焊接工艺设计专家系统中的知识表示与推理

摘要：在焊接工艺中采用专家系统知识进行工艺评定，可以帮助设计人员选择合适的焊接工艺，从而设计出科学合理的焊接方案，从根本上确保焊接工程的质量。本文简述了焊接专家系统的概况，并介绍了专家系统的知识表示和推理过程。

关键词：专家系统；工艺设计；知识库

中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0160-01

焊接工艺是一项对技术和经验都要求非常高的热加工技术，很容易受施工环境的影响，因此很难精确量化。专家系统是一种模拟专家解决复杂问题的智能计算机程序。将专家系统运用于焊接工艺中，可以有效地提高焊接工程的质量。随着计算机技术和信息技术的高速发展，焊接专家系统的研发也进入了快速发展的阶段。

一、焊接专家系统的概况

焊接工艺主要依靠积累经验知识和必要的理论来解决实际问题，专家系统的特点和功能非常符合焊接工艺的要求，因而，专家系统可以很好的应用于焊接工艺领域。我国的焊接专家系统始于80年代末，发展到今天已经具有一定的水平，但还不是很成熟，系统的集成化和通信网络化正进一步加强，开发工具也在不断地更新，人工智能技术也在不断发展，自动获取知识的能力也在不断提高。

二、知识的组织与表示

（一）知识的表示方法

专家系统的基础在于知识的组织和表示，知识表示可以将焊接工艺专家的知识理论经过分析、整理、加工、解释并转换成为计算机语言。常用的知识表示法有谓词逻辑表示法、规则表示法、框架表示法、过程表示法和语义网络表示法等。

谓词逻辑表示法指的是各种基于逻辑推理的知识表示方式。逻辑系统是一门研究以已知事实出发，根据一个公理系统以及若干推理规则推导出新事实的学科。谓词逻辑表示法的表达自然简洁、灵活性和模块性较强，具有很严格的形式定义，推理比较完备。适用于定理的证明、问题答疑以及机器人学。但此法的组织性较差，也不便于维护，不适合用于表达过程和启发性知识的表示。并且，推理过程不容易被理解，推理过程也较为单调，容易产生组合型爆炸。

规则表示法是目前焊接专家系统中最常用的表示方法，采用这种表示法的专家系统被称之为基于规则的专家系统。该方法的表达比较自然，一致性好，灵活性模块性也较强，很容易保留动作所产生的踪迹。该法适用于知识比较松散、无简洁、同一理论的领域。处理过程可以表示成一组独立的操作，便于将知识及其用法相互分离。但该法的知识处理效率较低，不适合表示过程性的知识。此外，其控制路径较难追踪，容易引发组合爆炸，也不能提供灵敏的解释。

语义网络表示法是知识深化的表达，直观但易于理解，具有信息索引功能，适合用于需要根据复杂的分类知识进行推理并且表示事件的性质和动作之间的关系的领域。框架表示法的表达能力也比较强，层次也比较丰富，知识的组织方式也利于推理，容易实现默认的推理，适合用于表示固定的时间和状况，但不易找到适合任何情况的原型，不容易适应新的情况。

（二）知识的分类

专家系统的关键就是知识的获取及表示方法。一般情况下，焊接专家系统的知识主要来自于焊接领域内的专业知识以及国家关于焊接的相关标准。按照计算机语言的表示的难易程度，可以将知识分为5类。

1.事实性知识。事实性知识指的是专家系统中的对焊接工艺评定的报告知识。这类知识主要来源于实际生产。在专家系统中，事实性知识的存放形式主要是Access数据库，知识表示方法主要是面向对象的程序语言表示法表示。

2.定义性知识。定义性知识是一种确定性的知识，主要指前提明确，并且得出的结论也相对明确的知识。这类知识在专家系统的模块设计中运用比较频繁，一般采用的知识表示方法为面向对象法。

3.规则性知识。规则性知识也是一种确定性比较强的知识，很容易被计算机系统识别。规则性知识主要来自于专家们的长期积累，且经实践证明是准确无误的。规则性知识主要描述两个对象之间的因果关系，相比于定义性知识，规则性知识要更复杂一些。

4.过程性知识。过程性知识主要是将相关的公式及推理进行分类和整合，最后组成一个结构化比较强的系统的知识模块。在专家系统中，定义性知识以及规则性知识共同组成了过程性知识的内部。

5.描述性知识。描述性知识一般是指描述起来比较模糊的知识，是介于确定性知识和不确定性知识之间的一种方法，其结构化比较差，很难直接利用程序进行表达。

三、专家系统的推理过程

根据表示表达方式的不同，可以将专家系统的推理方法分为演绎推理与归纳推理，精确推理与不精确推理，单调推理与非单调推理等。专家系统所采取的推理方法通常需要依赖系统的知识表示模式，只有将知识的使用方法和知识的表示方法有机结合，才能有效地利用专家系统。专家系统中，知识的主要表示模式是将对象和产生方式相互结合的方法。焊接工艺设计专家系统的推理机制的基础是推理过程及基于模块的推理过程。在焊接工艺中，相关设计参数较多，系统采取了正向推理的方法进行设计，将已知的知识转换成为计算机系统语言，系统再将数据库中的知识与规则相匹配，从而进行问题的求解。

四、结束语

焊接专家系统的工艺知识按其特点可以分为事实性知识、定义性知识、规则性知识、过程性知识和描述性知识，不同的知识类型有不同的表达方式。系统采用面向对象的方式将焊接工艺的知识、规则等分类储存在相应的类中，以供程序调用。系统的知识组成层次分明，相应的表示方法也比较合理，同时，系统将焊接领域各类知识的表示方式相互结合，提高了专家系统的工作效率。

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