Экспертная система диагностики металлоконструкций (стр. 4 из 9)

- марка стали;

- вид поставки;

- сечение;

- текущая скорость ультразвука;

- текущее напряжение;

- предел упругости;

- предел прочности;

- скорость ультразвука;

- коэффициент наклона;

- коэффициент начального смещения;

- напряжение;

- расчитываемый предел прочности;

- оценка локальных напряжений;

- оценка прочности металлоконструкций.

Каждому параметру соответствует множество его дискретных или непрерывных значений. Например, для качественных параметров могут быть следующие значения:

для параметра “марка стали”- сталь Вст3кп, сталь 09Г2С, сталь 15ХСНД, сталь 10ХСНД, сталь65Г, сталь 12Х18Н10Т;

для параметра “вид поставки”- прокат горячекатанный ГОСТ 380-71, листы горячекатанные ГОСТ 16523-70, листы холоднокатаные ГОСТ 16523-70, сортовой и фасонный прокат ГОСТ 19281-73, листы и полосы ГОСТ 19282-73 и т.д.

Аналогично для количественных параметров с дискретными значениями также перечисляются все возможные значения.

Для количественных параметров с непрепывными значениями указывается интервал изменений значений. Например:

для параметра “предел упругости”- >=195 <=365 МПа;

для параметра “предел прочности”- >=360 <=490 МПа.

При формировании значений параметров “коэффициент наклона” и “коэффициент начального смещения”, были проведены исследования металлоконструкций из разных марок сталей. А получение значения параметра “напряжение” расчитывается по методике [4].

Применительно к рассматриваемой предметной области выделено четыре качественных и десять количественных параметров.

5.3.3 Формирование сети связей параметров

Следующий шаг при формировании модели - построение сети связей, вершинами которой являются параметры, а дуги отражают непосредственные зависимости параметров друг от друга. Здесь определяются отношения между понятиями предметной области.

В истоках сети располагаются, так называемые, базовые параметры, значения которых не зависят от значений других.

Все остальные параметры так или иначе зависят от базовых.

Сначала определяются параметры, которые непосредственно зависят от истоков. Они составляют второй слой сети.

Затем определяются параметры, которые непосредственно зависят от параметров предыдущего слоя и т.д.

В стоках располагаются обобщенные параметры, характеризующие моделируемый процесс в целом.

Строить сеть можно как с истоков, так и со стоков.

Для формируемой модели в истоках сети располагаются параметры, характеризующие текущую ситуацию (исходные данные): марка стали, вид поставки, сечение, текущая скорость ультразвука, текущее напряжение. От них зависят параметры, характеризующие последствия.

Стоками сети является обобщенная оценка, диагноз.

Рассмотрим процесс построения сети взаимосвязей параметров.

Истоки сети:

- марка стали;

- вид поставки;

- сечение;

- текущая скорость ультразвука;

- текущее напряжение.

Стоки сети:

- оценка локальных напряжений;

- оценка прочности металлоконструкций.

Начнем строить сеть со стоков. Для этого сначала пронумеруем параметры. Заметим, что нумерация параметров в сети должна идти по слоям. В каждом слое номера параметров должны быть больше, чем у параметров предыдущего слоя. Внутри одного слоя нумерация может быть произвольной. Нумерация должна быть без пропусков.

1. Марка стали.

2. Вид поставки.

3. Сечение.

4. Текущая скорость ультразвука.

5. Текущее напряжение.

6. Предел упругости.

7. Предел прочности.

8. Скорость ультразвука.

9. Коэффициент наклона.

10. Коэффициент начального смещения.

11. Напряжение.

12. Расчетный предел прочности.

13. Оценка локальных напряжений.

14. Оценка прочности металлоконструкций.

Чтобы записать сеть параметров, необходимо для каждого параметра (кроме истоков) перечислить параметры, от которых он непосредственно зависит.

Для формируемой модели сеть параметров записывается следующим образом:

параметр1-исток;

параметр2-исток;

параметр3-исток;

параметр4-исток;

параметр5-исток;

параметр6-зависит от 1,2,3;

параметр7-зависит от 1,2,3;

параметр8- зависит от 1;

параметр9- зависит от 1;

параметр10- зависит от 1;

параметр11- зависит от 4,7,8,9,10;

параметр12- зависит от 4,5,8,9,10;

параметр13- зависит от 6,11;

параметр14- зависит от 7,12.

На рисунке 1 представлена сеть параметров.

Рисунок 5.1 - Сеть связи параметров.

5.3.4 Правила и формулы

После того, как построена сеть для формируемой модели и для каждого параметра указано, от каких параметров он непосредственно зависит, необходимо показать, как именно его значения зависят от значений других параметров, то есть раскрыть вид зависимости.

Вид зависимости может задаваться совокупностью правил, либо аналитической формулой.

Продукционные правила-PR - это структурно-лингвистические модели представления процедурных знаний предметной области (рекомендаций, указаний, стратегий), которые формально записываются в виде следующих пар [2]:

PR1:= ЕСЛИ (ситуация), ТО (действие)

PR2:= ЕСЛИ (условие применимости), ТО (действие)

PR3:= ЕСЛИ (причина), ТО (следствие)

PR4:= ЕСЛИ (посылка), ТО (заключение)

Условия представляют собой некоторую комбинацию значений параметров, от которых непосредственно зависит параметр, для которого строится правило, а заключение содержит значение этого параметра, соответствующее данной комбинации.

В левой части правила, возможно, определение нескольких наборов условий, соединенных знаком “И”:

ЕСЛИ (1 ЕСТЬ P) И (2 ЕСТЬ C) ТО (3 ЕСТЬ 1)

или, если записать короче: P & C - 1

(значения следуют в том порядке, который соответствует порядку следования параметров).

Одному параметру в левой части правила может соответствовать не одно значение, а несколько, соединенных знаком “ИЛИ”:

ЕСЛИ (1 ЕСТЬ М) И (2 ЕСТЬ с ИЛИ п) ТО (3 ЕСТЬ 0)

или, если записать короче: М & с, п – о.

Если в правиле какой-либо параметр принимает любое значение, то вместо перечисления всех значений знаком “ИЛИ” в правиле ставиться пробел:

М & - 0.

Однако в правой части правил не может стоять пробел так же, как и не может быть нескольких значений, соединенных знаком “ИЛИ”.

В правилах, где сравнивается параметр с константой или с текущим значением другого параметра используются следующие обозначения: ‘=’ (равно), ‘!=’ (не равно), ‘>’ (больше), ‘<’ (меньше), ‘>=’ (больше или равно), ‘<=’ (меньше или равно).

Для одного параметра в правиле может быть указано сразу несколько сравнений, например, если значение находится в интервале между двумя числами.

Приведем некоторые правила для формируемой модели.

Имеется правило: “Если “марка стали”- сталь Вст3кп (3) и “вид поставки”- прокат горячекатаный ГОСТ 380-71 (1) и “сечение”- <20 мм, то “предел упругости”- 235 МПа”. Это правило записывается следующим образом:

ЕСЛИ (1 есть 3) и (2 есть 1) и (3 есть <20 мм), ТО (6 есть 235 МПа).

Или, если записать короче: 3& 1 & <20мм - 235 МПа.

Для числовых параметров с непрерывными значениями вид зависимости значений параметра от других может задаваться арифметической формулой.

В формуле могут использоваться следующие знаки арифметических операций: ‘+’ (сложение), ‘-’ (вычитание), ‘*’ (умножение), ‘/’(деление).

Формулы могут быть какой угодно сложности.

Для формируемой модели параметры 11 и 12 зависят от параметров 4,7,8,9,10 и 4,5,8,9,10 соответственно арифметическими формулами:

11=(((@4 / @8) - @10)/ @9)*@7

12= (@5* @9)/ (( @4 / @8)- @10),

где @4 - обозначает значение параметра 4 при заданных истоках (текущее значение параметра 4).

Применение продукционных правил как модель представления знаний позволяет создавать продукционные экспертные системы, то есть системы, основанные на правилах.

Основные достоинства продукционных систем, определяющие новый стиль программирования:

- обеспечивается быстрый отклик на изменяющиеся в широких пределах и во многом непредсказуемые ситуации внешней среды;

- отдельные правила могут быть независимо добавлены в базу знаний, исключены или изменены, при этом не надо перепрограммировать всю систему;

- достигается единообразие представления знаний в базе знаний, что облегчает их понимание человеком или интерпретацию другой подсистемой;

- с помощью продукционных правил достигается естественность выражения;

- при наличии соответствующего программного обеспечения возможна реализация параллельных вычислений.

Итак, определено множество параметров и для каждого параметра - множество значений, построена сеть, множество правил либо формула для каждого параметра.

6 Описание программы для пользователя

Для начала работы с системой необходимо запустить программу посредством запуска исполняемого файла непосредственно (?.exe).

6.1 Интерфейс “Главная форма”

Изображение интерфейса представлено на рисунке 6.1.

На главном окне расположен основной элемент управления программой. Элементом управления в главном окне является Панель управления. Действия, происходящие при нажатии элементов управления, приведены в таблице 6.2.