起重機(jī)作業(yè)人員培訓(xùn)專家系統(tǒng)研究

陳 崢，董浩明

（武漢市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，湖北武漢）

起重機(jī)司機(jī)的操作是否正確，不僅直接影響了起吊工作的效率，而且也關(guān)系到司機(jī)自身的安全，因此起重機(jī)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)與考核，受到各方面的關(guān)注。現(xiàn)有的培訓(xùn)方式，浪費(fèi)人力、物力和時(shí)間。本課題的研究可以為培訓(xùn)人員提供操作訓(xùn)練考核服務(wù)，這樣可以對(duì)培訓(xùn)人員的能力進(jìn)行正確、科學(xué)的評(píng)估，使整個(gè)考核過程理性化、量化、科學(xué)化，同時(shí)又是基于網(wǎng)絡(luò)化的，可以形成良好的資源共享，從而可以面向更多的使用者。此外，其又是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的訓(xùn)練和考核方式的前提條件和必要手段。從目前來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，都有著成熟的應(yīng)用，這些技術(shù)可以很好地應(yīng)用于起重機(jī)訓(xùn)練和考核系統(tǒng)中。

1 系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)圖

如主結(jié)構(gòu)圖1所示，以VS作為主要開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)服務(wù)器端應(yīng)用程序與客戶端應(yīng)用程序主體框架。為了能完成分布式信息查詢，程序必須具有網(wǎng)絡(luò)信息處理能力，在這里選用了SQLServer作為網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)木彌_器，以提高系統(tǒng)的開發(fā)速度，另外也提供了一個(gè)附加的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。當(dāng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫出問題時(shí)，可以通過SQLServer數(shù)據(jù)庫讀取、恢復(fù)數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

而智能信息查詢模塊，則使用Amzi!Prolog+Logic Server 7.0進(jìn)行開發(fā)制作，并編譯、連接生成可以調(diào)用執(zhí)行的XPL文件，嵌入到VS開發(fā)的軟件主體框架中，由VS服務(wù)器端應(yīng)用程序調(diào)用進(jìn)行智能運(yùn)算。同時(shí)，由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終都是存放在智能模塊的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，因此必須在軟件運(yùn)行初始化時(shí)，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)文件中讀出，并放入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，在系統(tǒng)退出時(shí)，應(yīng)將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)文件中。運(yùn)行時(shí)主要流程如下：

（1）操作人員在客戶端運(yùn)行客戶端應(yīng)用程序，在程序中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)查詢操作；

（2）輸入信息與查詢信息，使用TCP/IP協(xié)議經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送到SQLServer服務(wù)器，并存在SQL Server中的相應(yīng)的信息緩沖庫中；

（3）C#服務(wù)器端應(yīng)用程序輪詢查找信息緩沖庫中，是否有需要處理的信息，如果存在，則將信息讀出，并送入Amzi!Prolog智能化模塊；

（4）Amzi!Prolog智能化模塊，利用推理機(jī)同知識(shí)庫里的規(guī)則進(jìn)行匹配，計(jì)算分析相應(yīng)的信息并生成計(jì)算結(jié)果；

（5）Asp.net（C#）服務(wù)器從Amzi!Prolog智能化模塊讀出計(jì)算結(jié)果，并將結(jié)果存入SQLServer數(shù)據(jù)庫中的信息緩沖庫中；

（6）客戶端應(yīng)用程序在發(fā)出輸入、查詢信息后，訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫等待操作結(jié)果，當(dāng)結(jié)果出現(xiàn)時(shí)，將其讀出并顯示給網(wǎng)絡(luò)用戶。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

2.1 瀏覽器

瀏覽器是用戶與系統(tǒng)間交互的窗口，以Web頁面的形式，將詢問或結(jié)果信息呈現(xiàn)給用戶。該系統(tǒng)的瀏覽器，可直接采用目前常用的IE瀏覽器等。用戶頁面的類型，可根據(jù)用戶需求及推理系統(tǒng)的需求而定。常用的用戶頁面，主要有詢問式頁面、菜單驅(qū)動(dòng)式頁面、圖形接口式頁面等。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，故該系統(tǒng)的用戶界面以詢問式界面為佳。

2.2 Web服務(wù)器及與專家系統(tǒng)的接口

服務(wù)器結(jié)構(gòu)是一種面向動(dòng)態(tài)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)，使用ASP.NET技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于采用IIS來表現(xiàn)頁面。用戶提出問題請(qǐng)求，通過動(dòng)態(tài)鏈接庫（amzinet.dll），問題在Amzi!Prolog環(huán)境中進(jìn)行推理，得到問題答案，在Asp.net中使用Amzi!.net類提供的接口函數(shù)，將動(dòng)態(tài)內(nèi)容插入預(yù)定的模板，根據(jù)用戶行為將頁面發(fā)送給用戶。

本系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)的B/S模式，即表示層的瀏覽器，事務(wù)處理層的Web服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理層的推理機(jī)、解釋系統(tǒng)、知識(shí)庫和綜合數(shù)據(jù)庫。

起重機(jī)專家系統(tǒng)是基于INTERNET運(yùn)行環(huán)境開發(fā)的，在網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)中，采用了當(dāng)前最流行的“WEB瀏覽器/WEB服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)（也稱B/S/S結(jié)構(gòu)），其基本思想是在分布式技術(shù)的基礎(chǔ)上，將客戶層同應(yīng)用層分離，把系統(tǒng)按功能劃分為客戶層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層3大塊，分別放置在相同或不同的硬件平臺(tái)上。

（1）客戶層。WEB瀏覽器為客戶層，客戶層是系統(tǒng)的用戶接口部分，也就是人機(jī)界面，是用戶與系統(tǒng)間交互信息的窗口。其主要功能是指導(dǎo)操作人員使用己定義好的服務(wù)或函數(shù)，檢查用戶輸入的數(shù)據(jù)，顯示系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)。起重機(jī)考核與培訓(xùn)專家系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境為Microsoft InternetExplorer，其主要技術(shù)為 HTML（超文本標(biāo)注語言）、Amz!Prolog、Asp.net(C#)客戶端腳本與控件等。

（2）應(yīng)用層。WEB服務(wù)器為應(yīng)用層，也可稱為中間業(yè)務(wù)邏輯層。在起重機(jī)考核與培訓(xùn)專家系統(tǒng)中應(yīng)用層的主要功能，是提供系統(tǒng)中與應(yīng)用邏輯有關(guān)的各種服務(wù)構(gòu)件，負(fù)責(zé)處理前端客戶層的應(yīng)用請(qǐng)求，其將原先置于前端客戶層的事務(wù)邏輯分離出來，集中置于服務(wù)器部分，為所有用戶共享，完成商務(wù)邏輯的計(jì)算任務(wù)，并將處理結(jié)果返回給用戶。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是構(gòu)成客戶機(jī)/服務(wù)器方式的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)性能的決定因素，體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體技術(shù)水平。為發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)采用了Windows XP，主要是因?yàn)樗袕?qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和易學(xué)易用的特性，結(jié)構(gòu)化、可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有廣泛的兼容性；可靠性、安全性高，能夠在出現(xiàn)問題時(shí)保護(hù)系統(tǒng)、應(yīng)用程序和資源，使系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作或進(jìn)行恢復(fù)。

（3）數(shù)據(jù)源層。數(shù)據(jù)服務(wù)層就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Data BasesManagementSystem），負(fù)責(zé)提供和管理各類數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫及模型庫中各類數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問。該層主要是通過中間業(yè)務(wù)邏輯層，應(yīng)用邏輯組件為若干個(gè)客戶共享數(shù)據(jù)庫的連接，向前端客戶層、中間應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)處理與來源，從而減少了連接次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能和安全性。

為了滿足分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的需要，并滿足開放性、可移植性、界面一致性、高性能及高可靠性和實(shí)用性的要求，本系統(tǒng)采用SQLServer 2005數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是功能強(qiáng)、性能好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，其提供完整的數(shù)據(jù)庫管理軟件程序包。

3 培訓(xùn)模塊功能分析與實(shí)現(xiàn)

此模塊是一個(gè)在線培訓(xùn)，創(chuàng)建和發(fā)布HTML主頁，具有動(dòng)態(tài)的網(wǎng)頁效果，而且可以非常方便地完成網(wǎng)頁編輯，也便于網(wǎng)頁的更新和維護(hù)，適用于培訓(xùn)專家系統(tǒng)的輔助功能實(shí)現(xiàn)。

3.1 信息綜合

在系統(tǒng)中可以進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，在系統(tǒng)中以導(dǎo)航欄形式表現(xiàn)出來。其導(dǎo)航分為4個(gè)標(biāo)簽：起重機(jī)簡(jiǎn)介、作業(yè)安全操作規(guī)則、起重機(jī)安全裝置識(shí)別和常見故障分析。

首先點(diǎn)擊“起重機(jī)簡(jiǎn)介”鏈接，進(jìn)入起重機(jī)簡(jiǎn)介界面，在此界面分別介紹了起重機(jī)定義、起重機(jī)組成部分及各個(gè)組成部分的介紹。這一部分可以讓新學(xué)員對(duì)起重機(jī)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；

點(diǎn)擊“作業(yè)安全操作規(guī)則”標(biāo)簽，可以鏈接到起重機(jī)操作手冊(cè)界面，這類又分為作業(yè)安全操作、起重機(jī)操作技術(shù)和起重機(jī)吊運(yùn)指揮信號(hào)共3個(gè)組成部分，可以學(xué)習(xí)起重機(jī)操作的知識(shí)；

點(diǎn)擊“起重機(jī)安全裝置識(shí)別””標(biāo)簽，可以學(xué)習(xí)在起重機(jī)操作過程中所需要注意的安全知識(shí)，避免學(xué)員遭受到身體的傷害；

最后一個(gè)標(biāo)簽為“常見故障分析”，能幫助學(xué)員掌握出現(xiàn)故障現(xiàn)象的原因，得以親自解決一些故障。

各個(gè)信息頁面包括“起重機(jī)操作技術(shù).htm”，“指揮信號(hào).htm”，“作業(yè)安全規(guī)則.htm”等。學(xué)員可以利用這些信息頁面，方便地學(xué)習(xí)起重機(jī)知識(shí)。

3.2 起重機(jī)常見故障分析

這是理論學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要部分，也是培訓(xùn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊。主要利用Asp.net和Amzi!Prolog工具結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)合方式主要是通過amzinet.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫來實(shí)現(xiàn)，只要在VS菜單中“網(wǎng)站”項(xiàng)中選中“添加引用”選項(xiàng)，引用amzinet.dll文件，實(shí)現(xiàn)故障分析這一部分。其主要是在數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)提取的故障現(xiàn)象進(jìn)行故障分析，分析方法采用簡(jiǎn)單識(shí)別方法–––模式匹配，對(duì)輸入的故障關(guān)鍵字，在故障知識(shí)庫中查找相匹配的關(guān)鍵字來識(shí)別故障，找出故障的原因。當(dāng)故障分析成功后，系統(tǒng)將相應(yīng)的故障解釋顯示在用戶的瀏覽器中，用戶根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行故障排除。此主要實(shí)現(xiàn)代碼：

3.3 題庫管理

在管理上，題庫一般以計(jì)算機(jī)管理軟件作為技術(shù)平臺(tái)，包括試題錄入和瀏覽試題，多功能查詢，可以按照管理的要求按題型查詢現(xiàn)有題庫，也可以按照題型添加新的題目，類似的，可以刪除題目，也可以選中題目列表實(shí)現(xiàn)修改題目的功能。

此模塊包括4個(gè)子模塊：?jiǎn)雾?xiàng)選擇管理，多項(xiàng)選擇管理，判斷題管理和填空題管理。

這幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方式是相似的，都是由SqlData Source控件、DataView控件、DetailsView控件組成，在DataView1控件里進(jìn)行編輯模塊，點(diǎn)擊右上角的三角形，打開一個(gè)菜單，選中“編輯模塊”，在“編輯模塊”中添加DetailsView1控件，進(jìn)行插入操作，一次可以插入一條記錄，如圖1所示。編輯和刪除操作可以用DataView1和SqlDataSource1控件結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)。

主要HTML源代碼如下：

起重機(jī)培訓(xùn)專家系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 起重機(jī)培訓(xùn)專家系統(tǒng)界面

4 結(jié)束語

主要介紹起重機(jī)考核與培訓(xùn)專家系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，起重機(jī)知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫的建立，開發(fā)專家系統(tǒng)所需的主要軟件語言介紹，并詳細(xì)介紹了起重機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)、培訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并以此為基礎(chǔ)最終開發(fā)出了完整的起重機(jī)專家系統(tǒng)。

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