燃?xì)鈨x表設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求分析和功能開發(fā)建議

段 鋼

（天津新科成套儀表有限公司，天津300385）

1 燃?xì)鈨x表設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求分析

燃?xì)鈨x表設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求分為系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)性能需求2個(gè)部分，這些需求將綜合體現(xiàn)為系統(tǒng)的具體功能。

1.1 系統(tǒng)功能需求

燃?xì)鈨x表系統(tǒng)功能需求，是在相應(yīng)規(guī)則條件的基礎(chǔ)上，借助啟發(fā)推理和算法推理的技術(shù)方式，通過求解得出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、沖突仲裁等系統(tǒng)控制結(jié)論。具體如下：（1）規(guī)則創(chuàng)新。燃?xì)鈨x表系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)包括計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等在內(nèi)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需為用戶提供選擇性的軟硬件、元器件和其他配置等，以及為了讓客戶多元化地評(píng)估系統(tǒng)性能和功耗等，在評(píng)價(jià)規(guī)則的范圍內(nèi)提供多項(xiàng)設(shè)計(jì)方案作為參考，以控制設(shè)計(jì)失誤的情況出現(xiàn)。（2）知識(shí)庫擴(kuò)充。燃?xì)鈨x表系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)日新月異，包括元器件、軟硬件等在內(nèi)的技術(shù)層出不窮，為此系統(tǒng)的知識(shí)庫系統(tǒng)要具備支持知識(shí)擴(kuò)充的功能，即在賦予知識(shí)庫增加、修改和刪除知識(shí)等功能的基礎(chǔ)上，兼容系統(tǒng)中新添加的知識(shí)和實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫新舊版本之間轉(zhuǎn)換的無縫化。（3）系統(tǒng)自學(xué)習(xí)。系統(tǒng)使用過程中所形成的反饋信息，是燃?xì)鈨x表系統(tǒng)知識(shí)庫更新的依據(jù)，而為了提高自動(dòng)更新效果，系統(tǒng)將通過分類管理支持系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，以便更加人性化地引導(dǎo)燃?xì)鈨x表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，加速提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

1.2 系統(tǒng)性能需求

至于燃?xì)鈨x表系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)，體現(xiàn)在可拓展性、并行處理、實(shí)時(shí)響應(yīng)幾個(gè)方面：（1）可拓展。燃?xì)鈨x表系統(tǒng)所設(shè)置的中心服務(wù)器，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以便在系統(tǒng)性能更新后，能夠以較強(qiáng)的可拓展性表現(xiàn)，縮短系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間，并支持多個(gè)用戶同時(shí)在線操作。（2）并行處理。燃?xì)鈨x表系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，其性能的安全等級(jí)在自學(xué)習(xí)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)沖突檢測以及緩沖處理異常，因此系統(tǒng)在維護(hù)數(shù)據(jù)庫時(shí)，應(yīng)該保證并行處理系統(tǒng)性能的正常，提高系統(tǒng)的安全性等級(jí)。（3）實(shí)時(shí)響應(yīng)。燃?xì)鈨x表系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)離不開系統(tǒng)推理過程中前序參數(shù)的合理設(shè)置，而為了提高系統(tǒng)操作的效率，在推理運(yùn)算時(shí)，應(yīng)該盡量縮短響應(yīng)時(shí)間。

2 燃?xì)鈨x表功能開發(fā)建議

基于燃?xì)鈨x表系統(tǒng)的功能需求和性能需求，在開發(fā)燃?xì)鈨x表系統(tǒng)功能時(shí)，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的模塊進(jìn)行合理劃分，并全方位設(shè)計(jì)知識(shí)庫，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推理流程優(yōu)化，以進(jìn)一步提高燃?xì)鈨x表的功能水平。

2.1 模塊劃分

由于系統(tǒng)推理既可基于模型，亦可基于規(guī)則，因此燃?xì)鈨x表的邏輯形成，可借助模型庫予以確定，或者借助遍歷儀表模型，形成對(duì)用戶輸入合理性的正確判斷。為了保證系統(tǒng)邏輯形成的正常性，系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行模塊組成的劃分，由用戶自主選擇適用的模塊，滿足“輸入、處理、輸出”的用戶要求。在此，筆者建議采用正向推理的方法，通過用戶接口，在工作區(qū)利用推理機(jī)推斷物理模塊構(gòu)成，進(jìn)而更新數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。其中所要開發(fā)的模塊包括用戶接口模塊、工作區(qū)模塊、知識(shí)庫模塊、推理機(jī)模塊，分別用于交互用戶、臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、表示邏輯組成詳細(xì)知識(shí)、獲得推理狀態(tài)并提交推理結(jié)果。

2.2 知識(shí)庫設(shè)計(jì)

關(guān)于知識(shí)庫的設(shè)計(jì)，目的是獲取、表達(dá)、處理燃?xì)鈨x表系統(tǒng)的知識(shí)，在整個(gè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)當(dāng)中處于核心地位，分為模塊庫和元器件設(shè)計(jì)、儀表模型庫和規(guī)則庫設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件資源匹配推理機(jī)制設(shè)計(jì)3個(gè)部分。具體如下：（1）數(shù)據(jù)庫和元器件設(shè)計(jì)。不同型號(hào)的燃?xì)鈨x表模塊在接口線定義、功耗、價(jià)格、供電電源、從屬特性、輸入通道數(shù)、輸出位數(shù)、輸出方式等方面均有較大的差異性，比如TYPE1型號(hào)的模塊，其接口線定義為端口數(shù)量4，功耗為5 W，采用雙電壓±5 V供電電源，各種流量計(jì)的從屬特性均能體現(xiàn)，輸入通道數(shù)和輸出通道數(shù)分別為2條和4條，其中輸出方式為4～20 mA。至于元器件的更換，同樣需要根據(jù)具體型號(hào)，確定該型號(hào)燃?xì)鈨x表元器件在引腳數(shù)、封裝形式、尺寸、供電電壓、功耗、安裝方式、使用溫度范圍、價(jià)格、外設(shè)資源等方面的具體情況。（2）儀表模型庫和規(guī)則庫設(shè)計(jì)。儀表模型庫需要體現(xiàn)的屬性包括儀表類型、模型編號(hào)和模塊序號(hào)，這些屬性將模型庫的功能嚴(yán)格區(qū)分，同時(shí)也是模塊組織類型確定的依據(jù)。而規(guī)則庫設(shè)計(jì)要求同步滿足信號(hào)輸入輸出、數(shù)據(jù)位數(shù)輸入輸出、電壓輸入輸出、電流輸入輸出等功能條件，進(jìn)而分類設(shè)計(jì)規(guī)則庫。（3）系統(tǒng)硬件資源匹配推理機(jī)制。在技術(shù)層面上，模塊連接接口屬性定義和歸納、處理器硬件的資源統(tǒng)計(jì)、引線連接和輸出特性的確定、分析處理器代替資源的實(shí)現(xiàn)等，均涉及系統(tǒng)硬件資源匹配推理機(jī)制的形成，而為了滿足模塊接口分類和屬性定義的需求，在建立專家系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該分別按照模擬接口、通用I／O端口、數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、串行外設(shè)接口總線、雙線串行總線、USB接口、以太網(wǎng)絡(luò)接口、外部終端接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘輸出接口、復(fù)位控制線、同步串行接口等不同類型的接口，明確各自的接口標(biāo)號(hào)、引線數(shù)量、引線標(biāo)號(hào)、連接特性、傳輸特性等，同時(shí)做出必要的備注說明。除此之外，系統(tǒng)硬件資源匹配推理機(jī)制的設(shè)計(jì)，還應(yīng)該根據(jù)連接特性和傳輸特性做出必要的定義說明，譬如是否允許并接或者只允許對(duì)接、模擬信號(hào)的正向輸出和反向輸入通道模式等。

2.3 推理流程優(yōu)化

燃?xì)鈨x表功能開發(fā)的適用與否，還應(yīng)該根據(jù)模塊的需求描述結(jié)果，挑選匹配的備選子集，從模塊的個(gè)性化描述當(dāng)中完成系統(tǒng)的整個(gè)推理。系統(tǒng)的推理流程優(yōu)化分為3個(gè)步驟：（1）結(jié)果分析。在應(yīng)用需求輸入之后，專家系統(tǒng)啟動(dòng)推理機(jī)制，通過對(duì)備選方案的分析，確定具體方案是否滿足設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于不可行的方案，則要找出具體哪些指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，以便對(duì)系統(tǒng)的局部模塊進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者調(diào)整。（2）模塊增加。為了進(jìn)一步強(qiáng)化燃?xì)鈨x表系統(tǒng)的功能，可適當(dāng)引入性能指標(biāo)更高的芯片技術(shù)，必要時(shí)重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)現(xiàn)有的模塊。其中重新設(shè)計(jì)的模塊，要求利用專家系統(tǒng)全方位調(diào)試，確定增加模塊與系統(tǒng)整體性的兼容表現(xiàn)，如有排斥，則需要進(jìn)行調(diào)整。（3）解釋機(jī)制。解釋機(jī)制是推理流程優(yōu)化的重要輔助補(bǔ)充形式，一方面是從不同視角滿足系統(tǒng)調(diào)試知識(shí)庫、測試專家系統(tǒng)、引導(dǎo)用戶使用等解釋性功能需求，另一方面是針對(duì)用戶所提出的問題，通過結(jié)論性分析和推理求解，提供合理的輔助說明。除此之外，專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制，還應(yīng)該同時(shí)建立合理的推理路徑，同時(shí)建立起動(dòng)態(tài)解釋和靜態(tài)解釋內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，以及記錄好各種推理的解釋信息。

3 結(jié)語

綜上所述，燃?xì)鈨x表設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求，包括規(guī)則創(chuàng)新、知識(shí)庫擴(kuò)充、系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、可拓展性、并行處理、實(shí)時(shí)響應(yīng)等方面的內(nèi)容，為滿足這些系統(tǒng)功能和性能需求，在開發(fā)燃?xì)鈨x表系統(tǒng)功能時(shí)，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的模塊進(jìn)行合理劃分，并全方位設(shè)計(jì)知識(shí)庫，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推理流程優(yōu)化，借助啟發(fā)推理和算法推理的技術(shù)方式，通過求解得出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、沖突仲裁等系統(tǒng)控制結(jié)論，以此提高系統(tǒng)操作的效率、安全性等級(jí)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力等。

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