起重機作業(yè)人員培訓專家系統(tǒng)研究

陳 崢，董浩明

（武漢市特種設備監(jiān)督檢驗所，湖北武漢）

起重機司機的操作是否正確，不僅直接影響了起吊工作的效率，而且也關系到司機自身的安全，因此起重機操作人員的技術培訓與考核，受到各方面的關注?，F(xiàn)有的培訓方式，浪費人力、物力和時間。本課題的研究可以為培訓人員提供操作訓練考核服務，這樣可以對培訓人員的能力進行正確、科學的評估，使整個考核過程理性化、量化、科學化，同時又是基于網絡化的，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，其又是實現(xiàn)先進的訓練和考核方式的前提條件和必要手段。從目前來看，計算機技術的不斷進步，使得網絡技術、專家系統(tǒng)技術、開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術，都有著成熟的應用，這些技術可以很好地應用于起重機訓練和考核系統(tǒng)中。

1 系統(tǒng)主結構圖

如主結構圖1所示，以VS作為主要開發(fā)平臺，開發(fā)服務器端應用程序與客戶端應用程序主體框架。為了能完成分布式信息查詢，程序必須具有網絡信息處理能力，在這里選用了SQLServer作為網絡信息傳輸?shù)木彌_器，以提高系統(tǒng)的開發(fā)速度，另外也提供了一個附加的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。當動態(tài)數(shù)據(jù)庫出問題時，可以通過SQLServer數(shù)據(jù)庫讀取、恢復數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)結構圖

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

（1）操作人員在客戶端運行客戶端應用程序，在程序中可以進行數(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)議經由網絡傳送到SQLServer服務器，并存在SQL Server中的相應的信息緩沖庫中；

（3）C#服務器端應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，利用推理機同知識庫里的規(guī)則進行匹配，計算分析相應的信息并生成計算結果；

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

（6）客戶端應用程序在發(fā)出輸入、查詢信息后，訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫等待操作結果，當結果出現(xiàn)時，將其讀出并顯示給網絡用戶。

2 系統(tǒng)網絡體系結構的實現(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、菜單驅動式頁面、圖形接口式頁面等。根據(jù)本系統(tǒng)的特點，故該系統(tǒng)的用戶界面以詢問式界面為佳。

2.2 Web服務器及與專家系統(tǒng)的接口

服務器結構是一種面向動態(tài)內容的實現(xiàn)，使用ASP.NET技術。其優(yōu)點在于采用IIS來表現(xiàn)頁面。用戶提出問題請求，通過動態(tài)鏈接庫（amzinet.dll），問題在Amzi!Prolog環(huán)境中進行推理，得到問題答案，在Asp.net中使用Amzi!.net類提供的接口函數(shù)，將動態(tài)內容插入預定的模板，根據(jù)用戶行為將頁面發(fā)送給用戶。

本系統(tǒng)采用3層結構的B/S模式，即表示層的瀏覽器，事務處理層的Web服務器，數(shù)據(jù)處理層的推理機、解釋系統(tǒng)、知識庫和綜合數(shù)據(jù)庫。

起重機專家系統(tǒng)是基于INTERNET運行環(huán)境開發(fā)的，在網絡體系建設中，采用了當前最流行的“WEB瀏覽器/WEB服務器/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”結構（也稱B/S/S結構），其基本思想是在分布式技術的基礎上，將客戶層同應用層分離，把系統(tǒng)按功能劃分為客戶層、應用層和數(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。其主要功能是指導操作人員使用己定義好的服務或函數(shù)，檢查用戶輸入的數(shù)據(jù)，顯示系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)。起重機考核與培訓專家系統(tǒng)的應用環(huán)境為Microsoft InternetExplorer，其主要技術為 HTML（超文本標注語言）、Amz!Prolog、Asp.net(C#)客戶端腳本與控件等。

（2）應用層。WEB服務器為應用層，也可稱為中間業(yè)務邏輯層。在起重機考核與培訓專家系統(tǒng)中應用層的主要功能，是提供系統(tǒng)中與應用邏輯有關的各種服務構件，負責處理前端客戶層的應用請求，其將原先置于前端客戶層的事務邏輯分離出來，集中置于服務器部分，為所有用戶共享，完成商務邏輯的計算任務，并將處理結果返回給用戶。

網絡操作系統(tǒng)，是構成客戶機/服務器方式的基礎，是網絡性能的決定因素，體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體技術水平。為發(fā)揮網絡的優(yōu)勢，本系統(tǒng)的網絡操作系統(tǒng)采用了Windows XP，主要是因為它有強大的網絡功能和易學易用的特性，結構化、可擴展性強，具有廣泛的兼容性；可靠性、安全性高，能夠在出現(xiàn)問題時保護系統(tǒng)、應用程序和資源，使系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作或進行恢復。

（3）數(shù)據(jù)源層。數(shù)據(jù)服務層就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Data BasesManagementSystem），負責提供和管理各類數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)庫、知識庫及模型庫中各類數(shù)據(jù)項的訪問。該層主要是通過中間業(yè)務邏輯層，應用邏輯組件為若干個客戶共享數(shù)據(jù)庫的連接，向前端客戶層、中間應用層提供數(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)服務器的性能和安全性。

為了滿足分布式網絡數(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、性能好的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，作為后臺數(shù)據(jù)庫，其提供完整的數(shù)據(jù)庫管理軟件程序包。

3 培訓模塊功能分析與實現(xiàn)

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

3.1 信息綜合

在系統(tǒng)中可以進行理論學習，在系統(tǒng)中以導航欄形式表現(xiàn)出來。其導航分為4個標簽：起重機簡介、作業(yè)安全操作規(guī)則、起重機安全裝置識別和常見故障分析。

首先點擊“起重機簡介”鏈接，進入起重機簡介界面，在此界面分別介紹了起重機定義、起重機組成部分及各個組成部分的介紹。這一部分可以讓新學員對起重機有一個初步的認識，為以后的學習打下堅實的基礎；

點擊“作業(yè)安全操作規(guī)則”標簽，可以鏈接到起重機操作手冊界面，這類又分為作業(yè)安全操作、起重機操作技術和起重機吊運指揮信號共3個組成部分，可以學習起重機操作的知識；

點擊“起重機安全裝置識別””標簽，可以學習在起重機操作過程中所需要注意的安全知識，避免學員遭受到身體的傷害；

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

各個信息頁面包括“起重機操作技術.htm”，“指揮信號.htm”，“作業(yè)安全規(guī)則.htm”等。學員可以利用這些信息頁面，方便地學習起重機知識。

3.2 起重機常見故障分析

這是理論學習中的一個重要部分，也是培訓系統(tǒng)中的一個重要模塊。主要利用Asp.net和Amzi!Prolog工具結合起來實現(xiàn)，其結合方式主要是通過amzinet.dll動態(tài)鏈接庫來實現(xiàn)，只要在VS菜單中“網站”項中選中“添加引用”選項，引用amzinet.dll文件，實現(xiàn)故障分析這一部分。其主要是在數(shù)據(jù)處理的基礎上，對提取的故障現(xiàn)象進行故障分析，分析方法采用簡單識別方法–––模式匹配，對輸入的故障關鍵字，在故障知識庫中查找相匹配的關鍵字來識別故障，找出故障的原因。當故障分析成功后，系統(tǒng)將相應的故障解釋顯示在用戶的瀏覽器中，用戶根據(jù)診斷結果進行故障排除。此主要實現(xiàn)代碼：

3.3 題庫管理

在管理上，題庫一般以計算機管理軟件作為技術平臺，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現(xiàn)修改題目的功能。

此模塊包括4個子模塊：單項選擇管理，多項選擇管理，判斷題管理和填空題管理。

這幾個模塊的設計方式是相似的，都是由SqlData Source控件、DataView控件、DetailsView控件組成，在DataView1控件里進行編輯模塊，點擊右上角的三角形，打開一個菜單，選中“編輯模塊”，在“編輯模塊”中添加DetailsView1控件，進行插入操作，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控件結合起來實現(xiàn)。

主要HTML源代碼如下：

起重機培訓專家系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 起重機培訓專家系統(tǒng)界面

4 結束語

主要介紹起重機考核與培訓專家系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，起重機知識庫、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，并詳細介紹了起重機培訓系統(tǒng)的實現(xiàn)，包括系統(tǒng)網絡的實現(xiàn)、培訓系統(tǒng)的實現(xiàn)，并以此為基礎最終開發(fā)出了完整的起重機專家系統(tǒng)。

[1]蔡自興，JohnDurkin，龔 濤.高級專家系統(tǒng)：原理、設計及應用[M].北京：科學出版社，2005.

[2]Michael Negnevitsky.人工智能：智能系統(tǒng)指南（第二版）[M].顧力栩，沈晉惠，等譯.北京：機械工業(yè)出版社,2007.

[3]Shirai,Y.and Tsuji.J.Artificial Intelligence:Concepts,Technologies and Applications[M].New York：Johnwiley,1982.

[4]吳泉源，劉江寧.人工智能與專家系統(tǒng)[M].長沙：國防科技大學版社，1995.