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专家系统在焊接工艺评定中的应用

发表时间:2007/11/12 王大康 曹久梅 邓威 杨建锋 来源:万方数据
为了保证焊接工程的质量,采用专家系统知识对焊接系统进行了构建,主要包括专家系统知识库的组建、专家知识的获取、运用专家系统推理机制及其实现方法,对于实现焊接计算机辅助工艺设计的智能化具有一定的理论意义和实际应用价值.
    焊接工艺是一项难以精确量化的热加工技术,依靠积累的经验和知识,配以必要的理论来解决工艺问题.焊接工程中质量控制的重要依据是焊接工艺规程(Welding Process Specification, WPS)和焊接工艺评定报告(Welding Process Qualification Report, PQR).焊接工艺评定是编制焊接工艺规程的依据,涉及的技术环节较多,对于母材、接头形式、热处理等数值因素和标准、规范、专家经验等非数值因素,以及其他一些相关的模糊因素都要综合考虑.因此,在计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning,CAPP )中,将专家系统技术应用于焊接工艺评定,可以帮助工艺人员选定适用的焊接工艺,进行焊接工艺的规范设计.
   
    1焊接工艺评定专家系统设计

   
    焊接工艺评定专家系统(Expert System for Welding Process Qulification,  WPQES)根据工艺人员输入的评定法规、母材信息、焊接材料、接头形式等参数,利用知识库中的知识(包括各种工艺标准、规范和专家的经验等),通过推理机推理,帮助工艺人员选定焊接工艺,进行符合规范的焊接工艺设计在焊接领域内,WPQES是以焊接工艺专家的水平解决问题的计算机程序[[3],一般由知识库、综合数据库、推理机、人机界面、知识获取等部分组成,如图1所示.WPQES的工作模式采用专家系统中的产生式系统,包括6个功能模块.
   


    1)知识库知识库用来表达、存储和管理有关焊接工艺知识、规范、事实、经验、可执行操作与规则等,供推理机使用.在WPQES中,知识库又分为几个子库:接头知识库、典型知识库和典型例知识库.
    2)综合数据库(又称全局数据库)综合数据库是一个动态数据库,用来存放初始数据和推理过程中
    得到的中间结果
    3)推理机推理机具有控制系统整体动作的存储规则,是系统决策部分,用来协调和控制整个系统,利用知识库中的知识和综合数据库中的数据进行推理和决策,从而进行焊接工艺规程或焊接工艺评定的设计.
    4)知识获取从知识源中提出问题求解的专门知识,将其转化为计算机的内部表示
    5)输入/输出将专家和用户的输入信息翻译成系统可接受的内部形式,同时把系统向专家或用户的输出信息转换为人类易于理解的形式.
    知识库和推理机是WPQES的核心.WPQES选用OPS(official production system)作为专家系统开发工具,简化系统的设计,加快推理速度,提高推理准确性.OPS是美国卡内基一梅隆大学可在PC机上运行的基于规则的人工智能语言,或称通用型专家系统开发工具。
   
    2焊接工艺评定专家系统的知识库
   
    知识的表示和组织是专家系统的基础,知识表示将焊接工艺专家的自然语言转化为计算机识别的机器语言,常用的知识表示方法有:规则表示法、谓词逻辑表示法、框架表示法、模糊表示法和语义网络表示法等.
    考虑对知识表示的性能要求,以及在进行焊接工艺规程和焊接工艺评定设计时涉及到的知识特点,为了提高知识处理效率,W PQES选择产生式规则进行知识的描述.
    按照知识的形态,WPQES相关的知识可分为2种类型
    1)关于对象的事实知识,即对象知识.例如:评定规程、焊接方法、母材类别、焊接接头形式等;在WPQES中使用"对象"来表达事实,1个对象可以带有多个属性和值,而1条规则可以适用多个对象.
    "对象"的表达形式为
    (<对象><属性><操作符><值>…<属性><操作符><值>)
    WPQES中对工艺评定事实的描述示例
    (焊接材料焊条牌号二ER90S - B9;技术标准=SFA5.2B;F-NO =6;A-NO=S)
    (评定用法规规程= ASME )
    在专家系统进行推理时,事实可以作为推理的初始依据,也可作为推理的中间结果和结论.
    2)关于方法的知识.例如:焊接工艺评定中,对于不同厚度的母材进行替代的方法.
    知识库的规则是关于方法的知识,规则的表达形式为
    rule{<规则号)<前提)-<结论)}
    每条合法的规则包括以下几个组成部分:关键字rule;规则号(表示规则在基础库中的序号);规则左部Left Hand Side(LHS),即前提,是多个条件通过与/或关系组成的复合项,以便和数据库匹配;分割符-;规则右部Right Hand Side(RHS),即结论.
    在WPQES中,"非ASME''标准下某一母材组别与类别的牌号替代的规则为
    Rule{规则4//"Kule''和规则号
    &1(评定法规=非ASME) ; //规则左部LHS,表示前提
    &2(母材组别=1;类别=(4));
    -//分割符
    (母材牌号=12CrMoV, 15CrMo, 13CrMoV42, ZG20CrMoV) //规则右部RHS,表示采取的动作
    }
    WPQES中规则的LHS主要包括:事实表示项和算术逻辑表达式,规则的右部(RHS )由一个动作序列构成,指明当其左部被满足时应执行的操作.
    根据WPQES知识的来源,可以将焊接工艺知识划分为3个知识库:典型例知识库,规则知识库和评定知识库.如图2所示.

 

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责任编辑:童伟