寧志強(qiáng)，陶元芳，楊家威

（1.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073；2.太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

已有的起重機(jī)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)，流行于20世紀(jì)90年代，其特點(diǎn)是產(chǎn)生式規(guī)則的運(yùn)用，集成有限元、優(yōu)化方法、繪圖和評(píng)價(jià)體系.與故障診斷專家系統(tǒng)相比，起重機(jī)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)發(fā)展緩慢，因其多以prolog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，接口不方便，而VC＋＋與其他語(yǔ)言接口方便，且易于擴(kuò)展，其MFC（Microsoft Foundation Classes），比較適合工程應(yīng)用，但用來(lái)實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)比較困難.CLIPS的出現(xiàn)對(duì)于設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì).但CLIPS界面不友好，無(wú)法滿足工程計(jì)算時(shí)以編輯框?qū)崿F(xiàn)數(shù)值輸入和輸出的要求.而優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，以VC＋＋編寫的優(yōu)化程序較多.為了共享優(yōu)化代碼，把VC＋＋和CLIPS融合可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ).

CLIPS優(yōu)點(diǎn)在于良好的可移植性和高效模式匹配算法［1］，CLIPS采用的Rete算法可以用于機(jī)械設(shè)計(jì)中的案例檢索和零部件的選取.CLIPS基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 CLIPS結(jié)構(gòu)圖解Fig.1 Structure of CLIPS

推理機(jī)是通過(guò)決定規(guī)則滿足事實(shí)或目標(biāo)，并授予規(guī)則優(yōu)先級(jí)，然后執(zhí)行最高優(yōu)先級(jí)規(guī)則進(jìn)行推理.推理機(jī)包括推理方式和推理策略兩個(gè)部分，推理方法就是對(duì)知識(shí)的運(yùn)用過(guò)程，推理策略就是對(duì)知識(shí)的選擇過(guò)程.

1 機(jī)械設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)應(yīng)有的功能

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常的設(shè)計(jì)過(guò)程是：首先，根據(jù)機(jī)械用途、目的，確定機(jī)械的動(dòng)力方案、傳動(dòng)方案、機(jī)構(gòu)形式、零部件等，不通過(guò)計(jì)算而參考以往的設(shè)計(jì)方案；其次，采用基于實(shí)例的檢索，借鑒以往產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)適當(dāng)修改過(guò)去成熟產(chǎn)品案例的方法來(lái)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品.例如，通過(guò)檢索存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中的成熟的起重機(jī)案例，根據(jù)最相近案例選取某些設(shè)計(jì)參數(shù)，如吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動(dòng)效率；然后通過(guò)計(jì)算確定方案中的具體參數(shù)，包括電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速，減速比；最后，經(jīng)過(guò)推理確定設(shè)計(jì)方案和通過(guò)計(jì)算確定計(jì)算數(shù)值，把以上3部分的結(jié)果導(dǎo)入推理機(jī)中，觸發(fā)規(guī)則，以選取合適的零部件，如電動(dòng)機(jī)、減速器等.

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示.

圖2 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of designing expert system

2 CLIPS對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)選型樹的應(yīng)用

選型樹表示法：機(jī)械設(shè)計(jì)中，方案從動(dòng)力方案、傳動(dòng)方案、零件種類等根據(jù)不同的情況會(huì)有不同選擇方案.用樹狀樹圖來(lái)表示這種復(fù)雜的關(guān)系比較方便.如圖3所示，以橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)方案選型為例.

圖3 設(shè)計(jì)選型樹Fig.3 Tree of design selection

設(shè)計(jì)選型專家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)程序模仿人類專家的思維推理策略，利用儲(chǔ)存在知識(shí)庫(kù)中的專業(yè)知識(shí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)產(chǎn)品的方案選型.確定選型方案是一個(gè)具有層次性的復(fù)雜過(guò)程，可以理解為逐步判定的過(guò)程.首先提供初始推理?xiàng)l件，推理機(jī)根據(jù)初始推理?xiàng)l件和知識(shí)庫(kù)中的選型樹，得到推理結(jié)果和供用戶選擇的新推理?xiàng)l件.若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)有除當(dāng)前節(jié)點(diǎn)以外的父節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)“傳動(dòng)方案”的2個(gè)子節(jié)點(diǎn)“閉式傳動(dòng)”、“開(kāi)式傳動(dòng)”有“中小噸位”、“大噸位”2個(gè)父節(jié)點(diǎn)，則優(yōu)先提取這些父節(jié)點(diǎn)供用戶下一步選擇的輔助推理?xiàng)l件；否則，如節(jié)點(diǎn)“起升機(jī)構(gòu)”，其2個(gè)子節(jié)點(diǎn)沒(méi)有其他父節(jié)點(diǎn)，直接輸出子節(jié)點(diǎn)到界面.

對(duì)選型樹搜索推理是指在直觀的選型樹圖形下，按照一定控制策略的推理機(jī)制，對(duì)樹進(jìn)行搜索推理的方法.以廣度優(yōu)先搜索為主，按照樹的層次逐層進(jìn)行搜索.對(duì)樹的每一層進(jìn)行廣度優(yōu)先搜索，該層的每一節(jié)點(diǎn)都分別與推理?xiàng)l件作正反向推理匹配，判斷該節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn).如該層的某些節(jié)點(diǎn)與推理?xiàng)l件相匹配，就這些節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，生成下一層子節(jié)點(diǎn)，作深度優(yōu)先搜索［2］.CLIPS中事實(shí)表示法是框架式的，可以方便地表示選型樹.

以圖3選型樹為例.選擇“橋式起重機(jī)”，經(jīng)推理得到3個(gè)路徑，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)”、“大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)”“起升機(jī)構(gòu)”.如用戶選擇了“起升機(jī)構(gòu)”，點(diǎn)擊推理按鈕，經(jīng)推理得到2個(gè)推理結(jié)果，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“傳動(dòng)方案”和“部件選取”.假如用戶選擇了“傳動(dòng)方案”，點(diǎn)擊推理按鈕，經(jīng)推理得到2個(gè)推理結(jié)果，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“中小噸位”和“大噸位”.假如用戶選擇了“中小噸位”，點(diǎn)擊推理按鈕，經(jīng)推理得到一個(gè)推理結(jié)果“閉式傳動(dòng)”，同時(shí)輸出“卷筒和減速器連接”、“電動(dòng)機(jī)和減速器連接”到輔助列表框以供用戶選擇.圖4為設(shè)計(jì)選型板塊的界面.

圖4 橋機(jī)設(shè)計(jì)選型專家系統(tǒng)界面Fig.4 Interface for crane expert for design and selection

3 實(shí)例的檢索

基于實(shí)例的設(shè)計(jì)方法 CBD（Case-Based Design）是近年來(lái)人工智能領(lǐng)域中興起的一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)技術(shù).實(shí)例的表達(dá)是把存在的成熟設(shè)計(jì)事例表達(dá)成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和利用的信息.實(shí)例的表示有二部分內(nèi)容：一是實(shí)例的內(nèi)容，事例的屬性描述和事例的解決方案；二是實(shí)例的索引，它和實(shí)例的組織結(jié)構(gòu)以及檢索有關(guān)，反映了不同實(shí)例間的區(qū)別.

實(shí)例的數(shù)學(xué)模型為

式中：C表示實(shí)例函數(shù)；F＝（f1，f2，…，fn），fi（i＝1，2，3，…，n）為索引結(jié)構(gòu)；H＝（h1，h2，…，hm），hj（j＝1，2，3…，m）為實(shí)例答案［3］.

本文采用實(shí)例檢索的最常采用的方法——最相鄰近策略.最近相鄰策略是以實(shí)例之間的某種距離作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷實(shí)例的相似程度.在此方法中，屬性對(duì)應(yīng)實(shí)例中的特征項(xiàng).計(jì)算新舊實(shí)例之間的相似度，據(jù)此確定最接近設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)例［3］.

最相鄰近策略的相似度計(jì)算為

S的定量計(jì)算方法為

起重機(jī)以往設(shè)計(jì)實(shí)例分為索引結(jié)構(gòu)和實(shí)例答案兩部分.索引結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)主參數(shù)，包括起重量、起升速度、起升高度、起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別.實(shí)例答案為：機(jī)構(gòu)布置形式、吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動(dòng)效率、穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)、減速器生產(chǎn)廠家和制動(dòng)器類型.案例檢索板塊界面如圖5所示.

圖5 起重機(jī)案例檢索板塊界面Fig.5 Case retrieval interface for crane

4 用優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)隨意參數(shù)調(diào)整

在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，由于設(shè)計(jì)方案多樣而復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員?；ㄙM(fèi)大量的精力憑借實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整，以確定較合理的設(shè)計(jì)方案.針對(duì)具體情況有些參數(shù)要被保留，有些參數(shù)要進(jìn)行再設(shè)計(jì).

機(jī)械設(shè)計(jì)中往往需要多個(gè)數(shù)學(xué)公式嵌套，一個(gè)公式計(jì)算出的結(jié)果，是另外一個(gè)公式的輸入.由此可見(jiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)公式具有網(wǎng)狀聯(lián)系.在實(shí)際計(jì)算中，設(shè)計(jì)人員為了能使計(jì)算關(guān)系網(wǎng)中的中間結(jié)果或者最后結(jié)果達(dá)到某個(gè)數(shù)值，必須要對(duì)前部設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整，要借助反函數(shù)倒著往回算，只有一個(gè)計(jì)算公式還可以，如果在計(jì)算網(wǎng)中要隨意指定其中一個(gè)參數(shù)，要通過(guò)改變其他計(jì)算參數(shù)以滿足整個(gè)關(guān)系網(wǎng)，則會(huì)非常復(fù)雜.

設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)過(guò)對(duì)計(jì)算參數(shù)的輸入順序、個(gè)數(shù)都無(wú)限制，可以正著計(jì)算也可以倒著算.如在起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，起重量、吊具質(zhì)量、起升速度、穩(wěn)態(tài)系數(shù)、電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、卷筒直徑、吊鉤組倍率、減速比、卷筒轉(zhuǎn)速，這些參數(shù)可以隨意指定或者不指定.識(shí)別是否指定了其中的某一個(gè)方法是通過(guò)檢測(cè)該編輯框是否為0.如果編輯框?yàn)?，使用一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組，向坐標(biāo)輪換法所在的函數(shù)中傳遞信息.

要實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)要求，借助優(yōu)化方法對(duì)變量的搜索相對(duì)容易實(shí)現(xiàn).優(yōu)化問(wèn)題的模型［4］：求n維設(shè)計(jì)變量x＝［x1x2…xn］T使目標(biāo)函數(shù)f（x）→min，且滿足一定的約束條件a≤xi≤b.函數(shù)z＝f（x，y），當(dāng)給定x，z時(shí)，要求解y可以先表示成的反函數(shù)形式再求解.而當(dāng)用優(yōu)化方法求解時(shí)，求變量x，y，z使［f（x，y）－z］2→0，等同于滿足z＝f（x，y）的等式關(guān)系，避開(kāi)求解反函數(shù)的復(fù)雜變形是該方法的優(yōu)點(diǎn)［4］.當(dāng)要限定某幾個(gè)變量時(shí)，要把該變量的上下限同時(shí)定義為要指定的那個(gè)數(shù)，要給定z＝a時(shí)，約束條件設(shè)為a≤z≤a.當(dāng)沒(méi)有指定值時(shí)則用黃金分割法和進(jìn)退法結(jié)合搜索.這種方法的前提是必須要使目標(biāo)函數(shù)最小值為0.

用優(yōu)化中的坐標(biāo)輪換法實(shí)現(xiàn)這種功能，目標(biāo)函數(shù)定義為

式中：Q為起升載荷；G為吊具載荷；v為起升速度；p0為穩(wěn)態(tài)平均功率系數(shù)；m為吊具倍率；η為傳動(dòng)效率；P為計(jì)算功率；n0為電機(jī)功率，n為卷筒轉(zhuǎn)速；i為減速比；D為卷筒直徑.

圖6 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)框圖Fig.6 Diagram of expert system for design of hoisting mechanism

5 CLIPS在機(jī)械零部件選取時(shí)的數(shù)值型應(yīng)用

5.1 用模糊數(shù)學(xué)決策選取多屬性部件

選取一個(gè)部件時(shí)，對(duì)這個(gè)部件和對(duì)這個(gè)部件參數(shù)要求的匹配程度，用一個(gè)有大小的隸屬度值來(lái)衡量.模糊命題“x近似γ”的隸屬函數(shù)為

式中：β為系數(shù).

如圖7所示，該隸屬函數(shù)可以表達(dá)所有近似于某個(gè)特定值γ的數(shù)，β對(duì)應(yīng)著交叉點(diǎn)0.5，由用戶根據(jù)自己由經(jīng)驗(yàn)定義.

圖7 模糊命題“x近似于γ”的隸屬函數(shù)Fig.7 Membership function of fuzzy proposition“x is onγ”

當(dāng)存在多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，用權(quán)系數(shù)來(lái)描述各個(gè)方面重要程度.加權(quán)之后得到一個(gè)0到1之間分?jǐn)?shù).例如電動(dòng)機(jī)選擇有兩個(gè)方面輸入轉(zhuǎn)速、許用功率，每個(gè)存儲(chǔ)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)都包含這兩個(gè)參數(shù)，規(guī)則會(huì)自動(dòng)逐個(gè)計(jì)算各個(gè)電動(dòng)機(jī)事實(shí)的加權(quán)隸屬度，最大者即最符合要求的.這種方法可以用來(lái)選取電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等部件.

電動(dòng)機(jī)隸屬度為

式中：x，y分別為各個(gè)電動(dòng)機(jī)的額定輸入轉(zhuǎn)速、許用功率；x1，y1為實(shí)際需要的輸入轉(zhuǎn)速、許用功率.β1，β2為對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)交叉點(diǎn)0.5.

5.2 用條件測(cè)試同時(shí)選取多個(gè)相關(guān)零部件

在部件選取時(shí)會(huì)遇到選擇多個(gè)部件的情況.這些部件之間的關(guān)系多且雜.傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方法，是將所有零部件的數(shù)據(jù)事先保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在需要選用多個(gè)部件時(shí)，循環(huán)讀取數(shù)據(jù)庫(kù).但一次只能讀取一個(gè)部件，不能利用多個(gè)部件之間的相互關(guān)系來(lái)選取［5］.

在專家系統(tǒng)工具CLIPS中，所有零部件的數(shù)據(jù)是被存儲(chǔ)在工作內(nèi)存中，而不是數(shù)據(jù)庫(kù)中.對(duì)于部件的選取采用測(cè)試條件元素法，可以同時(shí)測(cè)試多個(gè)零部件事實(shí)之間的關(guān)系.

以聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸、制動(dòng)器的選取為例.在橋式和門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)和減速器高速軸連接，通常采用齒輪聯(lián)軸器制成2個(gè)半齒聯(lián)軸器，中間用一段軸連起來(lái)，這根軸稱為浮動(dòng)軸.如圖7所示.在連接高速軸和聯(lián)軸器時(shí)，采用帶制動(dòng)輪半齒聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的輸入軸和輸出軸的軸孔直徑及所帶的制動(dòng)輪直徑是標(biāo)準(zhǔn)的.在選擇聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸、制動(dòng)器時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的輸出軸直徑必須與聯(lián)軸器相等，聯(lián)軸器的許用扭矩要合適，浮動(dòng)軸的直徑與聯(lián)軸器的輸出端直徑有關(guān)，且浮動(dòng)軸要滿足應(yīng)力要求，制動(dòng)輪直徑被聯(lián)軸器限定，制動(dòng)器選擇也被制動(dòng)輪直徑限定了，并要求滿足制動(dòng)力矩要求.

6 改進(jìn)的CLIPS和VC＋＋交互技術(shù)

現(xiàn)有的CLIPS和VC＋＋的交互方法分為直接嵌入法和包裝類法.這兩種交互方法都必須通過(guò)文本文件作為中介.文本文件作為交互中介對(duì)樹搜索有局限性.推理?xiàng)l件向CLIPS輸入和推理結(jié)果從CLIPS中導(dǎo)出都必須先保存在文本文件中.向文本中介文件輸出一個(gè)事實(shí)比較合適，而當(dāng)連續(xù)輸出不同的幾個(gè)事實(shí)時(shí)，后一個(gè)輸出會(huì)把文本文件中的前一個(gè)事實(shí)覆蓋.在這種情況下，專家系統(tǒng)只能根據(jù)現(xiàn)有的條件進(jìn)行一次性推理，不能從樹中提取多個(gè)啟發(fā)性的事實(shí).

專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具CLIPS是用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，把CLIPS的源代碼（為C語(yǔ)言）制作成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，得到CLIPS.dll和CLIPS.lib兩個(gè)文件.用VC＋＋6.0調(diào)用CLIPS動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可以使CLIPS兼具M(jìn)FC可視化界面和專家系統(tǒng)工具的功能.為避開(kāi)中介文本文件的交互，可以采用從動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中調(diào)用事實(shí)添加函數(shù)和事實(shí)槽值讀取函數(shù)的交互方法.借助改進(jìn)的交互方法容易實(shí)現(xiàn)向MFC同時(shí)輸出多個(gè)事實(shí).

要從CLIPS中提取事實(shí)時(shí)，首先對(duì)用來(lái)指向新事實(shí)的指針newFact賦初值0（NULL），用指針new－Fact循環(huán)指向CLIPS內(nèi)部的事實(shí)，當(dāng)指針再次為NULL時(shí)，說(shuō)明指針就已經(jīng)對(duì)所有事實(shí)的指向過(guò)，不必使指針再移動(dòng).讀取指向CLIPS中某個(gè)事實(shí)，用函數(shù)GetFactSlot（newFact，"x"，＆theValue）的值判斷該事實(shí)是否有槽名為x.GetFactSlot返回值為1時(shí)，表示有名為x的槽，用槽值提取函數(shù)“DOToString”，讀取字符型槽值，然后把指針移動(dòng)到下一個(gè)事實(shí)；Get-FactSlot返回值為0時(shí)，表示不是要尋找的事實(shí)，指針移動(dòng)到下一個(gè)事實(shí).簡(jiǎn)要代碼如下：

CLIPS推理機(jī)的推理步驟［6－7］：

（1）調(diào)用CLIPS初始化函數(shù)InitializeEnvironment（）.

（2）用載入事實(shí)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)函數(shù)Load（＜filename.clp＞）.

（3）調(diào)用添加事實(shí)函數(shù)AssertString（char＊temp［100］），該函數(shù)參數(shù)是字符串指針類型.

（4）運(yùn)行推理函數(shù)：Run（）.

（5）得到下一個(gè)事實(shí)地址，因?yàn)橛?jì)算結(jié)果都要以存儲(chǔ)在事實(shí)的槽中，要得到槽值必須要得到指向該事實(shí)的指針，Void＊ GetNextFact（newFact）［7］.

（6）根據(jù)指向事實(shí)的指針newFact與槽名x，取得槽名為x的事實(shí)中的槽值，并把它存在結(jié)構(gòu)體DATA＿OBJECT theValue中.

7 基于CLIPS的起重機(jī)零部件知識(shí)庫(kù)

用CLIPS軟件本身來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)要在VC＋＋對(duì)話框界面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加和刪除數(shù)據(jù).將所有的零部件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)后綴名為clp的文件中，clp文件為CLIPS規(guī)則與事實(shí)的特定存儲(chǔ)方式.數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)獨(dú)立于使用它的程序.對(duì)于新數(shù)據(jù)的插入和對(duì)于原有數(shù)據(jù)的修改與檢索均能按一種公用的和可控制的方式進(jìn)行.零部件相關(guān)樣本主要包括：鋼絲繩、電機(jī)、卷筒、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)器等.

基于CLIPS零部件數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)以框架式來(lái)表達(dá).框架是描述對(duì)象（事物，事件或概念）屬性的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).框架的基本形式：一個(gè)框架由若干個(gè)被稱為“槽”的結(jié)構(gòu)組成.槽用于描述對(duì)象的某一方面的屬性.

以減速器模板為例：

Jiansuqi槽用來(lái)表示減速器的參數(shù)：e1為輸入軸轉(zhuǎn)速，e2為名義中心距，e3為許用輸出扭矩，e4為傳動(dòng)比，e5為高速軸輸出功率.

新建名為Engine.clp的文件，用于保存推理機(jī)程序；新建名為part.clp的文件，用于保存零部件信息.定義兩個(gè)不同的文件，實(shí)現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)的分離.

在part.clp文件中保存零部件數(shù)據(jù)（jiansuqi（e1 1000.0）（e2 500.0）（e3 42500.0）（e4 16.0）（e5 259.0））：

（1）載入保存在part.clp中的數(shù)據(jù).在VC＋＋中FILEVIEW中，調(diào)用CLIPS初始化函數(shù)：InitializeEnvironment（）；調(diào)用 CLIPS載入函數(shù)：Load（Engine.clp）；運(yùn)行推理函數(shù)：Run（－1l），此時(shí)規(guī)則defrule load會(huì)被激發(fā)，執(zhí)行載入事實(shí)庫(kù)part.clp，減速器數(shù)據(jù)將會(huì)被載入到推理機(jī)事實(shí)列表中.調(diào)用函數(shù)Void＊GetNextFact（newFact），得到指向某個(gè)事實(shí)的指針.調(diào)用函數(shù)int GetFactSlot（new-Fact，"e1"，＆theValue），根據(jù)指向事實(shí)的指針new－Fact，槽名為e1，e2，e3，e4，e5，取得槽值并把它存在結(jié)構(gòu)體DATA＿OBJECT theValue中.函數(shù)double DOToFloat（theValue）用來(lái)讀取事實(shí)中的浮點(diǎn)類型的槽值，并傳遞到VC＋＋，輸出到對(duì)話框列表框.CLIPS命令load－facts"文件.clp"用來(lái)載入保存在另一個(gè)文件中的數(shù)據(jù).

在CLIPS中，每一個(gè)事實(shí)都有一個(gè)特定的事實(shí)號(hào).當(dāng)?shù)玫侥硞€(gè)事實(shí)的事實(shí)號(hào)時(shí)，就可以對(duì)該事實(shí)進(jìn)行操作，如修改或刪除.要得到事實(shí)號(hào)需從CLIPS動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中調(diào)用int FactIndex函數(shù)，參數(shù)為事實(shí)指針.當(dāng)每次向列表框輸出事實(shí)時(shí)，每一項(xiàng)都有唯一的列表框索引號(hào)，同時(shí)建立一個(gè)整型數(shù)組int w1［100］.將事實(shí)號(hào)保存在整型數(shù)組int w1［100］中，列表框項(xiàng)的索引號(hào)就是保存在整型數(shù)組int w1［100］中的地址.

圖8 刪除零部件信息框圖Fig.8 Diagram of deletinging parts information

（2）從MFC界面保存零部件到part.clp文件中，此時(shí)需要用到CLIPS的一個(gè)函數(shù)save－facts"文件名.clp".該函數(shù)被調(diào)用后，會(huì)保存所有事實(shí)列表中的事實(shí)到某一個(gè)文件中.

（3）從MFC列表框刪除零部件數(shù)據(jù).圖8為刪除數(shù)據(jù)框圖.在Engine.clp中定義刪除規(guī)則defrule retract，CLIPS語(yǔ)言中用retract來(lái)刪除事實(shí)，函數(shù)retract（int i）的參數(shù)為事實(shí)號(hào)，調(diào)用retract命令可以刪除某個(gè)事實(shí).事實(shí)（M1？a）用來(lái)從對(duì)話框向CLIPS推理機(jī)傳遞待刪除的事實(shí)號(hào)，k為列表框中選擇項(xiàng)的索引號(hào)，w1［k］為選中的事實(shí)的事實(shí)號(hào)，w1［k］賦值給？a，通過(guò)（M1？a）傳遞到CLIPS中.

（retract？a）用來(lái)執(zhí)行刪除命令.？f為事實(shí)指針，用來(lái)指向事實(shí)（M1？a）、刪除（M1？a）事實(shí).當(dāng)刪除命令結(jié)束后函數(shù)save－facts保存現(xiàn)有的事實(shí).

規(guī)則（defrule retract

8 橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)

該軟件基于CLIPS專家系統(tǒng)工具，由4部分功能構(gòu)成：

（1）根據(jù)保存在知識(shí)庫(kù)中的橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的選型樹，采用符號(hào)推理的方法，從用途和噸位等具體情況來(lái)確定動(dòng)力方案、傳動(dòng)方案、零件種類，得到的推理結(jié)果以事實(shí)的形式輸入到推理機(jī)中，根據(jù)不同的推理結(jié)果觸發(fā)不同的規(guī)則.選型樹的添加和修改可以通過(guò)MFC來(lái)實(shí)現(xiàn)，且不必進(jìn)行再次編譯.算法和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了分離.

（2）在起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，起重量、吊具質(zhì)量、起升速度、穩(wěn)態(tài)系數(shù)、電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、卷筒直徑、吊鉤組倍率、減速比、卷筒轉(zhuǎn)速，這些參數(shù)可以隨意指定或者不指定.不指定就是編輯框?yàn)?，指定就是給編輯框一個(gè)非0的數(shù)，讓軟件改變編輯框?yàn)?的參數(shù)，而不改變編輯框非0的參數(shù)，自動(dòng)去尋找一組滿足既定數(shù)學(xué)關(guān)系的參數(shù)，代替了人工試湊，方便了設(shè)計(jì)計(jì)算.把參數(shù)計(jì)算結(jié)果也按事實(shí)形式輸入到推理機(jī)中以供零部件的選取.

（3）根據(jù)索引參數(shù)（起重量、起升速度、起升高度、工作級(jí)別）檢索最相近實(shí)例得到實(shí)例答案，如機(jī)構(gòu)布置形式、吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動(dòng)效率、穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)、減速器生產(chǎn)廠家、制動(dòng)器類型.

（4）根據(jù)以上3個(gè)部分的推理結(jié)果，觸發(fā)相應(yīng)規(guī)則，采用模糊數(shù)學(xué)的方法來(lái)選取零部件，如電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、鋼絲繩等.這些零部件以事實(shí)的形式保存在知識(shí)庫(kù)中，通過(guò)定義CLIPS專家系統(tǒng)中的條件測(cè)試元素，可以自動(dòng)選擇所需的零部件.與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)保存零部件的方法相比，知識(shí)庫(kù)更方便.圖9為起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的主界面.

9 結(jié)語(yǔ)

圖9 橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)界面Fig.9 Interface for hoisting mechanism of overhead travelling crane design expert system

本文針對(duì)橋式起重機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法參數(shù)選取繁瑣、數(shù)據(jù)管理困難、難以借鑒以往資料指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行研究.利用完全由C語(yǔ)言編寫的專家系統(tǒng)工具CLIPS，編寫可移植性較好橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng).通過(guò)此系統(tǒng)可以借鑒以往設(shè)計(jì)選型經(jīng)驗(yàn)，有望提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和縮短設(shè)計(jì)周期.

［1］JOSEPH C，GIARRATANC G，RILEY D.專家系統(tǒng)原理和編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

JOSEPH C，GIARRATANC G，RILEY D.Expert system of principle and programming［M］.Beijing：China Machine Press，2010.

［2］吳堅(jiān).基于CLIPS的數(shù)控機(jī)床故障診斷專家系統(tǒng)［D］.南寧：廣西大學(xué)，2008.

WU Jian.The CNC machine faults diagnosis expert system base on CLIPS［D］.Nanning：Guangxi University，2008.

［3］郭智春.鑄造起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2008.

GUO Zhichun.Research and development of CAD system for hoisting mechanism design of ladle crane［D］.Dalian：Dalian U-niversity of Technology，2008.

［4］王國(guó)強(qiáng).機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出社，2009.

WANG Guoqiang.Mechanical optimum design［M］.Beijing：China Machine Press，2009.

［5］寧志強(qiáng)，陶元芳，劉曉蓮.CLIPS數(shù)值應(yīng)用及與VC＋＋交互［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013，23（4）：226－229.

NING Zhiqiang，TAO Yuanfang，LIU Xiaolian.Numerical application of CLIPS and interoperation between CLIPS and VC＋＋［J］.Computer Technology And Development，2013，23（4）：226－229.

［6］National Aeronautics and Space Administration.CLIPS advanced programming guide［M/OL］.［2008－03－22］.http：//www.ghgcorp.com/clips/CLIPS.html.

［7］National Aeronautics and Space Administration.CLIPSbasic programming guide［M/OL］.［2008－03－22］.http：//www.ghgcorp.com/clips/CLIPS.html.