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专家系统和数据库技术在船舶设计应用

2021/10/20 阅读:

摘要:近年来随着计算机与数据库技术的迅速发展,船舶CAD设计也取得了较大的进步。本文介绍了基于计算机技术的专家系统和数据库技术的基本原理,基于专家系统和SQL数据库开发了船舶性能优化设计平台,并介绍了该船舶性能优化设计平台的工作原理和关键构成。

关键词:专家系统;数据库;性能设计

0引言

船舶计算机辅助设计技术最早出现在20世纪60年代,随着计算机技术的发展,基于CAD的船舶设计、制造、质量控制等方面都取得了较大的发展。利用计算机优异的数据运算、存储性能,船舶工业领域的设备制造商利用计算机进行船体建模、船舶性能计算。此外,基于计算机的船舶辅助生产制造也是一项具有重要意义的CAD应用。20世纪70−80年代,将船舶设计、制造集成于一体的船舶CAD技术逐渐成型,一些具有集成特性的船舶设计系统被开发出来,不仅提高了船舶设计、生产的质量,也降低了船舶工业的时间成本,产生了较好的经济效益[1]。专家系统(Expertsystem)和数据库(Database)是计算机技术在船舶工业应用的典型,专家系统是指利用推理策略和知识库对一些工业问题进行推理,产生较合理的解决方案,进而辅助船舶设计人员解决问题;数据库技术可以建立船舶复杂数据之间的关联,提高船舶设计、生产和制造过程中海量信息的管理能力,设计人员通过数据库技术可以进行历史数据的查询和检索,一方面可以吸取历史设计方案的优点,提高设计效率;另一方面可以在海量数据的基础上进行创新,实现船舶设计的技术突破。本文研究的内容是结合专家系统和数据技术,建立一种船舶快速化的性能优化设计平台,从专家系统和数据技术的原理出发,介绍了船舶性能优化设计平台的组成和工作流程。

1专家系统研究与发展现状

在船舶设计领域,首次将专家系统引入船舶设计过程的科学家是LeeK.H.,他于1986年在船舱结构优化设计过程中使用了专家系统和智能控制技术,并建立了一种船舶设计工具—MADES[2];俄国科学家Kow-alski针对船舶辅助系统的控制,开发了一种专家系统工具Exsys,该系统工具包含了船舶设计过程所需的程序、理论计算方法、规范、历史数据等,对于改善船舶设计效率有重要的作用。专家系统通常由知识库、数据库、知识获取程序、解释程序、推理程序、用户等组成,

1)知识库

知识库是专家系统的核心,通常知识库里存放的数据是一些用于系统推理的关键数据,比如不同领域专家的理论、基础性理论和专家的经验公式等,专家系统的工作原理是利用知识库中的数据,结合当前遇到的问题进行求解,用专家的思维逻辑获取当前问题的解决方案,因此,知识库也是专家系统实现基础功能的前提。

2)知识获取程序

知识获取程序的主要功能是对专家系统知识库的数据进行加工和转化,将知识库中的数据转化为计算机可以识别的信息。知识获取程序在运行过程中,必须要保证专家系统两方面的性能指标。知识获取程序在进行数据的加工和转化时,必须能够维持知识库中数据的完整性,确保专家系统计算机可以获取完整的推理基础数据。知识获取程序是设计人员与专家系统之间的信息传输中介,设计人员不仅可以通过知识获取程序获得知识库中的数据,而且可以通过知识获取程序将现有的船舶设计数据写入知识库中。

3)解释程序

解释程序的功能是针对设计人员的问题进行系统的解释说明,同时对专家系统当前的运行工作状态、知识库的数据状态提供说明,提高用户与专家系统的人机交互性。解释程序有助于专家系统新用户快速掌握系统的使用方法。

4)推理程序

推理程序分析专家系统知识库中的理论数据,选取知识库中对当前方案有积极作用的理论,进行解决方案的推理,并通过人机交互界面发送给用户。

5)交互界面

交互界面是专家系统用户与系统之间的数据传输媒介,由一系列的硬件设备和软件程序构成,包括显示器、键盘、鼠标以及驱动程序等。为了保证专家系统具有良好的人际交互性,在进行交互软件程序的开发时,通常采用Windows系统或Os系统的软件程序开发。

2基于专家系统和数据库的船舶CAD设计研究

2.1船舶性能优化设计系统的总体设计

本文结合专家系统和SQL数据库技术,开发了一种船舶性能CAD优化设计系统,该船舶性能CAD优化设计系统核心组成包括SQL数据库、实例库、知识库、任务定义模块、数据库管理模块、优化设计模块等,图2为船舶性能CAD优化设计系统原理图。

1)任务定义模块

船舶性能优化设计系统的任务定义模块主要作用是根据当前船舶的设计任务进行系统组成模块的任务定义,将当前的船舶性能优化设计任务进行分解,向数据库、知识库、优化设计模块等发送指令。

2)SQLServer数据库

SQLServer数据库具有较好的一致性,可以在Windows/Linux系统上运行,SQL数据库技术具有良好的数据存储和管理能力,主要功能是存储船舶性能优化系统的样本知识、历史数据。

3)知识库

知识库是专家系统的重要组成部分,在船舶性能优化设计平台中,知识库中存储的数据主要是相关领域专家的一些基础理论和关键的经验公式、归纳性知识,知识库是进行船舶性能优化设计的重要组成模块。

4)实例库

实例库中存放的主要是一些船舶历史设计案例,这些历史设计案例的数据具有非常重要的参考价值,也是进行船舶性能优化的基础。

5)数据库管理和知识维护模块

船舶工业处于高速发展的阶段,一些基础理论和实验方法处于不断的更新和变化中。数据库管理和知识维护模块的功能,是进行船舶性能优化设计平台中数据库和知识库的数据修改、写入、扩充和管理,确保知识库和数据库中的相关知识能够及时更新,提高船舶性能优化的水平。

2.2船舶性能优化平台的SQLServer数据库系统SQLServer数据库也是船舶性能优化设计平台的关键组成,之所以选用该类型数据库技术,主要是因为SQLServer数据库具有如下优点:

1)具有较高的集成性,终端同时具备服务器和用户操作界面,对船舶性能数据的管理更有效。

2)可移植性好,由于船舶性能优化设计平台在开发时需要众多设计人员共同参与,并进行数据反馈,采用SQLServer数据库可适用于Linux,Windows等系统,满足开发需求。3)利用数据库的自定义函数功能,性能优化平台具有较高的可操作性。基于专家系统和数据库技术的船舶性能优化CAD设计平台工作流程如图4所示。

3结语

本文介绍了专家系统和SQLServer数据库技术的原理,设计了一种基于专家系统和数据库的船舶性能优化CAD设计平台,并详细介绍了该性能优化平台的基本构成和工作流程。

作者:严珂 单位:成都文理学院信息工程学院

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