摘 要 文章提出了基于Agent模型的虛擬樣機(jī)部件、虛擬人和工具可交互信息模型和信息交互模式。以STEP標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合Agent模型，提出了智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)（IVMTS）要素信息模型及黑板交互模式。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)；人工智能；Agent；虛擬維修；信息模型；維修訓(xùn)練

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0042-02虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的龐大系統(tǒng)，本質(zhì)上是多維信息空間中更直觀的信息處理環(huán)境。近年來，智能體）（Agent）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR Virtual Reality）是工程仿真和信息技術(shù)領(lǐng)域的兩個(gè)研究熱點(diǎn)。在VR中應(yīng)用Agent技術(shù)，使系統(tǒng)具備信息自處理和決策能力，未來有著廣闊的應(yīng)用前景。已有的研究成果中，Johnson在虛擬現(xiàn)實(shí)VR中引入具有教學(xué)輔助功能的Agent，使得系統(tǒng)能有效地引導(dǎo)受訓(xùn)人員，使訓(xùn)練系統(tǒng)具備了智能決策能

力[1]；Reiguier將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)VR的方法結(jié)合起來，形成了面向?qū)ο蟮腣R方法，該結(jié)構(gòu)允許多個(gè)智能體Agent共享的虛擬環(huán)境，在虛擬現(xiàn)實(shí)情景中相互協(xié)同工作[2]。

虛擬維修及訓(xùn)練[3]技術(shù)是整個(gè)壽命周期內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用過程中的一個(gè)重要方面，是產(chǎn)品CAD信息模型基礎(chǔ)之上虛擬現(xiàn)實(shí)的具體應(yīng)用。在虛擬維修系統(tǒng)中，首先要遵循標(biāo)準(zhǔn)的CAD數(shù)據(jù)模型，STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)國際上通用的“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”，即一種基于面向?qū)ο笏枷敕椒ǖ能浖?shí)施技術(shù)，又是一種產(chǎn)品信息建模技術(shù)。以STEP標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，構(gòu)建虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)是個(gè)優(yōu)先選擇。蘇群星等運(yùn)用Multi-Agent對裝備虛擬維修系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)級模型研究[3]，郭建斌等對基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的RMS信息模型進(jìn)行了研究[4]。本文結(jié)合STEP標(biāo)準(zhǔn)和Agent智能體的思想，提出面向智能虛擬維修訓(xùn)練要素信息模型和要素交互模型，構(gòu)造智能維修要素“智能部件”IP（Intelligence_Part）、“智能人”（Intelligence_Body）、“智能工具”（Intelligence_Tool）模型，并且構(gòu)造智能要素模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造黑板交互模型，為智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)（IVMTS：Intelligent Virtual Maintenance Training System）提供模型支撐。

1 Agent結(jié)構(gòu)

Agent一般稱之為主體，智能體或代理，其特點(diǎn)是具有一定的智能性、靈活性和自治性，非常適合對協(xié)同、復(fù)雜、難預(yù)測問題的求解。依據(jù)決策模式的不同，可以將Agent分為慎思主體（deliberative agent）、反應(yīng)主體（reactive agent）和混合主體（hybridagent）三種類型。由于Agent具有：交互性、自治性、能動性、反應(yīng)性。每個(gè)智能體Agent有著自己的狀態(tài)而且都擁有一個(gè)感知環(huán)境的感知器，Agent自身具有感知系統(tǒng)，獲取并處理外界環(huán)境的信息，信息經(jīng)過解釋之后，通過調(diào)用分析推理模塊進(jìn)行決策，決策信息發(fā)出，可以用于改變自身的內(nèi)部狀態(tài)，執(zhí)行某些動作行為等。于此同時(shí)，每個(gè)Agent也都擁有一個(gè)效應(yīng)器，用來改變環(huán)境的狀態(tài)。

2 IVMTS維修要素信息模型

2.1 需求模型和概念模型

通常虛擬維修系統(tǒng)的維修要素是維修系統(tǒng)的組成要素，主要有：數(shù)字樣機(jī)（Virtual Prototyping， VP）、虛擬人（Virtual Man）、虛擬維修工具（Virtual Tool）和場景組成。針對IVMTS工程應(yīng)用的特點(diǎn)，IVMTS要素信息模型分為四組屬性：幾何裝配屬性、維修工作屬性、維修評價(jià)屬性、部件智能屬性。智能信息模型通過傳統(tǒng)的CAD幾何模型，附加上維修應(yīng)用信息，并結(jié)合智能Agent結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，使其最終成為虛擬維修訓(xùn)練智能信息模型，使其成為一個(gè)具有傳統(tǒng)的幾何信息屬性也有應(yīng)用智能屬性，每個(gè)部件相當(dāng)于一個(gè)Agent，部件、虛擬人和工具間可以進(jìn)行通訊，可以進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，并根據(jù)外部任務(wù)響應(yīng)要求來提供相應(yīng)的需要信息。IP是根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，其信息格式符合STEP的格式。在虛擬維修智能信息模型基礎(chǔ)上，通過智能虛擬維修訓(xùn)練智能仿真，方便的進(jìn)行維修性、工效性、訓(xùn)練效果評價(jià)，以及進(jìn)行更深入的拆裝路徑、拆裝序列的智能優(yōu)化等功能。

2.2 模型詳細(xì)建模

有了概念模型，利用EXPRESS_G語言，定義應(yīng)用對象的名稱、約束、屬性等，最終得到IVMT_Agent邏輯模型及繼承關(guān)系，是智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)（IVMT）信息模型的核心模型。

該功能單元的核心應(yīng)用對象是IVMT_Agent實(shí)體及其繼承IVMT_Part_Agent、IVMT_Body_Agent、IVMT_Tool_Agent實(shí)體。IVMT_Agent是STEP幾何模型和元Agent復(fù)合，元Agent提供基本的Agent架，與Step協(xié)議的幾何數(shù)據(jù)模型構(gòu)造IVMT_Agent，使其具備Agent功能和幾何數(shù)據(jù)的各種屬性及實(shí)體信息，Agent與不同的幾何數(shù)據(jù)結(jié)合（如：部件、人體、工具）分別構(gòu)造不同的繼承對象，分別為部件Agent（IVMT_Part_Agent）、人體Agent（IVMT_Body_Agent）、工具Agent（IVMT_Tool_Agent）以及Assess_Agent等。部件Agent的典型屬性裝配部（Assemble_Part）、操作部（Handle_Part）、失效模式（Failure_Mode）、維修模式（Repair_Mode）等；人體Agent的典型屬性身高（Body_Length）、臂長（Arm_Length）、體態(tài)（Body_Posture）、維修姿態(tài)（Repair_Posture）等；工具Agent的典型屬性有工作部（Work_Part）、操作部（Handle_Part）、工具類型（Tool_Type）、工具狀態(tài)（Tool_Status）等；評價(jià)Agent（Assess_Agent）主要屬性工效性（Ergonomics）、維修性（Maintainability）、可達(dá)性（Accessibility）等。通過元Agent和STEP格式CAD數(shù)據(jù)的再造IVMT_Agent實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)中核心模型框架。endprint

2.3 實(shí)體對象間的智能交互模式

在智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)中，智能零部件IP、智能工具IT和智能維修人體IB模型。根據(jù)具體的作業(yè)任務(wù)和實(shí)體，三類實(shí)體通過Agent黑板通訊模式，匹配合適的工具和人體姿態(tài)。利用基于黑板模型的多Agent智能決策支持，使每個(gè)Agent本身具有自治性，Agent之間可以利用黑板進(jìn)行信息共享，獲取黑板中的信息決定自身行為，智能部件IP在黑板上給出裝配部（Assemble_Part）、操作部（Handle_Part）等幾何信息后，工具Agent和人體Agent協(xié)同完成工具和姿態(tài)的求解。在整個(gè)智能虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)中，也可以完成智能裝配序列規(guī)劃、智能裝配路徑優(yōu)化、智能維修作業(yè)程序優(yōu)化、智能碰撞檢測都能夠自動完成計(jì)算其交互模式。

3 總結(jié)

本文以STEP標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，利用EXPRESS_G語言工具構(gòu)造IP、IB和IT三種Agent模型的智能虛擬維修要素模型，引入智能體Agent在系統(tǒng)中的應(yīng)用，運(yùn)用人工智能的方法實(shí)現(xiàn)虛擬維修訓(xùn)練中的智能交互和虛擬維修系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的智能分析和評價(jià)，還可以在維修要素的智能交互和運(yùn)用知識庫智能評價(jià)方面作更為深入的研究，在此模型基礎(chǔ)上來進(jìn)行智能維修訓(xùn)練的相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，如智能碰撞檢測算法、維修工序優(yōu)化等。

參考文獻(xiàn)

[1]Johnson W L，Ricbel J，Stiles R. Integrating Pedagogical Agents into VE[J].Presence：Teleoperators and Virtual Environments，1998，7（6）：523- 546.

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[3]解璞，蘇群星，谷宏強(qiáng).基于Multi-Agent的武器裝備虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)[J].火力與指揮控制，2007（01）：95-98.

[4]郭健彬，曾聲奎，陳云霞.基于STEP的RMS信息模型研究及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007（06）：1445-1447+1451.

作者簡介

王豐產(chǎn)（1974-），男，河南周口人，副教授，主要從事裝備虛擬設(shè)計(jì)、維修和驗(yàn)證技術(shù)等領(lǐng)域研究。endprint