（飞行器设计专业论文）民航飞机结构维修专家系统.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 民航飞机结构维修技术管理的高质量、高效和规范化是目前民航飞机维修的关键 技术之一。本论文将专家系统技术应用于工卡的生成与管理，分析介绍了“民航飞机 结构维修专家系统”软件的设计方法。 本论文通过以下三个部分对所作的工作做了阐述： 】对航空维修新技术的回顾和讨论； 2 对系统软件的设计与实现进行了分析和研究； 3 详细讲述了本软件在实现专家系统功能时所采用的开发策略。 在论文的最后f ( 第五章进行了实例分析。 毒 关键词：民航飞机，工卡管理，数据库技术，专家系统 堕堕! 塑堕塑丝竺主窒墨堕 a b s t r a c t i t so n eo fk e y t e c h n o l o g i e s t h a th o wt om a k et h e q u a l i t yo fa i r c r a f ts t m c t u r a l m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tf i n e i nt h i st h e s i s ，e x p e r t s y s t e mo f a i r c r a f ts t r u c t u r a l r e p a i r ， w h i c hh a sa p p l i e de x p e r ts y s t e mt e c h n o l o g yt oc r e a t i n ga n d m a n a g i n gj o bc a r d h a sb e e n a n a l y z e d t h e r ea r e3p a r t si nt h i st h e s i s ： 1 s o m en e w t e c h n o l o g yi na v i a t i o nm a i n t e n a n c eh a sb e e nd i s c u s s e db r i e f l v ： 2 w e a n a l y z e dh o w t h i ss o f t w a r eh a sb e e n d e s i g n e da n da c h i e v e d ： 3 t h e d e v e l o p i n gm e t h o di nt h i ss o f t w a r eh a sb e e nd i s c u s s e di nd e t m l ： a n di nt h ee n do ft h et h e s i s ，a ne x a m p l e ，w h i c hh a s e x p l a i n e dh o w t or e s o l v et h ed r o b l e m s i np r a c t i c e ，h a sb e e n a n a l y z e d k e yw o r d s ：a i r c m f i ，j o bc a r dm a n a g e m e n t ，d a t a b a s e t e c h n o l o g y , e x p e r ts y s t e m - 2 南京航空航天大学硕士学位论文 1 1 课题的来源及任务 第一章绪论 本文所研究的课题“民航飞机结构维修专家系统”，是国家民航总局“九五” 科研基金项目的一部分。 结构维修在飞机维修中占了很大的比例，飞机维修公司在该方面投入了大量的 人力物力。每当飞机在检修过程中发现问题时，检验部门就会提交写有相关结构损伤 信息的非例行工卡给结构维修部门。而在这些具体的维修实施之前，结构工程师们要 翻阅数十本几百页厚的结构维修手册( s t r u c t u r a lr e p a i rm a n u a l ) ，根据该手册写出 维修方案，生成工卡，然后将工卡下发给技术工人实施维修。在这个过程中，结构 工程师生成维修方案是关键，但是这关键的一步却因为结构工程师们要查阅厚厚的手 册，并且要根据检验员所提供数据，经过分析筛选，找出对应区域、部件相应损伤的修 理方法，才能生成工卡，而使工作效率大大降低，且难免有出错的情况发生。此外书 本式手册由于其本身难于维护和更新，而无法适应现代化的技术操作规程。 为了改变飞机结构维修的这一现状达到降低飞机维修费用，缩短飞机维修时间， 减轻结构工程师的负担，减少结构维修的出错机会，我们根据民航飞机确保安全和质 量的要求研究开发了名为民航飞机结构维修专家系统软件的飞机结构维修应用软 件。该软件要完成的任务如下： 建成相关于民航飞机结构维修的数据管理系统 实现s r m 手册与维修工卡的电子化查询 实现飞机结构维修工卡允许在结构工程师“对话”干预的自动生成 1 2 专家系统概述 1 2 1 什么是专家系统 顾名思义，专家是某一专业领域内其专业知识及解决问题的能力达到一定水平的 学者。何谓专家系统? 对此目前尚无一个精确的、全面的、公认的定义。一般认为： 圭塞垂i 囊毽二壁芝勤塑氇立壅龟墼燮妻至塑地! 崖兰丛裘圭萋j 壁z 盗垩羞鲤越l 羞堑 - l - 民航b 机结构维修专家系统 蕉史醴塑壑：垄苤丝立亟基至巫暨鱼垡茎丛差主丕丛盈竺巫坠出童塞垂筮量= 差鲤金 童丝型缱丝塑墅氆盟丛生型蠼当但是这种“智能程序”与传统的计算机“应用程序 已有本质上的不同。在专家系统中，求解问题的知识已不再隐含在程序和数据结构之 中，而是单独构成一个知识库。从定意义上讲，它已使传统的“数据结构+ 算法= 程 序”的应用程序模式发生了变化，使之变成为“知识+ 推理= 系统”。 1 2 2 专家系统的发展及应用 专家系统是人工智能领域最活跃的分支之一。自6 0 年代后期第一个专家系统 d e n d r a l 问世以来，已经建造了许多具有大量专业知识和高度专业的专家系统。d e n d r a l 系统是由美国斯坦福( s t a n f o r d ) 大学的e a f e i g e n b a u m 教授建造的，1 9 6 8 年投入使 用。该系统首次使用了专家系统的基本概念，即利用专家推理模式的计算机模型去帮 助解决困难的实际问题。七八十年代是专家系统迅速发展的时期，各种各样的不同领 域的专家系统如雨后春笋般地诞生，有代表性的系统有r i 、m y c i n 、p r o s p e c t o r 、h e a r s a y 等系统，称为第二代专家系统。与第一代专家系统相比，第二代在以下几方面有所改 进。第二代专家系统大多使用自然语言与用户对话：大多数系统增加了解释模块；不 少系统使用了不精确推理机制，增强了系统的表达能力。此外，第二代比第一代更具 通用性。当前，专家系统向大而全的第三代发展，采用分层结构，每一层次又由多种 模块组成，可以说，每一个模块都具有某种问题的求解能力。在一般情况下，不同的 问题可以在不同的层次上，或不同的模块中求解，这就像第二代系统一旦有复杂问 题不能求解时，系统就自动转入“联想状态”使其功能外延，形成多模块多层次的“属 性运动”( 内部有个属性分析器) ，借助与外延来发明新的假设和发明新的求解途径， 这就是第三代中的发明系统。第三代专家系统的代表是美国的星球大战指挥系统 h e x s c o n 系统。 与此相反，一种小而精的袖珍专家系统也己在市场上出现，这些系统只需微机支 持就可以工作，解决一些专项的问题。它们将随着个人电脑走进每个家庭，走迸我们 的生活。 1 2 3 专家系统的任务和分类 总的来说专家系统要完成的任务是：解释、诊断、 设计，当然不同的系统其侧重面不同。其主要类型为： 监视、预测、教学、规划和 2 南京航空航天大学硕士学位论文 解释型系统根据观察的结果推出情况描述。如监视、语言理解、图像分析、化学 结构说明、信号解释和多种智能分析。 预测型系统根据给定的情况推断可能的后果。如天气预报、人口预测、交通预报、 农业产量估计和军事预测。 诊断型系统根据观察的情况推断系统的故障。如医学的、电子的、机械和软件的 诊断。 设计型系统开发满足设计问题要求的结构。如线路设计、建筑物设计及财政问题 等。 规划型系统设计行动方案。如自动程序设计、机器人动作规划、线路设计、通信、 实验和军事计划问题。 教学型系统诊断、调试和修正学生的行动。如学生感兴趣的诊断和排错子系统。 另外还有修正系统、调试系统等。 1 2 4 专家系统的基本结构 图卜1 专家系统的基本组成 知识库 知识库是专家系统的重要组成部分。某领域专家的知识，经过加工、整理、改造， 用某一种知识表示法，将其存入知识库。此外，有关问题求解的一些启发式规则等， 也存入知识库。在基于知识的专家系统中，知识库的知识越丰富，专家系统的能力越 强。但是，要实现专家知识向计算机内部的转移，这并不是一件很容易的事，将涉及 到知识的获取和知识的表示问题。 咨询系统 在人机交互过程中，系统通常用咨询的方式，将己知的事实等动态知识从界面输 民航飞机结构维修专家系统 入；在系统推理求解过程中，又可能有些问题要用户回答：当然，用户也可以在对话 过程中，要求系统对其工作给出相应的解释。这些都由一个好的咨询系统完成。 动念数据库 动念数据库是系统在求解过程中，存放初始知识信息、中间结果等动态信息的地 方。动态数据库在具体问题求解时，完成推理过程的信息存放、分析、演绎等功能。 解释系统 用来回答用户的提问，向用户解释系统的工作、推理过程，以及为什么得出某一 结论等使用户能了解系统的行为。同时，解释系统还可用来教学和教授，使用户通 过专家系统来学习该领域中专家们解决难题的能力和技巧。 知识获取系统 该系统是一个能自动为知识库提供知识，并不断扩充、修改和精炼其知识的高智 能系统。一方面，知识获取系统从领域专家处获取知识，并将这些知识自动转换为知 识库中的知识；另一方面，在系统的问题求解过程中自动积累有益的知识，形成一些 新的知识去扩充原有库中的知识，或对原有库中的知识进行修改与精炼。所以，知识 获取系统将具有语言处理能力和自学习的能力，要做到这些也是不容易的。 推理机 推理机是系统的控制部件，它根据用户提供的具体问题的已知信息，按照一定的 推理策略和搜索策略，去搜索知识库中的知识，以便找出问题的解或推出结论；推理 机通常还兼有专家系统的总控功能，协调各子系统之间的工作，控制从输入、推理求 解到最后输出显示的全过程。 1 3 航空维修技术发展现状 1 3 1 航空维修技术概述 飞机作为人类现代的一种先进运输工具，综合了现代先进材料，结构，动力，电子系 统等各种高新技术，民航飞机的首要问题就是“安全”，其中结构维修技术是飞机( 尤 其是中老型飞机) 安全运作的基本保证手段。据记载，当年美国陆军通信部队向莱特 兄弟定购飞机时，就明确提出了“使用与维修方便”的要求。从这里可以看出航空维 修技术是同飞机研究制造技术同时出现的，它是随航空技术的发展而不断发展的。 航空维修已是航空器全过程中极其重要的一个阶段，在不同的历史时期，航空维 修都有不同的特点和任务。航空维修作为航空运输生产中的一种生产活动，同任何事 南京航空航天大学硕士学位论文 物一样都是从低级向高级、从简单到复杂发展起来的。今天从人类在航空维修方面 的经验和认识来看，从飞机问世至今，航空维修的发展大致经历了三个历史时期： 本世纪3 0 年代以前：飞机维修已经成为一种专门业务技术，人类已经认识了一些 基本概念： 二次大战至5 0 年代末：维修行业已经形成了一个相对独立的完整的工作系统； 从6 0 年代至今：航空维修已经成为了一门综合性的工程技术科学。 1 3 2 航空维修技术国内外发展概况 熬主些挂鲞童抖鲍廛旦 从九十年代开始，我国从国外引进大量的民用飞机，随之也引入了现代飞机先进维 修技术的新模式。由传统的纸制资料过渡到高效率的电子数字化资料，将技术信息从 资料室转移至机械员工作现场这种现代智力投资会大大解放生产力。采用实时电子化 资料查询机制将大大缩短维护周期，大大降低维护成本，给航空公司带来巨大的经济 效益。为实现上述目标，美国波音公司、欧洲空中客车公司以及g e 、r r 等发动机制 造公司都在大力开发和研制数字化格式的技术资料，以便向用户提供方便、快捷、廉 价使用其维护信息的新方法。目前，波音公司开发的便携式维护支持系统( p m a ) 、空 中客车公司开发的飞机资料检索系统( a d r e s ) 和计算机辅助排故系统( c a a t s ) 都已 经以光盘形式问世并投入使用，该光盘存储了大量的文本、图形及声音资料。 与硬拷贝资料( 纸质印刷品) 及缩微胶卷相比，电子化资料具有以下显著特点： 存储容量大，占用空间小。阻a 3 2 0 飞机为例，一套完整的维修资料共包含有 6 0 多种手册，约6 0 万页文字和1 6 万张图纸，可摆满5 0 平方米书库的所有书架。 采用光盘后，则所有内容只需2 3 张光盘就足够了。 费用低。 更新快，不易出错。 分发方便。 效率高。 此外，波音公司的数字式维修系统还包括在线数据系统b o l d ，该系统旨在将各种 技术信息全面汇总，使用户可实时地通过互联网查阅所需数据的维修信息系统工程和 全球集成化数据网络。 我国各大航空维修公司在数字化资料的应用方面与国外公司相比虽然还存在着一 定的差距，但是随着电脑系统在各个航空维修公司的建立和不断完善，数字化资料的 应用正在并将很快地发展起来。 民航飞机结构维修专家系统 照窒缍篮的筮屋直自 随着航空维修设备和技术的发展，飞机维修主要经历了事后维修和预防维修两个 阶段，目前正向第三阶段即状态维修为主要方向的阶段发展。 早期的航空维修属于事后维修即当飞机系统或零部件发生故障或损坏之后，才 采取维修手段进行维修，这种维修方式经济性差。定期预防维修按照飞机飞行时数， 对飞机进行分级维修。与事后维修相比，这种方式既使飞机飞行的安全性得到了基本 保证，也使设备维修费用有所减少但仍然存在着严重的缺点，如在维修间隔期内， 仍无法避免系统故障的产生，因而有时还必须进行事后维修，此外，维修周期长，在 其维修分解一检查一修理一装配过程中可能引起新的故障，并且花费大量人力、工时和物 力。 随着计算机技术和设备检测与维修相关技术的发展，一种先进的维修方式一状态维 修( c o n d i ti o nm a i n t e n a n c e ) 正在兴起。这种方法通过计算机对各个系统及其工作、 状态进行监控并进行数据采集，由计算机专家系统对数据进行分析，实时发现故障、 隔离故障、提供故障指示和维护信息。这种维修方式从8 0 年代中期提出，到目前已进 入实用阶段，由于其适时性及飞机设计上广泛使用的裕度技术，使其一开始就受到先 进飞机设计及制造者的高度重视。在我国航线上服务的主要机型空客系列、波音系列 飞机上都安装了相应的设备，从空客a 3 1 0 、a 3 2 0 系列到波音7 3 7 、7 5 7 系列b i t e 系统 到波音7 4 7 、7 7 7 的中央维护计算机系统c m c s 的发展，可以看到设计者在考虑飞机的 状态维护时，一直在致力于为实现飞机的状态维修创造条件。7 7 7 飞机作为一种最先进 的中远程客机，为提高飞机的维护性能而设计的c m c s ，在这方面取得了重大的突破。 体现了该领域发展的最新水平。 目前我国的飞机维修单位主要采用以定期预防维修( 即定检) 为主，结合事后 维修的方式对飞机进行维护，举一个飞机结构维修的例子：民航飞机维修部门在进行定 检和事后维修的检查过程中如果发现了结构损伤，就会向结构维修工程师提交写有结 构损伤信息的检验单( 非例行工卡) ，结构工程师得到该检验单后，就会根据检验单上的 结构损伤信息颁开厚厚的结构维修手册，找出维修方案，并写成维修工卡，最后将该维 修工卡交由技术工人作为依据进行具体的维修。从该例中我们可以发现以下问题：维修 方案和维修工卡的生成均由结构工程师手工完成，这样的方式不仅大大地降低了飞机 维修效率，同时也难咀避免地增加了工作过程中出错的几率。与国际上先进的维修水平 相比存在着较大的差距。进入2 l 世纪也随着我国加入w t o 的日期的临近我国的飞 机维修业也将面临着维修方式发生根本变革的挑战，引进国外先进技术的契机，以及 与国外航空维修公司竞争市场的局面。 本文所讨论的“民航飞机结构维修专家系统软件”虽然只是就飞机的结构维修部 分进行分析研究，但它却同时包含了数字化资料方面的技术和通过输入的相关信息进 行计算机专家系统分析这两方面的内容，本文着重分析研究了如何在飞机维修中引入 计算机专家系统技术，改变该方面较为落后的操作方式，以提高工作效率，并将结构工 6 塑要堕至堕蒌查兰堡主堂堡堡苎 程师从繁重的体力和重复的脑力劳动中解放出来。对该软件的分析研究将为进一步学 习和掌握国际上先进的航空维修技术打下良好的基础。 民航飞机结构维修专家系统 第二章软件系统总体分析 2 1 总体技术要求 为了提高飞机结构维修管理自动化程度，实现维修资料的数字化，将结构工程师从 厚厚的维修手册中解放出来，实现维修资料的快速查询，并使得结构工程师麓够借助 计算机专家系统快速地定位飞机结构维修方案，生成维修工卡，我们根据民航飞机维 修技术发展和目前用户要求开发了这个民航飞机结构维修专家系统软件。经过深 入细致的分析和调研，我们确定了如下的使用功能技术要求： _ 维修方案生成的自动化 结构工程师可根据检验员开出的结构损伤报告( 即非例行工卡) 上给出的损伤信 息从该专家系统软件中得出相对应的，正确的维修工卡； 维修工卡信息的数据库管理与自动扩充 形成可使用维修工卡数据库，并使之具有自动扩充能力，且可根据飞机号损伤 部位，损伤部件名称等各种可用信息进行维修记录的查询： 软件使用的方便与安全性 软件具有安全认证系统，并且要求其管理界面操作方便，功能完善。 2 2 系统功能实现的资料分析 知识是智能活动的基础，也是不可缺少的一部分。在专家系统中，知识库的大小 和质量是决定其性能和水平的关键因素。因此，专家系统能否取得成功，资料准备是 否充足起着至关重要的作用。本系统在开发过程中从开始到完成始终进行着资料的搜 集与整理。以下就所使用的资料情况加以讨论。 首先让我们以广州飞机维修工程有限公司( g a m e c o ) 为例，了解一下实施飞机结 构维修的流程是怎样的：在飞机维护过程中，当发现飞机结构方面的问题时检验部 门就会提交写有相关信息的差鲤! 琶左塑幽鱼幽塑! 巡旦塑2 给结构维修部门；当结 构工程师得到这些信息后，将会先查阅髫垡遵蕉孟丝查堑丝竖型毙鳇堑垒! 旦丝应 j 霈舒彬，找到相应的维修方案，再查阅已存的互盖奎壁( 注：这些工卡是以文档的形 式存放于该公司的服务器上，并加以类似于s r m 5 3 r 5 3 3 0 一5 3 f 2 0 3 的文件名) ，如果 找到了相关的维修工卡，则可以使用该工卡作为维修工卡或作为实施维修的参考资料； 南京航空航天大学硕士学位论文 否则结构工程师们就要查阅数十本几百页厚的结构维修手册，得出维修方案，生成维 修工卡，最后由技术工人根据维修工卡实施具体的维修。 从以上资料我们可以得知在维修过程中以文本形式存在的资料有三种： 班趔短工卡即指在非定检时发现损伤后由检验人员记录的含有飞机损伤信息 的检验单，它是与例行工卡对应的，例行工卡是指按照规定对飞机进行定检时 记录飞机损伤信息的检验单。( 非例行工卡的格式与记录形式请见附录) 笪旌盗丝茎乏丝该手册的内容包括飞机结构材料介绍，飞机结构损伤容限标准， 以及针对于某损伤可应用于大多数飞机结构部件的维修措施。此外该手册还 包括与飞机整体及通用的维修过程、维修材料相关的信息。该手册中所有与结 构完整性有关的数据都是已经过了联邦航空局( f e d a r a l a v i a t i o n a d m i n i s t r a t i o b ) 的核准。该手册资料量巨大，以7 3 7 5 0 0 飞机为例，7 3 7 5 0 0 飞机的s r m 手册共有七章组成，分别由七大本厚厚的书本式分册组成，其内 容达上万页，摞起来后其高度约为一米。 工盍之壁这些工卡文件是指已经整理好的，已以文件形式存在的记录维修方 案的文件资料。这些工卡以相应的结构维修手册为标准根据s r m 的手册内容 整理得出，包含有概述、专用工具和设备、材料和维修步骤等内容。 以上我们讨论的这些资料是日常能够看到的，并以这样或那样的规定形式存在的， 即时更新的，且能够提供给结构工程师们随时查阅的资料。此外还有另外一种资料我 们称之为“专家知识资料”，即指不是以文本形式存在的，而是存在于相应领域中专家 们的头脑中的经验、规则等知识。对于这些知识资料，我们必须通过与该领域内的专 家们接触、交谈与合作来进行专家知识的获取。而正是这些看不到的专家知识才是整 个专家系统软件的精华，因此如何获得这些知识，如何把这些知识合理、准确地表达 在专家系统软件中，在专家系统软件研制过程中是作为第一位重要的问题来考虑的， 而它的工作量也占到了整个软件研制过程的9 0 以上，这一部分的内容我们将在下一 章中进行详细的分析研究。 2 3 系统总体结构方案 在上一节中我们讨论了在整个系统开发过程中涉及到的各种资料，那么对于这些 繁杂的资料，如何把飞机结构维修的”专家知识”融入? 如何在没有可参考的类似软 件的情况下实现系统功能? 我们必须首先，对软件总体管理界面与模块功能结构作总 体规划和自主设计。 2 3 1 前台管理界面 民航飞机结构维修专家系统 本系统的前台管理界面完全是以方便使用和实现功能作为设计宗旨。以下根据图2 1 ， 从输入输出的角度进行分析。 输入边界输出边界 s 跚资料 ? 甓 查谢输出数据 ( s 蹦资料) ( 工卡资料) ( 用户信息) ( 其它知识) 生成工卡 r i 资科 + 嚣! 工卡报告及其 已有t 卡资料r r i 录 l i 界面 用户信息段相关，j u 识 s r m 、工卡、用户及相关【查询 知识界面 非例行工卡中描述飞机 部件损伤的信息： 工卡 飞机号、区域、部件名 生成 界面 称、站位、位置等。 存储信息 图2 1 系统输入输出数据构成 捡 从上图我们可以看出本系统的输入数据比较多，下面我们分析一下这些数据是分 属于什么资料的，请见表2 1 。 表2 1 输入数据所属的资料类型 输入数据资料类型 结构维修手j l |工卡文悄非例行工卡专家知识 s 蹦资料 已有的工卡资料 用户信息及相关知识 描述飞机部件损伤的信息 j 需要指出的是大部分输入数据是属于结构维修手册、工卡文件和非例行工卡这些 非专家知识的资料。输入数据中的“用户信息及相关知识”只涉及很少的一点专家知 识。 捡盥 输出其实是与整个系统要达到的要求和实现的目的息息相关的。从图2 1 我们看 到输出是两大块，分别是查询输出和新生成工卡的输出。 从表2 2 可以看出输出数据中的查询输出所用到的资料绝大部分是非专家知识( 查 南京航空航天大学硕士学位论文 询输出中的用户信息和其它知识只占很少的信息量) ，即直接以手册和工作单、检验单 的形式存在于数据库中的资料。生成工卡则是根据专家知识并通过推理规则而得出的 结果。那么工作量占到9 0 的专家知识主要用于何处呢? 让我们来看一下系统后台知 识库是由何构成的。 表2 2 输出数据所属的资料类型 输出数据 资料类型 结构维修手d 卡文悄非例行工专家知话 查s 酬资料 询_ 卡资料 输 用户信息 出 其它知识 工昔报告及其存储信息 2 3 2 后台知识库结构 根据用户的要求，可以分析得出后台知识库要完成的任务有两条： s r m 手册与维修工卡的电子化查询； 生成飞机结构维修工卡。 完成这两条任务需要的资料见表2 3 ： 表2 3 所需资料 完成任务 资料类型 结构维修手册 工卡文件专家知识 s r 手册电子化查询 维修工卡电子化查询 生成飞机结构维修工卡 从数量上来讲结构维修手册和工卡文件要远远多于专家知识的数据量，即实现 s r m 手册和维修工卡的电子化查询所需的数据资料要远远多于生成飞机结构维修工卡 所需的数据资料。但是从搜集资料和实现这二者功能上来讲其工作量则正好相反。 后台知识库内容是完全以实现这两条任务为目的而进行结构划分的。总共分为三 l i 垦塾! 塑堕塑丝竺主窒墨鎏 大块( 请见图2 2 ) ：结构维修手册、工卡文件和专家知识。其中结构维修手册和工卡 文件分别只由数据库中的一个表( t a b l e ) 存储其内容，而专家知识部分的内容则非常 复杂，由若干个表存储了涉及到方方面面的有关如何根据飞机结构损伤信息，综合飞 机结构手册内容- 依据专家经验生成维修工卡的知识，其细节部分将在下章详细介绍。 2 4 开发平台的选择 1 操作系统平台 表2 4 操作系统平台比较 图2 2 系统知识库构成 w i n d o w s 9 5 实际上是3 2 位和1 6 位混合兼容的操作系统平台。 稳定性较差。 。 in d o w s 9 8 w i n d o w s 9 5 的改进版本，界面优于g i n d o w s 9 5 ，增强了 网络功能，但总的说来更适合于家庭、娱乐方面的应用 w i n d o w s n t4 0 真正的w i n 3 2 平台，支持多线程、运行速度快、 稳定性良好，适于支持较重要软件系统的运行。 霄i n d o w s 2 0 0 0即w i n d o w s n t5 0 ，包括i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 、 i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 、w i n d o s 2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 以及w i n d o w s 2 0 0 0d a t a c e n t e rs e r v e r 四种版本。性能好， 但硬件配置要求较高。 2 开发工具 南京航空航天大学硕士学位论文 表2 5 开发工= 具比较 数据库管理系统( d b m s )管理平台开发语言 o r a c l e面向高端关键业务的超v is u a lc + + 功能强大，代码效率高， 级d b m s ，殷运行于大运行速度快但用于开 型主机和u n i x 的基础上。发界面比较繁琐。 s o l面向中小企业用户的大v is u a l代码效率不如v c ，怛 e r v e r型d b ) s ，可b a s i c开发简便快捷，在开发 与w i n d o w s n t 紧密结界面方面有较大优势。 合使用。 v f p面向工作组级用户的桌d e i p h j 由i m p r is e 公司开发， 面d b m s 。功能与v b 相当 综合上述对比，我们最终选择在w n d o w s n t4 0 平台的基础上使用s q ls e r v e r 数据库管理系统，以v i s u a lb a s i c 为开发工具进行系统界面的设计与开发。之所以如 此选择是基于以下原因： w i n d o w s n t 、s q ls e r v e r 以及v i s u a lb a s i c 都由m i c r o s o f t 公司研制开发 的，因此在相互结合使用的过程中配合较好，不会出现不兼容现象； 考虑到使用该软件客户的现有平台及软件配置，为减少公司不必要的投资， 我们作此选择。 2 5 设计原则和指导思想 可扩展性一一在可预见的范围内为今后功能上的扩展预留发展空间。 可移植性一一应用系统的核心代码能够适用于多种软硬件平台。 界面的易操作性一一使用户在使用上不需花太多时间在如何掌握操作上。 代码的可复用性一一开发数据库结构的s q l 文件代码及进行数据库与管理界面的 接口代码均可以在一定程度上应用于其他系统，对于开发其 他相关系统有利用价值。 民航飞机结构维修专家系统 第三章系统详细设计 3 1 系统专家知识的内容分析 在进行专家知识的搜集和整理之前，首先必须明确要完成的智能工作是如何运作 和完成任务的，所以我们首先对在飞机结构维修中结构工程师所完成的工作进行分析。 民航飞机的结构维修流程为： 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 第六步 1 定检或事后维修过程中对飞机结构进行的检查 土 l 检验人员填写非例行工卡 上 f 结构工程师从非例行工卡中提取飞机结构损伤 l 信息 0 i 结构工程师根据损伤信息查阅结构维修手册或 f 历史已有的维修工卡 上 i 茔纂工程师根据知识和经验手工生成结构维修 上 i 技术工人根据维修工卡实施具体维修 图3 1 民航飞机的结构维修流程 在图3 1 所示的维修流程中，从第一步到第三步，在生成维修工卡上所起的作用 主要是一获得飞机结构损伤信息在实际的操作中这些损伤信息是检验人员填写在非 例行工卡上的。参见附录，我们可以从非例行工卡上得出受检飞机的以下结构损伤信 息： 飞机号，如“b 一2 8 1 7 ”； 区域，如“前货舱”； 南京航空航天大学硕士学位论文 部件名称，如“支撑件”； 站位如“s t a 7 6 0 ”： 位置如“l b l i o 4 5 l b l l 6 1 0 ”。 流程的第六步，则是由技术工人根据结构工程师写的结构维修工卡实施具体的维 修。我们需要对之进行详细的分析研究的“智能工作”是在流程的第四步和第五步由 结构工程师完成的，这一部分也是整个结构维修流程中智能工作量最大，且最有智能 价值的地方。也就是说，这部分是我们提取本系统专家知识的重要研究之处。 根据以上分析我们可以得出生成飞机结构维修工卡的简单分析模块如下： 结构损伤信息 e 机号，区域 部件名称等。 专家知识 ( 支持结构工程师写出维修工 卡的所有知识) 可使用的结构 维修工卡 图3 2 生成结构维修工卡的简单模块 通过在广州飞机维修工程有限公司的调研学习，以及与该公司专家级的结构工程 师探讨，我们分析得出了结构工程师从结构损伤信息到最后生成维修工卡的分析过程 基本上是按照以下顺序进行的： 1 根据飞机号，凭借经验或相关资料得出该飞机所属的飞机类型，如飞机号为“b - - 2 5 4 5 ”的飞机所属的类型为b o e i n g7 3 7 - - 5 0 0 ，“b 一2 8 1 7 ”所属的飞机类型 为b o e i n g7 5 7 2 0 0 等； 2 ( 1 ) 根据区域信息查阅结构维修手册的相应篇章，如：若结构损伤发生在“后 货舱”，则需要查阅结构维修手册的第5 3 章；( 2 ) 根据区域信息定位寻找历史 已有的工卡资料，同样是上面的例子，则需要寻找的维修工卡的工卡号所含的 章信息为“5 3 ”； 3 ( 1 ) 根据部件名称信息查阅结构维修手册的己知章的节号，如：若部件名称 是“滑轨梁”，则需要查阅结构维修手册的节号是5 3 一o o 一5 3 ；( 2 ) 根据部件 名称信息寻找历史已有的工卡资料，同样的例子，则需要寻找的维修工卡的工 卡号所含的节信息为“5 3 一o o 一5 3 ”； 4 ( 1 ) 根据站位和位置信息，查阅结构维修手册的内容，如：经过上面3 个步 骤后，再根据站位“s t a 7 4 7 7 6 7 ”和位置信息“l b l l 7 2 ”，最后确定该次维修 的维修指导在结构维修手册的第5 3 章5 3 一0 0 5 3 节的f i g 2 0 2 ：( 2 ) 同样根 据站位和位置信息寻找历史已有的工卡资料，相同的例子，可得出要寻找的维 修工卡的工卡号为“s r m 3 5 r 5 3 0 0 一5 3 f 2 0 2 ”。 5 以上一步所显示的资料为依据撰写该次结构维修的维修工卡。 对这五个步骤中结构工程师完成的工作可以分析得出本系统专家知识的内容由以 下几个部分组成： 飞机号与飞机型号( 如7 3 7 - 5 0 0 ) 的对应情况： 15 民航飞机结构维修专家系统 飞机的各个区域( 前客舱、后客舱、前货舱、后货舱、机身、大翼、发动机、 空调舱、龙骨梁、轮舱、水平安定面、垂直安定面、尾舱等) 与s r m 手册章节 号的对应关系； 部件名称与s r m 手册章节号下的f i g u r e 号的对应情况； 站位，位置信息与其他相关资料的对应情况； s r m 手册不同章节号处的内容与结构维修工卡的对应关系。 由这些部分组成的专家知识是如何设计在本系统的数据库管理模块中的呢? 我们 将在本章3 3 3 节中进行具体的分析研究。 3 2 本系统的基本结构设计 奎丕缝墨厦的让篡结拉是奎庄扭里盘墨结捡 随着计算机工业的不断进步，客户机服务器正逐渐开始支配所有形式的网络计 算。并且由于在商业上的使用和局域网的实现而成为客观上的标准。所谓客户机服 务器就是存在一个中央计算机，也就是服务器，而众多用户的计算机形成客户机。服 务器存储着公用的重要信息，可以对信息的管理和安全性进行严格的控制，客户机通 过自己的前台即应用程序向服务器申请对信息的使用，而对信息的处理过程在客户端 进行，最后客户将处理完的信息存储在服务器上，使得其他客户能够使用。 图3 3本系统客户机，服务器示意图 南京航空航天大学硕士学位论文 客户机主要涉及软件的用户前端部分，它常常使用图形化用户界面( g u i ) 。中间 件处于客户机和服务器之间，对用户是透明的。一般包括硬件，协议和a p i ，使用户 和服务器之间能够通信。服务器是作为核心的程序或计算机，可以有许多服务类型： 文件服务器、数据库服务器、对象服务器等，服务器上运行能对网络上的请求作出回 答的服务器软件，它的工作就是处理信息和命令。 本系统的客户机服务器结构如图3 3 所示。本系统的服务器类型是数据库服务 器，我们在服务器端设计的软件功能主要是：负责创建和维护整个民航飞机结构维修 数据库内容，建立起适用于民航飞机维修公司及相关企业的系统安全性结构，同时还 要确保操作失败后的可恢复性：客户端的用户前端部分，我们采用由v i s u a lb a s i c 语言开发的图形化用户界面，该界面包括了各种用户交互操作，包括工卡、s r m 手册 等资料的查询和操作，特定专家知识的编辑等，并提供相应的人机对话接口。 3 3 本系统数据库管理模块的设计 3 3 1 本系统引入数据库技术的重要性 复握垂隧垄至堑塑瑟塑显型堑煎鲢丝歪筮鸯鱼2 蕉鲨：蒸盎! 量堑逸宝知 识系统的性能取决于知识库中的知识质量( 结构、完备性、有效性、一致性) 以及使 用知识的方式( 推理) 。专家系统则是知识系统的一种最典型的代表。 童苤歪筮丝圭差壁堑量蒸三尘巨查丝堑雄，存储着某个专门领域( 如医学、化 学、探矿、维修等) 的知识。而系统的控制级通常表达成某种推理规则。整个系统的 工作过程是从知识库出发，通过控制推理，得到所需的结论。 堑丑重量互嫠丝垂丝丝蛰趁蕴坌毖主丝专家系统中知识库的实现与数据 库技术是紧密相关、不可分割的。 总而言之知识库是以知识为主的知识型人工智能，即知识工程的核心部件；具 有巨大容量的知识库是专家系统的主要特征，没有知识库就无法建立专家系统；知识 库是人工智能与数据库技术相结合的产物知识库的实现必须借助数据库技术。由此 可见本专家系统引入数据库技术的必要性、重要性。 3 3 2 本系统数据库管理模块中的数据库结构 民航e 机结构维修专家系统 本系统数据库物理存储文件的组织结构如图3 4 所示。 图3 4 本系统数据库a s r d b 的组织结构 其中数据文件a s r d b m d f 是主数据文件，其内容包含整个数据库中所有的数据 表、视图、过程以及用户表等数据。需要指出的是，本系统中生成的数据文件不像 v f p 、a c c e s s 等简单数据库中那样( 每个表、视图都有各自独自的数据文件) 而是只 有一个主数据文件，其优点主要是：可以提高数据操作的速度，并实现对硬件的充分 利用，且安全性高。 本系统数据库结构如下所示。 r 系统数据库：m a s t e r 、t e m p d b 、m s d b 、m o d e l 本系统数据库j l 用户数据库：a s r d b 系统数据库的建立是在软件安装时自动完成的，它们的存在是为了使得整个数据 库管理模块能够互相协调工作以达到最优的数据组织方式，但是它们的内容却是随着 用户数据库的建立而不断变化的。系统数据库对数据库服务器是非常重要的，如果系 统数据库发生了问题，整个数据库服务器就会崩溃。然而所有这四个系统数据库的建 立与维护却不需用户进行复杂的操作，因为对用户而言它们是完全透明的，用户只需 控制好由自己自主建立的，包含用户想要存储的各类数据的用户数据库就可以了。所 以在使用该数据库模块时，我们要考虑的主要问题就是一如何进行用户数据库的设 计? 3 3 3 用户数据库a s r d b 的设计 南京航空航天大学硕士学位论文 前面我们谈到数据库物理存储文件的组织结构，现在我们开始分析讨论用户数据 库的设计。 旦庄数据庄竖盟b 的内查盐盘 在前一章我们讨论了开发本系统所需的各种资料情况，其构成为： 由此我们可以得出用户数据库a s r d b 中的内容也就是由这些资料所包含的数据 和知识组成的，总的来说分为两类：专家知识和非专家知识。专家知识的内容我们在 本章的第一节中已经作了详细的分析下面我们分析一下非专家知识的内容： 从上面所列的本系统所需的各类资料情况，属于非专家知识的资料有s i n 手册， 工卡文件和非例行工卡。由于非例行工卡中所包括的内容是描述飞机结构损伤的信 息，这部分信息主要的用途是给结构工程师提供一个分析问题的切入点，在本系统软 件中则主要是作为结构工程师使用软件时的对话信息。而另外两部分资料，s r m 手册 和工卡文件，因为s r w 手册是由各飞机生产厂家提供的，不能任意改变的数据资料， 而工卡文件亦由于在实际的飞机维修公司长期使用而形成了基本固定的形式，所以这 两部分资料在数据库a s r d b 中的数据组成就是完全来自于s r w 手册和工卡文件资料 的只是组织形式要进行调整以适用于本专家系统的使用。 旦定筮塑虚坚基盐虫筮据筮迟鲍县佳遮盐 专家知识在a s r d b 中的设计 专家知识的内容我们在本章的第一节中已经进行了详细的分析，下面我们讨论 一下这些知识是如何设计在用户数据库a s r d b 中的。 1 飞机号与飞机型号的对应信息 我们把它们放在名为l i s t s i m p l e 的数据表中，如图3 5 所示。但在该数 据表中不仅仅包含了飞机号与飞机型号的对应情况( 由字段a i r c r a f t 和 g e n e r a lm o d e l 的相互关系体现出来) ，还包括了字段m o d e l 和s i m p l e _ m o d e l ， m o d e l 包含了对某一飞机类型如“7 3 7 - - 5 0 0 ”更细的一种类型划分( 这个内容 在本系统的核心功能实现中作用不大，但是可以给结构工程师以较详细的分析 信息) ，s i m p l e _ m o d e l 字段包含的信息则是指出飞机型号为如“7 3 7 - - 5 0 0 ”的 飞机型号简写为“3 5 ”，这一信息在进行相关于维修工卡的推理分析中用处很大， 因为在维修工卡的工卡号如“s r m 3 5 r 5 3 - - 0 0 - - 5 3 ”中的“3 5 ”所包含的信息就 是该工卡适用于飞机类型为7 3 7 - - 5 0 0 的飞机，可见这一信息对得出维修工卡的 工卡号作用之大。 f 9 彻姘觚 m 制例 得 ， 获 得 可 获 即 能 理 才 整 家 集 专 收 域 过 领 通 靠 师 依 程 须 工 必 饵 0 知 料 料 识 资 知 文 家 明 专 有所 一壁堕! 塑笙塑丝堡主室墨堕 图3 5l s t s i m p l e 数据表 2 区域信息与s r 手册，部件名称与s r m 手册章节号下的f i g u r e 号的对应情 况 图3 7c o m p o n e n t _ c h a p t e r 数据表 如图3 6 和3 7 所示，即为这两部分知识在数据库a s r d b 中的具体设计实 现，各数据表中字段所包含的信息是显而易见的。 3 站位、位置信息与其他相关资料的对应隋况 这些信息放在了名为f i g u r e n o 的数据表中。如图3 8 所示，第1 ，4 ，5 字段所包含的知识依次为：结构维修手册中相应章节号，站位信息，位置 信息。该数据表这三个字段在本系统中所起的作用主要是完成由结构损伤 的站位和位置信息到维修工卡的推理实现。 南京航空航天大学硕士学位论文 4 s r m 手册不同章节号处的内容与结构维修工卡的对应关系 再来分析图3 8 中的字段“s r m 工卡号”，如“s r m 3 5 r 5 2 - - 8 0 - - 0 2 f 2 0 1 ”所表 达的是结构维修工卡的工卡号，但是同时它也包含了该工卡在结构维修手册中 的对应信息，即对应于b o e i n g7 3 7 5 0 0 型飞机s r m 手册第5 2 章5 2 8 0 0 2 节f i g u r e 2 0 1 的维修说明及步骤等内容。也就是说，s r m 手册不同章节号处的 内容与结构维修工卡的对应关系这部分知识我们是通过对字段的定义来表达 的，看似简单，但其中包含的知识与推理规则却对本系统的功能实现有着十分 重要的意义。 图3 9 数据表s 删的设计 根据前面对非专家系统知识内容的分析，我们知道这部分知识是由s r m 手册 和工卡文件本身固有的数据信息组成的，我们设计包含这两类知识的数据表分 别为s r m 和j o b c a r d ，由于这些知识的表达只是进行事实性知识的罗列，所以 只是按照“字段的安排能够表达完全的事实性内容”这个标准建立数据表的， 所以这里我们就只列出对这两个数据表的字段设计图示( 如图3 9 、3 1 0 ) ，而 。2 】 民航飞机结构维修专家系统 不作其它讨论。 图3 1 0 数据表