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摘要:近年來隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅速發(fā)展，船舶CAD設(shè)計(jì)也取得了較大的進(jìn)步。本文介紹了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本原理，基于專家系統(tǒng)和SQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)了船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺，并介紹了該船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺的工作原理和關(guān)鍵構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；性能設(shè)計(jì)

0引言

船舶計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于CAD的船舶設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制等方面都取得了較大的發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)優(yōu)異的數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲性能，船舶工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備制造商利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行船體建模、船舶性能計(jì)算。此外，基于計(jì)算機(jī)的船舶輔助生產(chǎn)制造也是一項(xiàng)具有重要意義的CAD應(yīng)用。20世紀(jì)70−80年代，將船舶設(shè)計(jì)、制造集成于一體的船舶CAD技術(shù)逐漸成型，一些具有集成特性的船舶設(shè)計(jì)系統(tǒng)被開發(fā)出來，不僅提高了船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的質(zhì)量，也降低了船舶工業(yè)的時(shí)間成本，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。專家系統(tǒng)（Expertsystem）和數(shù)據(jù)庫（Database）是計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶工業(yè)應(yīng)用的典型，專家系統(tǒng)是指利用推理策略和知識庫對一些工業(yè)問題進(jìn)行推理，產(chǎn)生較合理的解決方案，進(jìn)而輔助船舶設(shè)計(jì)人員解決問題；數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以建立船舶復(fù)雜數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，提高船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造過程中海量信息的管理能力，設(shè)計(jì)人員通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢和檢索，一方面可以吸取歷史設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)效率；另一方面可以在海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)的技術(shù)突破。本文研究的內(nèi)容是結(jié)合專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)技術(shù)，建立一種船舶快速化的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺，從專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)技術(shù)的原理出發(fā)，介紹了船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺的組成和工作流程。

1專家系統(tǒng)研究與發(fā)展現(xiàn)狀

在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域，首次將專家系統(tǒng)引入船舶設(shè)計(jì)過程的科學(xué)家是LeeK.H.，他于1986年在船艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中使用了專家系統(tǒng)和智能控制技術(shù)，并建立了一種船舶設(shè)計(jì)工具—MADES[2]；俄國科學(xué)家Kow-alski針對船舶輔助系統(tǒng)的控制，開發(fā)了一種專家系統(tǒng)工具Exsys，該系統(tǒng)工具包含了船舶設(shè)計(jì)過程所需的程序、理論計(jì)算方法、規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)等，對于改善船舶設(shè)計(jì)效率有重要的作用。專家系統(tǒng)通常由知識庫、數(shù)據(jù)庫、知識獲取程序、解釋程序、推理程序、用戶等組成，

1）知識庫

知識庫是專家系統(tǒng)的核心，通常知識庫里存放的數(shù)據(jù)是一些用于系統(tǒng)推理的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，比如不同領(lǐng)域?qū)＜业睦碚摗⒒A(chǔ)性理論和專家的經(jīng)驗(yàn)公式等，專家系統(tǒng)的工作原理是利用知識庫中的數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前遇到的問題進(jìn)行求解，用專家的思維邏輯獲取當(dāng)前問題的解決方案，因此，知識庫也是專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能的前提。

2）知識獲取程序

知識獲取程序的主要功能是對專家系統(tǒng)知識庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和轉(zhuǎn)化，將知識庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識別的信息。知識獲取程序在運(yùn)行過程中，必須要保證專家系統(tǒng)兩方面的性能指標(biāo)。知識獲取程序在進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工和轉(zhuǎn)化時(shí)，必須能夠維持知識庫中數(shù)據(jù)的完整性，確保專家系統(tǒng)計(jì)算機(jī)可以獲取完整的推理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。知識獲取程序是設(shè)計(jì)人員與專家系統(tǒng)之間的信息傳輸中介，設(shè)計(jì)人員不僅可以通過知識獲取程序獲得知識庫中的數(shù)據(jù)，而且可以通過知識獲取程序?qū)F(xiàn)有的船舶設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)寫入知識庫中。

3）解釋程序

解釋程序的功能是針對設(shè)計(jì)人員的問題進(jìn)行系統(tǒng)的解釋說明，同時(shí)對專家系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行工作狀態(tài)、知識庫的數(shù)據(jù)狀態(tài)提供說明，提高用戶與專家系統(tǒng)的人機(jī)交互性。解釋程序有助于專家系統(tǒng)新用戶快速掌握系統(tǒng)的使用方法。

4）推理程序

推理程序分析專家系統(tǒng)知識庫中的理論數(shù)據(jù)，選取知識庫中對當(dāng)前方案有積極作用的理論，進(jìn)行解決方案的推理，并通過人機(jī)交互界面發(fā)送給用戶。

5）交互界面

交互界面是專家系統(tǒng)用戶與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸媒介，由一系列的硬件設(shè)備和軟件程序構(gòu)成，包括顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)以及驅(qū)動(dòng)程序等。為了保證專家系統(tǒng)具有良好的人際交互性，在進(jìn)行交互軟件程序的開發(fā)時(shí)，通常采用Windows系統(tǒng)或Os系統(tǒng)的軟件程序開發(fā)。

2基于專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的船舶CAD設(shè)計(jì)研究

2.1船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本文結(jié)合專家系統(tǒng)和SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了一種船舶性能CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該船舶性能CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)核心組成包括SQL數(shù)據(jù)庫、實(shí)例庫、知識庫、任務(wù)定義模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊等，圖2為船舶性能CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖。

1）任務(wù)定義模塊

船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的任務(wù)定義模塊主要作用是根據(jù)當(dāng)前船舶的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)組成模塊的任務(wù)定義，將當(dāng)前的船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，向數(shù)據(jù)庫、知識庫、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊等發(fā)送指令。

2）SQLServer數(shù)據(jù)庫

SQLServer數(shù)據(jù)庫具有較好的一致性，可以在Windows/Linux系統(tǒng)上運(yùn)行，SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)存儲和管理能力，主要功能是存儲船舶性能優(yōu)化系統(tǒng)的樣本知識、歷史數(shù)據(jù)。

3）知識庫

知識庫是專家系統(tǒng)的重要組成部分，在船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺中，知識庫中存儲的數(shù)據(jù)主要是相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业囊恍┗A(chǔ)理論和關(guān)鍵的經(jīng)驗(yàn)公式、歸納性知識，知識庫是進(jìn)行船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要組成模塊。

4）實(shí)例庫

實(shí)例庫中存放的主要是一些船舶歷史設(shè)計(jì)案例，這些歷史設(shè)計(jì)案例的數(shù)據(jù)具有非常重要的參考價(jià)值，也是進(jìn)行船舶性能優(yōu)化的基礎(chǔ)。

5）數(shù)據(jù)庫管理和知識維護(hù)模塊

船舶工業(yè)處于高速發(fā)展的階段，一些基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)方法處于不斷的更新和變化中。數(shù)據(jù)庫管理和知識維護(hù)模塊的功能，是進(jìn)行船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺中數(shù)據(jù)庫和知識庫的數(shù)據(jù)修改、寫入、擴(kuò)充和管理，確保知識庫和數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)知識能夠及時(shí)更新，提高船舶性能優(yōu)化的水平。

2.2船舶性能優(yōu)化平臺的SQLServer數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SQLServer數(shù)據(jù)庫也是船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺的關(guān)鍵組成，之所以選用該類型數(shù)據(jù)庫技術(shù)，主要是因?yàn)镾QLServer數(shù)據(jù)庫具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）具有較高的集成性，終端同時(shí)具備服務(wù)器和用戶操作界面，對船舶性能數(shù)據(jù)的管理更有效。

2）可移植性好，由于船舶性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺在開發(fā)時(shí)需要眾多設(shè)計(jì)人員共同參與，并進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，采用SQLServer數(shù)據(jù)庫可適用于Linux，Windows等系統(tǒng)，滿足開發(fā)需求。3）利用數(shù)據(jù)庫的自定義函數(shù)功能，性能優(yōu)化平臺具有較高的可操作性。基于專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的船舶性能優(yōu)化CAD設(shè)計(jì)平臺工作流程如圖4所示。

3結(jié)語

本文介紹了專家系統(tǒng)和SQLServer數(shù)據(jù)庫技術(shù)的原理，設(shè)計(jì)了一種基于專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的船舶性能優(yōu)化CAD設(shè)計(jì)平臺，并詳細(xì)介紹了該性能優(yōu)化平臺的基本構(gòu)成和工作流程。

作者：嚴(yán)珂 單位：成都文理學(xué)院信息工程學(xué)院