是研究人员、设计人员追求的目标，而智能设计 技术将在更高的创造性思维活动层次上给予设计人员有效的辅助，是真正意义上 的计算机辅助设计，智能d 技术是c a d 技术与人工智能技术结合的产物， 它运用专家系统技术、实例推理技术、约束满足技术、神经网络技术等。因此， 智能a 技术以及数据库软件、a u t 0 c a d 系统的完善，专家知识的不断充实， 为生产线设计智能系统的建立提供了必要的技术支持【2 】。目前专家系统辅助设计 已经在很多领域应用。 1 3 c b r 理论的国内外研究现状 1 3 1 专家系统的应用和研究现状 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 是人工智能的一个最为重要的应用领域。它是一种 计算机程序，可以以人类专家的水平完成专门的、一般是困难的专业任务。研制 专家系统的目的，就是要使计算机在特定领域起到该领域人类专家应起的作用。 设计专家系统的基本思想是使计算机的工作过程竭尽全力来模拟人类专家解决 第1 荦绪论 实际问题的工作过程，也就是模拟人类专家如何运用他的知识与经验来解决所要 解决的问题的方法与步骤【引。 无论是属于任何领域的专家系统，都具备以下的一般性特点【4 】： ( 1 ) 知识的汇集知识是专家系统解决问题，完成人类所下达的任务的基础。 专家系统只有汇集了领域内多位专家的知识和经验，才能高效率、准确、迅速的 工作。 ( 2 ) 启发性推理专家系统必须能够自身汇集知识和经验，对提出的问题进 行准确的判断和决策。 ( 3 ) 推理和解释的透明度。 ( 4 ) 知识的更新专家系统必须具备自学习能力，以便不断的更新知识库， 适应该领域内技术不断更新进步的需要。 一个典型的专家系统通常包括六个部分：知识库、推理机、数据库、人机接 口、解释机构以及知识获取机构，如图1 1 所示。其中知识库、推理机和数据库 是目前大多数专家系统的主要内容。 图l 一1 专家系统的基本结构 f i g u 陀l l t h eb a s i cs 蛐c t l eo f e x p 酣罩y s 衄 推理机是专家系统的“思维”机构，是推动专家系统运转的核心部分，就如 同电脑的c p u 一般。推理机的任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对 问题的求解。它能根据当前己知的事实，利用实例库中的实例，规则知识库中 的设计知识，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。推理机的性能与构造一般与知识的表示方式及组织方式有关， 但与知识的内容无关。从目前国内外研究现状看，有三种推理方法是研究热点， 即：基于模型的推理、基于规则的推理和基于实例的推理【引。 专家系统产生于上世纪6 0 年代，经过4 0 多年的研究，理论和技术已经日趋 成熟，其应用也得到了飞速的发展。正是由于它特殊的形式和功能，使得它能够 快速完成那些需要专门知识的专家在几分钟或者是几小时内完成的量大而重要 北京工业大学工学硕士学位论文 的任务，如诊断、规划和决策等等。从专家系统的定义可以看出，虽然专家系统 在某些方面存在不足，但是，它集中了人类专家的灵活性和计算机系统的智能性 两大优点，且具有比人类专家更多的优越性，如：继承了计算机系统的快速、准 确的优点，不受时间地域限制的优点，可以综合许多个专家的优点，可以将专家 知识长久保留的优点【6 】。此外，培养一个人类专家需要大量地投入，经过十几年 甚至几十年的时间才能成功，而专家系统就不一样了，许多专家系统可能在开发 的时候需要大量的人力和物力，但是，一旦开发成功，可以在瞬间完成成百上千 个专家系统的复制工作，即在短时问内造就许许多多的。专家” 目前，国外典型的专家系统利7 】： ( 1 ) 西屋( w 商石n 曲o u s c ) 公司的p d s 系统它于1 9 8 4 年投入运行，分为汽轮 机、发电机和化学3 个部分，每个部分都有3 0 0 0 以上条规则 ( 2 ) b 钮d yn e v a d a 公司的d m s 系统d m s 系统是在原有的监测保护仪表系 统的基础上，研制的具有在线监测、分析和故障诊断功能的智能化系统。其诊断 部分是基于知识库和用户规则库的逻辑推理式专家系统 ( 3 ) e n t c k 公司的机器状态监测信息系统删o o ro d y s s e y 。 在国内，近年来我国研究专家系统的队伍日益庞大，已研制出了一大批专家 系统。目前，在专家系统研制工具的研究上也取得了一些进展。较成熟的专家系 统多集中于汽轮机、发电机、大型电力变压器等电力系统主要设备，如由原华中 理工大学研制的2 0 0 、3 0 0 m w 汽轮机状态监测、能损分析、故障诊断专家系统， 电力变压器故障诊断专家系统。但还有许多尚未投入使用，主要原因利s 】： 系统自身功能的完善性( 多面性、可靠性、方便性、快速性) ； 社会的需求性； 用户的可接受性； 经济性等 1 3 2c b r 技术的国内外研究现状 基于案例的推理( c 笛eb 笛e dr e a n i n 吕c b r ) 技术是基于知识的专家系统领 域中的一个分支，它起源于认知科学中记忆在人类推理活动中所扮演的角色。一 般认为，r o g 盯s c h a n l 【于1 9 8 2 年在其d y 吐m i cm e m o r y ：an d ，i 栅i n gi n c 0 m p u t e r 蛆dp e 叩l e 一书中给出了在计算机上建立c b r 系统的一些最初方法。 他的思想由其学生进一步推广、发展，并得到印证1 9 】。被认为是c b r 思想的最早 提出者。 自从案例推理的概念与思想提出后，关于此方面的研究及应用日趋增多，并 吸引了越来越多的研究者早期的c b r 应用系统有k d l o d n 盯开发的c y r u s 、 第l 章绪论 l c b o 谢乜开发的口p 、h 锄m o n d 开发的c 脏f 、s i i n p n 开发的m e d 啪r 和a 沮e y 开发的h y p o 等【1 0 1 。8 0 年代后期，美国的d 眦项目导致r e m 越系统的产生， 这被认为是c b r 从认知科学向人土智能方向转变的标志。1 9 8 7 年以来国际研究界 每年举行c b r 研讨会，先后在通用问题求解、法律实例、医疗诊断、医药等领域 证明了c b r 方法的有效性和实用性。进入9 0 年代，人工智能的理论进入了一个相 对稳定的阶段，其发展更注重于应用方面。如：用于法律上司法判决的几j d g e 系统，流程分解释、检索、差异分析、应用、修正和泛化五步，解释过程形成索 引；用于建筑缺陷预测，提出补救措施的p a k a r 系统，将文本信息与c a d 图纸 相结合进行诊断；用于教育的d e c l 0 e r 系统，采用数据库进行案例管理，帮助 学生理解或解决教学问题。在设计方面，有许多应用成功的例子，如用于机械设 计的c a d e t 系统，将对设备设计要求的抽象描述转化为能对一系列满足设计规 范的设计方案进行检索和生成的描述：基于案例的机械再设计系统f 瓜s t ，采用 黑板结构作为系统框架，分类定义距离表示相似程度，类比变换进行案例的改写 【l l 】。目前c b r 已广泛应用于各个领域，一些典型的应用领域有： ( 1 ) 计算机科学c b r 已广泛用于计算机科学的研究，如模式识别、人工智 能和软件工程等。 ( 2 ) 工程领域应用c b r 越来越多的用于工程实际。如生产过程的计划设计 与控制等。 ( 3 ) 管理领域应用c b r 在管理领域中的应用得到了充分的重视，并已取得 许多实际应用的效果 ( 4 ) 自动控制领域的应用控制领域里已大量使用c b r 技术实现自动控制和 自适应控制。如机器人行为规划、飞行器路径选择等。 ( 5 ) 复杂的组合优化问题中的应用c b r 技术在计划、调度和非线性优化等 问题中都得到了广泛的应用，克服了传统算法的一些缺陷。 ( 6 ) 认知科学中的应用c b r 在认知科学与心理学的各个领域也有广泛的应 用。如人类求解问题的思维过程及其心理学模型的建立等。 如今，c b r 算法的应用在美国和欧洲已发展到相当的数量，在网络和电子 商务方而的应用也在不断展开，例如：网上商店智能向导，支持自由文本描述的 信息查询系统，网上c b r 开发工具等，也涌现了很多种c b r 的开发工具，如： h f j r 匝c o r p i 啪土i 公司的c b r e x p r s 工具，c a s e p o i n t 工具。h a l e ye n t 叩r j 公司的e c l i p 工具，l s o n 公司的r c c a l l 工具等，如英国政府投资的n 吓o s h o p 系统，它是一个当地政府法规咨询决策系统，是用来帮助处在第一线的政府职员 们处理公众关于当地法规的一些询问，它能自动处理一些反复被公众提到的问 题，同时对于那些不能处理的特殊问题，它会把它们提交给专家组，专家组进行 处理后再回复公众，同时这个案例被存到数据库，当下一次被问到相同的问题时， 就可系统直接得到回复而不需再提交到专家组。这个系统大大提高了政府部门的 北京工业大学工学硕士学位论文 办事效率，它是英国政府实现服务公众化、自动化目标的组成部分，于2 0 0 0 年 4 月获得了英国政府2 0 0 0 年度革新奖。 c b r 技术为解决设计问题提供了一种有效的方法和工具。我国c b r 的研究 与系统开发起步比较晚，但9 0 年代初也见到这方面的研究与应用，如浙江大学 提出基于实例推理的设计问题求解系统，以基于实例推理的归纳推理方法为核 心，构造了一个集成化的变型设计问题求解模型，以此来模拟和替代设计师在变 型设计过程中的基本求解活动。近年来，国内外对此做了大量的研究工作，不仅 大大推动了智能a d 技术的发展，还充分证明了c b r 技术在c a d 领域的广阔 应用前景。国内目前在这方面的研究仍处在起步阶段，开展c b r 技术及其在o d 领域的应用研究十分必要。案例库的建立、案例的提取和修改，c b r 与传统知 识库的结合及如何针对某一特定设计领域建立真正的商用c b r 系统都是值得进 一步深入探讨的问题。 总之，c b r 系统呈现了如下的特点和发展趋势： 应用领域不断扩大，解决问题的复杂程度不断提高； 系统规模逐步增大，应用的智能程度不断提高； 多机制的集成( r b r c b km b r ) 正在兴起并成为一种趋势，具有更好的问题 求解能力： 实例的表达、检索、修改、存储、维护等细节技术不断发展并出现多技术集 成的趋势。 c b r 的研究与应用越来越受到广泛的注意，国内外的研究与应用成果也越 来越多。然而，总的来说，c b r 的系统性成果还不多，理论还不很成熟，研究 与应用还处于探索阶段，还有许多问题需要进一步深入研究、探索和开发，是人 工智能和专家系统研究的一个新领域本文将c b r 技术应用到生产线设计当中， 就是在这个领域的一个新的探索。 1 3 3 喷涂生产线设计应用与研究现状 8 0 年代末至9 0 年代中。制造企业面临顾客需求驱动、不可预测、快速多变的 市场形式和来自全球制造企业之间越来越激烈的市场竞争，且竞争不断加剧。这 些变化要求企业必须在适当的时机以较短的时间和较低的费用迅速实现转产。作 为实施企业生产活动的生产线经常会面临设计调整，设计合理的生产线不仅可以 减少系统运行成本和维护费用，提高设备利用率和系统生产效率，而且对系统的 快速重组和长期可靠运行均具有十分重要的意义，因此设计快速有效并可重组的 生产线变得日益重要。 喷涂生产线应在满足用户要求的前提下，选定先进适用的工艺技术，尽量做 第l 章绪论 到结构紧凑、高效、低噪音、低能耗、低维护要求，且使用寿命长。为此要不断 研究和开发喷涂线设备，及时总结喷涂线设计与制造中的经验，使喷涂线设计与 制造技术不断完善。目前我国喷涂生产线己成规模的估计有几千条引进的大型喷 涂生产线，几乎占了一半左右。从我国现有的喷涂生产线来看，主要存在以下问 题【1 2 】： ( 1 ) 设计水平不高其一是我国在喷涂设备研制方面投入不多，很少有先进 成熟的喷涂设备占领市场，即便是国内自行建设的喷涂生产线，生产线上的一些 关键设备也是引进为多。其二是我国一些基础元器件及控制元件质量不过关，经 受不住长期考验。因此，尽管生产线设计先进，但却无设备的充分保证。同时国 内对生产线的投资盲目降低，不能按要求选取设备。由于诸多原因反映出生产线 水平不高，牵涉到设计水平变化。 ( 2 ) 制造水平粗糙国内行业布局分散，企业规模一般比较小，综合实力薄 弱，在很大程度上依赖于手工操作，所以制造工艺粗糙、技术落后、设备外观拙 劣，直接影响了设备的性能指标和使用可靠性，也导致了国内喷涂生产线价位低 下的局面。 ( 3 ) 安全水平堪忧我国一些喷涂生产线由于一次性投资的限制，以及对安 全问题的不够重视，有大量的喷涂生产线不符合喷涂作业安全规程，对照国家喷 涂作业安全规程系列标准，在防毒、防尘、防火、防爆等方面存在诸多隐患，如 何达到综合防护，促进喷涂生产线向有利于工人健康、保证安全的方向发展不够 重视。 ( 4 ) 引进的先进喷涂生产线没有很好地消化吸收。 ( 5 ) 国内自行设计研制未能广泛地交流和推广 1 4 论文研究的主要内容 建立生产线设计专家系统，研究基于实例的推理机制； 建立工程技术档案库，将工程中的工程图、文档等资料自动编码存入库中， 将纸介质图样电子化，便于管理和再利用。将典型生产线的流程归类存储，在此 基础上建立知识库： 设计合适的推理机制，根据已经有的经验，进行生产线的快速设计； 建立工程树结构。将资料信息按照编码进行分类，建立树结构，方便用户的 使用； 从海量数据中对企业内部所有有价值资源进行筛选，选出有用资源方便企 业管理和管理层决策 第2 章系统设计方案和主要功能 2 1 系统的框架概述 本课题来源于兴信喷涂机电设备( 北京) 有限公司，随着企业的不断壮大和 国内外市场的发展，该企业迫切需要开发一套基于现代管理理念的、功能强大的 信息管理系统。本文研究的是其中的技术文档和生产线快速设计系统，该系统实 现了如何进行技术资料的存储、复用和检索等，以及如何使用这些已有的设计实 例做参考进行快速生产线的设计。 2 1 1c s 和b 俗结构的比较选择 c s 结构，即c l i e 州s c 盯( 客户机，服务器) 结构，将应用系统分布在两个 实体上，即客户机和服务器上，形成两层体系结构。这种体系结构提高了系统开 发的速度，开发费用低。c s 结构在技术上很成熟，它的主要特点是交互性强， 具有安全的存取模式，网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据【l ”。但 是c s 模式开发的系统不适合在广域网的环境下使用，而且维护起来比较困难， 它只适用于中等的或者小规模的局域网环境使用。 b s 结构是一种以w 曲技术为基础的新型的系统体系结构。它把传统的c ，s 模式中的服务器部分分解成为一个数据服务器与一个或多个应用服务器，从而构 成了一个三层的客户机，服务器体系【l ”。浏览器，服务器模式体系结构如图2 - 1 所 示 图2 1 浏览器，服务器模式体系结构图 f i g 峨2 - lb w s c f s e r v 玎s y s 咖s 扪壕t u 亿d i a g 基于b s 模式的三层体系结构将表示层、应用逻辑层和数据层分布到不同的 单元中。首先b s 模式简化了客户端。它不需要像c s 模式那样在不同的客户机 第2 章系统设计方案和主要功能 上安装不同的客户应用程序，而只需要安装通用的浏览器软件。这样不但可以节 省客户机的硬盘空间与内存，而且使安装过程更加简便、网络结构更加灵活。其 次b s 模式简化了系统的维护和开发。当应用逻辑发生变化时，它无需再为每一 个现有的客户应用程序升级，而只需要对w 曲服务器上的服务处理程序进行升 级即可。最后，b s 特别适用于网上信息发布，使得传统的m i s 功能有所扩展， 这个是c ，s 无法实现的，而这种新增的网上信息发布功能恰是现代企业所必需 的。这使得企业的大部分书面文件可以被电子文件取代，从而提高了企业的工作 效率。 通过b s 相对于c s 的先进性，b s 逐渐成为一种流行的m i s 系统平台。很 多企业m i s 系统的设计都把b 侣模式作为系统体系结构的首选【”】。根据兴信公 司实际业务需要，该系统采用b ，s 结构。 2 1 2 系统开发环境选择 基于b s 结构的系统，通过因特网的通讯来交换信息。要让因特网应用程序 达到这一功能，牵涉到的技术及程序开发语言可能包括了 r 眦i 、a s p 、s 耐p t 、 j a 、哂c r i p t 、c h 、a d o 、s q l 、c o m 、m t s 等。这样的环境对于开发人员来说， 想要快速的开发一个功能强大且稳定可靠的w c b 应用程序，不是一项轻松的工 作。为了响应w c b 架构的快速发展及广大程序开发人员的需求，微软提供给开发 人员更好的解决方案开发平台_ v i 眦a 1s n l d i o n e t 。 v i s u a l s t i 】d i o n e t 开发平台里面包含v i s lb a s i c n e t 、c 带、瓤】a lc _ 件、 a s p n 】玎以及v i s u a lf o x p 忉。v i 研l a ls t u d i o n e t 是n l t 平台下最为强大的开发 工具，无论是软件服务商，还是企业应用程序的部署与发布，s u a ls t l l d i o n e t 都可以提供近乎完美的解决方案。s i l a ls t i l d i o n e 儇供了包括设计、编码、编 译调试、数据库联接操作等基本功能和基于开放架构的服务器组件开发平台、企 业开发工具和应用程序重新发布工具以及性能评测报告等高级功能。为了让这套 开发平台更容易开发以因特网为基础的应用程序，这个开发平台做了许多和以往 不同的改革，这个改革就是m 玎f 锄e w 口1 1 【。n 1 玎架构就是为了让开发分布式 因特网应用程序架构变得更简单容易而发展出来的。 本系统采用m i c r o f t s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 作为前台开发工具，使用其中 的a s p n e t ，结合v i 飘】a 1b a s i c n 】玎语言、j “a s 嘶p t 技术进行系统w e b 应用程序 的开发。v i s u a ls t i m i o n e t 是全面支持n l t 的开发工具，提供了、v c + + 、c 撑 等多种语言支持。与v i s u a lb a s i c6 o 的一个显著不同是姐a lb a s i c n e t 的可执行 代码运行在m i c r o s o f i n e t 运行时环境中。另外，飘l a lb 越i c n 1 玎还可以使用和 继承由其他语言创建的类，这些都是通过通用语言定义( c o 衄o nl a n g u a g c 北京工业大学工学硕士学位论文 s p c c i 6 c 撕o n ，c l s ) 实现l 。a s p m 盯将页面显示和代码相分离，使用标记语 言来为使用浏览器的用户提供信息，并在服务器上用代码来实现应用程序的逻 辑。此外较之a s p ，a s p m t 在速度上能快上2 3 倍；另外，a s p n e t 的w c b 表 单的设计目的使得开发者能够非常容易的创建网络表单，大大简化了网络应用的 开发。 n 1 玎的应用架构包含两个基本部分，即作为统一软件引擎的c l r ( c 叩衄 l a n g u a g er 叻血1 e ：通用语言运行环境) ，以及为应用开发提供的功能调用联合类 库( u n i 丘c dc l 勰s 鹤) ，这个蜂窝式联合类库包括微软提供的各种新型的基于组 件的a s p n e t 、a d o n e t 、札等微软所提供的功能类，用户也可以开发自己 的类。其应用框架如图2 2 所示。 图2 2 微软n e t 厘用体系结构 f i g 田2 - lb 加w 亭c “s a v 盯s y 毗e ms 眦嘶 。 系统后台数据库我们采用s q ls e r v 盯2 0 0 0 ，s q ls e e r2 0 0 0 能够在多用户 的数据库环境下保证设计的准确性和一致性，还可以在服务器端对数据完整性、 业务规则和事务处理进行开发，并在所有客户端共享，此外，s o ls e r v 盯对于分 布式数据完整性提供同样支持，保证在多服务器上的数据的准确性和一致性，使 得开发企业级分布式环境的应用变得非常简单。在n e t 中访问数据库的技术是 a d o n l 玎。a d o n e t 提供了一组用来连接到数据库，运行命令，返回记录集的 类库，而且a d o n e t 还提供了一系列新的对象和编程模型，并与) m i l 紧密结 合，使得在n l t 中的数据操作十分方便和高效【1 7 1 。 2 2 系统的结构功能 兴信管理系统是根据兴信公司实际业务需要，将办公流程电子化、自动化， 提高效率，增加竞争力。根据客户需求主要设计了进销存、事务提醒、工程、客 第2 章系统设计方案和主要功能 户管理、办公、综合查询、技术文档、合同等八大模块。本文主要研究其中的技 术文档模块，就技术资料如何实现存储、编辑、查询等进行了详细设计，以及根 据现有的资料利用专家系统知识进行生产线快速设计。该模块的具体结构如图 2 3 所示。 图2 - 3 系统结构圈 f i g m 2 - 3n ”曲：t i l o f s y 吕把m 工程资料管理是将公司实际每一个完成的项目的资料进行归档存储，以便于 以后进行查询、复用。在每一个项目完成以后，有专人负责将这个项目的信息添 加到系统中，然后对应将项目进行过程中涉及的一些资料以及工程图文档等进行 入库存储，使用系统的每一个员工具有浏览的权限。个别人员有对资料的修改、 删除的权限。 报价参考是公司接到项目前对项目进行快速的方案设计以及大致的报价。在 这个小模块中，根据技术部门的实际设计经验，将一个喷涂生产线分成几个小单 元，如模组单元、桶单元、液压单元，温控单元、枪站出口以及管线等，由这几 个单元的设计来确定一个生产线。在生产线的生成过程中，采用专家系统理论知 识，对已有的报价方案进行匹配，由几个单元的报价组成整个系统的报价，当输 入用户参数时，能自动根据条件在系统中自动搜索匹配的系统报价，达到快速设 计的目的。 工程资料管理和报价参考结合为生产线的设计提供知识实例，在已有的成功 经验中找出可复用的最接近方案进行新的设计。系统的主要功能流程如图2 - 4 所 示。 技术模板库是公司要将常用的一些c a d 图纸建立图库，由专人负责向数据 库中存入正确的图文档，方便设计人员的资料共享以及公司技术资料的安全管 理。一般人员只有浏览权限 图2 4 系统主要功能流程图 f i 删一4m n o w 妇o f 血m a i n f i i n c 岫o f m e s y 蜘 2 3 本章小结 通过对d s 与b s 结构的比较，系统选用b s 三层结构。通过开发环境的比 较，选用m i a m f 【、铀1 a 1s m d i o n e t 作为前台开发工具，使用其中的a s p n e t ， 结合v b n 乩j a v a s 嘶p t 技术进行系统w 曲应用程序的开发，采用功能强大的 s q ls e r v 盯2 0 0 0 作为数据库服务器，并对技术文档模块的组成和功能进行了详 细介绍。 第3 章知识库与技术文档管理 3 1 专家系统的知识库 计算机辅助设计是指技术人员以有高速计算能力和显示图形的计算机为工 具，用专业知识对产品进行绘图、分析、计算和编写技术文件等设计活动的总称。 计算机辅助设计的方法是建立在计算机技术基础上的，同时它吸收和运用了与设 计技术相关联的科学技术和理论，如数学、物理学、力学以及优化设计、可靠性 设计、有限元、边界元分析，价值分析和系统工程等，因此，它完全有别于传统 的机械设计方法，现代化设计方法的综合与运用。本文所研究的是设计型专家系 统，它所使用的经验是技术人员长期项目中积累下来的资料，这些资料都是一些 工程图纸、报价资料等，这些资料在新的项目中有很大的参考作用，在新的生产 线设计中，这些旧的项目资料可以在新的生产线设计中起到重要的作用。 知识库与推理机是专家系统的核心部分，知识库又是推理的基础。拥有知识 是专家系统区别于其他计算机软件系统的重要标志，专家系统的性能水平主要是 看它所拥有的知识数量和质量一个专家系统所知道的知识越多、质量越高，它 解决问题的能力就越强。专家知识是专家系统的关键所在。 3 1 1 知识的获取 知识表示与知识获取是知识推理的基础，只有获取的知识存于知识库中，才 能进行推理来求解问题。 知识获取一般有如下三种途径： ( 1 ) 人工获取即计算机人员( 或知识工程师) 与领域专家合作，对有关的领域 知识和专家知识进行挖掘、搜集、分析、综合、整理、归纳，然后以某种表示形 式存入知识库。 ( 2 ) 半自动获取即利用某种专门的知识获取系统，采取提示、指导或问答 的方式，帮助专家提取、归纳有关知识，并自动记入知识库。 ( 3 ) 自动获取自动获取又可分为两种形式：一种是系统本身具有一种机制， 使得系统在运行过程中能不断地总结经验，并修改和扩充自己的知识库；另一种 是开发专门的机器学习系统，让机器自动从实际问题中获取知识，并填充知识库。 知识的人工获取，需要计算机人员与领域专家的通力合作。但存在互相“语 言不通”的隔阂和困难。因此，一般需要有介于三者之间的称为知识工程师的协 北京工业大学工学硕士学位论文 调。但另一方面，由于专家知识属经验性知识，有时专家本人也难以说清楚，所 以，知识的人工获取一般存在周期长、效率低、可靠性差等困难。 本系统的技术文档管理即为知识的获取与管理，将成功设计案例存入到数据 库中作为设计知识的来源。 3 1 2 知识的表示 关于知识的表示方法，目前常用的有逻辑、语义网络、产生式规则、框架等 基于规则的产生式表示法是目前专家系统中最为普遍的一种知识表示方法。产生 式规则一般以皿一t h e n 的格式来描述。 3 1 2 1 产生式表示法产生式表示( 或规则表示) 是目前专家系统中使用最广 泛的知识表示法，也是一种比较成熟的表示方法，采用这种表示法的专家系统称 为基于规则的专家系统。 ( 1 ) 产生式的定义产生式的一般形式为： p q 其中，左部一般表示一组前提( 条件或状态) ，右部表示若干结论( 或动作) 。 其含义是“如果前提p 满足则可推出结论q ”。例如，“如果某动物为哺乳动物， 则它必为胎生”等就是产生式。 ( 2 ) 产生式的与或树表示一组产生式可以用一棵( 或多棵) “与或树”来 形象地表示如图3 1 所示。它表示了如下产生式组【”1 ： - b c a d e a e f a g h b i j c k d m l e n f 利用“与或树”可把一个证明或解题过程视为在树上的一个搜索过程。 ( 3 ) 产生式系统的基本结构一个产生式系统有三个基本组成部分：全局数 据库、规则库和推理机。 全局数据库是一组描述过程处理对象的符号的集合。在处理具体问题时，它 用于问题描述和环境描述，包括与特定问题有关的各种临时信息。通常把全局 第3 章知识库与技术文档管理 图3 1 与或树图 f i g 山屯3 一l1 慨o f l o g i c a l 锄m o 咖a l 盯 数据库称为短期记忆器。对全局数据库组织、数据表示方法等，产生式系统没有 具体规定，一般根据问题领域的特点选择合适的表示方法，如集合、线性表、链 表、图等都可以用于表示全局数据库中的数据。在建立全局数据库时，应注意使 数据库中数据便于检索。 规则库是由一组产生式规则组成的。在产生式系统中，一个规则的条件部分 通常是关于全局数据库中某些数据的断言，而动作部分一般是能引起全局数据库 中数据改变的断言或操作。当全局数据库中数据满足某一条规则时，该规则的动 作部分可以改变全局数据库中的数据。与全局数据库不同，规则库中的知识并不 是关于某一具体的特定问题，而是针对整个领域问题的，并且也相对稳定，所以 称规则库为长期记忆器。 推理机控制产生式系统的整个问题求解过程。它负责把规则的条件部分与全 局数据库的内容进行比较通称为匹配，如果匹配成功，推理机根据动作部分的 描述去修改全局数据库的内容。具体地说，推理机根据全局数据库的当前信息， 决定在当前状态下被全局数据库能够匹配的所有规则，称这些规则为触发规则， 再从被触发的规则中，选择一条规则，称为启用规则，推理机执行启用规则，并 根据启用规则的动作部分改变全局数据库，经改变的全局数据库又可以触发新的 规则，从而问题求解进行到下一个状态，如此反复，以实现一个问题的最终求解。 由于在问题的求解状态下，被全局数据库匹配的规则可能不止一条，需要推理机 采用合适的控制策略以选择究竟哪一条触发规则被启用，这一过程称为冲突消 解。推理机的工作即以这种“匹配一冲突消解操作”的三个周期循环运转，直 至解决问题为止。冲突消解策略是推理机设计的主要问题之一。 3 1 2 2 知识库的建立与管理知识库是专家系统的基础和核心之一，也是系统 开发的难点之一，知识库建立的优劣程度直接影响到整个系统的性能水平。为此， 我们把知识库作为整个系统开发的首要任务来重点研究。知识库的建立如图3 2 北京工业大学工学硕士学位论文 所示。 i 知识存取i ( 二 l 知识查询i叫数据库 i 知识修改l l 、一 图3 - 2 知识厍的建立与管理 f i 删- 2 1 1 l cf o u n d a l i o n 蛆dm 柚a g 弛c n to f h l o w 】硝g e b a 生产线设计知识库中的知识，大致可以分为两部分：一部分是设计过程知识， 即关于如何进行设计的知识，包括设计的一般原理、设计常识等，这部分知识主 要来自专家经验，即以往设计的实际案例和经验；另一部分是关于设计对象的知 识，即各个部件的参数、指标等，这些知识来源于设计规范、典型产品等。然而， 在实际开发中对知识进行分类时，我们应主要考虑如下几个方面：尽量符合设计 习惯；有利于设计知识的组织与维护；有利于推理机进行高效推理；有利于新知 识的扩充。综合考虑这些原则，我们不是机械地将生产线设计知识按照上面所述 的两分法进行分类，而是按照设计的一般流程，将各种知识分阶段予以归类，把 设计对象的知识融入到设计过程知识中去。为此，我们将喷涂生产线设计知识库 分成以下几个小库：经验方案设计知识库；模块知识库；参数设计知识库。每个 知识库存放着不同设计的经验知识。 3 2 文档管理的设计 3 2 1图文档管理实现的目标 文档管理系统通过版本管理、组织管理、权限管理等实现与产品设计相关文 档的管理。可以记录设计文档的历史、管理设计人员对文档的不同权限等。 对于国内众多中小企业来讲，目前更能解决实际问题的或许并不是面向企业 级的产品数据管理系统，而是面向工作组级，基于微机网络的工程图档管理系统。 产品数据管理系统在其产生的最初阶段，就是以解决大量电子数据的存储和管理 问题为主要的目标。由于制造型企业的主要特点是以产品开发、设计、制造、销 售为主，在产品的开发设计阶段，会产生大量的与产品信息有关的图文档资料， 在c a d 技术已经比较普遍实现的情况下，这些资料更多的是以电子数据的形式