金屬焊接性評價的專家系統(tǒng)

1、金屬焊接性評價的專家系統(tǒng)武漢大學（430072）李曉梅張小飛朱援祥 摘要：從分析金屬焊接性的特點出發(fā)，提出了基于知識庫的金屬焊接性評價專家系統(tǒng)。文中介紹了基于案例和規(guī)則的推理方法，討論了相似度計算和規(guī)則表示等問題。論述了基于案例和規(guī)則的混合推理。關鍵詞：金屬焊接性專家系統(tǒng)知識庫焊接EXPERT SYSTEM OF METAL WELDABILITY ESTIMATEWuhan UniversityLi Xiaomei,Zhang Xiaofei,Zhu YuanxiangAbstractExpert system of metal weldability estimate based on k

2、nowledge base is put forward according to analysis of metal weldability characteristic. The methods based on case and rule reasoning are described. The calculation of the degree of similarity and rule representation are discussed. The mixed reasoning based on case and rule is also discussed.Key word

3、s:metal weldability,expert system,knowledge base,welding0前言金屬焊接性就是金屬是否適應焊接加工而形成完整的、具備一定性能的焊接接頭的特性。評價焊接性，要考慮金屬本身的性能和工藝條件。目前，我國對金屬焊接性評價還停留在人工水平上，靠個人的經(jīng)驗。為提高效率和準確率，開發(fā)和推廣應用計算機輔助金屬焊接性評價是根本的出路。但在金屬焊接性評價過程中影響因素多，因素與因素之間的相互聯(lián)系難以明確表達,而且許多問題的可統(tǒng)計性差。因此，解決這類問題要借助于經(jīng)驗知識，比較適合于選用專家系統(tǒng)1。用專家系統(tǒng)來進行金屬焊接性評價與人工相比，有著鮮明的專家智能技術的

4、特色，而且可以提高效率和準確率。目前，在國內(nèi)還沒有這樣的專家系統(tǒng)。本文在研究金屬焊接性的基礎上，提出了金屬焊接性評價專家系統(tǒng)。1專家系統(tǒng)模型1.1總體結構模型專家系統(tǒng)通常是由知識庫和知識庫管理系統(tǒng)構成的。知識庫是經(jīng)過收集和整理的人類知識和經(jīng)驗的集合，以事實和規(guī)則的形式存儲在計算機文件中，由知識庫管理系統(tǒng)管理。廣義的知識庫包括知識庫、方法庫、模型庫和數(shù)據(jù)庫等。知識庫管理系統(tǒng)是用于知識庫的建立、維護、管理和控制的計算機軟件。 1.2面向對象模型在金屬焊接性評價中,金屬大體可分為鋼和鐵，銅及其合金，鋁及其合金，鈦及其合金等。它們有各自的特點，同時又有一定的共性，具有面向對象特點。利用面向對象框架可以

5、很好地解決諸如多重繼承等問題。在系統(tǒng)中采用框架結構的表達方法，共同的屬性在上層框架中定義，特殊的屬性在下層框架中定義（見圖1）。類是具有共同屬性的密切相關的對象的集合，類本身并不生成實際的對象。由子類實例化生成實際的對象，子類生成對象，對象的私有部分不能被繼承，如部件名稱、材料型號、工件厚度等，對象的公有部分如一些焊接工藝選項，其函數(shù)可由子類繼承。 2推理一般而言，通過金屬的化學成分、物理特性、化學性能、焊接工藝條件、相圖特點、CCT圖、熱處理、保護方式等來評價金屬的焊接性。文中著重于前幾個方面來進行評價。在專家系統(tǒng)中建立了案例庫、知識庫和模型庫。案例庫由若干案例組成。知識庫主要由若干規(guī)則組成

6、。文中給出了基于案例和規(guī)則的推理方法以及基于案例和規(guī)則的混合推理方法。 2.1基于案例的推理基于案例的推理一般包括案例的表示、組織和檢索等。案例的表示就是對金屬焊接性評價方面的知識盡可能進行詳細地描述。案例的組織是在案例表示的基礎上，根據(jù)案例的特征和檢索的需要，對案例進行整理和歸類。案例的檢索是根據(jù)一定的檢索策略找到與待求的相似的案例。在基于案例的推理中，如何高速、有效地完成案例的檢索是十分重要的。本系統(tǒng)中案例的檢索策略利用相似度。相似度的表示：這里利用兩模糊子集的距離來表示相似度。 在實際處理中，我們設定一定的門檻值，大于這一門檻值，就可以采用此案例的方法。小于門檻值，可以使用下列的基于規(guī)則

7、的推理。2.2基于規(guī)則的推理規(guī)則表示數(shù)學模型：RULE WHEN IFTHEN ；IF THEN ；(n1)END RULE 知識庫中每個規(guī)則的形式均以I . .THEN.的形式組建。運行過程中環(huán)環(huán)相扣，形成復雜的推理網(wǎng)絡，知識在推理網(wǎng)絡中得以傳遞，進行相應的分析和判斷。例：利用碳當量來分析金屬焊接性。RULE WHEN IF(板厚25 mm,熱輸入=17 kJ/cm,b=600 MPa,CE=0.52%)THEN(預熱溫度75)IF(板厚25 mm,熱輸入=17 kJ/cm,b=700 MPa,CE=0.52%)THEN(預熱溫度100)END RULE其中，滿足低合金鋼條件，其成分范圍：

8、C0.2%,Si0.55%,Mn1.5%,Cu0.5%,Ni2.5%,Cr1.25%,Mo0.7%,V0.1%,B0.006%。通過輸入金屬材料的牌號，如果是鋼，則輸入其鋼號，調用數(shù)據(jù)庫中的化學成分表，得到其化學成分，通過化學成分的范圍，調用不同碳當量計算公式。通過碳當量的計算值和其它工藝參數(shù)，調用知識庫中規(guī)則來評價金屬焊接性的好壞。 2.3混合推理基于案例的推理只能對已存在的案例進行搜索，并且容易將表面相似現(xiàn)象看成本質相似，導致誤診?；谝?guī)則的推理,系統(tǒng)只能對事先預想到并提供了規(guī)則進行推理，并且結論的解釋和對策比較呆板，不能靈活適應情況的變化。因此，需要將不同推理方法組合使用，實現(xiàn)基于案例和

9、規(guī)則的混合推理策略。首先搜索案例庫，得到基于案例推理的結果，如對結果不滿意或沒有結果，再搜索規(guī)則庫，得到基于規(guī)則推理的結果。在此推理過程中，采用層次模型進行逐步推理，最后對不同推理方法得到的結果進行綜合分析。如果不同推理方法得到相似的結果，則此結果比較可信?；旌贤评淼膬?yōu)點是能充分發(fā)揮各種推理方法的優(yōu)勢，克服各自存在的不足，能最大限度地找到問題的解。 3系統(tǒng)功能(1)信息咨詢和查詢。專家系統(tǒng)中展示了金屬焊接性方面的專家經(jīng)驗與知識。 (2)系統(tǒng)應用戶請求，評價金屬焊接性。(3)顯示出在給定情況下焊接工藝。(4)系統(tǒng)的維護和打印等工作。4系統(tǒng)實現(xiàn)在具體實現(xiàn)中,推理機采用高級語言 VISUALC+構造4，用VISUAL FOXPRO建立數(shù)據(jù)庫，通過 ODBC接口訪問和處理數(shù)據(jù)庫。5結束語基于知識庫的金屬焊接性評價專家系統(tǒng)由于涉及的內(nèi)容廣，在研制時間較短的情況下，知識庫中的知識還不夠完善。隨著焊接技術的發(fā)展，知識庫的不斷豐富，金屬焊接性評價專家系統(tǒng)將在焊接領域起著越來越重要的作用。希望本文能為今后的工作起到拋磚引玉的作用。參考文獻1董兆順. 知識工程. 北京：科學出版社，19