多媒体设备维护专家系统的总体设计研究

2012-09-26魏凤霞

中国教育技术装备 2012年36期

魏凤霞

北华大学信息技术学院吉林吉林 132013

随着信息技术、计算机技术的迅速发展，多媒体教学已经成为现代教学不可缺少的教学手段。多媒体教学必然离不开多媒体设备的运用，笔者对多媒体设备进行了深刻的研究，把专家系统技术应用到多媒体设备维护中，通过专家系统本身的功能为多媒体教学工作提供一个智能的、人性化的学习环境。

1 多媒体设备维护专家系统的功能设计

1.1 系统功能设计简介

多媒体设备维护专家系统的主要功能是为使用者提供一个方便的学习环境，为使用者诊断出设备存在的故障。设备出现故障时，领域专家如果不能及时到达现场解决问题，这将会耽误课堂教学，影响教学质量。因此，如何能够节约人力资源，节省维护时间，降低对维护人员的技术要求，提高工作效率，本系统的设计就解决了这方面存在的一些问题。使用者在使用过程中，随意输入一些问题名称，如启动、声音、界面、投影、展台等，系统将会对输入的问题进行判断，然后给予一个合理的反馈。本系统能够介绍设备的使用流程，设备故障时针对性地找出故障原因，这样，使用者便可以了解并应用领域专家的知识，了解多媒体设备的使用方法及出现故障时解决问题的办法。

1.2 系统功能设计

系统功能设计的重点是使用者提出问题后系统给出反馈结果并提出解决方法。系统由软件系统和硬件系统构成。软件系统包括系统软件、应用软件，系统软件即操作系统（Operating System），它是一个庞大的管理控制程序，可以控制其他程序的运行，管理系统用户权限并控制系统各分支结构，是计算机系统的基石。它的管理功能主要有存储管理、设备管理、文件管理等。系统中各模块的实际功能主要分为系统界面、多媒体设备使用、系统维护与管理、数据导入与导出、领域专家等几个部分，如图1所示。

图1 多媒体设备维护专家系统功能示意图

1）系统主界面。这部分包括使用者提出问题模块，知识工程师更新、修改数据模块等。它提供了系统的登录功能，分为使用者登录和知识工程师登录，它们所拥有的权限不同，知识工程师使用超级权限登录，这个权限可以修改数据库中的数据，对知识库中的历史资料、需要更新的数据、知识库维护数据等进行维护。

2）多媒体设备信息。此模块包括多媒体设备的属性、使用方法等。中控器连接所有设备，使用者按下中控面板上相应的按钮，中控器发出指令，设备按照发出的指令执行相应的操作程序。

3）系统维护与管理。此模块包括使用者的数据管理、数据信息更新维护、知识库管理维护、系统数据管理、存储数据管理等。这部分是专门为知识工程师管理而设计的，知识工程师根据领域专家提供的知识，对这些数据库进行搜索、更新、修改、删除、存储等操作，根据使用者提出问题及时反馈情况，对数据进行实时监控。

4）数据导入、导出，包括数据从系统内导出、数据从外界导入系统。这部分功能是知识工程师需要对数据进行修改时，导出修改数据，对数据重新检索；导入模块是指对系统外的数据导入修改好的数据，或者新的数据导入到本系统数据库中，进行重新应用。

5）领域专家，包括线路数据维护、设备讲解等。领域专家把各设备的基本信息传送给知识工程师，每一时间、每一阶段，领域专家要对信息进行重新更改，观察信息数据是否有错误或者是否存在需要更新的数据，并讲解多媒体设备的基本理论知识、专业术语等，知识工程师将领域专家总结出来的知识信息存储在数据库中，同时提供给使用者。

2 系统设计总体结构

本文的研究采用专家系统的结构模式，包括解释机制、推理机制、数据库、人机接口、知识库以及领域专家和知识工程师对知识库的数据信息存入等。首先要把中控器、电脑主机、中控桌面等设备信息通过知识工程师将其存入数据库中并调试知识库；其次要将多媒体设备的使用规则以及注意事项等条件存入知识库中，然后通过推理机制和解释机制对使用者发出的指令在知识库中进行循环搜索，直至得到反馈结果后执行最后的指令。总结构图如图2所示。

图2 多媒体设备维护专家系统总体结构图

本系统的核心是基于知识库的专家系统，因为它既有数据库管理和演绎功能，又具有提供领域专家推理判断的功能。知识库设计目标是建立一个合适的数据集，这个数据集要合理地组织使用者需要的数据，同时数据要具有一致性、完整性、效益性，以便于使用者的理解和维护，彼此数据之间不能冲突，做到数据的结构化、规范化，并支持使用者对数据的处理功能。

本文对系统总体设计的指导思想就是使系统达到实用化要求。首先，系统的存储数据应具备较强的通用性，系统的数据模版能广泛应用于其他相似学科中，这样可以使本系统具有更加明显的通用性；其次，系统同时要具有可靠性的功能，对异常情况的发生要具有检测并排除错误的功能。

3 系统设计的工具

多媒体设备维护专家系统使用工具是用C语言来设计的，利用ASP访问技术，SQL Server静态数据库相连接，这种工具可以提高专家系统的设计效率，缩短系统的研制周期。本文使用的工具包括骨架开发工具、专家系统外壳工具。

3.1 骨架开发工具

这种工具是借用其他领域的系统数据库框架和丰富的编程技术，将原领域专家提供的知识删除，借助其推理机的相关知识，而形成的一种工具。这种工具使用起来较为方便，为系统的设计节省了时间，提高了设计效率。骨架提供了一个结构、一个组织、一个计算机程序，在这个结构或组织中，新的领域知识可以用过去的知识概念来分析和解释，这种工具的交互性较好，对待问题的提出具有很强的反馈功能。

3.2 专家系统外壳工具

这种工具不像其他工具一样只适用于范围很小的特定领域，它是一个把某专业领域删除而留下的系统框架，它给予专家系统知识获取、数据库编辑等方面极大的支持并提供了宝贵的解决方法。这种系统工具的应用针对性强，它的推理机制、解释机制以及知识表达的框架基本固定，利用外壳工具构建系统时，把本领域的知识按照该外壳的要求输入到知识库外壳中，构造出自己的编制程序。这种工具为自身领域的系统提供了良好的界面，节省了系统工程师在编辑程序上的时间，为该系统的研究与设计提供了方便。这种工具在专家系统领域的局限性相对较小，同时其外壳具有灵活性，为专家系统的进一步完善发展奠定了基础，为专家系统提供了持续的、稳定的发展前景。

4 系统设计的步骤

多媒体设备维护专家系统的程序设计和传统的设计不同，它是从一个较小的系统开始，不断重复地测试系统，逐步扩充到一个日臻完善的试验系统，它的设计步骤大致分为以下几部分。

4.1 设计数据库

数据库设计分为概念结构设计和物理结构设计两种。1）概念结构设计是数据库设计的第一个阶段，首先要对管理系统做出分析，计划出系统的数据流程图；其次要结合数据规范化的理论，将理论与实践相结合，把数据库中的数据明确地表示出来。2）根据已经确定的概念数据框架，选择一个最适合使用的物理结构模型，根据已经建立起来的结构模型，按照一定的规则，把这个模型转换成为这个数据库管理系统能够应用的模型，并应用到数据库设计之中。

4.2 设计系统使用的框架

在选定好系统使用框架的同时，要周密地建立起整个系统所需要的领域知识、与系统有关的推理过程等。系统的框架是一个重复操作步骤的探索过程，关注每一个概念、知识之间的自然联系以及问题求解的策略，它把少量的知识添加到知识库中，然后系统地测试对系统问题的理解，逐步将系统知识库中的知识进一步完善。框架的使用，为课题的系统设计与宏观理论的研究提供了理论与技术上的指导。

4.3 知识库的设计步骤

知识库的设计是系统最主要的知识源，它存储着问题的实质，包括知识的概念、数据的类型及控制策略等方面，把形式化的规则转变为编程语言，这种语言可提供计算机执行的语句和程序，把各种知识的表达方法与概念化过程以及信息流等性能转变为系统能够识别的表达方式，最后反复对知识库进行改进试验，归纳出更准确的结果。经过不断的重组与更新，使知识库的知识源更加全面、更加具体、更加生动。