焊接工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)中的知識(shí)表示與推理

摘要：在焊接工藝中采用專家系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行工藝評(píng)定，可以幫助設(shè)計(jì)人員選擇合適的焊接工藝，從而設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的焊接方案，從根本上確保焊接工程的質(zhì)量。本文簡(jiǎn)述了焊接專家系統(tǒng)的概況，并介紹了專家系統(tǒng)的知識(shí)表示和推理過(guò)程。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；工藝設(shè)計(jì)；知識(shí)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 14-0160-01

焊接工藝是一項(xiàng)對(duì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都要求非常高的熱加工技術(shù)，很容易受施工環(huán)境的影響，因此很難精確量化。專家系統(tǒng)是一種模擬專家解決復(fù)雜問(wèn)題的智能計(jì)算機(jī)程序。將專家系統(tǒng)運(yùn)用于焊接工藝中，可以有效地提高焊接工程的質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，焊接專家系統(tǒng)的研發(fā)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。

一、焊接專家系統(tǒng)的概況

焊接工藝主要依靠積累經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和必要的理論來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，專家系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能非常符合焊接工藝的要求，因而，專家系統(tǒng)可以很好的應(yīng)用于焊接工藝領(lǐng)域。我國(guó)的焊接專家系統(tǒng)始于80年代末，發(fā)展到今天已經(jīng)具有一定的水平，但還不是很成熟，系統(tǒng)的集成化和通信網(wǎng)絡(luò)化正進(jìn)一步加強(qiáng)，開(kāi)發(fā)工具也在不斷地更新，人工智能技術(shù)也在不斷發(fā)展，自動(dòng)獲取知識(shí)的能力也在不斷提高。

二、知識(shí)的組織與表示

（一）知識(shí)的表示方法

專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)在于知識(shí)的組織和表示，知識(shí)表示可以將焊接工藝專家的知識(shí)理論經(jīng)過(guò)分析、整理、加工、解釋并轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。常用的知識(shí)表示法有謂詞邏輯表示法、規(guī)則表示法、框架表示法、過(guò)程表示法和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法等。

謂詞邏輯表示法指的是各種基于邏輯推理的知識(shí)表示方式。邏輯系統(tǒng)是一門(mén)研究以已知事實(shí)出發(fā)，根據(jù)一個(gè)公理系統(tǒng)以及若干推理規(guī)則推導(dǎo)出新事實(shí)的學(xué)科。謂詞邏輯表示法的表達(dá)自然簡(jiǎn)潔、靈活性和模塊性較強(qiáng)，具有很?chē)?yán)格的形式定義，推理比較完備。適用于定理的證明、問(wèn)題答疑以及機(jī)器人學(xué)。但此法的組織性較差，也不便于維護(hù)，不適合用于表達(dá)過(guò)程和啟發(fā)性知識(shí)的表示。并且，推理過(guò)程不容易被理解，推理過(guò)程也較為單調(diào)，容易產(chǎn)生組合型爆炸。

規(guī)則表示法是目前焊接專家系統(tǒng)中最常用的表示方法，采用這種表示法的專家系統(tǒng)被稱之為基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。該方法的表達(dá)比較自然，一致性好，靈活性模塊性也較強(qiáng)，很容易保留動(dòng)作所產(chǎn)生的蹤跡。該法適用于知識(shí)比較松散、無(wú)簡(jiǎn)潔、同一理論的領(lǐng)域。處理過(guò)程可以表示成一組獨(dú)立的操作，便于將知識(shí)及其用法相互分離。但該法的知識(shí)處理效率較低，不適合表示過(guò)程性的知識(shí)。此外，其控制路徑較難追蹤，容易引發(fā)組合爆炸，也不能提供靈敏的解釋。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法是知識(shí)深化的表達(dá)，直觀但易于理解，具有信息索引功能，適合用于需要根據(jù)復(fù)雜的分類(lèi)知識(shí)進(jìn)行推理并且表示事件的性質(zhì)和動(dòng)作之間的關(guān)系的領(lǐng)域。框架表示法的表達(dá)能力也比較強(qiáng)，層次也比較豐富，知識(shí)的組織方式也利于推理，容易實(shí)現(xiàn)默認(rèn)的推理，適合用于表示固定的時(shí)間和狀況，但不易找到適合任何情況的原型，不容易適應(yīng)新的情況。

（二）知識(shí)的分類(lèi)

專家系統(tǒng)的關(guān)鍵就是知識(shí)的獲取及表示方法。一般情況下，焊接專家系統(tǒng)的知識(shí)主要來(lái)自于焊接領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識(shí)以及國(guó)家關(guān)于焊接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。按照計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的表示的難易程度，可以將知識(shí)分為5類(lèi)。

1.事實(shí)性知識(shí)。事實(shí)性知識(shí)指的是專家系統(tǒng)中的對(duì)焊接工藝評(píng)定的報(bào)告知識(shí)。這類(lèi)知識(shí)主要來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)。在專家系統(tǒng)中，事實(shí)性知識(shí)的存放形式主要是Access數(shù)據(jù)庫(kù)，知識(shí)表示方法主要是面向?qū)ο蟮某绦蛘Z(yǔ)言表示法表示。

2.定義性知識(shí)。定義性知識(shí)是一種確定性的知識(shí)，主要指前提明確，并且得出的結(jié)論也相對(duì)明確的知識(shí)。這類(lèi)知識(shí)在專家系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)中運(yùn)用比較頻繁，一般采用的知識(shí)表示方法為面向?qū)ο蠓ā?/p>

3.規(guī)則性知識(shí)。規(guī)則性知識(shí)也是一種確定性比較強(qiáng)的知識(shí)，很容易被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別。規(guī)則性知識(shí)主要來(lái)自于專家們的長(zhǎng)期積累，且經(jīng)實(shí)踐證明是準(zhǔn)確無(wú)誤的。規(guī)則性知識(shí)主要描述兩個(gè)對(duì)象之間的因果關(guān)系，相比于定義性知識(shí)，規(guī)則性知識(shí)要更復(fù)雜一些。

4.過(guò)程性知識(shí)。過(guò)程性知識(shí)主要是將相關(guān)的公式及推理進(jìn)行分類(lèi)和整合，最后組成一個(gè)結(jié)構(gòu)化比較強(qiáng)的系統(tǒng)的知識(shí)模塊。在專家系統(tǒng)中，定義性知識(shí)以及規(guī)則性知識(shí)共同組成了過(guò)程性知識(shí)的內(nèi)部。

5.描述性知識(shí)。描述性知識(shí)一般是指描述起來(lái)比較模糊的知識(shí)，是介于確定性知識(shí)和不確定性知識(shí)之間的一種方法，其結(jié)構(gòu)化比較差，很難直接利用程序進(jìn)行表達(dá)。

三、專家系統(tǒng)的推理過(guò)程

根據(jù)表示表達(dá)方式的不同，可以將專家系統(tǒng)的推理方法分為演繹推理與歸納推理，精確推理與不精確推理，單調(diào)推理與非單調(diào)推理等。專家系統(tǒng)所采取的推理方法通常需要依賴系統(tǒng)的知識(shí)表示模式，只有將知識(shí)的使用方法和知識(shí)的表示方法有機(jī)結(jié)合，才能有效地利用專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)中，知識(shí)的主要表示模式是將對(duì)象和產(chǎn)生方式相互結(jié)合的方法。焊接工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的推理機(jī)制的基礎(chǔ)是推理過(guò)程及基于模塊的推理過(guò)程。在焊接工藝中，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)較多，系統(tǒng)采取了正向推理的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將已知的知識(shí)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)語(yǔ)言，系統(tǒng)再將數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)與規(guī)則相匹配，從而進(jìn)行問(wèn)題的求解。

四、結(jié)束語(yǔ)

焊接專家系統(tǒng)的工藝知識(shí)按其特點(diǎn)可以分為事實(shí)性知識(shí)、定義性知識(shí)、規(guī)則性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)和描述性知識(shí)，不同的知識(shí)類(lèi)型有不同的表達(dá)方式。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆绞綄⒑附庸に嚨闹R(shí)、規(guī)則等分類(lèi)儲(chǔ)存在相應(yīng)的類(lèi)中，以供程序調(diào)用。系統(tǒng)的知識(shí)組成層次分明，相應(yīng)的表示方法也比較合理，同時(shí)，系統(tǒng)將焊接領(lǐng)域各類(lèi)知識(shí)的表示方式相互結(jié)合，提高了專家系統(tǒng)的工作效率。

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