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案例頻道1 前言
平板玻璃應(yīng)是透明光潔的平板，若有雜質(zhì)或不均勻體，那么透過玻璃看物體會產(chǎn)生畸變、扭曲或模糊的形象，且影響機(jī)械強(qiáng)度。玻璃中主要缺陷有氣泡（氣體夾雜物）、玻璃條紋、線道（玻璃狀夾雜物）和結(jié)石、疙瘩、析晶（非透明夾雜物），其它還有沾錫、霧點、彩虹、劃傷、缺邊掉角等。平板玻璃從原料、配料、混合，到投料、熔化、成型、退火、切裁、運輸、包裝、貯存等多個環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生缺陷。各種缺陷產(chǎn)生的原因不同，很難快速判斷并加以消除，從而使缺陷持續(xù)影響質(zhì)量及生產(chǎn)。本專家系統(tǒng)是把專家知識組成知識庫、推理機(jī)，由計算機(jī)實現(xiàn)，使沒有經(jīng)驗的操作員借此也可達(dá)到專家水平，快速、準(zhǔn)確找出缺陷，并加以排除，
2 專家系統(tǒng)的構(gòu)成及開發(fā)工具選擇
在計算機(jī)上實現(xiàn)專家系統(tǒng)必須先構(gòu)筑如圖1所示的框架。國外開發(fā)專家系統(tǒng)大都購買專家系統(tǒng)開發(fā)工具，然后進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。但由于其規(guī)模、功能不同，價格差別很大，所以必須認(rèn)真選擇：① 不必追求大而全，因為許多功能未必用得上，要按自己需要選擇；② 必須是可靠的，最好是實際應(yīng)用過；③ 必須有輸入和輸出接口，以便和在線數(shù)據(jù)采集相連在工業(yè)控制中使用；④ 價格可以承受；⑤ 使用、增添、修改容易；⑥ 編程工作量最少，最好是面向用戶、可組態(tài)及中文界面。
圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
據(jù)此，我們選擇北京四季陽光公司的MAES系列的MAES-JT專家系統(tǒng)開發(fā)工具。MAES不用編程，只須在給出的界面上用中文填入征兆、結(jié)論名稱及規(guī)則，即構(gòu)成專家系統(tǒng)，但其界面形式是固定的。MAES-JT除MAES功能外，還帶有原程序例子，可自行設(shè)計界面，按例子套入接口程序即成專家系統(tǒng)。它實現(xiàn)的功能有：
3 質(zhì)量缺陷診斷專家系統(tǒng)
4 專家系統(tǒng)的知識獲取
圖2為建立知識庫和編寫規(guī)則的一般步驟，實際操作中應(yīng)解決3個問題，即工作方法、知識來源及如何把知識變成專家系統(tǒng)可用的規(guī)則，并使之能有效推理和獲得高的命中率。由于領(lǐng)域?qū)＜彝涣私鈱に嚨囊螅茈y快速提出滿足構(gòu)成專家系統(tǒng)所需的知識。此外，有些很熟練的操作員對處理操作問題及故障問題很有經(jīng)驗，但難以提出一套完整的知識。因此最好是雙方（領(lǐng)域?qū)＜液椭R專家）向?qū)Ψ降闹R靠攏，知識專家深入了解工藝和實際操作，提出初步知識框架，然后向領(lǐng)域?qū)＜艺埥獭⑻岢鰡栴}，再討論、刪改與增添。知識的來源有書本和雜志有關(guān)文章、規(guī)程和手冊、有經(jīng)驗的操作員和專家的知識。
規(guī)則編寫方法可先把上述知識列成表，再寫成規(guī)則。對于平板玻璃生產(chǎn)質(zhì)量缺陷診斷，其故障有幾十種，而每種故障原因又不盡相同，難以用常規(guī)推理方法診斷。因此應(yīng)用模擬專家診斷電機(jī)故障的方法，即分類剔除法+常發(fā)故障排隊法+相關(guān)征兆支持法，專家對每種故障有多少個原因是一清二楚的，并逐一剔除無關(guān)原因，剩下就是故障原因了。例如把許多故障原因分類為：設(shè)計原因、耐火材料原因、原料原因等，那么如果某些故障過去從未發(fā)生過，則屬于設(shè)計原因的就可剔除了，如果故障是以前沒有只是剛發(fā)生的，當(dāng)然由于耐火材料放氣原因也可排除了；常發(fā)故障排隊法也是按模擬專家診斷故障方法，即把故障原因分等，最常發(fā)生的可信度大，很少發(fā)生的可信度小；相關(guān)征兆支持法是為提高判斷命中率而設(shè)的，即常規(guī)的推理方法。經(jīng)過上述方法后，一般故障原因只有幾個而且有不同的可信度，也就很容易準(zhǔn)確地找出原因，加以排除。
5 結(jié)語
圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
一般專家系統(tǒng)開發(fā)工具大都只包括核心部分，即知識庫、推理機(jī)等。而在實際應(yīng)用中，還需軟件人員編寫界面與專家系統(tǒng)開發(fā)工具連接的程序，熟悉工藝的人員很難獨自應(yīng)用，而不利于增添修改，因此影響專家系統(tǒng)的實用化。目前已有無需編程、可直接使用的專家系統(tǒng)開發(fā)工具。
據(jù)此，我們選擇北京四季陽光公司的MAES系列的MAES-JT專家系統(tǒng)開發(fā)工具。MAES不用編程，只須在給出的界面上用中文填入征兆、結(jié)論名稱及規(guī)則，即構(gòu)成專家系統(tǒng)，但其界面形式是固定的。MAES-JT除MAES功能外，還帶有原程序例子，可自行設(shè)計界面，按例子套入接口程序即成專家系統(tǒng)。它實現(xiàn)的功能有：
① 無需懂得人工智能語言，只需不斷回答MAES-JT提問，就能把開發(fā)者的寶貴知識和經(jīng)驗自動組成知識庫和專家系統(tǒng)。這樣，把構(gòu)成知識庫和推理等工作由MAES-JT承擔(dān)，使開發(fā)者能集中精力解決領(lǐng)域知識問題。
② 有正向、反向和混合推理3種方式可供選擇，能與已有或新設(shè)數(shù)據(jù)庫（Dbase、Oracle、FoxPro、Access等以及非專用數(shù)據(jù)庫如Visual Basic系統(tǒng)軟件包括的數(shù)據(jù)庫）連接。
③ 與其它計算機(jī)語言（如Fortran或C等）編制的各種程序同知識庫結(jié)合，即有調(diào)用外部程序功能。
④ MAES-JT使用文件輸入、輸出作為接口，只須形成輸入文件即可進(jìn)行推理和輸出結(jié)果。同樣，只須從輸出文件取出結(jié)果，即可在用戶設(shè)計的界面上顯示。MAES-JT附有這些接口程序和樣例，用戶可直接套用。
⑤ MAES-JT附有40多條指令，包括調(diào)用外部程序、輸入、輸出、生成報告等。
⑥ MAES-JT 的知識庫是使用產(chǎn)生式規(guī)則寫成，即If…，Then…，else…，可信度？%的形式，也可輸入數(shù)學(xué)表達(dá)式。可信度的綜合有3種方式可供選擇：0與1（是與否）系統(tǒng)；0與10系統(tǒng)；-100%~+100%系統(tǒng)。后者對多個規(guī)則相同結(jié)論的綜合可信度有平均法、相依法和獨立法3種方式可供選擇。
3 質(zhì)量缺陷診斷專家系統(tǒng)
北京平板玻璃集團(tuán)公司在冷修時投運了新的玻璃生產(chǎn)質(zhì)量缺陷診斷專家系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)，它的主要技術(shù)內(nèi)容是：① 良好的全線監(jiān)控；② 配料模型化和優(yōu)化；③ 平板玻璃生產(chǎn)質(zhì)量缺陷診斷專家系統(tǒng)；④ 良好的通信使管理人員可以隨時監(jiān)視主要機(jī)組生產(chǎn)的工藝參數(shù)實況。
整個系統(tǒng)是使用多個工控機(jī)組成，并連成網(wǎng)絡(luò)，安裝有中文Windows95、Visual Basic 5.0等系統(tǒng)軟件以及MAES-JT專家系統(tǒng)開發(fā)工具。專家系統(tǒng)的缺陷診斷種類主要有氣泡缺陷、玻璃體夾雜物缺陷、非透明體夾雜物缺陷等。診斷方式為離線或半在線。由于玻璃缺陷許多無法在線檢測（如氣泡顏色與條紋連接），只有目測，故采取離線方式，即操作員把缺陷輸入（它附有各種缺陷名稱的界面，操作員只需用鼠標(biāo)點擊即可）確認(rèn)后，在出現(xiàn)的輸出界面上就有征兆（即缺陷種類）、原因及處理方法。半在線是指與監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，如缺陷原因是原料配料不對，而經(jīng)檢查配料計算正確，設(shè)定正確，這種原因就自動消除。
4 專家系統(tǒng)的知識獲取
圖2為建立知識庫和編寫規(guī)則的一般步驟，實際操作中應(yīng)解決3個問題，即工作方法、知識來源及如何把知識變成專家系統(tǒng)可用的規(guī)則，并使之能有效推理和獲得高的命中率。由于領(lǐng)域?qū)＜彝涣私鈱に嚨囊螅茈y快速提出滿足構(gòu)成專家系統(tǒng)所需的知識。此外，有些很熟練的操作員對處理操作問題及故障問題很有經(jīng)驗，但難以提出一套完整的知識。因此最好是雙方（領(lǐng)域?qū)＜液椭R專家）向?qū)Ψ降闹R靠攏，知識專家深入了解工藝和實際操作，提出初步知識框架，然后向領(lǐng)域?qū)＜艺埥獭⑻岢鰡栴}，再討論、刪改與增添。知識的來源有書本和雜志有關(guān)文章、規(guī)程和手冊、有經(jīng)驗的操作員和專家的知識。
圖2 專家系統(tǒng)知識庫建立步驟
規(guī)則編寫方法可先把上述知識列成表，再寫成規(guī)則。對于平板玻璃生產(chǎn)質(zhì)量缺陷診斷，其故障有幾十種，而每種故障原因又不盡相同，難以用常規(guī)推理方法診斷。因此應(yīng)用模擬專家診斷電機(jī)故障的方法，即分類剔除法+常發(fā)故障排隊法+相關(guān)征兆支持法，專家對每種故障有多少個原因是一清二楚的，并逐一剔除無關(guān)原因，剩下就是故障原因了。例如把許多故障原因分類為：設(shè)計原因、耐火材料原因、原料原因等，那么如果某些故障過去從未發(fā)生過，則屬于設(shè)計原因的就可剔除了，如果故障是以前沒有只是剛發(fā)生的，當(dāng)然由于耐火材料放氣原因也可排除了；常發(fā)故障排隊法也是按模擬專家診斷故障方法，即把故障原因分等，最常發(fā)生的可信度大，很少發(fā)生的可信度小；相關(guān)征兆支持法是為提高判斷命中率而設(shè)的，即常規(guī)的推理方法。經(jīng)過上述方法后，一般故障原因只有幾個而且有不同的可信度，也就很容易準(zhǔn)確地找出原因，加以排除。
5 結(jié)語
本平板玻璃生產(chǎn)質(zhì)量缺陷診斷專家系統(tǒng)已于2000年6月在北京平板玻璃集團(tuán)公司浮法分廠投運，與有經(jīng)驗專家的診斷符合度為95%以上，效果良好。
參考文獻(xiàn)：
[1] 安秋順, 馬竹梧. 專家系統(tǒng)開發(fā)工具發(fā)展現(xiàn)狀及動向. 冶金自動化, 1995,19(2):8~11.
[2] 馬竹梧. 通用專家系統(tǒng)UNES及其應(yīng)用. 冶金自動化, 1999,23 (1):14~17.
[3] 馬竹梧, 沈標(biāo)正, 于潔. 專家系統(tǒng)開發(fā)工具及其在電機(jī)故障診斷中應(yīng)用. 電工技術(shù)雜志, 1999,1:26~28.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號