史文雯 曹成鉉 李靜

(北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

重型車輛總體設(shè)計的知識系統(tǒng)原型實現(xiàn)

史文雯 曹成鉉 李靜

(北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R和經(jīng)驗,能夠利用人類專家的知識解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。它被應(yīng)用于構(gòu)建整個自動化系統(tǒng)中每一個知識密集的環(huán)節(jié)，以輔助人的腦力決策工作。文章介紹了一個關(guān)于重型車輛總體設(shè)計動力傳動及相關(guān)布置的專家系統(tǒng)的設(shè)計過程，具有較好的運行界面，有基本的決策支持能力，能隨時為專業(yè)人員提供重型車輛總體設(shè)計動力傳動相關(guān)布置方面的知識，輔助設(shè)計人員制定動力傳動及相關(guān)布置的設(shè)計方案。

專家系統(tǒng)；知識提取；原型設(shè)計；重型車輛；動力傳動

在裝甲防護空間內(nèi)外，合理的布置各部件、各分系統(tǒng)、裝置、武器和成員的相對位置，稱為坦克總體布置。布置的原則是力求完善的實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，突出主要性能水平，而不出現(xiàn)重大的缺點。專家系統(tǒng)就是將坦克總體設(shè)計知識，采用特定表示形式存放在知識庫中；然后用戶通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或人機交互接口輸入信息、數(shù)據(jù)與命令，并借助數(shù)據(jù)庫等，運用推理機構(gòu)控制知識庫和整個系統(tǒng)工作得到問題的求解結(jié)果。

專家系統(tǒng)一般由知識庫、推理引擎、專家知識獲取工具以及人機交互接口四個部分組成，如圖1所示。

圖1 專家系統(tǒng)的基本組成

重型車輛總體設(shè)計動力傳動部分相關(guān)布置的專家系統(tǒng)的實現(xiàn)是基于知識的智能化設(shè)計，即根據(jù)動力傳動部分的設(shè)計流程，結(jié)合基于實例推理的設(shè)計思想和基于知識的參數(shù)化設(shè)計，將設(shè)計知識融入設(shè)計全過程，使用基于實例推理的技術(shù)。

（一）知識庫

專家系統(tǒng)的可信度主要決定于知識庫中所包含知識的可信度。后者決定于知識收集的程序。本文嚴(yán)格按照裝甲車的內(nèi)部空間來區(qū)分，一般裝甲車內(nèi)部大致可分為駕駛室、戰(zhàn)斗室、動力室、傳動室共四個空間。這四部分在車中有時并非截然分開，而可能交叉或合并，由于各部分所占位置，特別是動力和傳動及部分布置不同，形成了不同的總體布置方案，及不同戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的車輛。專家系統(tǒng)的知識主要有（1）如何實現(xiàn)對動力傳動布置設(shè)計中模式選型決策。首先確定各傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型、性能和總體指標(biāo)的分配及控制，最后完成性能與結(jié)構(gòu)匹配，將系統(tǒng)集成并優(yōu)化設(shè)計，其中動力和傳送部分布置主要在發(fā)動機的放置方位上。（2）設(shè)計決策的選型支持、自動化設(shè)計程序的設(shè)計。這點主要是要求熟練WEB的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。

針對重型車輛開發(fā)動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，提高了設(shè)計質(zhì)量、效率和工藝文件的規(guī)范化。所研制的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)解決了裝甲車動力傳動系統(tǒng)信息的結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的表達和管理，實現(xiàn)了推理過程的多參數(shù)、多規(guī)則約束的自動求解，同時拓寬了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

（二）原始知識源的知識形態(tài)

原始知識形態(tài)分為兩種，一種是機器推理形態(tài)，一種是人推理形態(tài)，下面根據(jù)原始知識源分別來分析。

1.機器推理形態(tài)

機器推理形態(tài)即可以用計算直接推理得出所出數(shù)據(jù)。本題目中原始知識形態(tài)是分別給出四種不同布置方案的不同特點，總結(jié)如下：

（1）發(fā)動機和傳動后置

這種布置方式按發(fā)動機的放置位置可分為三類，具體性能如表1，表2所示：

表1 發(fā)動機縱放(適用于主戰(zhàn)坦克)

表2 發(fā)動機橫放（適用于較小較輕的車輛）

（2）發(fā)動機后置、傳動前置

由于技術(shù)的進步，目前一般不采用這種設(shè)計方式。

（3）發(fā)動機和傳動前置

表3 發(fā)動機和傳動前置

（4）發(fā)動機前置、傳動后置

表4 發(fā)動機前置、傳動后置

從以上條件中找出共同點，將所有知識按特點分為三個模塊，分別是工作條件（駕駛員、乘員），防護性（集體三防、正面防護）拆裝和維修性，再進一步設(shè)置選擇標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以不同的需求特點進行相關(guān)查詢，得到自己想要的結(jié)果，即重型車輛總體設(shè)計動力傳動相關(guān)布置設(shè)計方案。

2.人推理形態(tài)

人推理形態(tài)就是根據(jù)專家系統(tǒng)給出的知識標(biāo)準(zhǔn)判斷選擇方案，選擇過程是由人的大腦思維來完成的。機器選擇在一定程度上有一定得局限性，機器有時只能提供一種最優(yōu)方案，但不一定是最適合的。本題目中如果用戶選定以工作條件為標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)就會提供三個可供選擇的方案，用戶可以根據(jù)自己的想法和對比前面知識庫選擇一種最合適的方案。

（三）知識的設(shè)計推理

推理機是專家系統(tǒng)的“思維”機構(gòu)，其任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解面向?qū)ο蟮耐评硎轻槍Τ橄髷?shù)據(jù)中事實和規(guī)則的推理機制，采用消息驅(qū)動的控制推理方法。

首先設(shè)定選擇的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，將指標(biāo)條件按標(biāo)準(zhǔn)劃分為三個不同的等級，分別為優(yōu)良、一般、和惡劣，按照定好的標(biāo)準(zhǔn)評價方案，結(jié)果如表5所示，表中按分類分為發(fā)動機縱放，發(fā)動機橫放，發(fā)動機斜放，發(fā)動機后置、傳動前置，發(fā)動機和傳動前置和發(fā)動機前置、傳動后置六種方案。

表5 方案評價結(jié)果

最終根據(jù)表中的結(jié)果得到推理結(jié)果。這就是整個知識推理的過程。

（四）技術(shù)支持

本系統(tǒng)基于ASP技術(shù)，將用戶界面設(shè)計成HTML格式。專家系統(tǒng)的推理機和知識獲取機可分別設(shè)計成JavaScript或VBScript腳本程序。WEB瀏覽器用作專家系統(tǒng)的接口界面，用戶和領(lǐng)域?qū)＜曳謩e通過WEB瀏覽器以HTML網(wǎng)頁形式與專家系統(tǒng)的推理機和知識獲取機構(gòu)進行交互，如圖2所示。

用戶可以選擇不同方面的不同級別，根據(jù)這個選擇，系統(tǒng)能夠自動提示適合方案。在編程中主要用到的是表單對象網(wǎng)頁的設(shè)計和請求命令，及Request.QueryString和Request.Form這兩個集合。它們的功能是獲取 Html 表單(HTML Forms) 提交的信息。

圖2 ASP技術(shù)專家系統(tǒng)的模型

（五）運行實例

1.設(shè)計相關(guān)

戰(zhàn)斗指標(biāo)要求：現(xiàn)有一個戰(zhàn)斗技術(shù)指標(biāo)要求，希望以拆裝和維修性為主要準(zhǔn)則，集體三防為次要準(zhǔn)則，設(shè)計一個動力傳動及相關(guān)布置設(shè)計方案。

2.用戶對系統(tǒng)的操作過程

首先進入主頁，選擇設(shè)計推理功能界面，選中拆裝和維修性下拉框中的“容易”選項，然后選擇集體三防下拉框中的“有利”選項，點擊右下角的“確定”按鈕，系統(tǒng)提示如圖3所示。

圖3 設(shè)計推理功能界面

用戶自己通過對比總結(jié)，初步選擇發(fā)動機后置、傳動前置方案，返回知識庫查看發(fā)動機縱放的結(jié)構(gòu)布置圖和基本布置特點，或者直接點擊方案上的超鏈接，結(jié)果如圖 4所示。一目了然的是發(fā)動機后置、傳動前置的布置結(jié)構(gòu)圖，也可以通過拉動滾動欄查看發(fā)動機后置、傳動前置布置特點，辨別這種方案是否符合自己的需要，如果還不確定是否符合戰(zhàn)斗需求，可以點擊右側(cè)的播放按鈕，預(yù)覽一些使用這種方案的實例，并且旁邊文字部分附有動力傳動及相關(guān)布置的結(jié)構(gòu)組成及相關(guān)特點。

圖4 總體布置特點

（六）驗證運行結(jié)果

為了驗證系統(tǒng)提供的結(jié)果是否正確，根據(jù)第二章總結(jié)的推理部分的表格。經(jīng)過比對，顯示結(jié)果是正確的，完全符合表1所表達的邏輯。

發(fā)動機后置、傳動前置的工作條件是發(fā)動機和傳動部件分置在前后端，容易保證縱向平衡，車輛繞橫軸的轉(zhuǎn)動慣量較大，縱向角振動周期增長，有利于改善乘員的工作條件。另一方面，駕駛室和傳動室相鄰，致使駕駛員工作條件惡劣。

發(fā)動機后置、傳動前置的拆裝和維修性是傳動操縱拉桿或管道的距離短，甚至操縱裝置可以直接伸向駕駛員而不必經(jīng)過甲板上的支座，簡便可靠。車內(nèi)可能接近傳動和操縱部件，在戰(zhàn)場上排除故障可以不出到車外。

經(jīng)過比對，此方案完全符合戰(zhàn)斗對拆轉(zhuǎn)和維修性及乘員工作條件方面的要求。

（七）運行結(jié)果評價

經(jīng)過運行實例二的檢測，確定這個系統(tǒng)沒有錯誤。檢查整個過程，檢查用戶輸入和系統(tǒng)的輸出結(jié)果完全匹配，證實系統(tǒng)功能能夠符合用戶的需求。

（八）結(jié)論

重型車輛總體設(shè)計的動力傳動及相關(guān)布置設(shè)計的知識系統(tǒng)原型實現(xiàn)這個課題是一個擁有廣闊應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。本文先對知識源進行了分析，依據(jù)分析得出的知識形態(tài)對進行了整理歸納并設(shè)計推理內(nèi)容。根據(jù)分析結(jié)果進行原型設(shè)計。最后利用ASP語言開發(fā)了相應(yīng)的專家系統(tǒng)。

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TP302.1

A

1008-1151(2011)03-0090-02

2011-01-09

國家自然科學(xué)基金(70871007)、北交大國重項目(RCS2008ZT001、RCS2008ZZ001及RCS2010ZZ001)等資助

史文雯（1986－），女，山東萊州人，北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室碩士。研究方向為工業(yè)工程。