基于JESS和J2EE的自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)研究

李存岑　汪宏　徐金?！⒀永住罾罴∨藝?/p>

摘要：為了解決自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)無法量化，導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)偏差的問題，開發(fā)了基于JESS和J2EE的自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)《TsG T7005-2012電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則一自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》所列檢驗(yàn)項(xiàng)目的不同失效部件和失效形式，推理出不同的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和檢驗(yàn)結(jié)論。系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)，實(shí)現(xiàn)LB/S模式的人機(jī)交互。采用JESS作為專家系統(tǒng)的邏輯規(guī)則引擎，解決復(fù)雜的匹配問題。應(yīng)用表明，自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)可以提高自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)工作的可操作性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯；專家系統(tǒng)；JESS；J2EE

中圖分類號(hào)：TP391：5；X943

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-8228（2017）01-12-04

0.引言

遵照《TsG T7005-2012電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則一自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》的規(guī)定，在作檢驗(yàn)時(shí)，由于檢驗(yàn)員的工作經(jīng)驗(yàn)及個(gè)人認(rèn)識(shí)偏差等因素，很可能導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)論不準(zhǔn)確，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）檢驗(yàn)項(xiàng)目：同一檢驗(yàn)項(xiàng)目可能包含多個(gè)部件，每個(gè)部件可能有多種失效形式，不同的失效部件和失效形式組合具有不同的傷害大小和發(fā)生概率，情況非常復(fù)雜，檢規(guī)不能——詳細(xì)羅列。

（2）檢驗(yàn)方法：部分檢驗(yàn)項(xiàng)目的檢驗(yàn)方法是“目測”，這無法對(duì)所列檢驗(yàn)項(xiàng)目的傷害大小和發(fā)生概率進(jìn)行具體量化。

（3）檢規(guī)適用性：由于新的自動(dòng)扶梯制造技術(shù)及新工藝的出現(xiàn)，導(dǎo)致現(xiàn)有檢規(guī)不能涵蓋所有類型自動(dòng)扶梯，也無法及時(shí)跟蹤技術(shù)的更新。而普通電梯檢驗(yàn)員因?yàn)閷I(yè)知識(shí)不夠全面、對(duì)新技術(shù)不了解，導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果判定存在偏差。

專家系統(tǒng)擁有該領(lǐng)域相當(dāng)數(shù)量的專家知識(shí)，能模擬專家思維去解決困難和進(jìn)行復(fù)雜的故障診斷、模式識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。為了解決自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)無法量化導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)偏差的問題，開發(fā)了基于JEss和J2EE（Java 2 Platform，Enterprise Edidon）的自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)。用戶通過專家系統(tǒng)人機(jī)界面向系統(tǒng)提問，推理機(jī)按照匹配規(guī)則將用戶的問題與知識(shí)庫中事實(shí)進(jìn)行匹配，推理出該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和檢驗(yàn)結(jié)論，呈現(xiàn)給用戶。

1.系統(tǒng)功能模塊

自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)從功能上分為四大模塊，如圖1所示，分別為人機(jī)交互模塊、知識(shí)獲取模塊、邏輯推理模塊和知識(shí)存儲(chǔ)模塊。人機(jī)交互模塊以B（Browser），S（server）方式提供人員與專家系統(tǒng)遠(yuǎn)程交互界面，供檢驗(yàn)專家知識(shí)的錄入和檢驗(yàn)人員進(jìn)行邏輯推理。專家知識(shí)通過人機(jī)交互界面進(jìn)入知識(shí)獲取模塊。專家知識(shí)是依據(jù)（（TSG T7005-2012電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則一自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》檢驗(yàn)項(xiàng)目，列出檢驗(yàn)項(xiàng)目的主要失效形式、失效部件、失效原因、傷害實(shí)例、傷害部位、嚴(yán)重程度、概率等級(jí)、檢驗(yàn)結(jié)論、檢驗(yàn)方法及整改辦法。問題嚴(yán)重程度按照《GBT20900-2007電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和降低的方法》，分為“1（高）”、“2（中）”、“3（低）”和“4（可忽略）”四種。概率等級(jí)可以分為“A（頻繁）”、“B（很可能）”、“c（偶爾）”、“D（極少）”、“E（不大可能）“F（幾乎不可能）”六個(gè)等級(jí)。在知識(shí)獲取模塊中，由規(guī)則解釋器負(fù)責(zé)對(duì)專家檢驗(yàn)案例進(jìn)行解釋，轉(zhuǎn)換為專家系統(tǒng)能夠識(shí)別的語言添加到專家知識(shí)庫，然后通過調(diào)用知識(shí)存儲(chǔ)模塊將更新信息存入到知識(shí)存儲(chǔ)模塊中的持久化數(shù)據(jù)庫中。檢驗(yàn)人員的檢索信息包括失效部件及失效形式，檢索信息通過網(wǎng)頁人機(jī)界面發(fā)送到專家系統(tǒng)服務(wù)器，經(jīng)過規(guī)則解釋器后，轉(zhuǎn)換為專家系統(tǒng)能夠識(shí)別的專家系統(tǒng)語言，檢索信息一旦輸入專家系統(tǒng)，即觸發(fā)專家搜索引擎，調(diào)用預(yù)定義的專家邏輯，檢索結(jié)果經(jīng)過人機(jī)邏輯推理模塊后，返回人機(jī)交互模塊，顯示傷害程度、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、檢驗(yàn)結(jié)論和對(duì)應(yīng)的檢測及整改辦法。

2.系統(tǒng)技術(shù)方案

專家系統(tǒng)構(gòu)建已經(jīng)有很多種技術(shù)，如硬件與軟件相結(jié)合C/S模式的vc++結(jié)合SQLServer，B/S模式的Asp.net結(jié)合SQLServer等，本自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)的開發(fā)采用J2EE+JESS技術(shù)，推理流程的技術(shù)方案如圖2所示。J2EE處理人機(jī)交互、調(diào)用專家知識(shí)獲取模塊、專家邏輯推理模塊和處理知識(shí)存儲(chǔ)模塊。JESS是Java平臺(tái)上的規(guī)則引擎，JESS使用的聲明式編程通過一個(gè)名為“模式匹配”的過程連續(xù)地對(duì)一個(gè)事實(shí)的集合運(yùn)用一系列規(guī)則。JESS使用非常高效的Rete運(yùn)算法則來處理規(guī)則及解決復(fù)雜匹配問題，適合自動(dòng)化專家系統(tǒng)的邏輯編程。

基于JESS和J2EE的自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案如下。

（1）用戶與專家系統(tǒng)的交互采用B/S模式，采用支持動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)的JSP（Java Server Pages）技術(shù)編寫，利用JSP標(biāo)簽在HTML網(wǎng)頁中插入Java代碼，實(shí)現(xiàn)Java web應(yīng)用程序的用戶界面部分。JSP通過網(wǎng)頁表單獲取用戶輸入數(shù)據(jù)、訪問數(shù)據(jù)庫及其他數(shù)據(jù)源，然后動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建網(wǎng)頁。

（2）用戶利用瀏覽器訪問專家系統(tǒng)的網(wǎng)址，瀏覽器將用戶請(qǐng)求封裝成為HTML的Form表單提交到服務(wù)器。

（3）用戶的檢索請(qǐng)求被服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至Servlet。Servlet是的主要功能在于交互式地瀏覽和修改數(shù)據(jù)，生成動(dòng)態(tài)Web內(nèi)容。服務(wù)器啟動(dòng)并調(diào)用Servlet，Servlet根據(jù)客戶端請(qǐng)求，調(diào)用相應(yīng)的Action處理。

（4）J2EE框架采用開源框架Structs 2來簡化開發(fā)工作，Structs2使用Action來封裝HTTP請(qǐng)求參數(shù)，Action類包含了對(duì)用戶請(qǐng)求的處理邏輯，被稱為業(yè)務(wù)控制器。

（5）在專家系統(tǒng)中，含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，稱為“事實(shí)（facts）”。對(duì)于自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)，每一條事實(shí)包含的信息為：“檢驗(yàn)項(xiàng)目”、“檢驗(yàn)類別”、“失效形式”、“失效部件”、“失效原因”、“傷害實(shí)例”、“傷害部位”、“嚴(yán)重程度”、“概率等級(jí)”、“檢驗(yàn)結(jié)論”、“檢測方法”、“整改方法”?！皺z驗(yàn)項(xiàng)目”和“檢驗(yàn)類別”依據(jù)《TSG T7005-2012電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則-自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》檢驗(yàn)項(xiàng)目給出?！笆问健笔侵妇唧w的功能表現(xiàn)?！笆Р考笔侵赴l(fā)生失效的具體部件。“失效原因”是指發(fā)生失效的物理原因?！皞?shí)例”是指發(fā)生傷害事故的具體表現(xiàn)。“傷害部位”是指對(duì)人體產(chǎn)生傷害的具體部位。添加事實(shí)的頁面如圖3所示。

（6）在JAVA中使用JESS有兩種方式，第一種為直接調(diào)用JESS.Rete類建立Reta對(duì)象，然后用JESS.Reta.eval函數(shù)對(duì)Reta對(duì)象的JESS語句進(jìn)行操作，即JESS語句是嵌入到Java語句中的。第二種為預(yù)先編寫好JESS的clp文件，然后在Java調(diào)用。本系統(tǒng)采用兩種方案混合的模式，在保存、讀取事實(shí)和規(guī)則時(shí)采用預(yù)先調(diào)用預(yù)先編寫好的clp文件方式，在進(jìn)行檢索推理時(shí)，直接在java中生成并執(zhí)行JESS語句。

（7）在專家系統(tǒng)中同時(shí)還含模仿專家解決問題的方法稱之為“規(guī)則（rules）”。在自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)中，作為通用檢索條件的項(xiàng)目為“檢驗(yàn)項(xiàng)目”、“檢驗(yàn)類別”、“失效形式”、“失效部件”和“失效原因”。

（8）在檢索條件輸入專家系統(tǒng)后，推理機(jī)就針對(duì)當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識(shí)庫中的規(guī)則，生成檢索結(jié)果集合。

在Struts2框架中，當(dāng)action處理完之后，就應(yīng)該向用戶返回結(jié)果信息，該步驟任務(wù)被分為兩部分：結(jié)果類型和結(jié)果本身。在檢索結(jié)果顯示頁面，采用AJAX技術(shù)動(dòng)態(tài)顯示搜索結(jié)果列表，還可以點(diǎn)擊打開該條案例的詳細(xì)JSP頁面供使用者參考。檢索結(jié)果的列表顯示頁面如圖4所示。

3.應(yīng)用案例

《TSG T7005-2012電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則一自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》的第6.11條“檢修蓋板和上下蓋板開啟監(jiān)控”規(guī)定：檢修蓋板和樓層板應(yīng)當(dāng)配備一個(gè)監(jiān)控裝置，當(dāng)打開桁架區(qū)域的檢修蓋板和（或）移去或打開樓層板時(shí)，驅(qū)動(dòng)主機(jī)應(yīng)當(dāng)不能啟動(dòng)或者立即停止。對(duì)于“如機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠保證只有先移除某一塊檢修蓋板或者樓層板后，其余檢修蓋板或者樓層板才能依次移除，則至少在移除該塊檢修蓋板或者樓層板時(shí)，電氣安全裝置動(dòng)作”的情況，普通檢驗(yàn)人員按照檢規(guī)規(guī)定可以根據(jù)“移除任何一塊檢修蓋板或者樓層板時(shí)，電氣安全裝置動(dòng)作?！?，而判定該檢驗(yàn)項(xiàng)目為“不合格”，同時(shí)劃分該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)為“I.需要采取保護(hù)措施以降低風(fēng)險(xiǎn)”。而實(shí)際檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)專家也可以根據(jù)“如機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠保證只有先移除某一塊檢修蓋板或者樓層板后，其余檢修蓋板或者樓層板才能依次移除”，判定該檢驗(yàn)項(xiàng)目為“合格”，同時(shí)劃分該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)為“Ⅲ，不需要任何行動(dòng)。”采用自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)后，可以將此條例外情況作為一種專家經(jīng)驗(yàn)，輸入到專家數(shù)據(jù)庫中，給普通電梯檢驗(yàn)員提供參考。該條正向推理規(guī)則的流程圖如圖5所示。

4.結(jié)束語

系統(tǒng)在實(shí)際檢驗(yàn)中得到了應(yīng)用，采用J2EE和JESS構(gòu)筑的自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以快速推理出結(jié)果。結(jié)果表明：自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)專家系統(tǒng)可以克服因?qū)＜业墓ぷ鹘?jīng)驗(yàn)及個(gè)人認(rèn)識(shí)偏差等因素所導(dǎo)致的檢驗(yàn)結(jié)論偏差，提高了自動(dòng)扶梯安全檢驗(yàn)工作的可操作性和準(zhǔn)確性。