段 鋼

（天津新科成套儀表有限公司，天津300385）

1 燃氣儀表設(shè)計的系統(tǒng)需求分析

燃氣儀表設(shè)計的系統(tǒng)需求分為系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)性能需求2個部分，這些需求將綜合體現(xiàn)為系統(tǒng)的具體功能。

1.1 系統(tǒng)功能需求

燃氣儀表系統(tǒng)功能需求，是在相應(yīng)規(guī)則條件的基礎(chǔ)上，借助啟發(fā)推理和算法推理的技術(shù)方式，通過求解得出數(shù)據(jù)驅(qū)動、目標驅(qū)動、沖突仲裁等系統(tǒng)控制結(jié)論。具體如下：（1）規(guī)則創(chuàng)新。燃氣儀表系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計包括計算、存儲、通信等在內(nèi)的設(shè)計目標，需為用戶提供選擇性的軟硬件、元器件和其他配置等，以及為了讓客戶多元化地評估系統(tǒng)性能和功耗等，在評價規(guī)則的范圍內(nèi)提供多項設(shè)計方案作為參考，以控制設(shè)計失誤的情況出現(xiàn)。（2）知識庫擴充。燃氣儀表系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)日新月異，包括元器件、軟硬件等在內(nèi)的技術(shù)層出不窮，為此系統(tǒng)的知識庫系統(tǒng)要具備支持知識擴充的功能，即在賦予知識庫增加、修改和刪除知識等功能的基礎(chǔ)上，兼容系統(tǒng)中新添加的知識和實現(xiàn)知識庫新舊版本之間轉(zhuǎn)換的無縫化。（3）系統(tǒng)自學(xué)習(xí)。系統(tǒng)使用過程中所形成的反饋信息，是燃氣儀表系統(tǒng)知識庫更新的依據(jù)，而為了提高自動更新效果，系統(tǒng)將通過分類管理支持系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，以便更加人性化地引導(dǎo)燃氣儀表系統(tǒng)設(shè)計，加速提高系統(tǒng)設(shè)計能力。

1.2 系統(tǒng)性能需求

至于燃氣儀表系統(tǒng)性能設(shè)計，體現(xiàn)在可拓展性、并行處理、實時響應(yīng)幾個方面：（1）可拓展。燃氣儀表系統(tǒng)所設(shè)置的中心服務(wù)器，設(shè)計了結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以便在系統(tǒng)性能更新后，能夠以較強的可拓展性表現(xiàn)，縮短系統(tǒng)維護時間，并支持多個用戶同時在線操作。（2）并行處理。燃氣儀表系統(tǒng)所對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，其性能的安全等級在自學(xué)習(xí)時可能會出現(xiàn)沖突檢測以及緩沖處理異常，因此系統(tǒng)在維護數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)該保證并行處理系統(tǒng)性能的正常，提高系統(tǒng)的安全性等級。（3）實時響應(yīng)。燃氣儀表系統(tǒng)的實時響應(yīng)離不開系統(tǒng)推理過程中前序參數(shù)的合理設(shè)置，而為了提高系統(tǒng)操作的效率，在推理運算時，應(yīng)該盡量縮短響應(yīng)時間。

2 燃氣儀表功能開發(fā)建議

基于燃氣儀表系統(tǒng)的功能需求和性能需求，在開發(fā)燃氣儀表系統(tǒng)功能時，應(yīng)該對系統(tǒng)的模塊進行合理劃分，并全方位設(shè)計知識庫，在此基礎(chǔ)上進行推理流程優(yōu)化，以進一步提高燃氣儀表的功能水平。

2.1 模塊劃分

由于系統(tǒng)推理既可基于模型，亦可基于規(guī)則，因此燃氣儀表的邏輯形成，可借助模型庫予以確定，或者借助遍歷儀表模型，形成對用戶輸入合理性的正確判斷。為了保證系統(tǒng)邏輯形成的正常性，系統(tǒng)應(yīng)該進行模塊組成的劃分，由用戶自主選擇適用的模塊，滿足“輸入、處理、輸出”的用戶要求。在此，筆者建議采用正向推理的方法，通過用戶接口，在工作區(qū)利用推理機推斷物理模塊構(gòu)成，進而更新數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。其中所要開發(fā)的模塊包括用戶接口模塊、工作區(qū)模塊、知識庫模塊、推理機模塊，分別用于交互用戶、臨時數(shù)據(jù)存儲、表示邏輯組成詳細知識、獲得推理狀態(tài)并提交推理結(jié)果。

2.2 知識庫設(shè)計

關(guān)于知識庫的設(shè)計，目的是獲取、表達、處理燃氣儀表系統(tǒng)的知識，在整個系統(tǒng)的功能設(shè)計當(dāng)中處于核心地位，分為模塊庫和元器件設(shè)計、儀表模型庫和規(guī)則庫設(shè)計、系統(tǒng)硬件資源匹配推理機制設(shè)計3個部分。具體如下：（1）數(shù)據(jù)庫和元器件設(shè)計。不同型號的燃氣儀表模塊在接口線定義、功耗、價格、供電電源、從屬特性、輸入通道數(shù)、輸出位數(shù)、輸出方式等方面均有較大的差異性，比如TYPE1型號的模塊，其接口線定義為端口數(shù)量4，功耗為5 W，采用雙電壓±5 V供電電源，各種流量計的從屬特性均能體現(xiàn)，輸入通道數(shù)和輸出通道數(shù)分別為2條和4條，其中輸出方式為4～20 mA。至于元器件的更換，同樣需要根據(jù)具體型號，確定該型號燃氣儀表元器件在引腳數(shù)、封裝形式、尺寸、供電電壓、功耗、安裝方式、使用溫度范圍、價格、外設(shè)資源等方面的具體情況。（2）儀表模型庫和規(guī)則庫設(shè)計。儀表模型庫需要體現(xiàn)的屬性包括儀表類型、模型編號和模塊序號，這些屬性將模型庫的功能嚴格區(qū)分，同時也是模塊組織類型確定的依據(jù)。而規(guī)則庫設(shè)計要求同步滿足信號輸入輸出、數(shù)據(jù)位數(shù)輸入輸出、電壓輸入輸出、電流輸入輸出等功能條件，進而分類設(shè)計規(guī)則庫。（3）系統(tǒng)硬件資源匹配推理機制。在技術(shù)層面上，模塊連接接口屬性定義和歸納、處理器硬件的資源統(tǒng)計、引線連接和輸出特性的確定、分析處理器代替資源的實現(xiàn)等，均涉及系統(tǒng)硬件資源匹配推理機制的形成，而為了滿足模塊接口分類和屬性定義的需求，在建立專家系統(tǒng)時，應(yīng)該分別按照模擬接口、通用I／O端口、數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、串行外設(shè)接口總線、雙線串行總線、USB接口、以太網(wǎng)絡(luò)接口、外部終端接口、定時器、計數(shù)器、時鐘輸出接口、復(fù)位控制線、同步串行接口等不同類型的接口，明確各自的接口標號、引線數(shù)量、引線標號、連接特性、傳輸特性等，同時做出必要的備注說明。除此之外，系統(tǒng)硬件資源匹配推理機制的設(shè)計，還應(yīng)該根據(jù)連接特性和傳輸特性做出必要的定義說明，譬如是否允許并接或者只允許對接、模擬信號的正向輸出和反向輸入通道模式等。

2.3 推理流程優(yōu)化

燃氣儀表功能開發(fā)的適用與否，還應(yīng)該根據(jù)模塊的需求描述結(jié)果，挑選匹配的備選子集，從模塊的個性化描述當(dāng)中完成系統(tǒng)的整個推理。系統(tǒng)的推理流程優(yōu)化分為3個步驟：（1）結(jié)果分析。在應(yīng)用需求輸入之后，專家系統(tǒng)啟動推理機制，通過對備選方案的分析，確定具體方案是否滿足設(shè)計的要求，對于不可行的方案，則要找出具體哪些指標不達標，以便對系統(tǒng)的局部模塊進行重新設(shè)計或者調(diào)整。（2）模塊增加。為了進一步強化燃氣儀表系統(tǒng)的功能，可適當(dāng)引入性能指標更高的芯片技術(shù)，必要時重新設(shè)計系統(tǒng)現(xiàn)有的模塊。其中重新設(shè)計的模塊，要求利用專家系統(tǒng)全方位調(diào)試，確定增加模塊與系統(tǒng)整體性的兼容表現(xiàn)，如有排斥，則需要進行調(diào)整。（3）解釋機制。解釋機制是推理流程優(yōu)化的重要輔助補充形式，一方面是從不同視角滿足系統(tǒng)調(diào)試知識庫、測試專家系統(tǒng)、引導(dǎo)用戶使用等解釋性功能需求，另一方面是針對用戶所提出的問題，通過結(jié)論性分析和推理求解，提供合理的輔助說明。除此之外，專家系統(tǒng)的解釋機制，還應(yīng)該同時建立合理的推理路徑，同時建立起動態(tài)解釋和靜態(tài)解釋內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，以及記錄好各種推理的解釋信息。

3 結(jié)語

綜上所述，燃氣儀表設(shè)計的系統(tǒng)需求，包括規(guī)則創(chuàng)新、知識庫擴充、系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、可拓展性、并行處理、實時響應(yīng)等方面的內(nèi)容，為滿足這些系統(tǒng)功能和性能需求，在開發(fā)燃氣儀表系統(tǒng)功能時，應(yīng)該對系統(tǒng)的模塊進行合理劃分，并全方位設(shè)計知識庫，在此基礎(chǔ)上進行推理流程優(yōu)化，借助啟發(fā)推理和算法推理的技術(shù)方式，通過求解得出數(shù)據(jù)驅(qū)動、目標驅(qū)動、沖突仲裁等系統(tǒng)控制結(jié)論，以此提高系統(tǒng)操作的效率、安全性等級以及系統(tǒng)設(shè)計能力等。

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