專家診斷技術在熱處理缺陷方面應用的研究

摘? 要：由于熱處理在工業領域，特別是機械制造業領域使用比例高。各個企業良莠不齊的發展水平決定了熱處理技術的不完善性。在熱處理的過程中會出現各種缺陷，這些缺陷的原因各不相同。這要求一線技術人員能夠用豐富的經驗去判斷缺陷的導致原因。及時反饋于生產部門。但是由于各種原因很多企業未必能做到如此。如果有熱處理缺陷診斷專家系統，那么就會大大降低一線人員的工作壓力。也為企業帶來豐厚的經濟和社會效益。

關鍵詞：熱處理技術，人工智能，專家系統，基于案例的推理，缺陷診斷

中圖分號類：TG157 TP182

作者介紹：楊群（1982-），男，安徽蕪湖人，碩士研究生，蕪湖職業技術學院教師，研究方向為控制工程。

一.人工智能的本質和應用范圍

人工智能就其本質而言，就是對人的思維的信息過程的模擬。對于人的思維模擬可以從兩條道路進行，一是結構模擬，仿照人腦的結構機制，制造出“類人腦”的機器;二是功能模擬，暫時撇開人腦的內部結構，而從其功能過程進行模擬。現代電子計算機的產生便是對人腦思維功能的模擬，是對人腦思維的信息過程的模擬。人工智能是以計算機學科為基礎的，并且要求有深厚的數學理論基礎，只有如此才能用計算機來模擬人腦的一般活動原理，創建出智能系統來解決所遇的問題。

人工智能目前在各個領域都得到了應用，如模擬識別、自動工程、知識工程、人機對弈。通過對人工智能的應用完成了以前難以想象和實現的任務。這些都得益于對該技術的理論化研究，從研究到轉化的實現。未來要加大對人工智能基礎理論的研究，根據市場需要來確定轉化對象。

二.專家系統的總體結構和缺陷診斷專家系統的建立

專家系統是一種計算機智能程序系統，其主要原理是用計算機來模擬和替代各個領域人類專家，系統大量收集了專業領域內專家的經驗和知識，模仿他們在對專業問題上的處理和解決問題的方法。在化學、數學、物理、生物、農業災害防治、醫學診斷和故障診斷等領域，專家系統已經達到或幾乎超過了人類專家的水平。可以這樣說，人類只要對某個領域有充分的認識和理解，那么我們就將能專家系統應用其中。

缺陷診斷專家系統采用了專家系統是將工業領域的技術知識和經驗進行總結歸納，建立推理機制以及通過各種實驗所得出的各類數據等，創建出各種工業專家計算機軟件系統。該工業專家系統具有智強大的智能推理能力，還可增加和改善知識庫經驗內容，在用戶沒有掌握計算機語言的狀況下，也可簡單操作并有專家級的推斷結果。

三.專家系統中案例檢索與匹配的研究方法

（一）案例檢索與匹配原理

如何分析當前待解決問題的案例，與案例庫中的案例相比較，通過計算得出最佳解決案例方法，是基于CBR的專家系統研究的核心問題。在這一過程中使檢索出的案例盡量與求解問題相接近，能與求解問題匹配，檢索結果的數量要保持較低的水平，以保證檢索效率[30]。

（二）案例檢索與匹配過程

第一步：提出查詢。我們將輸入問題的屬性和特征來查詢結果。

第二步：檢索與選擇。通過人機交互界面，專家系統將賦予新問題初始特征值，確定與其相關的缺陷檢索子空間和征兆可信度，這樣就可完成案例征兆匹配，接下來再采用加權檢索法對案例相似度進行計算，確定出與新問題相關或者相似的案例。

不同缺陷診斷系統描述缺陷測量的方法各有不同， 他們有文字描述、邏輯判斷、數值表示、信號測量等。其中除了數值表示容易匹配，其余都難以檢索要進行轉換將各自的故障現象描述映射成數值表示方法。

本文所研究的熱處理缺陷診斷專家系統需由用戶首先對缺陷現象進行文字描述，我們將文字信息轉換為數字信息以實現案例匹配及相似度計算。

四.熱處理缺陷案例相似度的計算

在整體上的相似性的基礎上，計算在案例匹配。相似性是用來測量檢測到的情況和預期的案例之間的相似程度。以基于案例推理的實現，關鍵是建立合適的存儲和索引，和一個有效的匹配調整評價機制。存儲方式直接影響求解精度和匹配效率，調整和問題解決的影響評估機制。

可用公式（1）計算兩個案例之間的相似度：

其中： 表示為案例 與 的相似度; 為各特征參數的權值因子;n表示所有征兆數; ， 分別表示案例 與 的缺陷現象及缺陷結論缺陷現象用經過文字信息轉換后的狀態數值表示，而缺陷結論用可信度來表示，既在該缺陷狀態下所可能存在的缺陷原因的程度數值，該值由領域內專家賦予。當 =1時，表明這兩個案例最相似，即完全匹配;當 =0時，表明兩個案例完全不相同。

在熱處理專家系統中，用戶可以方便的通過專家系統的人機交互界面對熱處理缺陷現象進行描述，系統把具有相似程度的案例依次從高到地排列，相似度最高的案例就是通過基于案例推理所得出的缺缺陷診斷結果。

五.原型系統的驗證與實現

在建立熱處理缺陷數據庫后，我將開發關于熱處理缺陷診斷的專家系統。點開系統，首先是原型系統的登錄界面，用戶通過輸入用戶名和密碼，點擊“登錄”按鈕后，進入原型系統主導航界面。如果用戶點擊“退出”按鈕，則退出專家系統。

進入系統，首先是主界面。用戶通過系統主界面，依據自己的需要選擇進入子頁面。其中，點擊“進入診斷界面”按鈕，系統轉到熱處理缺陷診斷頁面，可以針對熱處理缺陷，進行診斷;點擊“熱處理知識”按鈕，系統轉到熱處理知識頁面，提供了有關熱處理的一些科普知識;點擊“缺陷診斷常識”按鈕，系統轉到缺陷診斷常識知識頁面，提供了有關熱處理缺陷診斷的一些常用知識;點擊“系統使用說明”，系統轉到系統使用說明頁面，提供了有關本系統的具體操作步驟。

系統診斷界面，主要包括缺陷類型、缺陷現象、推理方式、缺陷原因和解決方法等幾個模塊。用戶可以根據實際情況，通過選擇缺陷類型和缺陷現象，然后點擊開始診斷按鈕，系統則開始進行缺陷診斷。系統進過推理診斷后，顯示出診斷結果，包括推理方式、缺陷原因和解決方法等。

六.在研究過程中遇到的不足以及下一步的研究工作

本文利用基于CBR案例推理技術，設計和創建了熱處理缺陷診斷專家系統，并且進行了原型系統的驗證。基于CBR案例推理缺陷診斷專家系統，不但可以可以解決工廠一線技術人員經驗不足，壓力大，生產率不高的問題，也為熱處理處理的時效性和正確性提供了保證。但是在研究和學習的過程中也發現了一些問題，面對這些問題，接下來我將著重從以下幾個方面進一步開展研究工作：

（1）熱處理缺陷種類繁多，原因繁多。建立一個完整的數據庫是一個艱難的道路，我將沿著這條路繼續探索和學習。

（2）計算案例權值是整個系統關鍵和困難的一步，需要在長期過程中不斷學習。

（3）各種技術都在日新月異的發展。專家系統也要跟上前進的步伐，要能夠不斷自我完善。這就要數據庫有著強大的自我更新的功能。怎么樣能夠讓數據庫自我更新就是我未來學習和研究的目標。

參考文獻

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