基于CBR的损伤评估系统研究
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( D ep t. of Equip ment Command and M anagement, Ordnance Engineering A cademy , Shij iaz huang 050003 , China)
Abstract: In the study of CBR-based battlefield damage assessment, the attributes of t he dam age assessment case are determined, the case is represented, and the case retrieval mechanism is set up. Based on the above study, the assessment process based on CBR is described first, then the system model is set up w ith unified m odeling language ( U ML) and described w it h ROSE. Finally the case base is set up and the prototype of the system is developed and analyzed. It is proved t hat CBR can be applied in the field of battlefield damage assessment, and the CBR-based damage assessment system can be developed based on the prototype system, on w hich the damage assessment can be implemented rapidly and correctly.
由 Rational Softw are 公司的 ROSE 是最理想的图形化 UML 辅助建模工具[ 4] 。它功能强大, 可以帮助系统设计人 员在短时期 内快速建 立 系统 的柔 性 信息 模型 和 运行 框架 , 从而为后 期的开发奠 定基础。
需求描 述就是说 明系统需要 做什么。 需求描 述不 仅是
2005 年 10 月 第 27 卷 第 10 期
文章编号: 1001-506X( 2005) 10- 1771- 05
系统工 程与电子技 术 Systems Engineering and Electronics
Oct. 2005 Vol. 27 No. 10
基于 CBR 的损伤评估系统研究
王润生, 贾希胜, 王润泉
( 军械工程学院装备指挥与管理系, 河北 石家庄 050003)
摘 要: 在基于案例的战场损伤评估研究中, 提取了案例属性, 进行了案例表示, 确定了案例检索机制。在此
基础上, 描述了基于 CBR 的评估过程, 采用统一建模语言进行了系统分析建模, 并用 ROSE 工具进行描述。在建
立了战场损伤评估案例库的基础上, 开发了系统原型并进行了分析。分析表明, 利用 CBR 思想来处理损伤评估
2005 年
价, 给出问题案例的解决方案。 ( 4) 案例学习过程 随着新案例不断增加, 如果不采
取适当的措施, 则会使案例库变得十分庞大, 其推理效率也 会受到影响。为了将案例库控制在一定规模内, 必须对加 入到案例库 中的案例 进行学习。
基于 CBR 的评估过程如图 1 所示。
模型类别 用例模型 静态模型 行为模型 交互模型 实现模型
开发的基础, 也是衡量最终系统是否满足用户需要的依据。 采用 UML 描述系统需求, 最常用的是用例模型。用例模 型由系统的内部功能( 用例) 、外部环境( 角色) 、以及两者之 间的关系( 用例图) 组成, 它描述了角色与用例之间的关系。 需求描述由完整的用例模型和活动图两部分构成, 以下重 点分析用 例图。
收稿日期: 2004- 08- 27; 修回日期: 2004- 12- 28。 基金项目: 总装备部/ 十五0 维修预研基金资助课题 作者简介: 王润生( 1969- ) , 女, 讲师, 博士, 主要研究方向为战场抢修。E-mail: w rs69@ sohu. com
# 1772 #
系统工 程与电子技 术
领域问题是科学可行的, 在此原型系统基础上可以开发损伤评估案例系统, 实现正确、快速的损伤评估。
关键词: 损伤评估; 统一建模语言; CBR
中图分类号: TP31
文献标识码: A
Research of the CBR-based damage assessment system
WANG Run- sheng, JIA X-i sheng, WANG Run-பைடு நூலகம்quan
表 1 UML 建模体系 模型图种类 用例图
类图, 对象图, 包 状态图, 活动图 顺序图, 合作图 构件图, 配置图
建模机制分类 静态建模 静态建模 动态建模 动态建模 静态建模
图 1 损伤评估的 C BR 过程
2. 2 系统分析建模 由于损伤评估往往恶劣及复杂环境下进行, 其相关软件
必须是一种高可靠的软件。因此, 进行基于 CBR 的损伤评估 系统设计时如何进行有效的质量控制是非常重要的。为了保 证开发系统的质量, 利用 UML( unified modeling language) 建模 技术进行系统分析建模。UML 是一种用于对软件密集型系统 进行可视化、详述、构造和文档化的建模语言, 在 Booch 方法、 OMT( 对象建模技术) 方法和 OOSE( 面向对象软件工程) 方法 的基础上, 修改而成[ 3] 。UML 统一了面向对象建模的基本概 念、术语及其图形符号, 因此使用它建立模型的系统其维修性 和保障性必然高。UML 建模体系如表 1 所示。
描述
炮身不能复进到位
阈值
-
解决方案
更换保险器杠杆轴
损伤信息
评价值
1. 炮身不能复进到位
是
2. 撬开开闩板, 后座部分顺利复进
是
3. 人工开闩, 能 顺利开 一段, 并 听到 金属撞
是
击声
4. 取下击针盖、击针簧、击针, 将拨动子拨向
是
后方; 仍不能顺利开闩
权重 33 43 57
89
( 2) 案例库的建立 建立损伤评估案例库时, 步骤如下。 ¹ 针对某一具体型号装备, 收集装备的典型损伤评估 案例; º 按问题类型对案例进行分类, 如所有解决/ 炮身不 能复进到位0的案例为一个案例子集; / 不能开闩0的损伤评 估案例为一个案例子集, / 不能发射0的损伤评估案例为一 个案例子 集; » 设共有 K 个案例子集, 每个子集解决一个损伤问 题, 则案例系统未来可支持解决的 K 个损伤问题; ¼设一个案例子集中包括 M 个案例。如解决/ 炮身 不能复进到位0的案例子集中有 6 个案例, 每个案例根据不 同损伤信息, 确定了不同的引起/ 炮身不能复进到位0的原 因, 并给出了相应的处理方案; ½ 确定每个案例子 集中案例的 属性个数。由于每 个案例中利用判断损伤原因的损伤信息不同, 首先要分 析这 M 个案例的所有损伤信息, 假设共有 N 个损伤信 息, 如以上/ 炮身不能复进到位0 的 6 个损伤评估案例中 分别有 3、3、4、3、4、4 个损伤信息, 进行归纳后共有 10 个 损伤信息用来处理/ 炮身不能复进到位0 这个损伤问题。 因此, / 炮身不能复进到位0的案例子集中, 每个案例中设
Key words: damage assessm ent; unified modeling language; case-based reasoning
1引言
战场损 伤评估是 指在战场上 或紧急情 况下对 损伤 装备 的损伤程度及其修复措施进行快速评估, 以便对装备进行 应急抢修或推迟修理, 确保当前任务的完成[ 1] 。准确、快速 的损伤评估是成功实施战场抢修的前提与基础, 成功的战 场抢修是战时战斗力的/ 倍增器0。在战场损伤评估研究 中, 由于装备发生损伤是随机事件, 过去发生过的损伤在未 来可能仍会 发生。 如果 已 经 具 有 评 估 类 似 损伤 事 件 的 经 验, 那么, 当它再次发生时, 就可以利用过去的经验来处理 当前的损伤事件, 这个思想就是人工智能领域近年来出现 的新思想 ) ) ) CBR。因此, 开展基于案例的战场损伤评估 研究, 对于提高评估速度和准确性具有重要意义。
# 1774 #
系统工 程与电子技 术
2005 年
定 10 个损伤信息, 即有 10 个案例属性。有的属性可能 为几个案例共同所有, 只是在不同的案例中有不同的属 性值 和权 重 ;
¾在案例库中, 每个案例子集对应一个数据库表, 表 中的字段根 据案例属性 来设置。每 个案例 中各个 属性 的属
性值是确定的, 即如果某个属性是得出案例结论的根据之 一, 则此属性值为/ 是0, 且根据其重要程度由专家设定它的 权重值; 如果某个属性与案例中的结论无关, 则其属性值为 / 否0, 其权重值为 0;
( 2) 问题描述过程 评估人员根据系统提出的问题, 结合所获取的损伤信息做出回答, 此过程为评估人员与系 统进行交 互并生成问 题案例的过 程;
( 3) 案例推理过程 根据已制定的索引及检索策略, 检索出与问题案例相近的案例集, 进行相似度计算, 而后选 择相似度值最大且达到阈值的案例, 进行调整、分析与评
3 系统原型
3. 1 损伤评估案例库的建立 为了说明案例的属性抽取、表示及案 例库的建立过
程, 收集了处理/ 炮身不能复进到位0 的 6 个损伤评估案 例, 在每个案例中, 根据不同损伤信息作为判断根据, 确定 了导致炮身不能复进到位的根本原因, 给出了相应的处理 方法。
( 1) 实际评估案例及其属性- 属性值表示 一般的 实际评估案 例都是用 文本来记 录。在 用属 性属性值表示一个案例前, 首先要对案例中的信息进行分类, 即分为问题 描述、问题处理 、结论 和解决方案 三个部分 。 损伤事件/ 炮身不能复进到位0共有 6 个损伤评估案 例, 如复进机气压液量不足、药筒膨胀、挡弹板室内有异物、 相对运动部 位摩擦力过 大、拨 动子轴支 臂变形 或折 断、保险 器杠杆轴折断等, 其中保险器杠杆轴折断的属性- 属性值 表示如表 2 所示。
在获取用户需求后, 首先定义系统的外部环境, 即角 色、划 分用例、建立 用 例图。 某些 工 作并 不是 同 时进 行的 , 存在先后关系。因此采用 UML 进行分析时, 在这些用例 间存在着两种关系: 扩展关系和使用关系。
( 1) 系统功能结构 系统应具有实现 CBR 过程和进行案例维护等两大功 能。根据上述已讨论的基于 CBR 的战场损伤评估过程, 要 实现完整的 CBR 过程, 系统中应有 4 个模块分别来实现 CBR 的 4 大功能, 即案例匹配、案例利用、案例调整、案例学 习; 进行案例维护时, 主要实现案例输入、修改、删除、保存 等。如图 2 所示。 ( 2) 案例支持
在基于案例的损伤战场损伤评估研究中, 提取了案例 属性, 进行了案例表示, 确定了案例检索机制。在此基础 上, 开发基于案例的战场损伤评估系统, 为评估人员提供一 个更好的辅助评估工具, 对于提高评估的准确性与速度具
有重要意义。本文以基于 CBR 的损伤评估研究为基础, 利 用统一建模语言 UML 和 ROSE 工具进行系统分析建模, 开发基于 CBR 的损伤评估系统原型, 并进行了分析。
2 基于 CBR 的评估系统分析
2. 1 基于 CBR 的评估过程 在实际评估过程中, CBR 过程实际上包括 4 个步骤, 即信
息获取过程、问题描述过程、案例推理过程及案例学习过程[ 2] 。 ( 1) 信息获取过程 评估人员通过观察、使用检查、功
能检测等手段获取装备损伤信息, 包括损伤模式、损伤现 象、损 伤证据及 损伤影响等 ;
图 2 案例维护功能用例图
图 3 反映了损伤评估人员与系统的交互过程和系统的 支持功能。
( 3) 系统数据概念模型 如图 4 所示。
第 27 卷 第 10 期
基于 CBR 的损伤评估系统研究
# 1773 #
图 3 案例支持功能用例图
表 2 案例/ 保险器杠杆轴折断0
名称
保险器杠杆轴折断
图 4 系统数据概念模型
Abstract: In the study of CBR-based battlefield damage assessment, the attributes of t he dam age assessment case are determined, the case is represented, and the case retrieval mechanism is set up. Based on the above study, the assessment process based on CBR is described first, then the system model is set up w ith unified m odeling language ( U ML) and described w it h ROSE. Finally the case base is set up and the prototype of the system is developed and analyzed. It is proved t hat CBR can be applied in the field of battlefield damage assessment, and the CBR-based damage assessment system can be developed based on the prototype system, on w hich the damage assessment can be implemented rapidly and correctly.
由 Rational Softw are 公司的 ROSE 是最理想的图形化 UML 辅助建模工具[ 4] 。它功能强大, 可以帮助系统设计人 员在短时期 内快速建 立 系统 的柔 性 信息 模型 和 运行 框架 , 从而为后 期的开发奠 定基础。
需求描 述就是说 明系统需要 做什么。 需求描 述不 仅是
2005 年 10 月 第 27 卷 第 10 期
文章编号: 1001-506X( 2005) 10- 1771- 05
系统工 程与电子技 术 Systems Engineering and Electronics
Oct. 2005 Vol. 27 No. 10
基于 CBR 的损伤评估系统研究
王润生, 贾希胜, 王润泉
( 军械工程学院装备指挥与管理系, 河北 石家庄 050003)
摘 要: 在基于案例的战场损伤评估研究中, 提取了案例属性, 进行了案例表示, 确定了案例检索机制。在此
基础上, 描述了基于 CBR 的评估过程, 采用统一建模语言进行了系统分析建模, 并用 ROSE 工具进行描述。在建
立了战场损伤评估案例库的基础上, 开发了系统原型并进行了分析。分析表明, 利用 CBR 思想来处理损伤评估
2005 年
价, 给出问题案例的解决方案。 ( 4) 案例学习过程 随着新案例不断增加, 如果不采
取适当的措施, 则会使案例库变得十分庞大, 其推理效率也 会受到影响。为了将案例库控制在一定规模内, 必须对加 入到案例库 中的案例 进行学习。
基于 CBR 的评估过程如图 1 所示。
模型类别 用例模型 静态模型 行为模型 交互模型 实现模型
开发的基础, 也是衡量最终系统是否满足用户需要的依据。 采用 UML 描述系统需求, 最常用的是用例模型。用例模 型由系统的内部功能( 用例) 、外部环境( 角色) 、以及两者之 间的关系( 用例图) 组成, 它描述了角色与用例之间的关系。 需求描述由完整的用例模型和活动图两部分构成, 以下重 点分析用 例图。
收稿日期: 2004- 08- 27; 修回日期: 2004- 12- 28。 基金项目: 总装备部/ 十五0 维修预研基金资助课题 作者简介: 王润生( 1969- ) , 女, 讲师, 博士, 主要研究方向为战场抢修。E-mail: w rs69@ sohu. com
# 1772 #
系统工 程与电子技 术
领域问题是科学可行的, 在此原型系统基础上可以开发损伤评估案例系统, 实现正确、快速的损伤评估。
关键词: 损伤评估; 统一建模语言; CBR
中图分类号: TP31
文献标识码: A
Research of the CBR-based damage assessment system
WANG Run- sheng, JIA X-i sheng, WANG Run-பைடு நூலகம்quan
表 1 UML 建模体系 模型图种类 用例图
类图, 对象图, 包 状态图, 活动图 顺序图, 合作图 构件图, 配置图
建模机制分类 静态建模 静态建模 动态建模 动态建模 静态建模
图 1 损伤评估的 C BR 过程
2. 2 系统分析建模 由于损伤评估往往恶劣及复杂环境下进行, 其相关软件
必须是一种高可靠的软件。因此, 进行基于 CBR 的损伤评估 系统设计时如何进行有效的质量控制是非常重要的。为了保 证开发系统的质量, 利用 UML( unified modeling language) 建模 技术进行系统分析建模。UML 是一种用于对软件密集型系统 进行可视化、详述、构造和文档化的建模语言, 在 Booch 方法、 OMT( 对象建模技术) 方法和 OOSE( 面向对象软件工程) 方法 的基础上, 修改而成[ 3] 。UML 统一了面向对象建模的基本概 念、术语及其图形符号, 因此使用它建立模型的系统其维修性 和保障性必然高。UML 建模体系如表 1 所示。
描述
炮身不能复进到位
阈值
-
解决方案
更换保险器杠杆轴
损伤信息
评价值
1. 炮身不能复进到位
是
2. 撬开开闩板, 后座部分顺利复进
是
3. 人工开闩, 能 顺利开 一段, 并 听到 金属撞
是
击声
4. 取下击针盖、击针簧、击针, 将拨动子拨向
是
后方; 仍不能顺利开闩
权重 33 43 57
89
( 2) 案例库的建立 建立损伤评估案例库时, 步骤如下。 ¹ 针对某一具体型号装备, 收集装备的典型损伤评估 案例; º 按问题类型对案例进行分类, 如所有解决/ 炮身不 能复进到位0的案例为一个案例子集; / 不能开闩0的损伤评 估案例为一个案例子集, / 不能发射0的损伤评估案例为一 个案例子 集; » 设共有 K 个案例子集, 每个子集解决一个损伤问 题, 则案例系统未来可支持解决的 K 个损伤问题; ¼设一个案例子集中包括 M 个案例。如解决/ 炮身 不能复进到位0的案例子集中有 6 个案例, 每个案例根据不 同损伤信息, 确定了不同的引起/ 炮身不能复进到位0的原 因, 并给出了相应的处理方案; ½ 确定每个案例子 集中案例的 属性个数。由于每 个案例中利用判断损伤原因的损伤信息不同, 首先要分 析这 M 个案例的所有损伤信息, 假设共有 N 个损伤信 息, 如以上/ 炮身不能复进到位0 的 6 个损伤评估案例中 分别有 3、3、4、3、4、4 个损伤信息, 进行归纳后共有 10 个 损伤信息用来处理/ 炮身不能复进到位0 这个损伤问题。 因此, / 炮身不能复进到位0的案例子集中, 每个案例中设
Key words: damage assessm ent; unified modeling language; case-based reasoning
1引言
战场损 伤评估是 指在战场上 或紧急情 况下对 损伤 装备 的损伤程度及其修复措施进行快速评估, 以便对装备进行 应急抢修或推迟修理, 确保当前任务的完成[ 1] 。准确、快速 的损伤评估是成功实施战场抢修的前提与基础, 成功的战 场抢修是战时战斗力的/ 倍增器0。在战场损伤评估研究 中, 由于装备发生损伤是随机事件, 过去发生过的损伤在未 来可能仍会 发生。 如果 已 经 具 有 评 估 类 似 损伤 事 件 的 经 验, 那么, 当它再次发生时, 就可以利用过去的经验来处理 当前的损伤事件, 这个思想就是人工智能领域近年来出现 的新思想 ) ) ) CBR。因此, 开展基于案例的战场损伤评估 研究, 对于提高评估速度和准确性具有重要意义。
# 1774 #
系统工 程与电子技 术
2005 年
定 10 个损伤信息, 即有 10 个案例属性。有的属性可能 为几个案例共同所有, 只是在不同的案例中有不同的属 性值 和权 重 ;
¾在案例库中, 每个案例子集对应一个数据库表, 表 中的字段根 据案例属性 来设置。每 个案例 中各个 属性 的属
性值是确定的, 即如果某个属性是得出案例结论的根据之 一, 则此属性值为/ 是0, 且根据其重要程度由专家设定它的 权重值; 如果某个属性与案例中的结论无关, 则其属性值为 / 否0, 其权重值为 0;
( 2) 问题描述过程 评估人员根据系统提出的问题, 结合所获取的损伤信息做出回答, 此过程为评估人员与系 统进行交 互并生成问 题案例的过 程;
( 3) 案例推理过程 根据已制定的索引及检索策略, 检索出与问题案例相近的案例集, 进行相似度计算, 而后选 择相似度值最大且达到阈值的案例, 进行调整、分析与评
3 系统原型
3. 1 损伤评估案例库的建立 为了说明案例的属性抽取、表示及案 例库的建立过
程, 收集了处理/ 炮身不能复进到位0 的 6 个损伤评估案 例, 在每个案例中, 根据不同损伤信息作为判断根据, 确定 了导致炮身不能复进到位的根本原因, 给出了相应的处理 方法。
( 1) 实际评估案例及其属性- 属性值表示 一般的 实际评估案 例都是用 文本来记 录。在 用属 性属性值表示一个案例前, 首先要对案例中的信息进行分类, 即分为问题 描述、问题处理 、结论 和解决方案 三个部分 。 损伤事件/ 炮身不能复进到位0共有 6 个损伤评估案 例, 如复进机气压液量不足、药筒膨胀、挡弹板室内有异物、 相对运动部 位摩擦力过 大、拨 动子轴支 臂变形 或折 断、保险 器杠杆轴折断等, 其中保险器杠杆轴折断的属性- 属性值 表示如表 2 所示。
在获取用户需求后, 首先定义系统的外部环境, 即角 色、划 分用例、建立 用 例图。 某些 工 作并 不是 同 时进 行的 , 存在先后关系。因此采用 UML 进行分析时, 在这些用例 间存在着两种关系: 扩展关系和使用关系。
( 1) 系统功能结构 系统应具有实现 CBR 过程和进行案例维护等两大功 能。根据上述已讨论的基于 CBR 的战场损伤评估过程, 要 实现完整的 CBR 过程, 系统中应有 4 个模块分别来实现 CBR 的 4 大功能, 即案例匹配、案例利用、案例调整、案例学 习; 进行案例维护时, 主要实现案例输入、修改、删除、保存 等。如图 2 所示。 ( 2) 案例支持
在基于案例的损伤战场损伤评估研究中, 提取了案例 属性, 进行了案例表示, 确定了案例检索机制。在此基础 上, 开发基于案例的战场损伤评估系统, 为评估人员提供一 个更好的辅助评估工具, 对于提高评估的准确性与速度具
有重要意义。本文以基于 CBR 的损伤评估研究为基础, 利 用统一建模语言 UML 和 ROSE 工具进行系统分析建模, 开发基于 CBR 的损伤评估系统原型, 并进行了分析。
2 基于 CBR 的评估系统分析
2. 1 基于 CBR 的评估过程 在实际评估过程中, CBR 过程实际上包括 4 个步骤, 即信
息获取过程、问题描述过程、案例推理过程及案例学习过程[ 2] 。 ( 1) 信息获取过程 评估人员通过观察、使用检查、功
能检测等手段获取装备损伤信息, 包括损伤模式、损伤现 象、损 伤证据及 损伤影响等 ;
图 2 案例维护功能用例图
图 3 反映了损伤评估人员与系统的交互过程和系统的 支持功能。
( 3) 系统数据概念模型 如图 4 所示。
第 27 卷 第 10 期
基于 CBR 的损伤评估系统研究
# 1773 #
图 3 案例支持功能用例图
表 2 案例/ 保险器杠杆轴折断0
名称
保险器杠杆轴折断
图 4 系统数据概念模型