专家系统在焊接工艺评定中的应用

    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.