一種EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)智能選型系統(tǒng)研究

摘要：探討了一種新型的、用于EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)的元器件智能選型系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理參考了專家系統(tǒng)的工作模式?，F(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)部主要工作模塊初步的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì);選型系統(tǒng);專家系統(tǒng)

0 ? ?引言

電氣互聯(lián)線束系統(tǒng)（EWIS）主要由導(dǎo)線、電連接器、保護(hù)材料及卡箍等組成，在飛行器的結(jié)構(gòu)組成中，這一部分是貫穿全機(jī)電氣設(shè)備與電子設(shè)備的橋梁和紐帶。EWIS系統(tǒng)的主要工作是負(fù)責(zé)電氣設(shè)備間的信號(hào)和電能傳輸，因此也被稱為飛機(jī)的“中樞神經(jīng)和血液循環(huán)系統(tǒng)”，是現(xiàn)代飛機(jī)的重要組成部分。

元器件的選型環(huán)節(jié)在EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的多個(gè)階段都有所穿插，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重點(diǎn)工作，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。EWIS專業(yè)涉及的產(chǎn)品類別繁多，通常來(lái)說，在一般的EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，常常會(huì)涉及包含連接器、線型、屏蔽套、密封膠條等多種材料和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇和確定，涉及的類型非常廣泛。除此之外，材料和標(biāo)準(zhǔn)件的選取受到使用環(huán)境、成本限制、重量要求等多種因素的影響。由于選定的材料和型號(hào)直接影響到后續(xù)的設(shè)計(jì)工作，因此在型號(hào)選擇的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)人員往往會(huì)投入大量的精力來(lái)完成相應(yīng)的工作，而產(chǎn)品種類的龐大數(shù)量則會(huì)帶來(lái)選材階段與之相符的龐大工作量。

1 ? ?選型系統(tǒng)的整體架構(gòu)

考慮到選型工作實(shí)際上也是一種根據(jù)以往專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)思考問題得出結(jié)論的模式，因此，智能選型系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。所謂“專家系統(tǒng)”，是指一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式是參照專家思考問題的方式設(shè)計(jì)而成的[1]。

通常專家系統(tǒng)的內(nèi)部會(huì)包含有一個(gè)知識(shí)庫(kù)和一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)某一相關(guān)領(lǐng)域的達(dá)到相應(yīng)專家水平的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和數(shù)據(jù)積累。同時(shí)，專家系統(tǒng)內(nèi)部包含的推理機(jī)則會(huì)在讀取到相應(yīng)問題的情況下模擬人類專家的思路方式，通過調(diào)用以往專家解決問題的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模擬決策，使用對(duì)應(yīng)的知識(shí)數(shù)據(jù)解決問題。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一些元器件的型號(hào)選擇實(shí)際上也是一種根據(jù)規(guī)范要求、結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)做出結(jié)論的專家思維模式，因此，可以參考專家系統(tǒng)的基本構(gòu)型，結(jié)合選型工作的實(shí)際需要，得到如圖1所示的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。

對(duì)于一個(gè)專家系統(tǒng)來(lái)說，知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)這兩方面是整個(gè)系統(tǒng)的基石。從實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，設(shè)計(jì)人員在確定需要使用到的材料型號(hào)時(shí)，大多需要參閱相對(duì)應(yīng)的選型規(guī)則來(lái)確定最終使用的型號(hào)類別。因此，選材專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是由相應(yīng)的導(dǎo)線選型經(jīng)驗(yàn)、連接器選型經(jīng)驗(yàn)等多種EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及的零部件和材料的選型規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)所組成的。而大量的產(chǎn)品資料手冊(cè)和選型手冊(cè)可以進(jìn)行電子化的數(shù)據(jù)處理，將其中包含的標(biāo)準(zhǔn)件和材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)化，組成可供專家系統(tǒng)依托和查閱的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)，供設(shè)計(jì)人員隨時(shí)調(diào)用。

專家系統(tǒng)的推理機(jī)、解釋與知識(shí)獲取機(jī)制由平臺(tái)開發(fā)人員根據(jù)專家選材經(jīng)驗(yàn)確定規(guī)則并編寫相應(yīng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)置。

通過上述架構(gòu)體系，在選材工作階段用戶就可以在人機(jī)界面輸入選材的初始條件和要求，這時(shí)候?qū)＜蚁到y(tǒng)會(huì)自動(dòng)參照相應(yīng)的選型規(guī)范，根據(jù)推理機(jī)內(nèi)部的判斷機(jī)制和相應(yīng)的專家經(jīng)驗(yàn)，從龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇相應(yīng)的材料推薦給設(shè)計(jì)人員并配以相應(yīng)的解釋，省去設(shè)計(jì)人員查閱選型手冊(cè)的時(shí)間。而另一方面，專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取機(jī)制則可以幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)參閱數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的相應(yīng)的選型規(guī)范以及材料數(shù)據(jù)。

2 ? ?主要模塊工作機(jī)理

參考專家系統(tǒng)的定義，推理機(jī)的主要功能是模擬專家解決問題的思維方式，而知識(shí)庫(kù)則包含有專家針對(duì)問題領(lǐng)域相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)儲(chǔ)備。也就是說，要設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)，應(yīng)當(dāng)首先確認(rèn)正常工作流程下如何進(jìn)行選材工作。

通常來(lái)說，EWIS材料的選型會(huì)綜合多個(gè)方面的因素進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)者根據(jù)自己在各個(gè)屬性因素上的需要，在選型手冊(cè)中選擇相對(duì)合適的材料型號(hào)。因此，推理機(jī)的算法可以仿照這個(gè)思路方式，在設(shè)計(jì)人員初步確定自己的需求之后，推理機(jī)將其視為輸入條件，根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的選型經(jīng)驗(yàn)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索，選出適當(dāng)?shù)男吞?hào)反饋給設(shè)計(jì)人員，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)人員選材的工作形式。

以導(dǎo)線型號(hào)中的線號(hào)（即截面積）選擇為例，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和思路，我們?cè)诖_定電線截面積時(shí)通常有以下一套考慮的思路：

（1）通過設(shè)備的工作電流，確定線路保護(hù)所需要的斷路器規(guī)格;

（2）按電線與斷路器的匹配關(guān)系初定電線截面;

（3）按機(jī)械強(qiáng)度要求檢查或修正截面;

（4）按線路壓降要求校核電線截面，對(duì)于弱電流電路或較短的電路，此項(xiàng)校核原則上可免做;

（5）特定電路，例如大電流、短時(shí)工作、啟動(dòng)線路、減少截面線段及壓降允許超標(biāo)工作設(shè)備的電路需要檢查載流量等要求。

圖2對(duì)上述思路做出了流程演示。在這一套思考流程中，包含有很多經(jīng)驗(yàn)值和計(jì)算公式，比如電線截面積與其載流量和工作溫度的關(guān)系，過載電流的計(jì)算，斷路器或熔斷器的安秒特性曲線，斷路器或熔斷器規(guī)格與電線截面積的關(guān)系列表，直流或交流的壓降計(jì)算公式等等。將這些表格和數(shù)據(jù)電子化，就可以作為專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)供專家系統(tǒng)參考。

同時(shí)推理機(jī)的工作機(jī)制可以參考上述流程，通過模仿人類思考方式的“IF-THEN”即“如果（條件1）則（結(jié)論1）”的模式[2]，在明確每一步的約束條件下，通過查閱知識(shí)庫(kù)中相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，最終完成電線截面積的選擇和確定。

通過類似于上述流程圖描述的這種推理機(jī)，系統(tǒng)可以在設(shè)計(jì)人員提供少量的設(shè)計(jì)輸入條件后，仿照專家思路篩選出大概的材料型號(hào)選擇方向，進(jìn)而以此為依據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜尋對(duì)應(yīng)的型號(hào)具體信息來(lái)反饋給設(shè)計(jì)人員。

而系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)則應(yīng)當(dāng)是根據(jù)元器件的類型，以其主要特點(diǎn)為基本屬性建立。建立數(shù)據(jù)庫(kù)選擇的屬性應(yīng)當(dāng)具有兩個(gè)特點(diǎn)：共有性和特殊性。共有性是指這些屬性必須是這一類元器件所共有的;而特殊性則是指當(dāng)這些屬性都確定的時(shí)候，元器件的型號(hào)也就能夠隨之確定。比如就導(dǎo)線這一類型的材料來(lái)看，數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)當(dāng)主要突出的屬性有生產(chǎn)廠家、外部鍍層、截面積、屏蔽類型、線芯數(shù)幾項(xiàng)。

這樣一來(lái)，系統(tǒng)就可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員在交互界面輸入的需要選擇的元器件類型自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的元器件參數(shù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，供選型系統(tǒng)查閱使用。當(dāng)推理機(jī)根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)規(guī)范將所有屬性確定下來(lái)時(shí)，系統(tǒng)能夠以此為依據(jù)，相應(yīng)地在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行結(jié)果檢索。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型工作本身的形式和內(nèi)容，通過參考專家系統(tǒng)，將其概念與實(shí)際的工作相結(jié)合，建立了一個(gè)供EWIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用的智能選型系統(tǒng)。通過對(duì)專家系統(tǒng)工作原理的使用，系統(tǒng)可以輔助設(shè)計(jì)人員快速并準(zhǔn)確地完成產(chǎn)品的材料選型工作，極大地提高EWIS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 蔡自興，約翰·德爾金.高級(jí)專家系統(tǒng)：原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].2版.北京：科學(xué)出版社，2014.

[2] 紀(jì)宇瀟，張繼華，劉旺開，等.基于專家系統(tǒng)的熱動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)[J].兵工自動(dòng)化，2013，32（6）：56-58.

收稿日期：2020-02-06

作者簡(jiǎn)介：李劍（1993—），男，天津人，碩士，工程師，從事直升機(jī)電氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)工作。