连续采煤机滚筒设计专家系统研究.PPT

1、连续采煤机滚筒设计专家系统研究1.1连续采煤机滚筒及其研究现状目前国内外对连续采煤机滚筒设计研究主要集中在滚筒截割性能模型的立，包括载荷模型、截割煤炭质量模型、比能耗模型等，以及利用所建立的模型进行计算机仿真，模拟出滚筒的各参数对上述各模型的影响，并且用实验检验所建立的模型 。虽然建立了评价滚筒性能和各参数对截割性能影响的数学模型，但是在滚筒设计中还是无法量化确定滚筒的每一个参数，还大量依赖滚筒设计专家的经验进行滚筒具体设计。目前以出现了大量的机械设计专家系统从方案设计到具体零件设计，几乎涵盖了机械设计的各个领域，并且取得了一定的效果，但是又都存在着某些不足。专家系统技术在采煤机滚筒设计上有一

2、定应用，取得了较好的效果，但是连续采煤机滚筒设计专家系统还没有出现。 第一章 绪论滚筒是连续采煤机的重要组成部分之一，滚筒一般有左滚筒、右滚筒和中间滚筒三部分组成，其中左右滚筒是对称的。滚筒是连续采煤机开采煤层的直接执行机构，同时也承担落煤和装煤的部分工作，且消耗了连续采煤机的大部分功率。1.2连续采煤机滚筒设计专家系统的开发意义1）连续采煤机滚筒设计专家系统可以延伸滚筒设计专家的能力。因为本统从分利用计算机的高速度、大容量的优势，从而高效率、准确无误、迅速且不知不疲倦的工作；本专家系统设计滚筒时可以不受环境影响，不受时间、空间限制，从而可以高质量、高效率的完成滚筒设计，同时带来巨大的经济效益

3、和社会效益。2）连续采煤机滚筒设计专家系统能汇集滚筒设计领域多个专家的知识和经验。每个滚筒设计专家在设计滚筒时可能有不同的意见。建立专家系统有助于分析和评价专家知识的优劣，从而克服个别专家的局限性，互相合作解决问题，提高滚筒设计领域的发展水平。3）连续采煤机滚筒设计专家系统作为一种实用的工具，提供了对滚筒设计专家宝贵知识的保存、传播、使用、和评价的一种有效手段。滚筒设计专家本来很少，随着专家年龄增高和死亡，他们的知识能否得到继承，直接关系到滚筒设计领域工作效率或领域发展水平。因而，保存和传播专家的知识，无疑是一项有重要意义的工作。3.1 OOESCMDD设计思想和功能要求3.1.1 设计思想为

4、了建立出功能强大的 OOESCMDD，提出了 OOESCMDD的设计思想如下：1）滚筒设计是在功能、原理、方案、结构型式基本确定的情况下，根据用户不同的需要，对现有产品的结构配置和尺寸加以改变，使之适应于量的方面所有变更的要求，即变异设计。根据这一特点，首先考虑建立一个滚筒变异设计的专家系统整体模型，用此模型来整合专家系统的各个模块，使各模块之间能协调工作。2）滚筒设计的过程是选择原型 设计 分析 再设计这四个阶段不断交替执行的过程，直到设计出满意的滚筒为止。根据这一特点，针对以上每个阶段分别建立了连续采煤机滚筒参数库，滚筒设计知识库，结果分析知识库，结果修改知识库。分别建立了与每个知识库对应

5、的推理机和解释器。按照面向对象的思想，将每个阶段的知识库，推理机和解释器封装在一个类中，使该类的对象作为一个能独立完成该阶段设计任务的模块。3）连续采煤机滚筒设计中涉及大量的知识，知识的类型又不相同，其中第三章 连续采煤机滚筒设计专家系统包括陈述性知识、过程性知识、启发式知识、结构知识等。对这些知识采用合理的表示方式和运用面前对象技术，将其封装成类的对象，储存在知识库对象中，并且根据所应用的阶段，将其添加到该阶段的知识库类中。在知识库类中实现对知识管理维护功能。4）专家系统不仅要拥有知识，还要有运用知识解决问题和对求解过程解释的能力。根据不同阶段知识库中的知识表示和内容不同，开发针对该知识库的

6、高效推理机和解释机，并将其封装在该知识库类中，实现对该阶段求解过程推理和解释。5）由于滚筒设计涉及的概念多、参数多、求解过程复杂，为了帮助用户更好的了解滚筒设计相关知识和专家系统的求解方式，专门开发了一个相关知识知识库，可以作为教育型专家系统，方便用户对相关知识的查阅。3.1.2对 OOESCMDD提出的功能要求借鉴一般设计型专家系统实现的功能基础上，对 OOESCMDD提出如下要实现的功能：1）设计原型选择功能：根据用户输入的设计要求，从连续采煤机滚筒参数库选择出与用户输入要求最相符合的滚筒对象，作为滚筒设计原型。2）滚筒设计功能：在用户输入或者设计原型选择后，对滚筒具体参数进行设计，直到滚

7、筒设计完成。3）结果查询与分析功能：在滚筒设计或者结果修改后，实现对设计结果具体参数查询和相关图形显示；实现与滚筒性能有关的各种指标查询和图形的显示。4）结果修改功能：如果用户对设计完成的滚筒某些具体参数或者某些评价指标不满，可以应用该功能设置具体参数或优化指标，使系统重新对滚筒进行设计。5）滚筒设计相关知识查询功能：用户可以利用该功能对与滚筒设计有关的知识进行查询和系统的相关知识进行查询，帮助用户掌握相关知识。6）知识库的管理功能：用户使用该功能可以方便的查询知识库中的知识和了解知识库的结构；知识工程师或专家应用该功能可以高效的进行知识库的扩充和维护，以能更有效地提高系统的问题求解能力及准确

8、性。7）人机接口功能：系统提供一种人机接口，既便于用户使用，同时又能分析、理解用户的各种请求。3.2 OOESCMDD的总体结构3.2.1 OOESCMDD的总体结构图根据 OOESCMDD的设计思想、将实现的功能要求和专家系统的一般结构提出了OOESCMDD的总体结构图如图 3 1所示。图中对 OOESCMDD设计部分采用了分阶段的构造方式，将设计过程分为四个即相互独立又相互联系的四个模块。这四个模块分别为滚筒原型选择模块、滚筒设计模块、结果分析模块、结果修改模块。图 3 1 连续采煤机滚筒设计专家系统结构3.2.2 各模块的基本功能和特点本系统由知识库、推理机、黑板、知识库管理系统、解释程

9、序、人机接口等模块组成。各模块的基本功能和特点如下：1）知识库： OOESCMDD的知识库分为五个部分，它们分别是连续采煤机滚筒参数库、滚筒设计知识库、结果分析知识库、结果修改知识库、相关知识知识库。现存连续采煤机滚筒参数库中存放着大量已经在连续采煤机上成功使用滚筒的具体参数。这些滚筒参数主要来至久益公司、 DBT公司、菲尔奇公司生产的连续采煤机上面所使用的滚筒，并且这些滚筒已经在我国的部分矿井取得了良好的使用效果。滚筒设计知识库是本专家系统的核心知识库，其中存放着与滚筒设计有关的大量知识，这些知识是滚筒设计专家在长期的滚筒设计中取得的，其中包括启发性知识、描述性知识、过程性知识。结果分析知识

10、库中存放着对设计完或修改完的滚筒进行各种分析评价的知识。这些知识主要是过程性规则，其分析评价的内容主要包括：单齿瞬时切屑厚度的分析，滚筒瞬时载荷的分析及波动系数分析，滚筒截割比能耗的分析，煤炭品级的分析，产尘量的分析。结果修改知识库中存放着对设计完的滚筒进行两种不同修改的知识。一种是用户对滚筒的某些具体参数不满意要进行修改所需要的知识，另一种是用户对滚筒的某些评价目标不满意需要进行优化所需要的相关知识。这些知识可以很好的帮助用户对已设计完成滚筒的进行修改。相关知识知识库中存放着与滚筒设计和本系统的有关知识，其中包括滚筒设计有关的相关概念，滚筒设计的过程，与滚筒设计有关的数值计算和 OOESCMDD的使用帮助等。滚筒设计的过程：首先根据整机的设计要求，从现存连续采煤机滚筒中选择一个与当前设计要求最相符合的滚筒作为原型；对其进行具体参数设计；进行相关的分析评价；对不满意的对方进行修改，直到满意为止。本系统将设计知识库分成四个部分，充分体现了滚筒设计的特点。由于知识库分为五个部分，大大降低了设计的不同阶段使用知识的规模，必然增加系统的执行效率；由于采用面向对象技术，将设计每个阶段中的所用的知识库、推理机和解释器都封装在该阶段的知识库类中，使每个类的对象都成为一个功能完善的自主机，增前了系统的模块性；由于每个知识库对应一个具体的设计过程，使知识库建立的目的性更强，更加便于提取专家的知识。