一种EWIS产品设计智能选型系统研究

摘要：探讨了一种新型的、用于EWIS产品设计的元器件智能选型系统，系统的整体结构和工作原理参考了专家系统的工作模式。现对该系统内部主要工作模块初步的方案设计进行介绍。

关键词：EWIS产品设计;选型系统;专家系统

0    引言

电气互联线束系统（EWIS）主要由导线、电连接器、保护材料及卡箍等组成，在飞行器的结构组成中，这一部分是贯穿全机电气设备与电子设备的桥梁和纽带。EWIS系统的主要工作是负责电气设备间的信号和电能传输，因此也被称为飞机的“中枢神经和血液循环系统”，是现代飞机的重要组成部分。

元器件的选型环节在EWIS产品设计中的多个阶段都有所穿插，是产品设计过程中的一个重点工作，对产品质量有很大影响。EWIS专业涉及的产品类别繁多，通常来说，在一般的EWIS产品设计过程中，常常会涉及包含连接器、线型、屏蔽套、密封胶条等多种材料和标准件的选择和确定，涉及的类型非常广泛。除此之外，材料和标准件的选取受到使用环境、成本限制、重量要求等多种因素的影响。由于选定的材料和型号直接影响到后续的设计工作，因此在型号选择的环节设计人员往往会投入大量的精力来完成相应的工作，而产品种类的庞大数量则会带来选材阶段与之相符的庞大工作量。

1    选型系统的整体架构

考虑到选型工作实际上也是一种根据以往专家经验来思考问题得出结论的模式，因此，智能选型系统的整体架构设计可以参考专家系统的设计思路。所谓“专家系统”，是指一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统，这种系统的结构模式是参照专家思考问题的方式设计而成的[1]。

通常专家系统的内部会包含有一个知识库和一个数据库，用来存储某一相关领域的达到相应专家水平的经验知识和数据积累。同时，专家系统内部包含的推理机则会在读取到相应问题的情况下模拟人类专家的思路方式，通过调用以往专家解决问题的经验进行模拟决策，使用对应的知识数据解决问题。

产品设计中一些元器件的型号选择实际上也是一种根据规范要求、结合以往经验做出结论的专家思维模式，因此，可以参考专家系统的基本构型，结合选型工作的实际需要，得到如图1所示的系统整体结构。

对于一个专家系统来说，知识库和数据库这两方面是整个系统的基石。从实际的设计经验来看，设计人员在确定需要使用到的材料型号时，大多需要参阅相对应的选型规则来确定最终使用的型号类别。因此，选材专家系统的知识库是由相应的导线选型经验、连接器选型经验等多种EWIS产品设计涉及的零部件和材料的选型规则和经验所组成的。而大量的产品资料手册和选型手册可以进行电子化的数据处理，将其中包含的标准件和材料参数进行数据化，组成可供专家系统依托和查阅的庞大数据库，供设计人员随时调用。

专家系统的推理机、解释与知识获取机制由平台开发人员根據专家选材经验确定规则并编写相应的计算机语言进行设置。

通过上述架构体系，在选材工作阶段用户就可以在人机界面输入选材的初始条件和要求，这时候专家系统会自动参照相应的选型规范，根据推理机内部的判断机制和相应的专家经验，从庞大的数据库中选择相应的材料推荐给设计人员并配以相应的解释，省去设计人员查阅选型手册的时间。而另一方面，专家系统的知识获取机制则可以帮助设计人员及时参阅数据库中存储的相应的选型规范以及材料数据。

2    主要模块工作机理

参考专家系统的定义，推理机的主要功能是模拟专家解决问题的思维方式，而知识库则包含有专家针对问题领域相关的经验的知识储备。也就是说，要设计知识库和推理机，应当首先确认正常工作流程下如何进行选材工作。

通常来说，EWIS材料的选型会综合多个方面的因素进行考虑。设计者根据自己在各个属性因素上的需要，在选型手册中选择相对合适的材料型号。因此，推理机的算法可以仿照这个思路方式，在设计人员初步确定自己的需求之后，推理机将其视为输入条件，根据知识库中的选型经验，在数据库中进行搜索，选出适当的型号反馈给设计人员，实现计算机辅助设计人员选材的工作形式。

以导线型号中的线号（即截面积）选择为例，根据以往的设计经验和思路，我们在确定电线截面积时通常有以下一套考虑的思路：

（1）通过设备的工作电流，确定线路保护所需要的断路器规格;

（2）按电线与断路器的匹配关系初定电线截面;

（3）按机械强度要求检查或修正截面;

（4）按线路压降要求校核电线截面，对于弱电流电路或较短的电路，此项校核原则上可免做;

（5）特定电路，例如大电流、短时工作、启动线路、减少截面线段及压降允许超标工作设备的电路需要检查载流量等要求。

图2对上述思路做出了流程演示。在这一套思考流程中，包含有很多经验值和计算公式，比如电线截面积与其载流量和工作温度的关系，过载电流的计算，断路器或熔断器的安秒特性曲线，断路器或熔断器规格与电线截面积的关系列表，直流或交流的压降计算公式等等。将这些表格和数据电子化，就可以作为专家系统的知识库供专家系统参考。

同时推理机的工作机制可以参考上述流程，通过模仿人类思考方式的“IF-THEN”即“如果（条件1）则（结论1）”的模式[2]，在明确每一步的约束条件下，通过查阅知识库中相应的经验和数据，最终完成电线截面积的选择和确定。

通过类似于上述流程图描述的这种推理机，系统可以在设计人员提供少量的设计输入条件后，仿照专家思路筛选出大概的材料型号选择方向，进而以此为依据在数据库中搜寻对应的型号具体信息来反馈给设计人员。

而系统使用的数据库则应当是根据元器件的类型，以其主要特点为基本属性建立。建立数据库选择的属性应当具有两个特点：共有性和特殊性。共有性是指这些属性必须是这一类元器件所共有的;而特殊性则是指当这些属性都确定的时候，元器件的型号也就能够随之确定。比如就导线这一类型的材料来看，数据库中应当主要突出的属性有生产厂家、外部镀层、截面积、屏蔽类型、线芯数几项。

这样一来，系统就可以根据设计人员在交互界面输入的需要选择的元器件类型自动调用相应的元器件参数信息数据库，供选型系统查阅使用。当推理机根据专家经验和相应规范将所有属性确定下来时，系统能够以此为依据，相应地在数据库中进行结果检索。

3    结语

本文针对EWIS产品设计选型工作本身的形式和内容，通过参考专家系统，将其概念与实际的工作相结合，建立了一个供EWIS产品设计使用的智能选型系统。通过对专家系统工作原理的使用，系统可以辅助设计人员快速并准确地完成产品的材料选型工作，极大地提高EWIS产品的设计和研发效率。

[参考文献]

[1] 蔡自兴，约翰·德尔金.高级专家系统：原理、设计及应用[M].2版.北京：科学出版社，2014.

[2] 纪宇潇，张继华，刘旺开，等.基于专家系统的热动力试验台测控系统[J].兵工自动化，2013，32（6）：56-58.

收稿日期：2020-02-06

作者简介：李剑（1993—），男，天津人，硕士，工程师，从事直升机电气系统相关设计工作。