第二章 专家系统
2.1人工智能与专家系统
人工智能是一门新兴的技术科学，它研究人类思维过程的计算机模拟，研究如何用人工的方法和技术，即利用计算机或智能机，通过符号系统和信息处理，模仿、延伸和扩展人的智能，实现脑力劳动自动化。
总括起来，人工智能（从感知、思维、行为三方面）包括：
·知识获取：机器视觉、听觉；
·知识处理：知识表达、积累、推理和处理；
·知识运行：智能机器。
专家系统是AI的一个应用分支，它继承和应用了AI各领域研究的许多基本思想和基本技术。如启发方式，符号推理，知识表达技术等。但是，专家系统自六十年代中期产生以来，从AI领域中脱颖而出，从范例，工具到系统开发策略都形成了一套与从其它分支（如机器视、听觉，智能机器，机器人等）所不同的体系，它代表着AI的主要研究方向。
（1）专家系统强调领域的专家知识，即处理人类专家解决的高难度问题；
（2）专家系统强调专门领域何题的求解策略，而并术重视独立于领域部题的通用求解技术。
（3）专家系统能够解释系统求解结论，提高了系统的可接受性。
2.2专家系统与机械设计
人工智能技术的日趋成熟和专家系统的迅速发展和应用，也引起了国内外机城工程界
的极大关注,并已引用在机械系统故障诊断，模拟仿真，自动控制，工艺编程，产品设计等方面。与专家系统应用的比较成熟的领域（例如诊断、化学分析等）不同，机械设计专家系统有独自的特点，主要表现在以下几方面：
(1)设计过程中，满足设计条件的设计方案有时不是唯一的，需要即时开发不同的设计方案；
(2)设计的约束来自许多实际的条件，通常没有一个成熟的模型把诸多的约束条件同设计选择综合起来；
(3)产品的设计过程，由于其复杂性和计算机资源的限制，一般需要整个产品设计分解为若干个子系统，而通常情况下，子系统间不完全独立，使专家系统的设计复杂化；
(4)修改设计的局部内容时，要考虑局部内容对全局的影响；
(5)通常情况下，机械产品作为一个整体，各种因素互相关联，使设计方案的优化过程变得极为复杂，难于进行；
(6)设计过程中，有时设计方案的确定需要进行反复多次的过程，专家系统对这种情况必须进行处理；
(7)设计过程中，推理过程和大量的科学计算、数值处理交织在一起；
(8)需要处理空间的三维实体零件，因而要求具有相当的计算机资源，
(9)机械设计离不开图形，因而专家系统必须具有绘图的能力，
(10)机械产品各种各样，使用的知识千差万别，没有统一的模式。
2.3 专家系统发展概况
国外专家系统的研制自六十年代末开始，发展十分迅速。专家系统较为广泛地运用在诊断、规划、监视、设计、咨询、教学、预测及决策等方面。已开发并投入使用的专家系统，例如，化学分析专家DENDRAL，数学专家MACSYMA，医学诊断专家MYCIN , 探矿专家PROSPECTOR，生物专家MOLGEN，材料结构专家SACON，机械设计专家R1，语音理解专家HEARSAY-I等卓有成效地工作在各自的领域，其中有些专家系统在某些方面已经超过人类专家的水平。
国专家系统的研制起步较晚，但从八十年代初以来，也有不少专家系统问世。例如，西安交通大学的“儿科常见病专家系统”机械加工工艺设计专家系统（XJOCAP），浙江大学的挖土机总体结构设计专家系统，沈阳自动化所的机械加工工艺设计专家系统和数控代码生成专家系统以及获国家科学技术进步奖的气象预报专家系统IMFOS等。
机械设计专家系统由于其复杂性，较通用的专家系统难于问世，较成熟专家系统还比较少。虽然研制了许多实验型专家系统，如用于设计标准三角皮带传动的专家系统VEXPRT，弹簧设计专家系统AISPCAD等，但迄今为止，比较成功的机械设计专家系统是美国DEC公司乾地VAX计算机的外形及结构的计算机总体配制专家系统R1（或XCOM),R1的知识库包括CAX的部件特征及根据系统状态确定何时移向一子任务的规则和完成各子任务的规则其控制结构为无回溯的数据驱，该公司外销的VAX机都是由该系统设计的，每年可创几千万美元的经济效益。
2.4 专家系统的基本结构
专家系统通常有知识库、上下文（context）——或称动态（当前）教据库、推理机、知识获取机制、解释机制、人机接口，对于机械设计系统来说，还有相应的绘图系统，以及实现调用产品性能分析、优化设什软件包的与其它高级语言的接口。专家系统结构见图2-l，其各自的功能分别为：
1.知识库：用于存储领域的专门知识。专家系统的问题求解是应用专家提供的专门知识来模拟专家的思维方式进行的，知识是领域专家长期经验的积累，是特定的思维方式的反映，决定一个专家系统性能的关键因素，故知识采集及其文本的形成是建造专家系统的基础工作。本文所采用的专象系统文本是在西重所王培便高级工程师（研究员级）领导下完成的，为圆柱齿轮减速器专家系统设计奠定了良好的基础。在此，作者对王培便高级工程师表示衷心的感谢。知识库的工作，基本上有两个方面：一是知识的提炼，形式化过程；另一方面是知识的计算机表达问题。
2.上下文：反映具体问题在当前求解状态下的信息集合，它由问题的有关初始已知条件和系统求解期间所产生的所有事实所组成。
3.推理机：是一种知识人选择和应的控制策略。它根据上下文的信息，识别选取知识库中可用的知识进行推理，修改、扩充上下文直至形成最终解。
4.解释机制：回答用户提出的问题，对系统结论的求解过程或系统的当前状态提供说明。
5.知识获取机制：实现专家系统的学习功能。分两种形式：人工传授和机器自学习。
6.人机接口：完成计算机与专家或用户的相互通讯过程。
7.绘图机制（或称绘图子系统）：完成设计结果的图形转化过程。
8.高级语言接口：同其它高级语言的连接，调用CAD软件包。
上一页
下一页
