燃氣儀表設計的系統需求分析和功能開發建議

段 鋼

（天津新科成套儀表有限公司，天津300385）

1 燃氣儀表設計的系統需求分析

燃氣儀表設計的系統需求分為系統功能需求和系統性能需求2個部分，這些需求將綜合體現為系統的具體功能。

1.1 系統功能需求

燃氣儀表系統功能需求，是在相應規則條件的基礎上，借助啟發推理和算法推理的技術方式，通過求解得出數據驅動、目標驅動、沖突仲裁等系統控制結論。具體如下：（1）規則創新。燃氣儀表系統的創新設計包括計算、存儲、通信等在內的設計目標，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性能和功耗等，在評價規則的范圍內提供多項設計方案作為參考，以控制設計失誤的情況出現。（2）知識庫擴充。燃氣儀表系統開發技術日新月異，包括元器件、軟硬件等在內的技術層出不窮，為此系統的知識庫系統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上，兼容系統中新添加的知識和實現知識庫新舊版本之間轉換的無縫化。（3）系統自學習。系統使用過程中所形成的反饋信息，是燃氣儀表系統知識庫更新的依據，而為了提高自動更新效果，系統將通過分類管理支持系統的自學習功能，以便更加人性化地引導燃氣儀表系統設計，加速提高系統設計能力。

1.2 系統性能需求

至于燃氣儀表系統性能設計，體現在可拓展性、并行處理、實時響應幾個方面：（1）可拓展。燃氣儀表系統所設置的中心服務器，設計了結構網絡，以便在系統性能更新后，能夠以較強的可拓展性表現，縮短系統維護時間，并支持多個用戶同時在線操作。（2）并行處理。燃氣儀表系統所對應的數據庫，其性能的安全等級在自學習時可能會出現沖突檢測以及緩沖處理異常，因此系統在維護數據庫時，應該保證并行處理系統性能的正常，提高系統的安全性等級。（3）實時響應。燃氣儀表系統的實時響應離不開系統推理過程中前序參數的合理設置，而為了提高系統操作的效率，在推理運算時，應該盡量縮短響應時間。

2 燃氣儀表功能開發建議

基于燃氣儀表系統的功能需求和性能需求，在開發燃氣儀表系統功能時，應該對系統的模塊進行合理劃分，并全方位設計知識庫，在此基礎上進行推理流程優化，以進一步提高燃氣儀表的功能水平。

2.1 模塊劃分

由于系統推理既可基于模型，亦可基于規則，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。為了保證系統邏輯形成的正常性，系統應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，在工作區利用推理機推斷物理模塊構成，進而更新數據庫的內容。其中所要開發的模塊包括用戶接口模塊、工作區模塊、知識庫模塊、推理機模塊，分別用于交互用戶、臨時數據存儲、表示邏輯組成詳細知識、獲得推理狀態并提交推理結果。

2.2 知識庫設計

關于知識庫的設計，目的是獲取、表達、處理燃氣儀表系統的知識，在整個系統的功能設計當中處于核心地位，分為模塊庫和元器件設計、儀表模型庫和規則庫設計、系統硬件資源匹配推理機制設計3個部分。具體如下：（1）數據庫和元器件設計。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、輸出位數、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，輸入通道數和輸出通道數分別為2條和4條，其中輸出方式為4～20 mA。至于元器件的更換，同樣需要根據具體型號，確定該型號燃氣儀表元器件在引腳數、封裝形式、尺寸、供電電壓、功耗、安裝方式、使用溫度范圍、價格、外設資源等方面的具體情況。（2）儀表模型庫和規則庫設計。儀表模型庫需要體現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分，同時也是模塊組織類型確定的依據。而規則庫設計要求同步滿足信號輸入輸出、數據位數輸入輸出、電壓輸入輸出、電流輸入輸出等功能條件，進而分類設計規則庫。（3）系統硬件資源匹配推理機制。在技術層面上，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等，均涉及系統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，在建立專家系統時，應該分別按照模擬接口、通用I／O端口、數據總線、地址總線、控制總線、串行外設接口總線、雙線串行總線、USB接口、以太網絡接口、外部終端接口、定時器、計數器、時鐘輸出接口、復位控制線、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，系統硬件資源匹配推理機制的設計，還應該根據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 推理流程優化

燃氣儀表功能開發的適用與否，還應該根據模塊的需求描述結果，挑選匹配的備選子集，從模塊的個性化描述當中完成系統的整個推理。系統的推理流程優化分為3個步驟：（1）結果分析。在應用需求輸入之后，專家系統啟動推理機制，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，以便對系統的局部模塊進行重新設計或者調整。（2）模塊增加。為了進一步強化燃氣儀表系統的功能，可適當引入性能指標更高的芯片技術，必要時重新設計系統現有的模塊。其中重新設計的模塊，要求利用專家系統全方位調試，確定增加模塊與系統整體性的兼容表現，如有排斥，則需要進行調整。（3）解釋機制。解釋機制是推理流程優化的重要輔助補充形式，一方面是從不同視角滿足系統調試知識庫、測試專家系統、引導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，專家系統的解釋機制，還應該同時建立合理的推理路徑，同時建立起動態解釋和靜態解釋內容之間的關聯性，以及記錄好各種推理的解釋信息。

3 結語

綜上所述，燃氣儀表設計的系統需求，包括規則創新、知識庫擴充、系統自學習、可拓展性、并行處理、實時響應等方面的內容，為滿足這些系統功能和性能需求，在開發燃氣儀表系統功能時，應該對系統的模塊進行合理劃分，并全方位設計知識庫，在此基礎上進行推理流程優化，借助啟發推理和算法推理的技術方式，通過求解得出數據驅動、目標驅動、沖突仲裁等系統控制結論，以此提高系統操作的效率、安全性等級以及系統設計能力等。

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