1、开 题 报 告学号：姓名： 导师：论文题目：材料试验机智能控制系统的开发学科： 计算机应用技术学院：入学时间： 年 月开题时间：1目 录1. 课 题 背 景 和 意 义 12. 国内外应用和 研究现状 23. 系统体系结构 33.1. 一 般 专 家 系 统 的 组 成 3.2. 专 家 系 统 相 对 于 一 般 应 用 程 序 的 特 点 3.3. 材 料 试 验 机 智 能 控 制 软 件 的 结 构 4. 研究 内容 65. 参 考文献 711. 课题背景和意义随 着 科 学 技 术 的 发 展 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 人 们 对 产 品 质 量 提 出 了 越 来
2、 越 高的 要 求 ， 产 品 所 使 用 的 材 料 性 能 是 直 接 影 响 产 品 质 量 的 重 要 因 素 。 材 料 试 验 机 就 是用 来 测 试 各 种 材 料 （ 金 属 、 非 金 属 、 复 合 材 料 等 ） 在 不 同 条 件 下 的 物 理 机 械 性 能 的仪 器 ， 如 材 料 的 强 度 、 塑 性 、 韧 性 等 ， 对 材 料 的 使 用 、 开 发 、 改 良 、 质 量 管 理 必 不可 少 。由 于 材 料 的 性 能 测 试 受 多 种 因 素 的 影 响 ， 如 施 力 方 式 （ 速 度 、 方 向 、 及 大 小 的变 化 ， 局 部 或
3、 全 面 施 力 等 ） 、 应 力 状 态 （ 简 单 应 力 拉 、 压 、 弯 、 剪 、 扭 ；复 杂 应 力 两 种 以 上 简 单 应 力 的 复 合 ） 、 以 及 在 受 力 状 态 下 所 处 的 环 境 （ 温 度 、压 力 、 介 质 、 特 殊 空 间 等 ） ， 控 制 过 程 复 杂 。 目 前 ， 我 国 生 产 的 材 料 试 验 机 中 90%还 是 采 用 手 动 控 制 ， 手 工 记 录 试 验 数 据 ， 不 能 精 确 控 制 整 个 试 验 过 程 ， 无 法 按 照 国家 或 国 际 标 准 所 要 求 的 试 验 条 件 进 行 试 验 ， 无
4、 法 准 确 反 映 试 验 材 料 在 各 种 条 件 下 的真 实 性 能 ， 工 作 量 也 十 分 巨 大 。 使 用 计 算 机 控 制 整 个 试 验 进 程 ， 并 将 专 家 系 统 的 理念 和 思 想 用 于 材 料 试 验 机 控 制 软 件 的 设 计 中 ， 具 有 较 大 的 灵 活 性 和 可 扩 展 性 ， 使 试验 机 能 适 应 不 同 的 试 验 对 象 、 试 验 标 准 ， 提 高 了 试 验 机 的 控 制 品 质 和 控 制 精 度 。22. 国内外应用和研究现状为 了 使 试 验 机 能 适 应 不 同 的 试 验 对 象 、 试 验 标 准 ，
5、 目 前 一 般 的 做 法 是 把 常 用 的试 验 方 式 ， 如 金 属 拉 伸 试 验 、 压 缩 试 验 、 弯 曲 试 验 、 剪 切 试 验 等 设 计 成 标 准 的 模 块 ，用 户 在 选 购 试 验 机 时 ， 根 据 用 户 的 具 体 使 用 情 况 选 配 或 定 制 相 应 的 模 块 。 在 实 际 使用 中 ， 若 无 相 应 的 模 块 ， 只 好 由 操 作 者 自 行 控 制 整 个 试 验 进 程 。 目 前 ， 国 内 大 部 分试 验 机 生 产 厂 家 、 以 及 国 外 一 些 公 司 生 产 的 试 验 机 就 是 采 用 此 种 模 式 。
6、 这 种 方 式 对那 些 试 验 对 象 比 较 固 定 的 用 户 是 可 行 的 ， 但 对 于 质 检 部 门 或 单 位 则 很 难 适 应 ， 因 为在 这 种 场 合 试 验 机 工 作 对 象 不 固 定 。另 外 ， 随 着 科 学 技 术 的 不 断 发 展 ， 各 种 新 型 材 料 不 断 涌 现 ， 这 些 新 材 料 没 有 现成 的 试 验 标 准 ， 要 求 在 试 验 过 程 中 不 断 地 探 索 。 这 就 要 求 材 料 试 验 机 控 制 软 件 具 有较 大 的 灵 活 性 和 可 扩 展 性 ， 以 便 用 户 在 使 用 过 程 中 根 据 具
7、体 情 况 ， 灵 活 地 组 合 各 种控 制 模 式 ， 充 分 发 挥 试 验 机 的 各 种 功 能 。随 着 计 算 机 在 自 动 控 制 领 域 的 广 泛 应 用 ， 使 用 计 算 机 完 成 材 料 试 验 机 的 控 制 问题 是 当 前 试 验 机 行 业 发 展 的 趋 势 。 采 用 专 家 系 统 把 材 料 试 验 机 的 控 制 方 式 和 约 束 条件 单 独 组 成 一 个 实 体 ， 即 知 识 库 ， 通 过 一 定 的 控 制 策 略 进 行 推 理 判 断 ， 进 而 控 制 整个 试 验 进 程 。 这 种 方 式 使 得 一 般 用 户 在 试
8、 验 时 能 方 便 地 使 用 领 域 专 家 的 知 识 ， 满 足了 材 料 试 验 机 控 制 系 统 对 不 同 试 验 对 象 、 不 同 试 验 标 准 的 控 制 要 求 。33.系统体系结构3.1 一般专家系统的组成一 般 专 家 系 统 由 知 识 库 、 数 据 库 、 推 理 机 、 解 释 部 分 及 知 识 获 取 五 个 部 分 组 成 。它 的 结 构 如 图 3-1 所 示 。图 3-1 一 般 专 家 系 统 结 构 图知 识 库 ： 知 识 库 用 于 存 储 试 验 机 领 域 专 家 系 统 的 专 门 知 识 ， 包 括 事 实 、 可 行 操作 与
9、 规 则 等 。 它 是 以 程 序 化 语 言 描 述 从 试 验 机 专 家 得 到 的 关 于 试 验 机 行 业 的 专 门 知识 、 经 验 及 书 本 知 识 和 常 识 ， 是 领 域 知 识 的 存 储 器 。综 合 数 据 库 ： 综 合 数 据 库 又 称 为 全 数 据 库 ， 用 于 存 放 领 域 或 问 题 的 初 始 数 据 和推 理 过 程 中 的 得 到 的 中 间 数 据 和 最 后 结 果 的 工 作 区 。 它 的 内 容 随 着 推 理 的 内 容 在 不断 变 化 ， 是 动 态 的 。推 理 机 ： 推 理 机 是 一 组 程 序 ， 用 来 控
10、制 和 协 调 知 识 库 和 综 合 数 据 库 的 运 行 。 它能 根 据 当 前 的 输 入 数 据 或 信 息 ， 再 利 用 知 识 库 中 的 知 识 ， 按 一 定 的 推 理 方 式 去 处 理 、解 决 当 前 问 题 ， 是 专 家 系 统 的 核 心 。解 释 部 分 ： 解 释 部 分 是 用 来 对 推 理 给 出 必 要 解 释 的 一 组 计 算 机 程 序 。 它 能 够 向用 户 解 释 专 家 系 统 的 行 为 。知 识 获 取 部 分 ： 知 识 获 取 部 分 提 供 一 组 程 序 或 函 数 ， 对 知 识 库 原 有 的 知 识 进 行修 改
11、和 扩 充 ， 使 控 制 系 统 不 断 改 善 性 能 、 实 现 自 我 完 善 。 在 这 里 可 采 用 机 械 学 习（ 又 称 记 忆 学 习 ） 的 方 法 ， 直 接 存 储 环 境 提 供 的 知 识 ， 以 便 利 用 这 些 知 识 。知 识 库数 据 库解 释 部 分知 识 获 取推 理 机人 机 接 口专 家 用 户43.2 专家系统相对于一般应用程序的特点专 家 系 统 是 人 工 智 能 领 域 的 一 个 重 要 分 支 ， 是 以 知 识 库 为 核 心 进 行 问 题 求 解 的计 算 机 程 序 。 它 与 一 般 应 用 程 序 的 区 别 在 于 后
12、 者 把 问 题 求 解 的 知 识 隐 含 地 编 入 程 序 ，而 前 者 把 其 应 用 领 域 的 问 题 求 解 知 识 单 独 组 成 一 个 实 体 ， 即 知 识 库 。 一 般 应用 程 序 把 知 识 组 织 为 两 级 数 据 级 和 程 序 级 ； 大 多 数 专 家 系 统 把 知 识 组 织 为 三级 数 据 、 知 识 库 和 控 制 。 在 数 据 级 上 ， 是 已 经 解 决 了 的 特 定 问 题 的 说 明 性 知识 及 需 求 解 问 题 的 在 关 事 件 当 前 状 态 ； 知 识 库 级 是 专 家 系 统 的 专 门 知 识 与 经 验 ； 在
13、控 制 程 序 级 ， 根 据 既 定 的 控 制 策 略 （ 即 推 理 方 式 ） 和 所 需 求 解 问 题 的 性 质 来 决 定 应用 知 识 库 中 的 哪 些 规 则 和 如 何 应 用 规 则 。 专 家 系 统 能 够 把 某 一 特 定 领 域 的 专 家知 识 以 形 式 化 语 言 计 算 机 程 序 供 他 人 使 用 ， 使 得 一 般 的 用 户 在 解 决 实 际 问 题 时 能 方便 地 使 用 领 域 专 家 的 知 识 ， 大 大 提 高 了 解 决 问 题 的 能 力 。 它 具 有 以 下 优 点 ：(1)专 家 系 统 具 有 启 发 性 、 透 明
14、 性 和 灵 活 性 ：专 家 系 统 能 运 用 许 多 专 家 的 知 识 与 经 验 进 行 推 理 和 判 断 ， 对 一 般 的 非 专 家 用 户在 解 决 实 际 问 题 时 具 有 启 发 性 。 专 家 系 统 还 能 解 释 本 身 的 推 理 过 程 ， 整 个 问 题 求 解过 程 对 用 户 来 说 是 透 明 的 ， 具 有 透 明 性 。 专 家 系 统 能 为 不 断 地 增 加 知 识 、 修 改 知 识 ，使 用 户 灵 活 地 利 用 领 域 专 家 的 知 识 ， 具 有 很 大 的 灵 活 性 。(2)专 家 系 统 不 受 时 间 、 空 间 和 环
15、 境 的 影 响 ：专 家 系 统 是 一 个 计 算 机 智 能 程 序 ， 可 长 时 间 保 存 并 且 拷 贝 多 个 副 本 ， 这 使 得 专家 系 统 在 实 际 工 作 时 不 受 时 间 、 空 间 和 环 境 的 影 响 。(3)专 家 系 统 能 高 效 率 、 准 确 、 全 面 、 迅 速 而 不 疲 倦 地 工 作 ：人 类 在 工 作 时 会 因 为 紧 张 、 疲 倦 、 工 作 量 过 重 而 造 成 偏 差 或 错 误 ， 而 专 家 系 统中 ， 计 算 机 的 工 作 是 严 格 按 照 设 定 的 程 序 进 行 ， 可 克 服 上 述 不 足 。专
16、家 系 统 虽 具 有 许 多 优 良 的 特 性 ， 但 它 在 实 际 应 用 中 也 遇 到 一 些 问 题 ， 如 ：(1)系 统 知 识 的 不 完 善 性一 个 专 家 系 统 在 设 计 之 初 ， 很 难 把 整 个 领 域 所 有 知 识 都 包 括 进 去 ， 因 此 ， 专 家系 统 的 完 善 需 要 一 个 渐 进 的 过 程 。(2)软 件 系 统 的 封 闭 性由 于 材 料 性 能 的 复 杂 性 ， 如 对 新 型 材 料 作 性 能 试 验 时 ， 不 能 利 用 已 有 的 知 识 库中 的 知 识 。 而 软 件 是 由 特 定 的 软 件 开 发 人
17、员 完 成 的 ， 普 通 用 户 无 法 对 其 进 行 修 改 或增 加 新 功 能 。 所 以 ， 一 般 专 家 系 统 很 难 适 应 开 放 的 、 日 益 变 化 的 现 实 领 域 。以 上 情 况 会 导 致 人 不 能 正 常 使 用 试 验 机 。 为 此 ， 可 考 虑 由 人 参 与 专 家 系 统 的 工作 ， 保 证 专 家 系 统 在 各 种 情 况 下 都 能 进 行 问 题 求 解 。53.3 材料试验机智能控制软件的结构用 户 决 策 判 断人 机 智 能 接 口控 制 推 理 程 序 库规 则 库数 据 库鉴别器执 行 调 度 器执 行 记 录 器用 户
18、计 算 机 控 制 部 分计 算 机 执 行 部 分64.研究内容专 家 系 统 是 目 前 人 工 智 能 中 最 活 跃 、 最 有 成 效 的 一 个 研 究 领 域 。 专 家 系 统 是 一种 具 有 特 定 领 域 内 大 量 知 识 与 经 验 的 程 序 系 统 ， 它 应 用 人 工 智 能 技 术 ， 根 据 某 个 领域 一 个 或 多 个 人 类 专 家 提 供 的 知 识 和 经 验 进 行 推 理 和 判 断 ， 模 拟 人 类 专 家 求 解 的 问题 的 思 维 过 程 ， 以 解 决 该 领 域 内 的 各 种 问 题 。 由 于 专 家 系 统 运 用 许
19、多 专 家 的 知 识 与经 验 进 行 推 理 和 判 断 ， 使 得 一 般 的 非 专 家 用 户 在 解 决 实 际 问 题 时 能 方 便 地 使 用 领 域专 家 的 知 识 ， 大 大 提 高 了 解 决 问 题 的 能 力 ； 作 为 一 个 计 算 机 智 能 程 序 ， 能 长 时 间 保存 并 且 拷 贝 多 个 副 本 ， 可 以 在 实 际 工 作 时 不 受 时 间 、 空 间 和 环 境 的 影 响 ， 并 且 能 高效 、 准 确 、 全 面 、 迅 速 而 不 疲 倦 地 工 作 。由 于 材 料 试 验 机 使 用 频 率 很 高 ， 在 很 多 场 合 试
20、 验 对 象 不 固 定 ， 各 种 不 同 的 试 验对 象 及 相 应 的 试 验 标 准 差 别 很 大 ， 加 上 试 验 机 的 控 制 变 量 及 控 制 方 式 繁 多 ， 因 此 ，控 制 软 件 只 有 采 用 专 家 系 统 结 构 ， 才 能 满 足 不 同 试 验 对 象 、 不 同 试 验 标 准 的 要 求 。本 课 题 运 用 专 家 系 统 的 理 念 和 思 想 对 材 料 试 验 机 控 制 软 件 的 进 行 分 析 和 设 计 ，使 用 户 在 使 用 过 程 中 根 据 具 体 情 况 ， 灵 活 地 组 合 各 种 控 制 模 式 ， 充 分 发 挥
21、 试 验 机 的各 种 功 能 。75.参考文献1 Harvey Shane, Harvey Reg, Introduction to Artificial Intelligence, Appita Journal 19982 OLeary, Daniel E, Knowledge Acquisition from Multiple Expert:An Empirical Study, Mangement Science 19983 He Y B, Zhao H etc, Neural Network Self-Learning Variable-Robustness Tracking Con
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