An investigation of an expert system for hydraulic译文

一项关于专家系统用于液压回路设计与学习的调查

Zone-Ching Lin & Chi-Chih Shen

Department of Mechnical Engineering, National Taiwan Institute of Technology, 43, Keelung Rd, Section 4, Taipei,

Taiwan 10772

(Received 22 December 1993; revised version received 30 June 1994; accepted 10 November 1994)

摘要

本文研究的主要目的是研究使用专家系统在机床液压回路的设计(如钻井机、铣床、磨床等), 以及在个人计算机上使用专家系统设计液压回路的可能性。在设计液压回路时,专家系统的结构功能是执行定性推理和分析数据,这不仅能带来效率,同时引用常见的程序(如FORTRAN)来执行定量数据的计算。最后，使用Auto CAD制图软件将在液压回路设计的草图设计过程中的推断成果展示在计算机屏幕上。

此外,液压回路设计的基本学习机制是成熟的。如果用户不满意所推断的结果或系统失败没有推断出任何结果,此系统则设计了一个模型对数据进行采集并自动邀请用户输入一组数据但是此用户必须是一位专家,能够不断的调整数据,甚至删除不必要或矛盾的数据。然后自动的将数据按可接受的规则进行翻译并用于专家系统的进一步推断。系统通过不断学习直到输出用户满意的结果。

关键词:专家系统,液压回路的设计，学习。

介绍

液压装置在现代生产中有广泛的应用。它们可以极大地合理的促进各种设备和现代化的设备的生产。液压系统在工业上的应用是非常受欢迎的,因此,液压回路的设计是非常重要的。一个成功的液压回路设计者不仅必须具备基本的理论知识,而且要拥有一定的技术经验积累。一个优秀的液压回路的设计是非常困难的。因此,在改进液压回路的设计技术中如何使用计算机利用专家系统对液压回路进行自动化设计是一个重要的目标。

由于当前的CAD系统的广泛应用和相关软件技术的发展,许多液压应用系统的零件在设计和制造过程中能够成熟的使用CAD和CAE技术。例如,Trinkel通过计算机辅助设计和制图(CADD)设计了由超过700个符号与符号的程序集组成的流体力学系统制图程序,它能够更快的完成制图的起草。Kinoglu利用集成方法设计和分析了一个液压系统。Flippo成功地使用Sharp EL512计算器高效地设计了一个空气水压蓄能器。Orthwem成功快速的估计了恒定或可调节的制动力矩的制动时间和转矩。Korane成功的在设计液压回路中使用个人计算机上对液压系统进行模拟仿真。Vukobratovic使用完整的数学模型来执行计算机辅助选择机器人的电-液伺服系统操纵。 Ayrer设计了一套全新的计算机辅助设计和分析软件(CADA),它在一定的加载环境下可以提供更多的详细的操作数据。这令操作更加可靠,降低了研究和发展的成本,缩短设计时间。

很明显,上述研究包括常见的接近于利用计算机辅助设计进行液压回路的设计。但是,这项课题是一项尝试研究机床液压回路设计的专家系统。这种系统也

结合人工智能机器学习这种新兴的研究方向。

一个专家系统为了工程设计必须具备以下功能:

⑴具有与设计相关的判断和决策能力。

⑵分析和计算的应用程序。

⑶有为设计目的提供数据的能力。

⑷制图能力。

除了这些,专家系统在未来必须具备一定的学习能力。因此,通过有关液压回

路设计的学习模型的成熟研究来满足未来的需要。本研究则关注这些要求，并使

用应用程序设计液压装置的规格,此应用程序必须考虑液压装置的数值计算和输

出处理。它同时也结合专家系统知识库来达到一定的判断和决定，并通过Auto

CAD来得到产品的组装草图和零件图。

如果输出结果不满意,然后学习程序立刻开始学习以提高有关基础知识的能

力。整个系统的安排如图1显示。一般而言,本研究的最终目的是设计一个智能的

液压回路设计专家系统,有别于传统的专家系统。

图1.系统安排

利用专家系统的液压回路设计

在整个系统的安排,显示在图1,操作有学习、计算、修改知识库和咨询控制

的人机界面。通过人机界面将推断成果转化成表格图形。图2显示的是整个系统

的使用流程图。在系统启动后,显示一个可以选择的咨询界面, 用户可以对知识

库、修改、积累或终止使用进行处理。还有过程的定量计算与定性推理的咨询。

如果所推断的结果不满意,学习的程序则可以立即执行。专家系统主要是由一种

构造机制(推理机)、知识基础与应用程序所构成。作为解释如下：

可供选择的构建机制

为方便在PC上运行,该系统采用的推理机用Turbo PASCAL Micro Expert编

写。PASCAL是一种很普遍的语言,大多数用户都熟悉,可以随时更新合适的功能。

此外,其主要优点是容易翻译,有需要的递归函数。

图2.系统流程图

这种知识由 Micro Expert提供，它是一种基于规则的知识表示结构。知识库的概要是在某一领域以规则的形式显示问题和知识。换句话说,关键的设计在于在基于规则的专家系统中采用通过生产规则来显示事实,内容和行动的知识库。在这里,行动是指建立在假设事实的前提下通过专家知识经验来判断或推理的。通过人机对话, 以建立在用户提供的数据基础来控制模型的选择,援引和执行,并以推导出结果为目标。Micro Expert采用反向链接推理。这个方法有时被称为“目标驱动推理”，这是因为它是通过求解一系列子目标来得到结论。这些子目标一开始就被搜寻,同时系统向用户提出问题。

知识库的模块化构建

知识和程序的结合能够解决困难和复杂的问题。最简单的方法是处理所有的知识并转化为规则,然后让系统采用这些规则来达到讲一种状态转换的目的。然而,下面则是可能遇到的缺点:

⑴增设的新规则可以很容易的干扰已经存在的规则。

⑵每一个阶段都要考虑所有的规则,大大降低了解决问题的效率。

⑶这个解决方案和形式适用于某一部分问题但并不一定适用于另一个部分。

一个更好的方法是把原问题分解为一组相当独立的单位,使用模块化技术设计系统。此外,由于该系统的目的是构建设计,有一定的程序设计工作。因此,结合控制的概念可以应用在来解决实现知识库模块化的设计阶段特点的设计问题。一个大型知识库可以被拆散成模块化的子系统的集合, 主题是每一个涉及到设