焊接專家系統的實現與應用

李文 張志毅 齊維闖 汪認

焊接專家系統的實現與應用

李文 張志毅 齊維闖 汪認

（中車青島四方機車車輛股份有限公司 266111）

本文介紹了焊接專家系統的實現方法，該系統包括基礎數據，工藝評定，焊工管理，試件管理和用戶管理模塊，可應用手持終端進行焊工培訓和考試。

焊接；專家系統；手持終端

引言

專家系統ES（Expert System）是一個具有大量專門知識與經驗的計算機程序系統，是人工智能研究領域的一個重要分支，旨在應用知識與人工智能技術通過推理和判斷來解決需要專家經驗知識才能解決的復雜問題[1]。ES具有啟發性、透明性和靈活性的特點，工作不受時間、空間和環境的影響；能夠長期高效工作且能夠解決單個人類專家無法解決的復雜問題。因此專家系統自誕生以來一直是人工智能領域研究和應用的熱點[2～3]。

焊接是一門難以精確量化的熱加工技術，工藝過程復雜，需要一定的理論知識積累輔以大量的實際經驗才能解決實際問題，十分適合采用ES 技術[4～5]。

本文基于某機車車輛企業對焊接專家系統的需求，提出了一個可應用于手持終端的數字化管理系統，該專家系統由基礎數據、工藝評定、焊工管理、試件管理、用戶管理等模塊組成，可以進行焊工培訓和考試，并采用統一管理界面對相關人員進行管理，提供統一接口與已有系統對接。該計算機系統將專家系統理論成功應用于工業實踐，簡化了管理流程，提高了生產效率，取得了良好的應用效果。

1 焊接專家系統的實現

1.1 焊接專家系統

焊接專家系統以專家系統技術為基礎實現焊接流程相關操作，若要實現焊接專家系統，需要構建數據庫、推理機、人機界面輸入/輸出等模塊，還需構建存放專家知識的知識庫環節，而知識庫本質上是可以隨專家知識更新的數據庫。因此，構建合適的系統架構，實現數據庫和知識庫兩個數據庫的信息存儲和更新功能以及兩者與推理機的信息交換功能，并在此基礎上搭建合適的人機交互界面，是實現該焊接專家系統需要完成的主要內容。

1.2 專家系統需求

1.2.1 系統結構

為滿足工廠實際需要，本系統采用B/S結構，用戶工作界面可以通過瀏覽器來實現，可以簡化系統開發維護的成本和工作量，簡化客戶端電腦載荷同時還可支持移動終端設備。

1.2.2 瀏覽器

為了滿足工廠內部及所有相關人員的適用需求，該系統需支持主流瀏覽器，包括IE9+，Firefox和Chrome。

1.2.3 響應速度

系統響應速度應不大于5s，保證使用的流暢性與連貫性。

1.2.4 擴展性

系統應具有良好的擴展性，提供軟件級別的垂直擴展和水平擴展兩種方式。

1.2.5 數據傳輸格式

為與已有其他系統進行借口，本系統接口需要支持WebService或JSON兩種數據格式傳輸。

1.3 專家系統開發環境

本專家系統的開發環境如表1所示。

表1 專家系統開發環境

1.4 設計思想

為滿足上述系統需求，本系統的架構方案設計原理包括：分層架構、領域驅動設計和面向對象分析與設計原理，采用多層（L-Layer）邏輯架構實現系統，可以有效降低系統開發的復雜度，并在設計、開發、測試、部署及維護等各個環節帶來高可用性、高擴展性等正面效應。系統分為表示層、業務層、系統服務層和系統層等四層。表示層由瀏覽器構成，與業務層進行數據通訊，業務層包括基礎數據，工藝評定，用戶管理，焊工管理和試件管理等模塊，與系統服務層進行通訊，系統服務層包含安全認證，事務管理，日志管理，緩存管理和ORM組件等模塊，并與系統層進行通訊，系統層包括操作系統本身，和Web服務，數據庫，數據集成等模塊。

1.5 架構方案及其實現

為實現表示層（瀏覽器）與系統層的通訊，系統采用JSP（view）技術實現，可以實現嚴格的MVC分離，語法簡單。采用SpringMVC實現控制層相關功能，該技術是相似技術中最具前景的，具有明顯性能優勢，可實現零配置，開發效率高。在系統服務層中，利用Hibernate技術建立對象模型，在多表和復雜查詢下，可以實現技術優化，后期維護或重構也很方便。系統層的數據庫部分采用MySQL技術，應用廣泛，技術成熟，性能穩定，符合實際應用中對系統穩定性的需要。

2 系統性能

2.1 安全性

（1）保證數據不被非法入侵者破壞和盜用，并保證數據的一致性；需要對關鍵數據進行加密處理；

（2）提供對系統各模塊的監控手段，添加必要的日志記錄與分析；

（3）系統在設計上充分考慮冗余和備份，保證系統數據的安全性、可靠性和數據傳輸的服務質量。具有完善的數據備份及恢復機制。

2.2 性能

（1）保證數據不被非法入侵者破壞和盜用，并保證數據的一致性；需要對關鍵數據進行加密處理；

（2）提供對系統各模塊的監控手段，添加必要的日志記錄與分析；

（3）系統在設計上充分考慮冗余和備份，保證系統數據的安全性、可靠性和數據傳輸的服務質量。具有完善的數據備份及恢復機制。

2.3 可靠性

（1）系統需要每天24h每周7d不間斷運行；

（2）平均故障間隔時間3個月以上，可靠性需要達到99.9%。

3 結論

焊接專家系統系統是采用先進的信息技術，將手持終端與服務器結合的數字化系統，是實現工廠自動化的重要手段。系統根據焊接領域知識特點，通過推理機結合焊接工藝設計及焊接性分析的基本思想，可以實現專家級水準的焊接質量。系統按照模塊設計，并采用統一的管理界面對數據進行管理，提供統一接口與現有系統對接，方便實用，便于企業進行生產改造，提高了管理效率。系統結合實際生產情況，滿足了機車公司對于焊接專家及數據庫系統的需求。

[1]馬玉剛，石運偉，王宗杰.國外焊接專家系統的發展.沈陽工業大學學報，1997，19（4）：103～106.

[2]彭金寧，陳丙森.焊接專家系統在我國的發展.焊接，1993，11，2～4.

[3]葛玉華，霍立興，張玉鳳.焊接專家系統的應用及發展.焊接技術，2000，29（2）：41～43.

[4]付榮華，康慧，曲平.焊接專家系統的應用現狀及發展.熱加工工藝，2006，35（3）：53～57.

[5]康慧，付榮華，曲 平.焊接專家系統設計及開發技術，電焊機，2007，37（8）：17～20.

TC409

A

1004-7344（2016）33-0262-02

2016-11-2