新聞詳情
平板玻璃生產質量缺陷診斷專家系統
Expert System of Quality Defect Diagnoses for Plate Glass Production
http://www.kblhh.cn 2007-04-28 17:29 來源：中國自動化學會專家咨詢工作委員會
1 前言
平板玻璃應是透明光潔的平板，若有雜質或不均勻體，那么透過玻璃看物體會產生畸變、扭曲或模糊的形象，且影響機械強度。玻璃中主要缺陷有氣泡（氣體夾雜物）、玻璃條紋、線道（玻璃狀夾雜物）和結石、疙瘩、析晶（非透明夾雜物），其它還有沾錫、霧點、彩虹、劃傷、缺邊掉角等。平板玻璃從原料、配料、混合，到投料、熔化、成型、退火、切裁、運輸、包裝、貯存等多個環節都可能產生缺陷。各種缺陷產生的原因不同，很難快速判斷并加以消除，從而使缺陷持續影響質量及生產。本專家系統是把專家知識組成知識庫、推理機，由計算機實現，使沒有經驗的操作員借此也可達到專家水平，快速、準確找出缺陷，并加以排除，
2 專家系統的構成及開發工具選擇
在計算機上實現專家系統必須先構筑如圖1所示的框架。國外開發專家系統大都購買專家系統開發工具，然后進行應用開發。但由于其規模、功能不同，價格差別很大，所以必須認真選擇：① 不必追求大而全，因為許多功能未必用得上，要按自己需要選擇；② 必須是可靠的，最好是實際應用過；③ 必須有輸入和輸出接口，以便和在線數據采集相連在工業控制中使用；④ 價格可以承受；⑤ 使用、增添、修改容易；⑥ 編程工作量最少，最好是面向用戶、可組態及中文界面。
圖1 專家系統結構圖
圖2 專家系統知識庫建立步驟
平板玻璃應是透明光潔的平板，若有雜質或不均勻體，那么透過玻璃看物體會產生畸變、扭曲或模糊的形象，且影響機械強度。玻璃中主要缺陷有氣泡（氣體夾雜物）、玻璃條紋、線道（玻璃狀夾雜物）和結石、疙瘩、析晶（非透明夾雜物），其它還有沾錫、霧點、彩虹、劃傷、缺邊掉角等。平板玻璃從原料、配料、混合，到投料、熔化、成型、退火、切裁、運輸、包裝、貯存等多個環節都可能產生缺陷。各種缺陷產生的原因不同，很難快速判斷并加以消除，從而使缺陷持續影響質量及生產。本專家系統是把專家知識組成知識庫、推理機，由計算機實現，使沒有經驗的操作員借此也可達到專家水平，快速、準確找出缺陷，并加以排除，
2 專家系統的構成及開發工具選擇
在計算機上實現專家系統必須先構筑如圖1所示的框架。國外開發專家系統大都購買專家系統開發工具，然后進行應用開發。但由于其規模、功能不同，價格差別很大，所以必須認真選擇：① 不必追求大而全，因為許多功能未必用得上，要按自己需要選擇；② 必須是可靠的，最好是實際應用過；③ 必須有輸入和輸出接口，以便和在線數據采集相連在工業控制中使用；④ 價格可以承受；⑤ 使用、增添、修改容易；⑥ 編程工作量最少，最好是面向用戶、可組態及中文界面。
圖1 專家系統結構圖
一般專家系統開發工具大都只包括核心部分，即知識庫、推理機等。而在實際應用中，還需軟件人員編寫界面與專家系統開發工具連接的程序，熟悉工藝的人員很難獨自應用，而不利于增添修改，因此影響專家系統的實用化。目前已有無需編程、可直接使用的專家系統開發工具。
據此，我們選擇北京四季陽光公司的MAES系列的MAES-JT專家系統開發工具。MAES不用編程，只須在給出的界面上用中文填入征兆、結論名稱及規則，即構成專家系統，但其界面形式是固定的。MAES-JT除MAES功能外，還帶有原程序例子，可自行設計界面，按例子套入接口程序即成專家系統。它實現的功能有：
① 無需懂得人工智能語言，只需不斷回答MAES-JT提問，就能把開發者的寶貴知識和經驗自動組成知識庫和專家系統。這樣，把構成知識庫和推理等工作由MAES-JT承擔，使開發者能集中精力解決領域知識問題。
② 有正向、反向和混合推理3種方式可供選擇，能與已有或新設數據庫（Dbase、Oracle、FoxPro、Access等以及非專用數據庫如Visual Basic系統軟件包括的數據庫）連接。
③ 與其它計算機語言（如Fortran或C等）編制的各種程序同知識庫結合，即有調用外部程序功能。
④ MAES-JT使用文件輸入、輸出作為接口，只須形成輸入文件即可進行推理和輸出結果。同樣，只須從輸出文件取出結果，即可在用戶設計的界面上顯示。MAES-JT附有這些接口程序和樣例，用戶可直接套用。
⑤ MAES-JT附有40多條指令，包括調用外部程序、輸入、輸出、生成報告等。
⑥ MAES-JT 的知識庫是使用產生式規則寫成，即If…，Then…，else…，可信度？%的形式，也可輸入數學表達式。可信度的綜合有3種方式可供選擇：0與1（是與否）系統；0與10系統；-100%~+100%系統。后者對多個規則相同結論的綜合可信度有平均法、相依法和獨立法3種方式可供選擇。
3 質量缺陷診斷專家系統
北京平板玻璃集團公司在冷修時投運了新的玻璃生產質量缺陷診斷專家系統及監控系統，它的主要技術內容是：① 良好的全線監控；② 配料模型化和優化；③ 平板玻璃生產質量缺陷診斷專家系統；④ 良好的通信使管理人員可以隨時監視主要機組生產的工藝參數實況。
整個系統是使用多個工控機組成，并連成網絡，安裝有中文Windows95、Visual Basic 5.0等系統軟件以及MAES-JT專家系統開發工具。專家系統的缺陷診斷種類主要有氣泡缺陷、玻璃體夾雜物缺陷、非透明體夾雜物缺陷等。診斷方式為離線或半在線。由于玻璃缺陷許多無法在線檢測（如氣泡顏色與條紋連接），只有目測，故采取離線方式，即操作員把缺陷輸入（它附有各種缺陷名稱的界面，操作員只需用鼠標點擊即可）確認后，在出現的輸出界面上就有征兆（即缺陷種類）、原因及處理方法。半在線是指與監控系統結合，如缺陷原因是原料配料不對，而經檢查配料計算正確，設定正確，這種原因就自動消除。
4 專家系統的知識獲取
圖2為建立知識庫和編寫規則的一般步驟，實際操作中應解決3個問題，即工作方法、知識來源及如何把知識變成專家系統可用的規則，并使之能有效推理和獲得高的命中率。由于領域專家往往不了解對工藝的要求，而很難快速提出滿足構成專家系統所需的知識。此外，有些很熟練的操作員對處理操作問題及故障問題很有經驗，但難以提出一套完整的知識。因此最好是雙方（領域專家和知識專家）向對方的知識靠攏，知識專家深入了解工藝和實際操作，提出初步知識框架，然后向領域專家請教、提出問題，再討論、刪改與增添。知識的來源有書本和雜志有關文章、規程和手冊、有經驗的操作員和專家的知識。
據此，我們選擇北京四季陽光公司的MAES系列的MAES-JT專家系統開發工具。MAES不用編程，只須在給出的界面上用中文填入征兆、結論名稱及規則，即構成專家系統，但其界面形式是固定的。MAES-JT除MAES功能外，還帶有原程序例子，可自行設計界面，按例子套入接口程序即成專家系統。它實現的功能有：
① 無需懂得人工智能語言，只需不斷回答MAES-JT提問，就能把開發者的寶貴知識和經驗自動組成知識庫和專家系統。這樣，把構成知識庫和推理等工作由MAES-JT承擔，使開發者能集中精力解決領域知識問題。
② 有正向、反向和混合推理3種方式可供選擇，能與已有或新設數據庫（Dbase、Oracle、FoxPro、Access等以及非專用數據庫如Visual Basic系統軟件包括的數據庫）連接。
③ 與其它計算機語言（如Fortran或C等）編制的各種程序同知識庫結合，即有調用外部程序功能。
④ MAES-JT使用文件輸入、輸出作為接口，只須形成輸入文件即可進行推理和輸出結果。同樣，只須從輸出文件取出結果，即可在用戶設計的界面上顯示。MAES-JT附有這些接口程序和樣例，用戶可直接套用。
⑤ MAES-JT附有40多條指令，包括調用外部程序、輸入、輸出、生成報告等。
⑥ MAES-JT 的知識庫是使用產生式規則寫成，即If…，Then…，else…，可信度？%的形式，也可輸入數學表達式。可信度的綜合有3種方式可供選擇：0與1（是與否）系統；0與10系統；-100%~+100%系統。后者對多個規則相同結論的綜合可信度有平均法、相依法和獨立法3種方式可供選擇。
3 質量缺陷診斷專家系統
北京平板玻璃集團公司在冷修時投運了新的玻璃生產質量缺陷診斷專家系統及監控系統，它的主要技術內容是：① 良好的全線監控；② 配料模型化和優化；③ 平板玻璃生產質量缺陷診斷專家系統；④ 良好的通信使管理人員可以隨時監視主要機組生產的工藝參數實況。
整個系統是使用多個工控機組成，并連成網絡，安裝有中文Windows95、Visual Basic 5.0等系統軟件以及MAES-JT專家系統開發工具。專家系統的缺陷診斷種類主要有氣泡缺陷、玻璃體夾雜物缺陷、非透明體夾雜物缺陷等。診斷方式為離線或半在線。由于玻璃缺陷許多無法在線檢測（如氣泡顏色與條紋連接），只有目測，故采取離線方式，即操作員把缺陷輸入（它附有各種缺陷名稱的界面，操作員只需用鼠標點擊即可）確認后，在出現的輸出界面上就有征兆（即缺陷種類）、原因及處理方法。半在線是指與監控系統結合，如缺陷原因是原料配料不對，而經檢查配料計算正確，設定正確，這種原因就自動消除。
4 專家系統的知識獲取
圖2為建立知識庫和編寫規則的一般步驟，實際操作中應解決3個問題，即工作方法、知識來源及如何把知識變成專家系統可用的規則，并使之能有效推理和獲得高的命中率。由于領域專家往往不了解對工藝的要求，而很難快速提出滿足構成專家系統所需的知識。此外，有些很熟練的操作員對處理操作問題及故障問題很有經驗，但難以提出一套完整的知識。因此最好是雙方（領域專家和知識專家）向對方的知識靠攏，知識專家深入了解工藝和實際操作，提出初步知識框架，然后向領域專家請教、提出問題，再討論、刪改與增添。知識的來源有書本和雜志有關文章、規程和手冊、有經驗的操作員和專家的知識。
圖2 專家系統知識庫建立步驟
規則編寫方法可先把上述知識列成表，再寫成規則。對于平板玻璃生產質量缺陷診斷，其故障有幾十種，而每種故障原因又不盡相同，難以用常規推理方法診斷。因此應用模擬專家診斷電機故障的方法，即分類剔除法+常發故障排隊法+相關征兆支持法，專家對每種故障有多少個原因是一清二楚的，并逐一剔除無關原因，剩下就是故障原因了。例如把許多故障原因分類為：設計原因、耐火材料原因、原料原因等，那么如果某些故障過去從未發生過，則屬于設計原因的就可剔除了，如果故障是以前沒有只是剛發生的，當然由于耐火材料放氣原因也可排除了；常發故障排隊法也是按模擬專家診斷故障方法，即把故障原因分等，最常發生的可信度大，很少發生的可信度小；相關征兆支持法是為提高判斷命中率而設的，即常規的推理方法。經過上述方法后，一般故障原因只有幾個而且有不同的可信度，也就很容易準確地找出原因，加以排除。
5 結語
本平板玻璃生產質量缺陷診斷專家系統已于2000年6月在北京平板玻璃集團公司浮法分廠投運，與有經驗專家的診斷符合度為95%以上，效果良好。
參考文獻：
[1] 安秋順, 馬竹梧. 專家系統開發工具發展現狀及動向. 冶金自動化, 1995,19(2):8~11.
[2] 馬竹梧. 通用專家系統UNES及其應用. 冶金自動化, 1999,23 (1):14~17.
[3] 馬竹梧, 沈標正, 于潔. 專家系統開發工具及其在電機故障診斷中應用. 電工技術雜志, 1999,1:26~28.
5 結語
本平板玻璃生產質量缺陷診斷專家系統已于2000年6月在北京平板玻璃集團公司浮法分廠投運，與有經驗專家的診斷符合度為95%以上，效果良好。
參考文獻：
[1] 安秋順, 馬竹梧. 專家系統開發工具發展現狀及動向. 冶金自動化, 1995,19(2):8~11.
[2] 馬竹梧. 通用專家系統UNES及其應用. 冶金自動化, 1999,23 (1):14~17.
[3] 馬竹梧, 沈標正, 于潔. 專家系統開發工具及其在電機故障診斷中應用. 電工技術雜志, 1999,1:26~28.
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