基于JESS和J2EE的自動扶梯安全檢驗專家系統研究

李存岑　汪宏　徐金海　劉延雷　楊李箭　潘國兵

摘要：為了解決自動扶梯安全檢驗項目的安全風險無法量化，導致檢驗結論出現偏差的問題，開發了基于JESS和J2EE的自動扶梯安全檢驗專家系統。該系統根據《TsG T7005-2012電梯監督檢驗和定期檢驗規則一自動扶梯與自動人行道》所列檢驗項目的不同失效部件和失效形式，推理出不同的風險級別和檢驗結論。系統采用J2EE技術，實現LB/S模式的人機交互。采用JESS作為專家系統的邏輯規則引擎，解決復雜的匹配問題。應用表明，自動扶梯安全檢驗專家系統可以提高自動扶梯安全檢驗工作的可操作性和準確性。

關鍵詞：自動扶梯；專家系統；JESS；J2EE

中圖分類號：TP391：5；X943

文獻標志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-12-04

0.引言

遵照《TsG T7005-2012電梯監督檢驗和定期檢驗規則一自動扶梯與自動人行道》的規定，在作檢驗時，由于檢驗員的工作經驗及個人認識偏差等因素，很可能導致檢驗結論不準確，主要表現在以下方面。

（1）檢驗項目：同一檢驗項目可能包含多個部件，每個部件可能有多種失效形式，不同的失效部件和失效形式組合具有不同的傷害大小和發生概率，情況非常復雜，檢規不能——詳細羅列。

（2）檢驗方法：部分檢驗項目的檢驗方法是“目測”，這無法對所列檢驗項目的傷害大小和發生概率進行具體量化。

（3）檢規適用性：由于新的自動扶梯制造技術及新工藝的出現，導致現有檢規不能涵蓋所有類型自動扶梯，也無法及時跟蹤技術的更新。而普通電梯檢驗員因為專業知識不夠全面、對新技術不了解，導致檢驗結果判定存在偏差。

專家系統擁有該領域相當數量的專家知識，能模擬專家思維去解決困難和進行復雜的故障診斷、模式識別、風險評估等。為了解決自動扶梯安全檢驗項目的安全風險無法量化導致檢驗結論出現偏差的問題，開發了基于JEss和J2EE（Java 2 Platform，Enterprise Edidon）的自動扶梯安全檢驗專家系統。用戶通過專家系統人機界面向系統提問，推理機按照匹配規則將用戶的問題與知識庫中事實進行匹配，推理出該項目的風險級別和檢驗結論，呈現給用戶。

1.系統功能模塊

自動扶梯安全檢驗專家系統從功能上分為四大模塊，如圖1所示，分別為人機交互模塊、知識獲取模塊、邏輯推理模塊和知識存儲模塊。人機交互模塊以B（Browser），S（server）方式提供人員與專家系統遠程交互界面，供檢驗專家知識的錄入和檢驗人員進行邏輯推理。專家知識通過人機交互界面進入知識獲取模塊。專家知識是依據（（TSG T7005-2012電梯監督檢驗和定期檢驗規則一自動扶梯與自動人行道》檢驗項目，列出檢驗項目的主要失效形式、失效部件、失效原因、傷害實例、傷害部位、嚴重程度、概率等級、檢驗結論、檢驗方法及整改辦法。問題嚴重程度按照《GBT20900-2007電梯、自動扶梯和自動人行道風險評價和降低的方法》，分為“1（高）”、“2（中）”、“3（低）”和“4（可忽略）”四種。概率等級可以分為“A（頻繁）”、“B（很可能）”、“c（偶爾）”、“D（極少）”、“E（不大可能）“F（幾乎不可能）”六個等級。在知識獲取模塊中，由規則解釋器負責對專家檢驗案例進行解釋，轉換為專家系統能夠識別的語言添加到專家知識庫，然后通過調用知識存儲模塊將更新信息存入到知識存儲模塊中的持久化數據庫中。檢驗人員的檢索信息包括失效部件及失效形式，檢索信息通過網頁人機界面發送到專家系統服務器，經過規則解釋器后，轉換為專家系統能夠識別的專家系統語言，檢索信息一旦輸入專家系統，即觸發專家搜索引擎，調用預定義的專家邏輯，檢索結果經過人機邏輯推理模塊后，返回人機交互模塊，顯示傷害程度、風險等級、檢驗結論和對應的檢測及整改辦法。

2.系統技術方案

專家系統構建已經有很多種技術，如硬件與軟件相結合C/S模式的vc++結合SQLServer，B/S模式的Asp.net結合SQLServer等，本自動扶梯安全檢驗專家系統的開發采用J2EE+JESS技術，推理流程的技術方案如圖2所示。J2EE處理人機交互、調用專家知識獲取模塊、專家邏輯推理模塊和處理知識存儲模塊。JESS是Java平臺上的規則引擎，JESS使用的聲明式編程通過一個名為“模式匹配”的過程連續地對一個事實的集合運用一系列規則。JESS使用非常高效的Rete運算法則來處理規則及解決復雜匹配問題，適合自動化專家系統的邏輯編程。

基于JESS和J2EE的自動扶梯安全檢驗專家系統實現的技術方案如下。

（1）用戶與專家系統的交互采用B/S模式，采用支持動態網頁開發的JSP（Java Server Pages）技術編寫，利用JSP標簽在HTML網頁中插入Java代碼，實現Java web應用程序的用戶界面部分。JSP通過網頁表單獲取用戶輸入數據、訪問數據庫及其他數據源，然后動態地創建網頁。

（2）用戶利用瀏覽器訪問專家系統的網址，瀏覽器將用戶請求封裝成為HTML的Form表單提交到服務器。

（3）用戶的檢索請求被服務器轉發至Servlet。Servlet是的主要功能在于交互式地瀏覽和修改數據，生成動態Web內容。服務器啟動并調用Servlet，Servlet根據客戶端請求，調用相應的Action處理。

（4）J2EE框架采用開源框架Structs 2來簡化開發工作，Structs2使用Action來封裝HTTP請求參數，Action類包含了對用戶請求的處理邏輯，被稱為業務控制器。

（5）在專家系統中，含有大量的某個領域專家水平的知識與經驗，稱為“事實（facts）”。對于自動扶梯安全檢驗專家系統，每一條事實包含的信息為：“檢驗項目”、“檢驗類別”、“失效形式”、“失效部件”、“失效原因”、“傷害實例”、“傷害部位”、“嚴重程度”、“概率等級”、“檢驗結論”、“檢測方法”、“整改方法”。“檢驗項目”和“檢驗類別”依據《TSG T7005-2012電梯監督檢驗和定期檢驗規則-自動扶梯與自動人行道》檢驗項目給出。“失效形式”是指具體的功能表現。“失效部件”是指發生失效的具體部件。“失效原因”是指發生失效的物理原因。“傷害實例”是指發生傷害事故的具體表現。“傷害部位”是指對人體產生傷害的具體部位。添加事實的頁面如圖3所示。

（6）在JAVA中使用JESS有兩種方式，第一種為直接調用JESS.Rete類建立Reta對象，然后用JESS.Reta.eval函數對Reta對象的JESS語句進行操作，即JESS語句是嵌入到Java語句中的。第二種為預先編寫好JESS的clp文件，然后在Java調用。本系統采用兩種方案混合的模式，在保存、讀取事實和規則時采用預先調用預先編寫好的clp文件方式，在進行檢索推理時，直接在java中生成并執行JESS語句。

（7）在專家系統中同時還含模仿專家解決問題的方法稱之為“規則（rules）”。在自動扶梯安全檢驗專家系統中，作為通用檢索條件的項目為“檢驗項目”、“檢驗類別”、“失效形式”、“失效部件”和“失效原因”。

（8）在檢索條件輸入專家系統后，推理機就針對當前問題的條件或已知信息，反復匹配知識庫中的規則，生成檢索結果集合。

在Struts2框架中，當action處理完之后，就應該向用戶返回結果信息，該步驟任務被分為兩部分：結果類型和結果本身。在檢索結果顯示頁面，采用AJAX技術動態顯示搜索結果列表，還可以點擊打開該條案例的詳細JSP頁面供使用者參考。檢索結果的列表顯示頁面如圖4所示。

3.應用案例

《TSG T7005-2012電梯監督檢驗和定期檢驗規則一自動扶梯與自動人行道》的第6.11條“檢修蓋板和上下蓋板開啟監控”規定：檢修蓋板和樓層板應當配備一個監控裝置，當打開桁架區域的檢修蓋板和（或）移去或打開樓層板時，驅動主機應當不能啟動或者立即停止。對于“如機械結構能夠保證只有先移除某一塊檢修蓋板或者樓層板后，其余檢修蓋板或者樓層板才能依次移除，則至少在移除該塊檢修蓋板或者樓層板時，電氣安全裝置動作”的情況，普通檢驗人員按照檢規規定可以根據“移除任何一塊檢修蓋板或者樓層板時，電氣安全裝置動作。”，而判定該檢驗項目為“不合格”，同時劃分該項目風險為“I.需要采取保護措施以降低風險”。而實際檢驗中，檢驗專家也可以根據“如機械結構能夠保證只有先移除某一塊檢修蓋板或者樓層板后，其余檢修蓋板或者樓層板才能依次移除”，判定該檢驗項目為“合格”，同時劃分該項目風險為“Ⅲ，不需要任何行動。”采用自動扶梯安全檢驗專家系統后，可以將此條例外情況作為一種專家經驗，輸入到專家數據庫中，給普通電梯檢驗員提供參考。該條正向推理規則的流程圖如圖5所示。

4.結束語

系統在實際檢驗中得到了應用，采用J2EE和JESS構筑的自動扶梯安全檢驗專家系統運行穩定，可以快速推理出結果。結果表明：自動扶梯安全檢驗專家系統可以克服因專家的工作經驗及個人認識偏差等因素所導致的檢驗結論偏差，提高了自動扶梯安全檢驗工作的可操作性和準確性。