李文 張志毅 齊維闖 汪認(rèn)

焊接專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

李文 張志毅 齊維闖 汪認(rèn)

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 266111）

本文介紹了焊接專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，工藝評(píng)定，焊工管理，試件管理和用戶管理模塊，可應(yīng)用手持終端進(jìn)行焊工培訓(xùn)和考試。

焊接；專家系統(tǒng)；手持終端

引言

專家系統(tǒng)ES（Expert System）是一個(gè)具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，是人工智能研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，旨在應(yīng)用知識(shí)與人工智能技術(shù)通過推理和判斷來解決需要專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)才能解決的復(fù)雜問題[1]。ES具有啟發(fā)性、透明性和靈活性的特點(diǎn)，工作不受時(shí)間、空間和環(huán)境的影響；能夠長(zhǎng)期高效工作且能夠解決單個(gè)人類專家無法解決的復(fù)雜問題。因此專家系統(tǒng)自誕生以來一直是人工智能領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)[2～3]。

焊接是一門難以精確量化的熱加工技術(shù)，工藝過程復(fù)雜，需要一定的理論知識(shí)積累輔以大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)才能解決實(shí)際問題，十分適合采用ES 技術(shù)[4～5]。

本文基于某機(jī)車車輛企業(yè)對(duì)焊接專家系統(tǒng)的需求，提出了一個(gè)可應(yīng)用于手持終端的數(shù)字化管理系統(tǒng)，該專家系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工藝評(píng)定、焊工管理、試件管理、用戶管理等模塊組成，可以進(jìn)行焊工培訓(xùn)和考試，并采用統(tǒng)一管理界面對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行管理，提供統(tǒng)一接口與已有系統(tǒng)對(duì)接。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將專家系統(tǒng)理論成功應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐，簡(jiǎn)化了管理流程，提高了生產(chǎn)效率，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 焊接專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.1 焊接專家系統(tǒng)

焊接專家系統(tǒng)以專家系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)焊接流程相關(guān)操作，若要實(shí)現(xiàn)焊接專家系統(tǒng)，需要構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)界面輸入/輸出等模塊，還需構(gòu)建存放專家知識(shí)的知識(shí)庫(kù)環(huán)節(jié)，而知識(shí)庫(kù)本質(zhì)上是可以隨專家知識(shí)更新的數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，構(gòu)建合適的系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息存儲(chǔ)和更新功能以及兩者與推理機(jī)的信息交換功能，并在此基礎(chǔ)上搭建合適的人機(jī)交互界面，是實(shí)現(xiàn)該焊接專家系統(tǒng)需要完成的主要內(nèi)容。

1.2 專家系統(tǒng)需求

1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為滿足工廠實(shí)際需要，本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶工作界面可以通過瀏覽器來實(shí)現(xiàn)，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)的成本和工作量，簡(jiǎn)化客戶端電腦載荷同時(shí)還可支持移動(dòng)終端設(shè)備。

1.2.2 瀏覽器

為了滿足工廠內(nèi)部及所有相關(guān)人員的適用需求，該系統(tǒng)需支持主流瀏覽器，包括IE9+，F(xiàn)irefox和Chrome。

1.2.3 響應(yīng)速度

系統(tǒng)響應(yīng)速度應(yīng)不大于5s，保證使用的流暢性與連貫性。

1.2.4 擴(kuò)展性

系統(tǒng)應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，提供軟件級(jí)別的垂直擴(kuò)展和水平擴(kuò)展兩種方式。

1.2.5 數(shù)據(jù)傳輸格式

為與已有其他系統(tǒng)進(jìn)行借口，本系統(tǒng)接口需要支持WebService或JSON兩種數(shù)據(jù)格式傳輸。

1.3 專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本專家系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境如表1所示。

表1 專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

1.4 設(shè)計(jì)思想

為滿足上述系統(tǒng)需求，本系統(tǒng)的架構(gòu)方案設(shè)計(jì)原理包括：分層架構(gòu)、領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)原理，采用多層（L-Layer）邏輯架構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，可以有效降低系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度，并在設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試、部署及維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)帶來高可用性、高擴(kuò)展性等正面效應(yīng)。系統(tǒng)分為表示層、業(yè)務(wù)層、系統(tǒng)服務(wù)層和系統(tǒng)層等四層。表示層由瀏覽器構(gòu)成，與業(yè)務(wù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，業(yè)務(wù)層包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，工藝評(píng)定，用戶管理，焊工管理和試件管理等模塊，與系統(tǒng)服務(wù)層進(jìn)行通訊，系統(tǒng)服務(wù)層包含安全認(rèn)證，事務(wù)管理，日志管理，緩存管理和ORM組件等模塊，并與系統(tǒng)層進(jìn)行通訊，系統(tǒng)層包括操作系統(tǒng)本身，和Web服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)集成等模塊。

1.5 架構(gòu)方案及其實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)表示層（瀏覽器）與系統(tǒng)層的通訊，系統(tǒng)采用JSP（view）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的MVC分離，語(yǔ)法簡(jiǎn)單。采用SpringMVC實(shí)現(xiàn)控制層相關(guān)功能，該技術(shù)是相似技術(shù)中最具前景的，具有明顯性能優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)零配置，開發(fā)效率高。在系統(tǒng)服務(wù)層中，利用Hibernate技術(shù)建立對(duì)象模型，在多表和復(fù)雜查詢下，可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化，后期維護(hù)或重構(gòu)也很方便。系統(tǒng)層的數(shù)據(jù)庫(kù)部分采用MySQL技術(shù)，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，符合實(shí)際應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的需要。

2 系統(tǒng)性能

2.1 安全性

（1）保證數(shù)據(jù)不被非法入侵者破壞和盜用，并保證數(shù)據(jù)的一致性；需要對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理；

（2）提供對(duì)系統(tǒng)各模塊的監(jiān)控手段，添加必要的日志記錄與分析；

（3）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分考慮冗余和備份，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。具有完善的數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)機(jī)制。

2.2 性能

（1）保證數(shù)據(jù)不被非法入侵者破壞和盜用，并保證數(shù)據(jù)的一致性；需要對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理；

（2）提供對(duì)系統(tǒng)各模塊的監(jiān)控手段，添加必要的日志記錄與分析；

（3）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分考慮冗余和備份，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。具有完善的數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)機(jī)制。

2.3 可靠性

（1）系統(tǒng)需要每天24h每周7d不間斷運(yùn)行；

（2）平均故障間隔時(shí)間3個(gè)月以上，可靠性需要達(dá)到99.9%。

3 結(jié)論

焊接專家系統(tǒng)系統(tǒng)是采用先進(jìn)的信息技術(shù)，將手持終端與服務(wù)器結(jié)合的數(shù)字化系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的重要手段。系統(tǒng)根據(jù)焊接領(lǐng)域知識(shí)特點(diǎn)，通過推理機(jī)結(jié)合焊接工藝設(shè)計(jì)及焊接性分析的基本思想，可以實(shí)現(xiàn)專家級(jí)水準(zhǔn)的焊接質(zhì)量。系統(tǒng)按照模塊設(shè)計(jì)，并采用統(tǒng)一的管理界面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供統(tǒng)一接口與現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)接，方便實(shí)用，便于企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)改造，提高了管理效率。系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，滿足了機(jī)車公司對(duì)于焊接專家及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的需求。

[1]馬玉剛，石運(yùn)偉，王宗杰.國(guó)外焊接專家系統(tǒng)的發(fā)展.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，19（4）：103～106.

[2]彭金寧，陳丙森.焊接專家系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展.焊接，1993，11，2～4.

[3]葛玉華，霍立興，張玉鳳.焊接專家系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展.焊接技術(shù)，2000，29（2）：41～43.

[4]付榮華，康慧，曲平.焊接專家系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展.熱加工工藝，2006，35（3）：53～57.

[5]康慧，付榮華，曲 平.焊接專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)技術(shù)，電焊機(jī)，2007，37（8）：17～20.

TC409

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1004-7344（2016）33-0262-02

2016-11-2