1、第 1 页 共 3 页焊接专家系统设计及应用摘要：论述了焊接专家系统的基本原理和结构，着重介绍了开发焊接专家系统的技术，以及焊接专家系统在实际生产中的应用。关键词：焊接 专家系统 轧辊堆焊 管道焊接专家系统是人工智能的一个重要分支，与模式识别和智能机器人成为人工智能领域中最活跃的两个分支。专家系统技术包括专门的专家系统语言、程序和为了辅助专家系统开发与执行而设计的硬件。随着计算机硬件和软件的发展及其价格的迅速下降，个人计算机(PC)在企业中的应用范围迅速扩大，计算机软件技术在复杂程度和功能上取得了较大的进步。人工智能(AI)中的专家系统技术，由于其发展迅速和易于使用并能够在PC机上运行，目前已
2、在企业和研究领域获得了广泛应用。焊接领域中，由于焊接知识显著的复杂性、经验件，焊接被认为是最适合于开发专家系统的领域之一。焊接专家系统研究虽然起步较晚，但仍获得了较大发展，经过国内外焊接工作者多年的探索和努力，目前的焊接专家系统已涉及工艺制定、缺陷分析和材料没备选择等方面。1 焊接专家系统的设计1.1 基本构成焊接专家系统与一般常规计算机程序相比较，有以下几个特点：(1)能将焊接知识的使用与焊接知识本身相分离；(2)焊接知识被符号化表示，系统能够符号化推理；(3)可以解释其推理过程；(4)必须像人类专家一样工作。焊接专家系统包括三种主要环境：知识系统、开发环境和操作环境。知识系统是指包含所有焊
3、接专家知识并能灵活运用的系统；开发环境包括开发专家系统所需的必要软件工具；操作环境是与外部进行交流的软件和硬件。其中焊接知识系统是焊接专家系统的核心，它由知识库、推理机和用户界面五个主要部分组成。知识库贮存的是符号化的焊接专家的经验和知识。知识可以分为事实性和概念性两大类。 事实性知识表示知识领域中可观测到的事件，它主要以直接表述的形式贮存；概念性知识较事实性知识更为抽象，它在知识库中是以分散的方式贮存，通常不可观察到，只可总结得到。推理机是指用以从知识库中选择相关知识，并恰当运用以解决问题的计算机程序，它是专家系统T程能够运转的关键所在。知识表示有产生式、框架、语义网络等几种，其中以产生式知
4、识表示应用最为简单也最为成熟，其形式一般为IF THEN 推理机根据用户给定的激励条件完成匹配前提的任务并触发规则。一个规则被触发可能有两种结果：一是它又触发了另一个规则，最终触发了一个规则网；二是它暗示已发生了一个动作。这将在推理事实上的数据库中增加新的信息。推理机的主要任务就是追踪这些规则并最终得到结论。应用于较为广泛的一种基本推理方法是前向推理和后向推理。推理机可分为控制和推理两部分：控制过程是控制规则的触发顺序；推理过程是应用规则匹配而形成所需结论。用户界面用于专家系统与外部的交流。它应能为用户提供以下几种主要途径：一是问题求解；二是获取系统知识；三是解释第 2 页 共 3 页特定问题
5、。通常用户需输人原始数据以起动专家系统。推理过程中由于数据不充分而无法得到结论时，用户的参与也是必要的。用户界面有文本式、菜单式和图形式三种基本形式，其中以图形式界面最为友好。1.2 焊接专家系统的开发步骤焊接专家系统目前还没有一种规范化的开发步骤，参照软件工程的开发过程，并由经验总结出来开发一个成功的焊接专家系统大致要经历以下几个阶段：(1)可行性研究。说明焊接专家系统项目开发的论证报告；(2)快速原型。快速建立焊接专家系统模型来证明设想；(3)精炼测试。知识工程师和焊接专家通过现实问题和试验来验证系统；(4)现场测试。用户来测试系统；(5)商业化系统。证实与测试、用户文档、培训、通过电话/
6、电子邮件等方式提高快速用户支持；(6)维护和升级。修补漏洞、增强功能。1.3 焊接专家系统设计的关键设计专家系统的关键有两部分：一是建造焊接知识库，包括知识获取和知识表示；二是设计推理机制与策略，包括知识规则的推理和推理解释：知识获取是从焊接专家处提取知识并将其转换成焊接专家系统程序的艰巨而细致的过程。常用知识获取方式有：（1）知识工程师。焊接专家与知识工程师一起将专家知识归纳整理，添加到焊接专家系统的知识库；（2）智能编辑程序。熟悉计算机的焊接专家通过智能编辑程序将自己的经验知识添加到专家系统的知识库中；（3）归纳学习程序。对大量实验数据进行归纳和总结，可以得到一些新的规律和知识，利用归纳学
7、习程序，模拟人类思维过程，从有关焊接知识库中发现新知识，然后将这些新知识添加到知识库中，供专家系统使用。但真正做到知识发现的专家系统很少，这种获取知识方式作为机器学习研究的一个长期目标已经引起焊接专家系统开发人员的重视。2 焊接专家系统的实际应用2.1 焊接专家系统应用于轧辊堆焊复合制造目前，在冶金钢铁企业中，高效特种堆焊是一种有效的加工修复方式。焊接时，通过引进焊接专家堆焊系统，可以极大地减轻工人的劳动强度，减少工人发生错误的机会，特别是其智能化程度的提高，对焊接质量提供了最大的保证。在特种轧辊修复制造部门，主要采用YJMD系列埋弧堆焊专用机床，通过生产加工，使轧辊的表面强化。其原理是在普通
8、42CrMo(或45钢)系列辊身上堆焊一层或几层强化材料，使堆焊辊的性能达到或超过新辊的性能。下面介绍焊接专家系统在高效特种堆焊中的工作方式：(1)现今国内外连铸机扇形段、水平段辊道均为表面焊接强化而成，这种辊道的特点是量大，工作性质非常相似。在焊接这种辊子前，把辊子外形尺寸、焊接厚度等参数输入专家系统，机头定第 3 页 共 3 页位到起始焊接点，启动焊接，专家系统将时刻关注焊接位置及焊接形态，一旦出现断弧，将自动暂停回转系统和移动系统的运行，等待人员处理焊道，通过一键恢复功能，焊接将从断弧点处自动开始，其间位置的变动是专家系统控制自动完成。层与层之间的过渡由人员操作，其后过程有专家系统控制。
9、(2)异型辊的焊接是专家系统的强势所在，这种辊子的焊接有两种方式：焊前把辊子外形尺寸等参数输入专家系统，机头定位到焊接起始点，焊接一旦开始，焊接位置将在专家系统的控制下沿输入的参数而运动，这种焊接方式对输入参数的准确性要求较高，要求操作人员有一定的个人素质，操作较繁琐。专家系统是闭环控制的，在焊接机头位置有一“位置感应器”，在它的控制下，机头沿着辊子直径的变化而上下运动，并保持一定的焊接高度，同时在焊接开始前焊接机头定位到起始点的过程，就是辊子直径参数的计算机输入过程，计算出辊子的转速，同时随着辊子直径的变化而变化，从而最大程度地保证焊接的稳定性和焊接质量。2.2 焊接专家系统应用于管道焊接为
10、保证长输管道焊接质量，在管线开工前，要做大量的试验工作，主要包括：焊接工艺指导书的制定、焊接工艺评定试验、焊接检验试验、焊接施工和焊工资格认证等。按照传统的工作方式，不但劳动量大、周期长、增加工程成本，而且一致性差。因此，实现焊接工程管理(包括焊接技术管理，焊工管理，焊接材料管理和焊接安全管理等项工作)的优质、高效和规范化，成为一个不容忽视的问题。基于此，研制开发管道焊接专家系统显得尤为必要。旨在通过计算机的辅助设计，进一步提高焊接工程管理的规范化和标准化，提高工程管理的质量和效率。管道焊接专家系统功的特点：(1)该系统将计算机技术与管道焊接技术管理紧密结合，对于推动信息技术在管道施工中的应用
11、具有重要的意义。(2)该系统能够实现对焊接工艺制定、焊接施工、焊工培训、焊缝验收等方面的有效管理。总体结构设计合理，系统功能全面，人机界面友好，输入灵活，实用性强。(3)该系统建立了管道焊接工艺数据库和知识库，可供焊接技术人员查阅、编辑。为查找有关数据及查询焊接知识提供了手段。该系统可显著提高工作效率。结束语焊接专家系统的设计方案是生产单位多年技术及经验的结晶，包括前期的技术积累、中期的方案设计及后期的智能软件系统研发，是一个高度综合、高度智能先进的系统。通过借鉴国际上最先进的模块化设计理念，各个部分相互独立又相辅相成，各个大部分均为辅助模块，这为以后修改完善专家系统提出了可能。而且可以按照用户的要求对系统模块进行相应的组合排列，满足不同客户的要求。
