重型车辆总体设计的知识系统原型实现

史文雯 曹成铉 李静

(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)

重型车辆总体设计的知识系统原型实现

史文雯 曹成铉 李静

(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)

专家系统内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验,能够利用人类专家的知识解决问题的方法来处理该领域问题。它被应用于构建整个自动化系统中每一个知识密集的环节，以辅助人的脑力决策工作。文章介绍了一个关于重型车辆总体设计动力传动及相关布置的专家系统的设计过程，具有较好的运行界面，有基本的决策支持能力，能随时为专业人员提供重型车辆总体设计动力传动相关布置方面的知识，辅助设计人员制定动力传动及相关布置的设计方案。

专家系统；知识提取；原型设计；重型车辆；动力传动

在装甲防护空间内外，合理的布置各部件、各分系统、装置、武器和成员的相对位置，称为坦克总体布置。布置的原则是力求完善的实现战术技术要求，突出主要性能水平，而不出现重大的缺点。专家系统就是将坦克总体设计知识，采用特定表示形式存放在知识库中；然后用户通过数据采集系统或人机交互接口输入信息、数据与命令，并借助数据库等，运用推理机构控制知识库和整个系统工作得到问题的求解结果。

专家系统一般由知识库、推理引擎、专家知识获取工具以及人机交互接口四个部分组成，如图1所示。

图1 专家系统的基本组成

重型车辆总体设计动力传动部分相关布置的专家系统的实现是基于知识的智能化设计，即根据动力传动部分的设计流程，结合基于实例推理的设计思想和基于知识的参数化设计，将设计知识融入设计全过程，使用基于实例推理的技术。

（一）知识库

专家系统的可信度主要决定于知识库中所包含知识的可信度。后者决定于知识收集的程序。本文严格按照装甲车的内部空间来区分，一般装甲车内部大致可分为驾驶室、战斗室、动力室、传动室共四个空间。这四部分在车中有时并非截然分开，而可能交叉或合并，由于各部分所占位置，特别是动力和传动及部分布置不同，形成了不同的总体布置方案，及不同战术技术性能的车辆。专家系统的知识主要有（1）如何实现对动力传动布置设计中模式选型决策。首先确定各传动系统的结构、类型、性能和总体指标的分配及控制，最后完成性能与结构匹配，将系统集成并优化设计，其中动力和传送部分布置主要在发动机的放置方位上。（2）设计决策的选型支持、自动化设计程序的设计。这点主要是要求熟练WEB的系统开发技术。

针对重型车辆开发动力传动系统的设计技术，提高了设计质量、效率和工艺文件的规范化。所研制的计算机辅助设计系统解决了装甲车动力传动系统信息的结构化和半结构化的表达和管理，实现了推理过程的多参数、多规则约束的自动求解，同时拓宽了该系统的应用范围。

（二）原始知识源的知识形态

原始知识形态分为两种，一种是机器推理形态，一种是人推理形态，下面根据原始知识源分别来分析。

1.机器推理形态

机器推理形态即可以用计算直接推理得出所出数据。本题目中原始知识形态是分别给出四种不同布置方案的不同特点，总结如下：

（1）发动机和传动后置

这种布置方式按发动机的放置位置可分为三类，具体性能如表1，表2所示：

表1 发动机纵放(适用于主战坦克)

表2 发动机横放（适用于较小较轻的车辆）

（2）发动机后置、传动前置

由于技术的进步，目前一般不采用这种设计方式。

（3）发动机和传动前置

表3 发动机和传动前置

（4）发动机前置、传动后置

表4 发动机前置、传动后置

从以上条件中找出共同点，将所有知识按特点分为三个模块，分别是工作条件（驾驶员、乘员），防护性（集体三防、正面防护）拆装和维修性，再进一步设置选择标准，这样就可以不同的需求特点进行相关查询，得到自己想要的结果，即重型车辆总体设计动力传动相关布置设计方案。

2.人推理形态

人推理形态就是根据专家系统给出的知识标准判断选择方案，选择过程是由人的大脑思维来完成的。机器选择在一定程度上有一定得局限性，机器有时只能提供一种最优方案，但不一定是最适合的。本题目中如果用户选定以工作条件为标准，系统就会提供三个可供选择的方案，用户可以根据自己的想法和对比前面知识库选择一种最合适的方案。

（三）知识的设计推理

推理机是专家系统的“思维”机构，其任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解面向对象的推理是针对抽象数据中事实和规则的推理机制，采用消息驱动的控制推理方法。

首先设定选择的标准和依据，将指标条件按标准划分为三个不同的等级，分别为优良、一般、和恶劣，按照定好的标准评价方案，结果如表5所示，表中按分类分为发动机纵放，发动机横放，发动机斜放，发动机后置、传动前置，发动机和传动前置和发动机前置、传动后置六种方案。

表5 方案评价结果

最终根据表中的结果得到推理结果。这就是整个知识推理的过程。

（四）技术支持

本系统基于ASP技术，将用户界面设计成HTML格式。专家系统的推理机和知识获取机可分别设计成JavaScript或VBScript脚本程序。WEB浏览器用作专家系统的接口界面，用户和领域专家分别通过WEB浏览器以HTML网页形式与专家系统的推理机和知识获取机构进行交互，如图2所示。

用户可以选择不同方面的不同级别，根据这个选择，系统能够自动提示适合方案。在编程中主要用到的是表单对象网页的设计和请求命令，及Request.QueryString和Request.Form这两个集合。它们的功能是获取 Html 表单(HTML Forms) 提交的信息。

图2 ASP技术专家系统的模型

（五）运行实例

1.设计相关

战斗指标要求：现有一个战斗技术指标要求，希望以拆装和维修性为主要准则，集体三防为次要准则，设计一个动力传动及相关布置设计方案。

2.用户对系统的操作过程

首先进入主页，选择设计推理功能界面，选中拆装和维修性下拉框中的“容易”选项，然后选择集体三防下拉框中的“有利”选项，点击右下角的“确定”按钮，系统提示如图3所示。

图3 设计推理功能界面

用户自己通过对比总结，初步选择发动机后置、传动前置方案，返回知识库查看发动机纵放的结构布置图和基本布置特点，或者直接点击方案上的超链接，结果如图 4所示。一目了然的是发动机后置、传动前置的布置结构图，也可以通过拉动滚动栏查看发动机后置、传动前置布置特点，辨别这种方案是否符合自己的需要，如果还不确定是否符合战斗需求，可以点击右侧的播放按钮，预览一些使用这种方案的实例，并且旁边文字部分附有动力传动及相关布置的结构组成及相关特点。

图4 总体布置特点

（六）验证运行结果

为了验证系统提供的结果是否正确，根据第二章总结的推理部分的表格。经过比对，显示结果是正确的，完全符合表1所表达的逻辑。

发动机后置、传动前置的工作条件是发动机和传动部件分置在前后端，容易保证纵向平衡，车辆绕横轴的转动惯量较大，纵向角振动周期增长，有利于改善乘员的工作条件。另一方面，驾驶室和传动室相邻，致使驾驶员工作条件恶劣。

发动机后置、传动前置的拆装和维修性是传动操纵拉杆或管道的距离短，甚至操纵装置可以直接伸向驾驶员而不必经过甲板上的支座，简便可靠。车内可能接近传动和操纵部件，在战场上排除故障可以不出到车外。

经过比对，此方案完全符合战斗对拆转和维修性及乘员工作条件方面的要求。

（七）运行结果评价

经过运行实例二的检测，确定这个系统没有错误。检查整个过程，检查用户输入和系统的输出结果完全匹配，证实系统功能能够符合用户的需求。

（八）结论

重型车辆总体设计的动力传动及相关布置设计的知识系统原型实现这个课题是一个拥有广阔应用前景的研究领域。本文先对知识源进行了分析，依据分析得出的知识形态对进行了整理归纳并设计推理内容。根据分析结果进行原型设计。最后利用ASP语言开发了相应的专家系统。

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TP302.1

A

1008-1151(2011)03-0090-02

2011-01-09

国家自然科学基金(70871007)、北交大国重项目(RCS2008ZT001、RCS2008ZZ001及RCS2010ZZ001)等资助

史文雯（1986－），女，山东莱州人，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室硕士。研究方向为工业工程。