金属焊接性评价的专家系统

作者：武汉大学 李晓梅 张小飞 朱援祥

欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 摘要：从分析金属焊接性的特点出发，提出了基于知识库的金属焊接性评价专家系统。文中介绍了基于案例和规则的推理方法，讨论了相似度计算和规则表示等问题。论述了基于案例和规则的混合推理。 关键词：　金属焊接性　专家系统　知识库　焊接 0　前　言 金属焊接性就是金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备一定性能的焊接接头的特性。评价焊接性，要考虑金属本身的性能和工艺条件。目前，我国对金属焊接性评价还停留在人工水平上，靠个人的经验。为提高效率和准确率，开发和推广应用计算机辅助金属焊接性评价是根本的出路。但在金属焊接性评价过程中影响因素多，因素与因素之间的相互联系难以明确表达，而且许多问题的可统计性差。因此，解决这类问题要借助于经验知识，比较适合于选用专家系统[1］。用专家系统来进行金属焊接性评价与人工相比，有着鲜明的专家智能技术的特色，而且可以提高效率和准确率。目前，在国内还没有这样的专家系统。本文在研究金属焊接性的基础上，提出了金属焊接性评价专家系统。 1　专家系统模型 1.1　总体结构模型 专家系统通常是由知识库和知识库管理系统构成的。知识库是经过收集和整理的人类知识和经验的集合，以事实和规则的形式存储在计算机文件中，由知识库管理系统管理。广义的知识库包括知识库、方法库、模型库和数据库等。知识库管理系统是用于知识库的建立、维护、管理和控制的计算机软件。 1.2　面向对象模型 在金属焊接性评价中，金属大体可分为钢和铁，铜及其合金，铝及其合金，钛及其合金等。它们有各自的特点，同时又有一定的共性，具有面向对象特点。利用面向对象框架可以很好地解决诸如多重继承等问题。在系统中采用框架结构的表达方法，共同的属性在上层 框架中定义，特殊的属性在下层框架中定义（见图1）。 类是具有共同属性的密切相关的对象的集合，类本身并不生成实际的对象。由子类实例化生成实际的对象，子类生成对象，对象的私有部分不能被继承，如部件名称、材料型号、工件厚度等，对象的公有部分如一些焊接工艺选项，其函数可由子类继承。 2　推　理 一般而言，通过金属的化学成分、物理特性、化学性能、焊接工艺条件、相图特点、CCT图、热处理、保护方式等来评价金属的焊接性。文中着重于前几个方面来进行评价。在专家系统中建立了案例库、知识库和模型库。案例库由若干案例组成。知识库主要由若干规则组成。文中给出了基于案例和规则的推理方法以及基于案例和规则的混合推理方法。 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、组织和检索等。案例的表示就是对金属焊接性评价方面的知识尽可能进行详细地描述。案例的组织是在案例表示的基础上，根据案例的特征和检索的需要，对案例进行整理和归类。案例的检索是根据一定的检索策略找到与待求的相似的案例。在基于案例的推理中，如何高速、有效地完成案例的检索是十分重要的。本系统中案例的检索策略利用相似度。 相似度的表示：这里利用两模糊子集的距离来表示相似度。 在实际处理中，我们设定一定的门槛值，大于这一门槛值，就可以采用此案例的方法。小于门槛值，可以使用下列的基于规则的推理。 2.2　基于规则的推理 规则表示数学模型： RULE <规则名> WHEN < 条件 > IF<条件1>　THEN <结论1>； … IF <条件n>　THEN <结论n>；(n＞1) END RULE <规则名> 知识库中每个规则的形式均以IＦ . .THEN.的形式组建。运行过程中环环相扣，形成复杂的推理网络，知识在推理网络中得以传递，进行相应的分析和判断。 例：利用碳当量来分析金属焊接性。 RULE <碳当量> WHEN <低合金钢> IF(板厚＜25 mm，热输入=17 kJ/cm，σb=600 MPa，CE=0.52%)THEN(预热温度75℃) IF(板厚＜25 mm，热输入=17 kJ/cm，σb=700 MPa，CE=0.52%)THEN(预热温度100℃) END RULE<碳当量> 其中，满足低合金钢条件，其成分范围： C≤0.2%，Si≤0.55%，Mn≤1.5%，Cu≤0.5%，Ni≤2.5%，Cr≤1.25%，Mo≤0.7%，V≤0.1%，B≤0.006%。 通过输入金属材料的牌号，如果是钢，则输入其钢号，调用数据库中的化学成分表，得到其化学成分，通过化学成分的范围，调用不同碳当量计算公式。通过碳当量的计算值和其它工艺参数，调用知识库中规则来评价金属焊接性的好坏。 2.3　混合推理 基于案例的推理只能对已存在的案例进行搜索，并且容易将表面相似现象看成本质相似，导致误诊。基于规则的推理，系统只能对事先预想到并提供了规则进行推理，并且结论的解释和对策比较呆板，不能灵活适应情况的变化。因此，需要将不同推理方法组合使用，实现基于案例和规则的混合推理策略。 首先搜索案例库，得到基于案例推理的结果，如对结果不满意或没有结果，再搜索规则库，得到基于规则推理的结果。在此推理过程中，采用层次模型进行逐步推理，最后对不同推理方法得到的结果进行综合分析。如果不同推理方法得到相似的结果，则此结果比较可信。混合推理的优点是能充分发挥各种推理方法的优势，克服各自存在的不足，能最大限度地找到问题的解。 3　系统功能 (1)信息咨询和查询。专家系统中展示了金属焊接性方面的专家经验与知识。 (2)系统应用户请求，评价金属焊接性。 (3)显示出在给定情况下焊接工艺。 (4)系统的维护和打印等工作。 4　系统实现 在具体实现中，推理机采用高级语言 VISUALC++构造[4］，用VISUAL FOXPRO建立数据库，通过 ODBC接口访问和处理数据库。 5　结束语 基于知识库的金属焊接性评价专家系统由于涉及的内容广，在研制时间较短的情况下，知识库中的知识还不够完善。随着焊接技术的发展，知识库的不断丰富，金属焊接性评价专家系统将在焊接领域起着越来越重要的作用。希望本文能为今后的工作起到抛砖引玉的作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/14/2005)