基于CLIPS橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計型專家系統(tǒng)

寧志強(qiáng)，陶元芳，楊家威

（1.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073；2.太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

已有的起重機(jī)設(shè)計型專家系統(tǒng)，流行于20世紀(jì)90年代，其特點是產(chǎn)生式規(guī)則的運用，集成有限元、優(yōu)化方法、繪圖和評價體系.與故障診斷專家系統(tǒng)相比，起重機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)發(fā)展緩慢，因其多以prolog語言實現(xiàn)，接口不方便，而VC＋＋與其他語言接口方便，且易于擴(kuò)展，其MFC（Microsoft Foundation Classes），比較適合工程應(yīng)用，但用來實現(xiàn)專家系統(tǒng)比較困難.CLIPS的出現(xiàn)對于設(shè)計型專家系統(tǒng)有優(yōu)勢.但CLIPS界面不友好，無法滿足工程計算時以編輯框?qū)崿F(xiàn)數(shù)值輸入和輸出的要求.而優(yōu)化設(shè)計在機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，以VC＋＋編寫的優(yōu)化程序較多.為了共享優(yōu)化代碼，把VC＋＋和CLIPS融合可以優(yōu)勢互補(bǔ).

CLIPS優(yōu)點在于良好的可移植性和高效模式匹配算法［1］，CLIPS采用的Rete算法可以用于機(jī)械設(shè)計中的案例檢索和零部件的選取.CLIPS基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 CLIPS結(jié)構(gòu)圖解Fig.1 Structure of CLIPS

推理機(jī)是通過決定規(guī)則滿足事實或目標(biāo)，并授予規(guī)則優(yōu)先級，然后執(zhí)行最高優(yōu)先級規(guī)則進(jìn)行推理.推理機(jī)包括推理方式和推理策略兩個部分，推理方法就是對知識的運用過程，推理策略就是對知識的選擇過程.

1 機(jī)械設(shè)計型專家系統(tǒng)應(yīng)有的功能

在機(jī)械設(shè)計中，通常的設(shè)計過程是：首先，根據(jù)機(jī)械用途、目的，確定機(jī)械的動力方案、傳動方案、機(jī)構(gòu)形式、零部件等，不通過計算而參考以往的設(shè)計方案；其次，采用基于實例的檢索，借鑒以往產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗，通過適當(dāng)修改過去成熟產(chǎn)品案例的方法來設(shè)計新產(chǎn)品.例如，通過檢索存儲在知識庫中的成熟的起重機(jī)案例，根據(jù)最相近案例選取某些設(shè)計參數(shù)，如吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動效率；然后通過計算確定方案中的具體參數(shù)，包括電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速，減速比；最后，經(jīng)過推理確定設(shè)計方案和通過計算確定計算數(shù)值，把以上3部分的結(jié)果導(dǎo)入推理機(jī)中，觸發(fā)規(guī)則，以選取合適的零部件，如電動機(jī)、減速器等.

結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示.

圖2 設(shè)計專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of designing expert system

2 CLIPS對機(jī)械設(shè)計選型樹的應(yīng)用

選型樹表示法：機(jī)械設(shè)計中，方案從動力方案、傳動方案、零件種類等根據(jù)不同的情況會有不同選擇方案.用樹狀樹圖來表示這種復(fù)雜的關(guān)系比較方便.如圖3所示，以橋式起重機(jī)的設(shè)計方案選型為例.

圖3 設(shè)計選型樹Fig.3 Tree of design selection

設(shè)計選型專家系統(tǒng)是計算機(jī)程序模仿人類專家的思維推理策略，利用儲存在知識庫中的專業(yè)知識，來實現(xiàn)待設(shè)計產(chǎn)品的方案選型.確定選型方案是一個具有層次性的復(fù)雜過程，可以理解為逐步判定的過程.首先提供初始推理條件，推理機(jī)根據(jù)初始推理條件和知識庫中的選型樹，得到推理結(jié)果和供用戶選擇的新推理條件.若當(dāng)前節(jié)點的子節(jié)點有除當(dāng)前節(jié)點以外的父節(jié)點，如節(jié)點“傳動方案”的2個子節(jié)點“閉式傳動”、“開式傳動”有“中小噸位”、“大噸位”2個父節(jié)點，則優(yōu)先提取這些父節(jié)點供用戶下一步選擇的輔助推理條件；否則，如節(jié)點“起升機(jī)構(gòu)”，其2個子節(jié)點沒有其他父節(jié)點，直接輸出子節(jié)點到界面.

對選型樹搜索推理是指在直觀的選型樹圖形下，按照一定控制策略的推理機(jī)制，對樹進(jìn)行搜索推理的方法.以廣度優(yōu)先搜索為主，按照樹的層次逐層進(jìn)行搜索.對樹的每一層進(jìn)行廣度優(yōu)先搜索，該層的每一節(jié)點都分別與推理條件作正反向推理匹配，判斷該節(jié)點是否為目標(biāo)節(jié)點.如該層的某些節(jié)點與推理條件相匹配，就這些節(jié)點作為目標(biāo)節(jié)點，生成下一層子節(jié)點，作深度優(yōu)先搜索［2］.CLIPS中事實表示法是框架式的，可以方便地表示選型樹.

以圖3選型樹為例.選擇“橋式起重機(jī)”，經(jīng)推理得到3個路徑，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“小車運行機(jī)構(gòu)”、“大車運行機(jī)構(gòu)”“起升機(jī)構(gòu)”.如用戶選擇了“起升機(jī)構(gòu)”，點擊推理按鈕，經(jīng)推理得到2個推理結(jié)果，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“傳動方案”和“部件選取”.假如用戶選擇了“傳動方案”，點擊推理按鈕，經(jīng)推理得到2個推理結(jié)果，輸出到輔助列表框，以供用戶從中選擇，即“中小噸位”和“大噸位”.假如用戶選擇了“中小噸位”，點擊推理按鈕，經(jīng)推理得到一個推理結(jié)果“閉式傳動”，同時輸出“卷筒和減速器連接”、“電動機(jī)和減速器連接”到輔助列表框以供用戶選擇.圖4為設(shè)計選型板塊的界面.

圖4 橋機(jī)設(shè)計選型專家系統(tǒng)界面Fig.4 Interface for crane expert for design and selection

3 實例的檢索

基于實例的設(shè)計方法 CBD（Case-Based Design）是近年來人工智能領(lǐng)域中興起的一項重要的設(shè)計技術(shù).實例的表達(dá)是把存在的成熟設(shè)計事例表達(dá)成為計算機(jī)可以識別和利用的信息.實例的表示有二部分內(nèi)容：一是實例的內(nèi)容，事例的屬性描述和事例的解決方案；二是實例的索引，它和實例的組織結(jié)構(gòu)以及檢索有關(guān)，反映了不同實例間的區(qū)別.

實例的數(shù)學(xué)模型為

式中：C表示實例函數(shù)；F＝（f1，f2，…，fn），fi（i＝1，2，3，…，n）為索引結(jié)構(gòu)；H＝（h1，h2，…，hm），hj（j＝1，2，3…，m）為實例答案［3］.

本文采用實例檢索的最常采用的方法——最相鄰近策略.最近相鄰策略是以實例之間的某種距離作為標(biāo)準(zhǔn)來判斷實例的相似程度.在此方法中，屬性對應(yīng)實例中的特征項.計算新舊實例之間的相似度，據(jù)此確定最接近設(shè)計參數(shù)的實例［3］.

最相鄰近策略的相似度計算為

S的定量計算方法為

起重機(jī)以往設(shè)計實例分為索引結(jié)構(gòu)和實例答案兩部分.索引結(jié)構(gòu)為設(shè)計主參數(shù)，包括起重量、起升速度、起升高度、起升機(jī)構(gòu)工作級別.實例答案為：機(jī)構(gòu)布置形式、吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動效率、穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)、減速器生產(chǎn)廠家和制動器類型.案例檢索板塊界面如圖5所示.

圖5 起重機(jī)案例檢索板塊界面Fig.5 Case retrieval interface for crane

4 用優(yōu)化方法實現(xiàn)隨意參數(shù)調(diào)整

在機(jī)械設(shè)計時，由于設(shè)計方案多樣而復(fù)雜，設(shè)計人員?；ㄙM大量的精力憑借實際經(jīng)驗進(jìn)行選型設(shè)計和參數(shù)調(diào)整，以確定較合理的設(shè)計方案.針對具體情況有些參數(shù)要被保留，有些參數(shù)要進(jìn)行再設(shè)計.

機(jī)械設(shè)計中往往需要多個數(shù)學(xué)公式嵌套，一個公式計算出的結(jié)果，是另外一個公式的輸入.由此可見，機(jī)械設(shè)計數(shù)學(xué)公式具有網(wǎng)狀聯(lián)系.在實際計算中，設(shè)計人員為了能使計算關(guān)系網(wǎng)中的中間結(jié)果或者最后結(jié)果達(dá)到某個數(shù)值，必須要對前部設(shè)計參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整，要借助反函數(shù)倒著往回算，只有一個計算公式還可以，如果在計算網(wǎng)中要隨意指定其中一個參數(shù)，要通過改變其他計算參數(shù)以滿足整個關(guān)系網(wǎng)，則會非常復(fù)雜.

設(shè)計專家系統(tǒng)過對計算參數(shù)的輸入順序、個數(shù)都無限制，可以正著計算也可以倒著算.如在起重機(jī)設(shè)計過程中，起重量、吊具質(zhì)量、起升速度、穩(wěn)態(tài)系數(shù)、電動機(jī)計算功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、卷筒直徑、吊鉤組倍率、減速比、卷筒轉(zhuǎn)速，這些參數(shù)可以隨意指定或者不指定.識別是否指定了其中的某一個方法是通過檢測該編輯框是否為0.如果編輯框為0，使用一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，向坐標(biāo)輪換法所在的函數(shù)中傳遞信息.

要實現(xiàn)這樣一個要求，借助優(yōu)化方法對變量的搜索相對容易實現(xiàn).優(yōu)化問題的模型［4］：求n維設(shè)計變量x＝［x1x2…xn］T使目標(biāo)函數(shù)f（x）→min，且滿足一定的約束條件a≤xi≤b.函數(shù)z＝f（x，y），當(dāng)給定x，z時，要求解y可以先表示成的反函數(shù)形式再求解.而當(dāng)用優(yōu)化方法求解時，求變量x，y，z使［f（x，y）－z］2→0，等同于滿足z＝f（x，y）的等式關(guān)系，避開求解反函數(shù)的復(fù)雜變形是該方法的優(yōu)點［4］.當(dāng)要限定某幾個變量時，要把該變量的上下限同時定義為要指定的那個數(shù)，要給定z＝a時，約束條件設(shè)為a≤z≤a.當(dāng)沒有指定值時則用黃金分割法和進(jìn)退法結(jié)合搜索.這種方法的前提是必須要使目標(biāo)函數(shù)最小值為0.

用優(yōu)化中的坐標(biāo)輪換法實現(xiàn)這種功能，目標(biāo)函數(shù)定義為

式中：Q為起升載荷；G為吊具載荷；v為起升速度；p0為穩(wěn)態(tài)平均功率系數(shù)；m為吊具倍率；η為傳動效率；P為計算功率；n0為電機(jī)功率，n為卷筒轉(zhuǎn)速；i為減速比；D為卷筒直徑.

圖6 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)框圖Fig.6 Diagram of expert system for design of hoisting mechanism

5 CLIPS在機(jī)械零部件選取時的數(shù)值型應(yīng)用

5.1 用模糊數(shù)學(xué)決策選取多屬性部件

選取一個部件時，對這個部件和對這個部件參數(shù)要求的匹配程度，用一個有大小的隸屬度值來衡量.模糊命題“x近似γ”的隸屬函數(shù)為

式中：β為系數(shù).

如圖7所示，該隸屬函數(shù)可以表達(dá)所有近似于某個特定值γ的數(shù)，β對應(yīng)著交叉點0.5，由用戶根據(jù)自己由經(jīng)驗定義.

圖7 模糊命題“x近似于γ”的隸屬函數(shù)Fig.7 Membership function of fuzzy proposition“x is onγ”

當(dāng)存在多個評價指標(biāo)時，用權(quán)系數(shù)來描述各個方面重要程度.加權(quán)之后得到一個0到1之間分?jǐn)?shù).例如電動機(jī)選擇有兩個方面輸入轉(zhuǎn)速、許用功率，每個存儲的電動機(jī)型號都包含這兩個參數(shù)，規(guī)則會自動逐個計算各個電動機(jī)事實的加權(quán)隸屬度，最大者即最符合要求的.這種方法可以用來選取電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等部件.

電動機(jī)隸屬度為

式中：x，y分別為各個電動機(jī)的額定輸入轉(zhuǎn)速、許用功率；x1，y1為實際需要的輸入轉(zhuǎn)速、許用功率.β1，β2為對應(yīng)隸屬函數(shù)交叉點0.5.

5.2 用條件測試同時選取多個相關(guān)零部件

在部件選取時會遇到選擇多個部件的情況.這些部件之間的關(guān)系多且雜.傳統(tǒng)程序設(shè)計方法，是將所有零部件的數(shù)據(jù)事先保存在數(shù)據(jù)庫中，在需要選用多個部件時，循環(huán)讀取數(shù)據(jù)庫.但一次只能讀取一個部件，不能利用多個部件之間的相互關(guān)系來選?。?］.

在專家系統(tǒng)工具CLIPS中，所有零部件的數(shù)據(jù)是被存儲在工作內(nèi)存中，而不是數(shù)據(jù)庫中.對于部件的選取采用測試條件元素法，可以同時測試多個零部件事實之間的關(guān)系.

以聯(lián)軸器、浮動軸、制動器的選取為例.在橋式和門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，電動機(jī)和減速器高速軸連接，通常采用齒輪聯(lián)軸器制成2個半齒聯(lián)軸器，中間用一段軸連起來，這根軸稱為浮動軸.如圖7所示.在連接高速軸和聯(lián)軸器時，采用帶制動輪半齒聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的輸入軸和輸出軸的軸孔直徑及所帶的制動輪直徑是標(biāo)準(zhǔn)的.在選擇聯(lián)軸器、浮動軸、制動器時，要考慮電動機(jī)的輸出軸直徑必須與聯(lián)軸器相等，聯(lián)軸器的許用扭矩要合適，浮動軸的直徑與聯(lián)軸器的輸出端直徑有關(guān)，且浮動軸要滿足應(yīng)力要求，制動輪直徑被聯(lián)軸器限定，制動器選擇也被制動輪直徑限定了，并要求滿足制動力矩要求.

6 改進(jìn)的CLIPS和VC＋＋交互技術(shù)

現(xiàn)有的CLIPS和VC＋＋的交互方法分為直接嵌入法和包裝類法.這兩種交互方法都必須通過文本文件作為中介.文本文件作為交互中介對樹搜索有局限性.推理條件向CLIPS輸入和推理結(jié)果從CLIPS中導(dǎo)出都必須先保存在文本文件中.向文本中介文件輸出一個事實比較合適，而當(dāng)連續(xù)輸出不同的幾個事實時，后一個輸出會把文本文件中的前一個事實覆蓋.在這種情況下，專家系統(tǒng)只能根據(jù)現(xiàn)有的條件進(jìn)行一次性推理，不能從樹中提取多個啟發(fā)性的事實.

專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS是用C語言設(shè)計的，把CLIPS的源代碼（為C語言）制作成動態(tài)鏈接庫，得到CLIPS.dll和CLIPS.lib兩個文件.用VC＋＋6.0調(diào)用CLIPS動態(tài)鏈接庫可以使CLIPS兼具M(jìn)FC可視化界面和專家系統(tǒng)工具的功能.為避開中介文本文件的交互，可以采用從動態(tài)鏈接庫中調(diào)用事實添加函數(shù)和事實槽值讀取函數(shù)的交互方法.借助改進(jìn)的交互方法容易實現(xiàn)向MFC同時輸出多個事實.

要從CLIPS中提取事實時，首先對用來指向新事實的指針newFact賦初值0（NULL），用指針new－Fact循環(huán)指向CLIPS內(nèi)部的事實，當(dāng)指針再次為NULL時，說明指針就已經(jīng)對所有事實的指向過，不必使指針再移動.讀取指向CLIPS中某個事實，用函數(shù)GetFactSlot（newFact，"x"，＆theValue）的值判斷該事實是否有槽名為x.GetFactSlot返回值為1時，表示有名為x的槽，用槽值提取函數(shù)“DOToString”，讀取字符型槽值，然后把指針移動到下一個事實；Get-FactSlot返回值為0時，表示不是要尋找的事實，指針移動到下一個事實.簡要代碼如下：

CLIPS推理機(jī)的推理步驟［6－7］：

（1）調(diào)用CLIPS初始化函數(shù)InitializeEnvironment（）.

（2）用載入事實庫和知識庫函數(shù)Load（＜filename.clp＞）.

（3）調(diào)用添加事實函數(shù)AssertString（char＊temp［100］），該函數(shù)參數(shù)是字符串指針類型.

（4）運行推理函數(shù)：Run（）.

（5）得到下一個事實地址，因為計算結(jié)果都要以存儲在事實的槽中，要得到槽值必須要得到指向該事實的指針，Void＊ GetNextFact（newFact）［7］.

（6）根據(jù)指向事實的指針newFact與槽名x，取得槽名為x的事實中的槽值，并把它存在結(jié)構(gòu)體DATA＿OBJECT theValue中.

7 基于CLIPS的起重機(jī)零部件知識庫

用CLIPS軟件本身來實現(xiàn)對零部件數(shù)據(jù)的存儲，同時要在VC＋＋對話框界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加和刪除數(shù)據(jù).將所有的零部件數(shù)據(jù)存儲在一個后綴名為clp的文件中，clp文件為CLIPS規(guī)則與事實的特定存儲方式.數(shù)據(jù)的存儲獨立于使用它的程序.對于新數(shù)據(jù)的插入和對于原有數(shù)據(jù)的修改與檢索均能按一種公用的和可控制的方式進(jìn)行.零部件相關(guān)樣本主要包括：鋼絲繩、電機(jī)、卷筒、減速器、聯(lián)軸器、制動器等.

基于CLIPS零部件數(shù)據(jù)庫中的知識以框架式來表達(dá).框架是描述對象（事物，事件或概念）屬性的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).框架的基本形式：一個框架由若干個被稱為“槽”的結(jié)構(gòu)組成.槽用于描述對象的某一方面的屬性.

以減速器模板為例：

Jiansuqi槽用來表示減速器的參數(shù)：e1為輸入軸轉(zhuǎn)速，e2為名義中心距，e3為許用輸出扭矩，e4為傳動比，e5為高速軸輸出功率.

新建名為Engine.clp的文件，用于保存推理機(jī)程序；新建名為part.clp的文件，用于保存零部件信息.定義兩個不同的文件，實現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)的分離.

在part.clp文件中保存零部件數(shù)據(jù)（jiansuqi（e1 1000.0）（e2 500.0）（e3 42500.0）（e4 16.0）（e5 259.0））：

（1）載入保存在part.clp中的數(shù)據(jù).在VC＋＋中FILEVIEW中，調(diào)用CLIPS初始化函數(shù)：InitializeEnvironment（）；調(diào)用 CLIPS載入函數(shù)：Load（Engine.clp）；運行推理函數(shù)：Run（－1l），此時規(guī)則defrule load會被激發(fā)，執(zhí)行載入事實庫part.clp，減速器數(shù)據(jù)將會被載入到推理機(jī)事實列表中.調(diào)用函數(shù)Void＊GetNextFact（newFact），得到指向某個事實的指針.調(diào)用函數(shù)int GetFactSlot（new-Fact，"e1"，＆theValue），根據(jù)指向事實的指針new－Fact，槽名為e1，e2，e3，e4，e5，取得槽值并把它存在結(jié)構(gòu)體DATA＿OBJECT theValue中.函數(shù)double DOToFloat（theValue）用來讀取事實中的浮點類型的槽值，并傳遞到VC＋＋，輸出到對話框列表框.CLIPS命令load－facts"文件.clp"用來載入保存在另一個文件中的數(shù)據(jù).

在CLIPS中，每一個事實都有一個特定的事實號.當(dāng)?shù)玫侥硞€事實的事實號時，就可以對該事實進(jìn)行操作，如修改或刪除.要得到事實號需從CLIPS動態(tài)鏈接庫中調(diào)用int FactIndex函數(shù)，參數(shù)為事實指針.當(dāng)每次向列表框輸出事實時，每一項都有唯一的列表框索引號，同時建立一個整型數(shù)組int w1［100］.將事實號保存在整型數(shù)組int w1［100］中，列表框項的索引號就是保存在整型數(shù)組int w1［100］中的地址.

圖8 刪除零部件信息框圖Fig.8 Diagram of deletinging parts information

（2）從MFC界面保存零部件到part.clp文件中，此時需要用到CLIPS的一個函數(shù)save－facts"文件名.clp".該函數(shù)被調(diào)用后，會保存所有事實列表中的事實到某一個文件中.

（3）從MFC列表框刪除零部件數(shù)據(jù).圖8為刪除數(shù)據(jù)框圖.在Engine.clp中定義刪除規(guī)則defrule retract，CLIPS語言中用retract來刪除事實，函數(shù)retract（int i）的參數(shù)為事實號，調(diào)用retract命令可以刪除某個事實.事實（M1？a）用來從對話框向CLIPS推理機(jī)傳遞待刪除的事實號，k為列表框中選擇項的索引號，w1［k］為選中的事實的事實號，w1［k］賦值給？a，通過（M1？a）傳遞到CLIPS中.

（retract？a）用來執(zhí)行刪除命令.？f為事實指針，用來指向事實（M1？a）、刪除（M1？a）事實.當(dāng)刪除命令結(jié)束后函數(shù)save－facts保存現(xiàn)有的事實.

規(guī)則（defrule retract

8 橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計型專家系統(tǒng)

該軟件基于CLIPS專家系統(tǒng)工具，由4部分功能構(gòu)成：

（1）根據(jù)保存在知識庫中的橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的選型樹，采用符號推理的方法，從用途和噸位等具體情況來確定動力方案、傳動方案、零件種類，得到的推理結(jié)果以事實的形式輸入到推理機(jī)中，根據(jù)不同的推理結(jié)果觸發(fā)不同的規(guī)則.選型樹的添加和修改可以通過MFC來實現(xiàn)，且不必進(jìn)行再次編譯.算法和數(shù)據(jù)實現(xiàn)了分離.

（2）在起重機(jī)設(shè)計過程中，起重量、吊具質(zhì)量、起升速度、穩(wěn)態(tài)系數(shù)、電動機(jī)計算功率、電動機(jī)轉(zhuǎn)速、卷筒直徑、吊鉤組倍率、減速比、卷筒轉(zhuǎn)速，這些參數(shù)可以隨意指定或者不指定.不指定就是編輯框為0，指定就是給編輯框一個非0的數(shù)，讓軟件改變編輯框為0的參數(shù)，而不改變編輯框非0的參數(shù)，自動去尋找一組滿足既定數(shù)學(xué)關(guān)系的參數(shù)，代替了人工試湊，方便了設(shè)計計算.把參數(shù)計算結(jié)果也按事實形式輸入到推理機(jī)中以供零部件的選取.

（3）根據(jù)索引參數(shù)（起重量、起升速度、起升高度、工作級別）檢索最相近實例得到實例答案，如機(jī)構(gòu)布置形式、吊具總質(zhì)量、滑輪組倍率、卷筒材料、卷筒機(jī)械效率、減速器傳動效率、穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)、減速器生產(chǎn)廠家、制動器類型.

（4）根據(jù)以上3個部分的推理結(jié)果，觸發(fā)相應(yīng)規(guī)則，采用模糊數(shù)學(xué)的方法來選取零部件，如電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動器、鋼絲繩等.這些零部件以事實的形式保存在知識庫中，通過定義CLIPS專家系統(tǒng)中的條件測試元素，可以自動選擇所需的零部件.與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫保存零部件的方法相比，知識庫更方便.圖9為起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計型專家系統(tǒng)的主界面.

9 結(jié)語

圖9 橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計型專家系統(tǒng)界面Fig.9 Interface for hoisting mechanism of overhead travelling crane design expert system

本文針對橋式起重機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計方法參數(shù)選取繁瑣、數(shù)據(jù)管理困難、難以借鑒以往資料指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計等問題進(jìn)行研究.利用完全由C語言編寫的專家系統(tǒng)工具CLIPS，編寫可移植性較好橋式起重機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng).通過此系統(tǒng)可以借鑒以往設(shè)計選型經(jīng)驗，有望提升產(chǎn)品的設(shè)計效率和縮短設(shè)計周期.

［1］JOSEPH C，GIARRATANC G，RILEY D.專家系統(tǒng)原理和編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

JOSEPH C，GIARRATANC G，RILEY D.Expert system of principle and programming［M］.Beijing：China Machine Press，2010.

［2］吳堅.基于CLIPS的數(shù)控機(jī)床故障診斷專家系統(tǒng)［D］.南寧：廣西大學(xué)，2008.

WU Jian.The CNC machine faults diagnosis expert system base on CLIPS［D］.Nanning：Guangxi University，2008.

［3］郭智春.鑄造起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2008.

GUO Zhichun.Research and development of CAD system for hoisting mechanism design of ladle crane［D］.Dalian：Dalian U-niversity of Technology，2008.

［4］王國強(qiáng).機(jī)械優(yōu)化設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出社，2009.

WANG Guoqiang.Mechanical optimum design［M］.Beijing：China Machine Press，2009.

［5］寧志強(qiáng)，陶元芳，劉曉蓮.CLIPS數(shù)值應(yīng)用及與VC＋＋交互［J］.計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013，23（4）：226－229.

NING Zhiqiang，TAO Yuanfang，LIU Xiaolian.Numerical application of CLIPS and interoperation between CLIPS and VC＋＋［J］.Computer Technology And Development，2013，23（4）：226－229.

［6］National Aeronautics and Space Administration.CLIPS advanced programming guide［M/OL］.［2008－03－22］.http：//www.ghgcorp.com/clips/CLIPS.html.

［7］National Aeronautics and Space Administration.CLIPSbasic programming guide［M/OL］.［2008－03－22］.http：//www.ghgcorp.com/clips/CLIPS.html.