（农业机械化工程专业论文）基于bs等离子弧喷涂专家系统的研究.pdf

独创性声明 本人声明所孚交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究j i ：作及取得的研究成果。据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得塑兰垦盔些盘鲎或其他教育机构的学何或证- l s 而使用过的材料。与我一同：l 作的同忠对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字e l 期：年月 e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑j 垦盛些盘堂有关保留、使j e i j 学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塑j 垦盔 些盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：岛乜兹 翩躲史没趔一 签字日期：刎年月岁日 签字日期：山i ，f 年月f 日 学位论文作者毕业后去向： j i ：作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 摘要 随着科学技术的发展，等离子喷涂在我国的工业生产中起到了重要作用。把专家 系统应用到喷涂领域，能提高工艺的喷涂效率，降低生产成本，为喷涂工作者提供技 术支持。计算机网络技术的飞速发展及对专家系统研究的不断深入，为等离子喷涂专 家系统的建立提供了技术和理论上的支持。 专家系统由知识库、动态数据库、推理机、解释模块、知识获取模块和人机接口 六大部分组成。本课题以专家系统核心理论知识为基础，等离子喷涂专家系统知识库 的设计与实现和推理机为研究对象，以等离子喷涂专家系统的应用为研究重点，采用 主流a s p n e t 开发语言，人机界面为d i v + c s s 的布局模式，把s q ls e r v e r2 0 0 5 作为 数据库，提出了一套合理的解决方案，完成了系统的基础性设计工作。 系统采用b s ( 浏览器服务器) 的架构模式，把程序部署在服务器端，使用浏览 器作为客户端，只要服务器端稳定运行，用户随时都可以使用任何电脑进行查询学习 操作，同时可以把相关知识进行保存操作。通过对等离子喷涂材料参数的特点和知识 获取方法的研究，选用规则、框架和面向对象相结合的知识表示方法，构建了等离子 喷涂材料参数知识库；系统通过对等离子喷涂材料及其工艺的研究，采用主观b a y e s 方法作为系统的推理算法，并制定了合理的推理模型。 系统主要分为“在线查询、知识堂、喷涂知识，专家组，交流论坛”五个模块。 在线查询模块为用户提供知识的查询与学习，知识堂模块供用户向专家进行提问，专 家进行在线解答，喷涂知识介绍本领域的最新技术和发展方向，各个专家成员在专家 组模块中展示，论坛提供了同业者之间的交流平台。专家对喷涂知识进行添加，管理 员可以对整个系统进行统一管理，维护更方便，而且结构化的查询系统更易于系统功 能扩展。 系统中的在线查询作为最重要的一部分，可以使喷涂工作者随时随地快速查询所 需涂层的喷涂参数，借助等离子喷涂专家系统学习到更多的知识，从而提高涂层质量 和喷涂效率。 关键词：等离子喷涂；专家系统；知识库；推理机；a s p n e t ；b s ；在线查询 r e s e a r c ho np l a s m aa r cs p r a y i n g e x p e r ts y s t e mb a s e do nb s a u t h o r ：y a oy a o s u p e r v i s o r ：m ay u e j i n m a j o r ：a g r i c u l t u r a lm e c h a n i z a t i o ne n g i n e e r i n g a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , c o a t i n gt e c h n o l o g yi nc h i n a s i n d u s t r i a lp r o d u c t i o nh a sp l a y e dav i t a lr o l e ，a n dp l a s m as p r a yt h e r m a ls p r a yt e c h n o l o g yi s t h em o s ti m p o r t a n to n e t h ee x p e r ts y s t e ma p p l i e dt ot h es p r a y i n ga r e a , s p r a yc a l li m p r o v e t h ep r o c e s se f f i c i e n c y , r e d u c ep r o d u c t i o nc o s t sa n dp r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h e s p r a y i n gw o r k e r s a n dw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , a st h e s a m et i m e ，e x p e r ts y s t e mf o rf u r t h e rs t u d i e s ，t h e s ef a v o r a b l ec o n d i t i o n s f o r t h e e s t a b l i s h m e n to fa ne x p e r ts y s t e mt op r o v i d et e c h n i c a la n dt h e o r e t i c a ls u p p o r t e x p e r ts y s t e mi n c l u d eo fs i xp a r t s ：k n o w l e d g eb a s e ，d y n a m i cd a t a b a s e ，i n f e r e n c e e n g i n e ，e x p l a n a t i o nm o d u l e , k n o w l e d g ea c q u i s i t i o nm o d u l e a n dt h em a n - m a c h i n ei n t e r f a c e t h e t o p i c sb a s e do nt h ec o r et h e o r yo fe x p e r ts y s t e mk n o w l e d g e ，p l a s m as p r a y i n ge x p e r t s y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o na n dt h ei n f e r e n c ee n g i n ea st h er e s e a r c ho b j e c t ，f o c u s o nt h e p l a s m as p r a ya p p l i c a t i o no fe x p e r ts y s t e m ，u s i n gt h e m a i n s t r e a ma s p n e t d e v e l o p m e n to fl a n g u a g e ，m a l l m a c h i n ei n t e r f a c eu s i n gd i v + c s sl a y o u tm o d e l ，t h es q l s e r v e r2 0 0 5a sad a t a b a s e ，as e to fs u i t a b l es o l u t i o n sa r ep r o p o s e d ，a n do f f e r sas p e c i f i c p a r to ft h ef l o w c h a r ta n ds o f t w a r ef u n c t i o n a ld e s i g ns h o t s ，m o d u l a rp r o c e s s i n gs y s t e m s ， a n de v e n t u a l l yc o m p l e t e dt h eb a s i cd e s i g no ft h es y s t e m s y s t e mu s e st h eb s ( b r o w s e r s e r v e r ) a r c h i t e c t u r em o d e l ，d e p l o yt h ep r o g r a mo n t h es e r v e rs i d e ，u s et h eb r o w s e ra sac l i e n t ，a sl o n ga st h es t a b l eo p e r a t i o no ft h es e r v e rs i d e , s p r a y i n gw o r k e r sc a l lu s ea n yc o m p u t e ra ta n yt i m eq u e r yl e a r nh o wt oo p e r a t e ，w h i l e k n o w l e d g ec a l ls a v eo p e r a t i o n w i t h o u ti n s t a l l i n ga n ys o f t w a r e ，s y s t e mm a i n t e n a n c ea n d u p g r a d e se a s i l y f o r c l i e n t s b yp l a s m as p r a y i n g t h em a t e r i a l p a r a m e t e r s o ft h e c h a r a c t e r i s t i e sa n dk n o w l e d g ea c q u i s i t i o nm e t h o d so fr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fr a t i o n a l k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，i no r d e rt ob u i l dap l a s m as p r a y i n gm a t e r i a lp a r a m e t e rd a t a b a s e ； s y s t e ma n db yp l a s m as p r a y i n gm a t e r i a l sa n dt e c h n i q u e so fr e s e a r c h ，d e v e l o p m e n to fa r e a s o n a b l ei n f e r e n c em o d e l s y s t e mc o n s i s t so fo n l i n ed i a g n o s i s ，k n o w l e d g ec o m e r , s p r a y t h ek n o w l e d g e ，e x p e r t g r o u p s ，e x c h a n g ef o r u mf o rt h ef i v em o d u l e s o n l i n ed i a g n o s i so fi n q u i r ya n dl e a r n i n go f k n o w l e d g e ，u s e r sc o u l da s kq u e s t i o n st oe x p e r t si nk n o w l e d g ec o m e r , e x p e r t so n l i n et o a n s w e r , s p r a y i n gt h e f i e l do fk n o w l e d g ei si n t r o d u c e dt h el a t e s tt e c h n o l o g ya n d d e v e l o p m e n t ，v a r i o u se x p e r tm e m b e r so ft h ed i s p l a ym o d u l ei nt h ee x p e r tg r o u p ，t h e f o r u mp r o v i d e st h es a m ei n d u s t r yc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np l a t f o r m s e x p e r ta d d k n o w l e d g eo ft h es p r a y i n g ，t h ea d m i n i s t r a t o rc a nm a n a g et h ee n t i r es y s t e m ，i n d e p e n d e n t m a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c ew i l lb em o r ec o n v e n i e n t ，a n ds t r u c t u r e dq u e r ys y s t e me a s i e r t oe x t e n ds y s t e mf u n c t i o n a l i t y o n l i n ed i a g n o s i so ft h i ss y s t e ma st h em o s ti m p o r t a n tp a r to fi t ，w h e r e v e rt h e w o r k e ri s ，h ec a nm a k et h eq u e r ym o r eq u i c k l yt ot h ed e s i r e ds p r a yc o a t i n gp a r a m e t e r so f p l a s m as p r a ) f i n g u s i n gt h ee x p e r ts y s t e mt h e yc o u l dl e a r nm o r ek n o w l e d g ea n de n h a n c i n g t h ec o a t i n gq u a l i t ya n ds p r a y i n ge f f i c i e n c y k e y w o r d s ：p l a s m as p r a y i n g ；e x p e r ts y s t e m ；k n o w l e d g eb a s e ；i n f e r e n c ee n g i n e ；a s p n e t ； b s ；o n l i n ed i a g n o s i s 目录 l 引言1 1 1 研究背景和意义1 1 1 1 课题研究背景l 1 1 2 系统研究意义2 1 2 国内外的发展概况2 1 2 1 国外发展现状2 1 2 2 国内发展现状3 1 3 本系统研究的主要内容5 2 系统知识库和推理机的构建6 2 1 专家系统的基本知识概述6 2 1 1 专家系统定义。6 2 2 2 专家系统的一般结构。6 2 1 3 专家系统的特点8 2 1 4 本系统结构结构框图。8 2 1 5 专家系统常用的开发工具9 2 2 专家系统知识库的设计与实现1 0 2 2 1 知识获取1 1 2 2 2 知识表示12 2 2 3 系统知识库的构建1 4 2 3 系统推理机构建1 7 2 3 1 系统采用的推理方式18 2 3 2 系统的推理方向2 2 2 - 3 3 系统采用的控制策略2 4 2 3 4 系统采用的搜索策略2 4 3 系统的界面设计与b s 构架2 7 3 1 系统界面开发环境2 7 3 1 1a s p n e t 的介绍2 7 3 1 2a s p n e t 优点2 8 3 2c s 结构与b s 结构2 9 3 2 1c s 结构2 9 3 2 2b s 结构3 0 3 2 3 系统的网络结构框架3 0 3 3 数据库3 2 3 3 1s q ls e r v e r 数据库的简单介绍3 2 3 3 2 系统数据库的连接3 2 4 系统功能的实现。3 5 4 1 系统的总体设计框架3 5 4 2 在线查询模块一3 6 4 2 1 用户查询模块j 3 6 4 2 2 专家知识输入模块3 7 4 2 3 总后台管理模块k 。3 9 4 3 知识堂4 1 4 4 喷涂知识模块4 1 4 5 专家组4 2 4 6 论坛界面。4 2 5 结论和展望_ 4 4 5 1 结论4 4 5 2 展望4 4 参考文献4 6 在读期间发表的学术论文4 9 作者简介5 0 致谢51 基于b s 等离子弧喷涂专家系统的研究 1 1 研究背景和意义 1 1 1 课题研究背景 1 引言 随着高新技术的飞速发展，我国工业生产技术水平不断提高，高速、高效、高质 量的运行模式已经成为人们日益追求的目标。人们对机械零部件的综合性能的要求也 日益提高，尤其是工作在高温、强腐蚀等恶劣环境下的部件。由于设备的耐腐蚀、耐 磨损程度严重影响到机器的运行寿命，严重者甚至直接影响生产进度，从而导致生产 成本的提高。据统计，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的经济损失约占国民经济总 产值的4 5 ，而全世界每年生产的钢铁材料约有1 1 0 变成铁锈。我国每年由腐蚀 和磨损所造成的经济损失己达数千亿人民币【1 1 。有效地使用喷涂技术可以延长零部件 的使用寿命、提高材料表面的性能，大大降低由于零件失效而产生的经济损耗。 等离子喷涂是热喷涂技术中最重要的一种，它是采用非转移型等离子弧为热源， 喷涂材料为粉末的喷涂方法。近年来，等离子喷涂发展迅速，已经成为现代工业和科 学技术各个领域不可缺少的先进加工手段。等离子喷涂的优点主要有： ( 1 ) 零件无变形，不改变基体金属的热处理性质。因此，适宜喷涂一些高强度 钢材以及薄壁零件、细长零件。 ( 2 ) 涂层的种类多。等离子焰流的温度高，可以将各种喷涂材料加热到熔融状 态，因而可使用等离子弧喷涂的材料非常广泛，从而也可以得到多种性能的喷涂层。 ( 3 ) 工艺稳定，涂层质量高。在等离子弧喷涂中，熔融状态粒子的飞行速度可 达18 叫8 0 m s ，远比氧乙炔焰粉末喷涂时的粒子飞行速度4 5 7 0 m s 高。等离子喷涂 层与基体金属的法向结合强度通常为4 0 - , , 7 0 m p a ，而氧乙炔焰粉末喷涂一般为 5 1 0 m p a 【l 】。 ( 4 ) 适应范围广。等离子喷涂具有零件尺寸限制小，基体材质广泛，加工余量 少，可用喷涂强化普通基材零件表面等优点。等离子喷涂的特点是射流温度高，能熔 化几乎所有的材料，因而喷涂用材广泛。 等离子喷涂技术有效地改变了热喷涂技术领域的面貌，解决了难熔金属材料和陶 瓷材料的喷涂技术问题，提高了喷涂的结合强度和降低涂层的空隙率，大幅度提高了 涂层的质量，极大的加速了热喷涂技术的应用范围【2 捌。可采用等离子喷涂的方法制 备各种具有耐磨、耐腐蚀、耐热、导电、绝缘等优异性能涂层，操作简便、速度快、 效率高；等离子喷涂技术适用于各种基体，对金属和非金属的表面均可进行喷涂；被 喷涂的零件的尺寸范围宽，既可作大面积的喷涂，也可对大型构件做局部喷涂；既可 用于产品制造，也可用于旧件修复等【2 】。 基于等离子喷涂的上述优点，等离子喷涂技术在耐磨涂层、耐蚀涂层等传统领域 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 的应用已经较为广泛，其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油 化工、纺织机械、船舶等领域【3 】。近年来等离子喷涂技术已经在纳米涂层材料、梯度 功能材料、超导涂层、生物功能涂层等高新技术领域方面进行研究，并取得了一定的 成果。 目前，热喷涂技术中最重要的、应用最广泛的等离子喷涂约占整个喷涂工艺的 4 0 ，所以等离子喷涂市场的巨大潜力及其社会效益和经济效益是显而易见的。但国 内的等离子喷涂技术研究工作，主要集中在喷涂工艺、喷涂材料和喷涂性能的研究， 因此开发一种等离子喷涂专家系统用来广泛推广这种高性能的喷涂方法具有显著的 实用价值。 1 1 2 系统研究意义 随着我国信息化进程的飞速发展，计算机网路技术已经渗透到人类社会生活的各 个领域，推动各行业的发展，实现了集中管理、高速传输和实时共享。等离子喷涂技 术作为工业生产中重要的一项，同样也受到了信息化的冲击，等离子喷涂技术是- f 难以量化的热喷涂技术，其存在许多的不确定性，往往要根据经验来决定【4 】。在实际 生产运用中，丰富经验的喷涂专家相对比较少，目前无法对喷涂材料的选择以及其他 各种因素进行准确的控制。虽然等离子喷涂技术的工艺经验性强、技巧性高，但是随 着热喷涂技术的逐渐成熟，已经形成了一定的成熟理论和实践法则，并且计算机网络 技术的飞速发展，我国专家系统的研究不断深入，这些有利的条件为本专家系统的建 立提供了技术和理论上的支持。 把专家系统应用到喷涂领域，可以提高工艺的编制效率，同时使得喷涂工艺更加 规范合理，降低生产成本；可以为喷涂工作者提供技术支持，使用户可以更方便的选 择操作规范流程、喷涂材料和喷涂工艺的参数，使等离子喷涂工艺的应用更加广泛， 从而降低了工艺的使用难度；由于系统可以自动把生成的信息存储在数据库中，所以 用户可以随时访问这些信息；系统把查询的结果在浏览器上呈现给用户，用户使用友 好的界面，更容易接受；系统的知识是经过专家反复实验得出的，所以更加具有权威 性；系统的知识库可以根据需要随时修改和更新，以适应用户的不同需求。网络结构 专家系统模式的建立，使得专家系统在等离子喷涂中的应用更为方便，基于b s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器服务器) 结构的查询系统更易于系统功能扩展。 1 2 国内外的发展概况 1 2 1 国外发展现状 专家系统是在a i ( 人工智能) 的研究过程中产生的- f - 新兴的学科。a i 的发展 从侧重解决问题方面来讲可以分为一般求解问题、知识表示和搜索、专家系统三个阶 段。专家系统产生于六十年代中期，1 9 6 8 年d e n d r a l 专家系统的出现，标志着a i 2 基于b s 等离子弧喷涂专家系统的研究 研究开始向实际应用阶段过渡，也标志着a i 的一个新的研究领域一专家系统的诞生。 八十年代以来，专家系统发展迅速，目前全世界的专家系统有2 0 0 0 3 0 0 0 种，而且专 家系统的应用领域拓宽，广泛地应用于医学、地质勘探、石油天然气资源评价、数学、 物理学、化学以及工业控制等方面。人们对专家系统的研究也转向了与知识工程、神 经网络技术、数据库技术等相结合，克服了单一技术的缺陷，使专家系统的自学能力、 容错能力与自我修复能力更强【4 】。 国内外相关领域的专家系统的开发主要是焊接专家系统，国外焊接专家系统的开 发最早始于2 0 世纪8 0 年代中期。最早见于报道的是美国罗拉多矿业学院c s m 与美 国焊接研究所a w i 联合开发的焊接材料选择系统w e l d s e l e e t o r ，开发始于1 9 8 5 年， 其成果于1 9 8 7 年l o 月推出。与此同时，英国、日本、德国及其它一些国家也相继开 展了这方面的研究工作 6 1 。下面介绍各个国家的研究成果： ( 1 ) 英国m a r c h w o o d 工程实验室利用专家系统外壳构造了蒸汽管道焊接专家系 统；英国培尔法斯特皇家学院机械工程系研制了船舶用钢埋弧焊接工艺制定专家系 统；n e i 国际燃料有限公司的焊接工艺咨询专家系统【5 6 】。 ( 2 ) 美国s t n n e & w e b s t e r 工程公司开发了焊接工艺选择系统；另外美国焊接研 究所提出了焊接信息网计划：该计划主要包括7 个专家系统：焊接材料选择；焊接符 号绘制；制定预热与后热规范；堆焊；制定焊接工艺；计算残余应力；复合材料连接。 其中焊接材料选择和焊接符号绘制两系统已实现商品化【4 羽。 ( 3 ) 德国l d o m 教授开发的w e l d e x 可用来帮助设计人员选择合适的焊接技术； t 0 y 0 工程公司设计了适用于化工厂设备制造的焊接参数选择专家系统；此外德国焊 接研究所提出了信息联合焊接技术计划：该计划准备建立一个焊接技术信息系统，包 含文献数据库、实际焊接数据库和专家系统三个部分。这项研究得到德国联邦经济事 务部的资助l j 。 ( 4 ) 日本专家提出了焊接技术专家系统的结构框图，知识模块和数据库以及处 理软件，结合成一个完整的专家系统。此外日本大阪大学焊接研究所提出了焊接专家 系统开发计划：该计划面向压力容器行业，主要解决有关的焊接工艺问题。参加该项 目的有日本的1 1 个主要公司，历时3 年。随后大阪大学又进行了进一步的研究工作， 目前已达到商品化水平【4 叫。 ( 5 ) 欧洲尤里卡计划：该计划由英国焊接研究所牵头，由英国、荷兰、丹麦、 挪威、德国等国的是个组织联合实施。截止1 9 9 2 年，该计划的大部分工作已告完成 【5 】 o 除了上述国家外，法国、葡萄牙、加拿大、捷克等一些国家和地区也开展了焊接 专家系统的研制或探索性工作。近几年的一些焊接研究会议主要对专家系统的模拟与 仿真、制造过程自动化、管理和教育软件以及网络应用和集成制造等方面进行研究。 1 2 2 国内发展现状 我国人工智能的研究起步比较晚，2 0 世纪7 0 年代末，我国有一批学者开始认真 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 的研究人工智能。1 9 7 7 年，涂序彦( 现任中国人工智能学会理事长) 和郭荣江在自 动化第1 期上发表了国内首篇关于a i 的论文智能控制及其应用，拉开了我国 人工智能研究的序幕，从此我国人工智能方面的研究蓬勃兴起【_ 7 1 。专家系统的研究在 2 0 世纪八十年代，最早应用于农业，1 9 8 5 年中科院合肥智能化研究所熊范纶等人成 功研制的砂僵黑土小麦施肥计算机专家咨询系统是我国第一个农业专家系统，它是一 个基于规则的反向推理的专家系统，其出现标志着农业专家系统在我国开始了应用。 近年来我国专家系统应用方面突出的有中医专家系统、农业专家系统、地质勘探、故 障诊断和智能机器人系统等。 我国专家系统应用到相关领域也是在焊接领域，最早的是南昌航空工业学院的焊 接方法选择专家系统。随后相继在清华大学、哈尔滨工业大学、天津大学等也进行了 焊接专家系统的研究与开发。1 9 8 6 年以来，中国焊接委员会计算机应用技术专业委 员会举办过多次学术会议：如“计算机在焊接中的应用技术”、“焊接专家系统”、“焊 接与r r 等。这些会议交流和讨论的内容反映了历年来国内许多学术研究单位和生 产企业针对计算机在焊接研究和生产中的应用和信息化方面做了大量的工作【6 】。国内 主要相关的专家系统有：兰州理工大学的“焊接缺陷诊断与咨询专家系统由缺陷诊 断、原因分析、知识咨询和类别几个模块组成，知识库中的大量知识以外部数据库形 式存放在磁盘文件中。天津大学研制的“焊接裂纹预测及诊断专家系统”既能诊断裂 纹，又能给出合理的工艺。清华大学开发的激光焊缝质量诊断实时专家系统，通过对 传感器送出信号的分析，判断焊接熔透情况，可离线诊断缺陷成因及焊机工作状态。 哈工大运用不精确推理开发出一个焊接缺陷及工艺问题分析诊断专家系统。西安交通 大学开发出焊接裂纹的计算机辅助评定系统和f p 焊缝缺陷识别专家系纠4 1 。 近年来，国内的专家把人工智能也应用到了等离子喷涂领域，2 0 0 0 年中国科学 院上海冶金研究所王伟等人对等离子喷涂智能控制系统进行了研究，提出了智能控制 算法与结合面向对象程序设计思想开发了集数据采集、数据显示、数据存储等过程一 体的可视化界面应用程序，并取得了显著的成果。2 0 0 1 年甘肃工业大学材料科学与 工程学院李春旭等人研制了等离子喷涂专家控制器，运用了专家系统的知识进行研 制，实现了系统自诊断、报警和修正功能，并通过建立参数控制信息库实现涂层质量 控制【8 】o 由此可以看出，在市场经济条件下企业对新的科学技术的需求使得专家系统在我 国的发展将成为一种必然。随着网络技术的不断发展，专家系统更多的都是从单机平 台转向w e b 开发环境平台，基于w e b 的专家系统模式已经成为必然趋势。国外有关 与w e b 技术平台集成的专家系统研究均有报道，国内的这方面的发展主要集中在农 业领域的应用。基于b s 的专家系统比传统孤立的单机系统具有更高的共享度，任何 网上用户只需使用浏览器登录运行装有专家系统的网站，完成专业知识的学习。专家 系统安装在w e b 服务器上，系统修改或升级后，只需对服务器端软件进行维护和升 级，无须对客户端进行操作，极大地方便了系统的维护和管理，也增加的了系统的安 全性和可靠性。 4 基于b s 等离子弧喷涂专家系统的研究 1 3 本系统研究的主要内容 随着我国工业技术以及高新技术的飞速发展，人们对设备零部件表面性能的高 效、高质量追求不断提高，尤其是工作在高温、高腐蚀等恶劣环境下的部件，因为设 备的耐腐蚀、耐磨损程度严重影响到机器的运行寿命，严重者甚至直接影响生产进度， 从而提高了产品的成本【l j 。至此，研究等离子喷涂专家系统就是为了更方便用户随时 随地的搜索喷涂粉末及其对应的喷涂参数，以满足喷涂操作者的高要求。 基于现有的专家系统存在推理简单，知识库不能动态变化，无法充分利用网络实 现远程服务等问题，我们开发了一种基于b s 的等离子喷涂专家系统，该系统可以实 现任何网上用户只需使用浏览器登录运行网站，就可以完成专业知识的学习，无需再 去查找专业书籍、翻阅资料，大大提高了工作效率。 课题的主要内容有： ( 1 ) 等离子喷涂专家系统的体系结构 为了改善现有的专家系统通用性不强的问题，采取模块化的方式处理，分为推理 模块、知识库模块、数据库模块以及知识获取模块。可以根据用户喷涂参数的需求的 不同而调用相应的知识库规则，无需改动推理模块。可以实现只通过简单的模块文件 调用，就能对用户输入的不同的喷涂参数进行合理推理。 ( 2 ) 推理算法的研究 现有的专家系统推理简单，不能够解决各种突变问题；由于等离子喷涂的知识多 数是领域专家经过不断的实践得出的，经验性强，而且多为不确定性知识，描述规则 比较模糊；另外由于喷涂材料具有相似型，喷涂方案具有的多解性，为了能够得到一 个最优方案，系统推理部分引入主观b a y e s 方法进行推理，通过计算信任度得到最优 化的推理结果；推理策略采用冲突消解策略来解决喷涂方案多解性的问题，从而可以 得到更加优化的喷涂方案。 ( 3 ) 利用互联网，提高系统的应用范围 近年来网络发展迅猛，系统把传统的单机版专家系统与网络相结合，采用三层结 构b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 构架，使等离子喷涂专家系统得到广泛的推广，任何用户都 能在线解决喷涂过程中遇到的问题，大大提高了系统的实用性。系统也可以实现专家 系统知识库的动态更新，因此用户通过该系统可以方便的查询到相关领域的最新动 态。 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 2 系统知识库和推理机的构建 2 1 专家系统的基本知识概述 2 1 1 专家系统定义 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 亦称专家咨询系统，它是用知识+ 推理的方法解决在 特定领域内只有专家才能解决问题能力的一种程序系统【7 】。也可以理解为，专家系统 就是能模拟人类专家的决策能力来解决困难、复杂的问题的计算机应用系统。专家系 统之所以称之为“专家”，是因为它解决问题时具有超凡的能力和水平，专家系统一 般具备：应用于某专门领域、拥有专家知识、能模拟专家的思维和能达到专家级水平 四个要素。只有具备了这四个要素，专家系统才能真正的像人类专家一样来解决领域 内的各种复杂和困难的问题。 2 2 2 专家系统的一般结构 专家系统是一种计算机应用系统，是一类包含知识和推理的智能计算机程序，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 知识不再是隐含在程序和数据结构之中，而是单独的构成一个知识库。把传统的“据 结构+ 算法= 程序 应用模式变化为“知识+ 推理= 系统”的模式【9 1 。 专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式。选择什么结构 最为恰当，要根据系统的应用环境和所执行任务的特点而定，但是其基本结构还是大 致相同的。一般情况下，一般专家系统主要由知识库、动态数据库、推理机、解释模 块、知识获取模块和人机接口六大部分组成【7 1 。如图2 1 所示，其中知识库和推理机 是两个最基本的模块。 用户 淼 6 图2 1 专家系统的一般结构 f i g 2 - 1t h eg e n e r a ls t r u c t u r eo f e x p e r t s y s t e m 基于b s 等离子弧喷涂专家系统的研究 ( 1 ) 知识库 知识库是用来存放和管理专家知识、经验的存储器，是人工智能与数据库技术相 结合的产物。在知识库中，知识是以合理的知识表示方法来存储的，知识库的结构形 式取决于所采用的知识表示方式。知识表示通过把知识客体中的知识因子与知识进行 关联，使人们对知识的识别和理解更方便【l0 1 。 专家系统性能的高低取决于知识库的实用性、完整性和权威性，因此，知识库的 构建是专家系统的关键性工作之一。知识库采用的最为常见的知识表示方法有规则、 语义网络、框架表示、谓词逻辑、面向对象等，目前专家系统中应用最普遍一种方法 是规则表示法。 ( 2 ) 推理机 推理机是专家系统的核心构件，所谓推理机，是实现推理方法的一组程序的集合， 主要功能是协调、控制整个专家系统。推理机根据当前输入的事实数据，利用知识库 中的知识按照合理的推理策略进行匹配查询，从而来解决用户所提出的问题。推理机 不是简单的搜索答案，而是能够利用知识进行推理从而导出结论【l o 】。 ( 3 ) 动态数据库 动态数据库也称全局数据库，它是存放初始证据事实、推理结果和控制信息的场 所。动态数据库只在系统运行期间产生、变化和撤销，所以称为“动态 数据库。专 家系统中用于存放反映系统当前状态的事实数据的场所。事实数据包括用户输入的事 实、已知的事实以及推理过程中得到的中间结果等【_ 7 1 。 数据库的表示和组织通常与知识库中知识的表示和组织相容或一致，以使推理机 能方便地去使用知识库中的知识、综合数据库中的数据描述问题和表达当前状态的特 征数据去求解问题。数据库通常以“事实规则”的形式来表达，此时数据库也可以看 作没有条件的规则，因此有些专家系统将数据库和知识库合二为一【9 】。 ( 4 ) 解释器 解释模块实际上也是一组程序，它包括系统提示信息，人机对话以及解释部分的 程序等，其主要功能是解释系统本身的推理结论，解释器可以向用户解释系统的行为， 其中包括回答用户的问题以及向用户解释推理的结果是怎样得来的。解释模块专门负 责向用户解释专家系统的行为和结果，并把结果记录到数据库中【9 , 1 0 。 ( 5 ) 知识获取系统 知识获取的基本过程是模拟人类学习的过程，通过对信息源中的知识筛选获取所 需要的专业知识，并将这些知识的表示形式转换成能被计算机程序识别和利用，在计 算机中存储、传输与转移【_ 丌。 。 专家知识的主要信息来源是专家长期以来积累和总结的研究成果、知识经验和验 证结果，知识获取需要把专家的知识经过识别、理解、筛选、归纳等过程抽取出来， 利用产生式规则的模式进行表示，然后把这些知识经编辑、编译后存入到知识库中。 知识获取过程还包括对知识库的修改和扩充，这也是知识获取被公认为是专家系统开 发研究中瓶颈问题的原因之一。 ( 6 ) 人机界面 7 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 人机界面指的是最终用户与专家系统的交互界面。用户通过这个界面向系统提出 或回答问题或向系统提供原始数据和事实等；系统通过这个界面向用户提出或者回答 问题，并输出结果以及对系统的行为和最终结果做出适当解释。一个成功的专家系统， 必须能与用户顺畅的交流，达到人机共存的效梨6 1 。 2 1 3 专家系统的特点 专家系统利用人类专家提供的专门知识，模拟人类专家的思维过程，解决相对困 难的问题。总体上专家系统应具备如下的特点： ( 1 ) 专家系统具有启发性，专家系统善于运用专家经验和知识解决那些非公式 的、非结构化的、没有算法解的困难问题。现实应用中，绝大部分的工作和知识都是 不确定性的，没有固定的公式和算法的，即便是有用到一部分数学公式也需要进行一 定的推理才可以完成。例如，医疗诊断、地质勘探、天气预报、市场预测等领域的问 题。因此专家系统作为启发式的特点可以引导人们更方便的解决复杂的问题【7 j 。 ( 2 ) 专家系统具有透明性的特点，在专家系统的一般结构中，解释器作为一个 很重要的模块主要负责解释专家系统的推理过程和回答用户提出的各种问题。在系统 运行的过程中，用户有任何问题都可以向系统反馈，系统会及时作出解答，所以说专 家系统具有透明性，用户可以了解专家的推理过程，思维过程，提高了用户对专家系 统的信任度【8 1 。 ( 3 ) 专家系统具有灵活性和可扩展性的特点，从专家系统的一般结构中可以看 出，专家系统的知识库和推理机是分离的，随着各种经验和理论知识的不断完善，知 识库中的知识可以不断更新、扩充，极大的增强了专家系统的推理范围和应用范围， 因而系统具有很好的灵活性和可扩充性p j 。 ( 4 ) 专家系统不想人那样容易疲劳、遗忘，易受环境、情绪等的影响。它能高 效、准确、周到、迅速地工作，使人类专家的领域知识突破时间和空间地的限制。专 家系统汇集了各个领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，所以说 专家系统具有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力j 。 ( 5 ) 专家系统能够促进各领域的发展，提高资源共享度，专家系统使得各领域 的专家知识和经验得到总结和提炼，能够更更广泛的传播专家知识、经验和能力“。 总之，专家系统无论在当前还是未来，都是专家可以信赖和利用的高水平智能助 手，是计算机革命的得力的工具。 2 1 4 本系统结构结构框图 由于专家系统应用领域的不同和实际解决的问题错综复杂，在实际的应用中，可 能需要多次推理或者多条推理思路才能够解决问题，知识库也可能是多层次的。因此 专家系统的实际结构是多种多样的，在实际应用中，要结合实际的问题设计合适的专 家系统。结合专家系统的一般结构框图以及课题的实际需求，设计系统的结构如图 8 2