焊接工藝設計專家系統中的知識表示與推理

摘要：在焊接工藝中采用專家系統知識進行工藝評定，可以幫助設計人員選擇合適的焊接工藝，從而設計出科學合理的焊接方案，從根本上確保焊接工程的質量。本文簡述了焊接專家系統的概況，并介紹了專家系統的知識表示和推理過程。

關鍵詞：專家系統；工藝設計；知識庫

中圖分類號：TG44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 14-0160-01

焊接工藝是一項對技術和經驗都要求非常高的熱加工技術，很容易受施工環境的影響，因此很難精確量化。專家系統是一種模擬專家解決復雜問題的智能計算機程序。將專家系統運用于焊接工藝中，可以有效地提高焊接工程的質量。隨著計算機技術和信息技術的高速發展，焊接專家系統的研發也進入了快速發展的階段。

一、焊接專家系統的概況

焊接工藝主要依靠積累經驗知識和必要的理論來解決實際問題，專家系統的特點和功能非常符合焊接工藝的要求，因而，專家系統可以很好的應用于焊接工藝領域。我國的焊接專家系統始于80年代末，發展到今天已經具有一定的水平，但還不是很成熟，系統的集成化和通信網絡化正進一步加強，開發工具也在不斷地更新，人工智能技術也在不斷發展，自動獲取知識的能力也在不斷提高。

二、知識的組織與表示

（一）知識的表示方法

專家系統的基礎在于知識的組織和表示，知識表示可以將焊接工藝專家的知識理論經過分析、整理、加工、解釋并轉換成為計算機語言。常用的知識表示法有謂詞邏輯表示法、規則表示法、框架表示法、過程表示法和語義網絡表示法等。

謂詞邏輯表示法指的是各種基于邏輯推理的知識表示方式。邏輯系統是一門研究以已知事實出發，根據一個公理系統以及若干推理規則推導出新事實的學科。謂詞邏輯表示法的表達自然簡潔、靈活性和模塊性較強，具有很嚴格的形式定義，推理比較完備。適用于定理的證明、問題答疑以及機器人學。但此法的組織性較差，也不便于維護，不適合用于表達過程和啟發性知識的表示。并且，推理過程不容易被理解，推理過程也較為單調，容易產生組合型爆炸。

規則表示法是目前焊接專家系統中最常用的表示方法，采用這種表示法的專家系統被稱之為基于規則的專家系統。該方法的表達比較自然，一致性好，靈活性模塊性也較強，很容易保留動作所產生的蹤跡。該法適用于知識比較松散、無簡潔、同一理論的領域。處理過程可以表示成一組獨立的操作，便于將知識及其用法相互分離。但該法的知識處理效率較低，不適合表示過程性的知識。此外，其控制路徑較難追蹤，容易引發組合爆炸，也不能提供靈敏的解釋。

語義網絡表示法是知識深化的表達，直觀但易于理解，具有信息索引功能，適合用于需要根據復雜的分類知識進行推理并且表示事件的性質和動作之間的關系的領域。框架表示法的表達能力也比較強，層次也比較豐富，知識的組織方式也利于推理，容易實現默認的推理，適合用于表示固定的時間和狀況，但不易找到適合任何情況的原型，不容易適應新的情況。

（二）知識的分類

專家系統的關鍵就是知識的獲取及表示方法。一般情況下，焊接專家系統的知識主要來自于焊接領域內的專業知識以及國家關于焊接的相關標準。按照計算機語言的表示的難易程度，可以將知識分為5類。

1.事實性知識。事實性知識指的是專家系統中的對焊接工藝評定的報告知識。這類知識主要來源于實際生產。在專家系統中，事實性知識的存放形式主要是Access數據庫，知識表示方法主要是面向對象的程序語言表示法表示。

2.定義性知識。定義性知識是一種確定性的知識，主要指前提明確，并且得出的結論也相對明確的知識。這類知識在專家系統的模塊設計中運用比較頻繁，一般采用的知識表示方法為面向對象法。

3.規則性知識。規則性知識也是一種確定性比較強的知識，很容易被計算機系統識別。規則性知識主要來自于專家們的長期積累，且經實踐證明是準確無誤的。規則性知識主要描述兩個對象之間的因果關系，相比于定義性知識，規則性知識要更復雜一些。

4.過程性知識。過程性知識主要是將相關的公式及推理進行分類和整合，最后組成一個結構化比較強的系統的知識模塊。在專家系統中，定義性知識以及規則性知識共同組成了過程性知識的內部。

5.描述性知識。描述性知識一般是指描述起來比較模糊的知識，是介于確定性知識和不確定性知識之間的一種方法，其結構化比較差，很難直接利用程序進行表達。

例如，對于一些工藝事實，如合金的種類、母材的牌號等，這些常識性知識都是靜態的，比較適合采用謂詞邏輯表示法表示，一般形式為：

P（X1，…，Xn）

其中，P代表謂詞符號，X1-Xn是指P描述的對象。

例如，母材的相關知識的表示可以用如下方式：

mucai（牌號，種類，厚度）

mucai（mcph=“GH3039”，mczl=“合金”，mchd=“4mm”）。

三、專家系統的推理過程

根據表示表達方式的不同，可以將專家系統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，單調推理與非單調推理等。專家系統所采取的推理方法通常需要依賴系統的知識表示模式，只有將知識的使用方法和知識的表示方法有機結合，才能有效地利用專家系統。專家系統中，知識的主要表示模式是將對象和產生方式相互結合的方法。焊接工藝設計專家系統的推理機制的基礎是推理過程及基于模塊的推理過程。在焊接工藝中，相關設計參數較多，系統采取了正向推理的方法進行設計，將已知的知識轉換成為計算機系統語言，系統再將數據庫中的知識與規則相匹配，從而進行問題的求解。

四、結束語

焊接專家系統的工藝知識按其特點可以分為事實性知識、定義性知識、規則性知識、過程性知識和描述性知識，不同的知識類型有不同的表達方式。系統采用面向對象的方式將焊接工藝的知識、規則等分類儲存在相應的類中，以供程序調用。系統的知識組成層次分明，相應的表示方法也比較合理，同時，系統將焊接領域各類知識的表示方式相互結合，提高了專家系統的工作效率。

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