起重机作业人员培训专家系统研究

2010-03-01董浩明

装备制造技术 2010年12期

陈峥，董浩明

（武汉市特种设备监督检验所，湖北武汉）

起重机司机的操作是否正确，不仅直接影响了起吊工作的效率，而且也关系到司机自身的安全，因此起重机操作人员的技术培训与考核，受到各方面的关注。现有的培训方式，浪费人力、物力和时间。本课题的研究可以为培训人员提供操作训练考核服务，这样可以对培训人员的能力进行正确、科学的评估，使整个考核过程理性化、量化、科学化，同时又是基于网络化的，可以形成良好的资源共享，从而可以面向更多的使用者。此外，其又是实现先进的训练和考核方式的前提条件和必要手段。从目前来看，计算机技术的不断进步，使得网络技术、专家系统技术、开发环境和数据库技术，都有着成熟的应用，这些技术可以很好地应用于起重机训练和考核系统中。

1 系统主结构图

如主结构图1所示，以VS作为主要开发平台，开发服务器端应用程序与客户端应用程序主体框架。为了能完成分布式信息查询，程序必须具有网络信息处理能力，在这里选用了SQLServer作为网络信息传输的缓冲器，以提高系统的开发速度，另外也提供了一个附加的数据备份系统。当动态数据库出问题时，可以通过SQLServer数据库读取、恢复数据。

图1 系统结构图

而智能信息查询模块，则使用Amzi!Prolog+Logic Server 7.0进行开发制作，并编译、连接生成可以调用执行的XPL文件，嵌入到VS开发的软件主体框架中，由VS服务器端应用程序调用进行智能运算。同时，由于系统的数据最终都是存放在智能模块的动态数据库中，因此必须在软件运行初始化时，将现有数据从数据文件中读出，并放入动态数据库中，在系统退出时，应将动态数据库中数据写入到数据文件中。运行时主要流程如下：

（1）操作人员在客户端运行客户端应用程序，在程序中可以进行数据输入与数据查询操作；

（2）输入信息与查询信息，使用TCP/IP协议经由网络传送到SQLServer服务器，并存在SQL Server中的相应的信息缓冲库中；

（3）C#服务器端应用程序轮询查找信息缓冲库中，是否有需要处理的信息，如果存在，则将信息读出，并送入Amzi!Prolog智能化模块；

（4）Amzi!Prolog智能化模块，利用推理机同知识库里的规则进行匹配，计算分析相应的信息并生成计算结果；

（5）Asp.net（C#）服务器从Amzi!Prolog智能化模块读出计算结果，并将结果存入SQLServer数据库中的信息缓冲库中；

（6）客户端应用程序在发出输入、查询信息后，访问SQL Server数据库等待操作结果，当结果出现时，将其读出并显示给网络用户。

2 系统网络体系结构的实现

2.1 浏览器

浏览器是用户与系统间交互的窗口，以Web页面的形式，将询问或结果信息呈现给用户。该系统的浏览器，可直接采用目前常用的IE浏览器等。用户页面的类型，可根据用户需求及推理系统的需求而定。常用的用户页面，主要有询问式页面、菜单驱动式页面、图形接口式页面等。根据本系统的特点，故该系统的用户界面以询问式界面为佳。

2.2 Web服务器及与专家系统的接口

服务器结构是一种面向动态内容的实现，使用ASP.NET技术。其优点在于采用IIS来表现页面。用户提出问题请求，通过动态链接库（amzinet.dll），问题在Amzi!Prolog环境中进行推理，得到问题答案，在Asp.net中使用Amzi!.net类提供的接口函数，将动态内容插入预定的模板，根据用户行为将页面发送给用户。

本系统采用3层结构的B/S模式，即表示层的浏览器，事务处理层的Web服务器，数据处理层的推理机、解释系统、知识库和综合数据库。

起重机专家系统是基于INTERNET运行环境开发的，在网络体系建设中，采用了当前最流行的“WEB浏览器/WEB服务器/数据库系统”结构（也称B/S/S结构），其基本思想是在分布式技术的基础上，将客户层同应用层分离，把系统按功能划分为客户层、应用层和数据层3大块，分别放置在相同或不同的硬件平台上。

（1）客户层。WEB浏览器为客户层，客户层是系统的用户接口部分，也就是人机界面，是用户与系统间交互信息的窗口。其主要功能是指导操作人员使用己定义好的服务或函数，检查用户输入的数据，显示系统输出的数据。起重机考核与培训专家系统的应用环境为Microsoft InternetExplorer，其主要技术为 HTML（超文本标注语言）、Amz!Prolog、Asp.net(C#)客户端脚本与控件等。

（2）应用层。WEB服务器为应用层，也可称为中间业务逻辑层。在起重机考核与培训专家系统中应用层的主要功能，是提供系统中与应用逻辑有关的各种服务构件，负责处理前端客户层的应用请求，其将原先置于前端客户层的事务逻辑分离出来，集中置于服务器部分，为所有用户共享，完成商务逻辑的计算任务，并将处理结果返回给用户。

网络操作系统，是构成客户机/服务器方式的基础，是网络性能的决定因素，体现了系统的整体技术水平。为发挥网络的优势，本系统的网络操作系统采用了Windows XP，主要是因为它有强大的网络功能和易学易用的特性，结构化、可扩展性强，具有广泛的兼容性；可靠性、安全性高，能够在出现问题时保护系统、应用程序和资源，使系统仍能继续工作或进行恢复。

（3）数据源层。数据服务层就是数据库管理系统DBMS（Data BasesManagementSystem），负责提供和管理各类数据，包括数据库、知识库及模型库中各类数据项的访问。该层主要是通过中间业务逻辑层，应用逻辑组件为若干个客户共享数据库的连接，向前端客户层、中间应用层提供数据处理与来源，从而减少了连接次数，提高了数据服务器的性能和安全性。

为了满足分布式网络数据库管理系统的需要，并满足开放性、可移植性、界面一致性、高性能及高可靠性和实用性的要求，本系统采用SQLServer 2005数据库管理系统，是功能强、性能好的关系数据库管理系统，作为后台数据库，其提供完整的数据库管理软件程序包。

3 培训模块功能分析与实现

此模块是一个在线培训，创建和发布HTML主页，具有动态的网页效果，而且可以非常方便地完成网页编辑，也便于网页的更新和维护，适用于培训专家系统的辅助功能实现。

3.1 信息综合

在系统中可以进行理论学习，在系统中以导航栏形式表现出来。其导航分为4个标签：起重机简介、作业安全操作规则、起重机安全装置识别和常见故障分析。

首先点击“起重机简介”链接，进入起重机简介界面，在此界面分别介绍了起重机定义、起重机组成部分及各个组成部分的介绍。这一部分可以让新学员对起重机有一个初步的认识，为以后的学习打下坚实的基础；

点击“作业安全操作规则”标签，可以链接到起重机操作手册界面，这类又分为作业安全操作、起重机操作技术和起重机吊运指挥信号共3个组成部分，可以学习起重机操作的知识；

点击“起重机安全装置识别””标签，可以学习在起重机操作过程中所需要注意的安全知识，避免学员遭受到身体的伤害；

最后一个标签为“常见故障分析”，能帮助学员掌握出现故障现象的原因，得以亲自解决一些故障。

各个信息页面包括“起重机操作技术.htm”，“指挥信号.htm”，“作业安全规则.htm”等。学员可以利用这些信息页面，方便地学习起重机知识。

3.2 起重机常见故障分析

这是理论学习中的一个重要部分，也是培训系统中的一个重要模块。主要利用Asp.net和Amzi!Prolog工具结合起来实现，其结合方式主要是通过amzinet.dll动态链接库来实现，只要在VS菜单中“网站”项中选中“添加引用”选项，引用amzinet.dll文件，实现故障分析这一部分。其主要是在数据处理的基础上，对提取的故障现象进行故障分析，分析方法采用简单识别方法–––模式匹配，对输入的故障关键字，在故障知识库中查找相匹配的关键字来识别故障，找出故障的原因。当故障分析成功后，系统将相应的故障解释显示在用户的浏览器中，用户根据诊断结果进行故障排除。此主要实现代码：

3.3 题库管理

在管理上，题库一般以计算机管理软件作为技术平台，包括试题录入和浏览试题，多功能查询，可以按照管理的要求按题型查询现有题库，也可以按照题型添加新的题目，类似的，可以删除题目，也可以选中题目列表实现修改题目的功能。

此模块包括4个子模块：单项选择管理，多项选择管理，判断题管理和填空题管理。

这几个模块的设计方式是相似的，都是由SqlData Source控件、DataView控件、DetailsView控件组成，在DataView1控件里进行编辑模块，点击右上角的三角形，打开一个菜单，选中“编辑模块”，在“编辑模块”中添加DetailsView1控件，进行插入操作，一次可以插入一条记录，如图1所示。编辑和删除操作可以用DataView1和SqlDataSource1控件结合起来实现。

主要HTML源代码如下：