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1、专家系统在建设工程施工中的应用同济大学建设管理与房地产系 曹吉鸣 孙月飞 2005年4月主要内容n绪论 n专家系统的基本概念和原理 n专家系统的建造方法 n专家系统的实施 n专家系统应用实例1.绪论 n国外专家系统在一些行业都有着广泛的应用 ，这些行业主要包括国防科技、机械制造、 电子、医学、农业等，其他行业也有着不同 程度的应用。n在国内应用较多的行业主要是国防、农业和机 械制造业，而且正处于快速发展阶段，也有一 部分半商品化的产品。研究专家系统在工程施工中应用的作用和意义 n有助于在工程质量管理领域应用和推广稀缺的专家知 识 ；n有助于提高工程质量管理人员运用专家知识解决实际 工程质量问题
2、的能力 ；n切实将计算机领域已经取得的先进成果与工程的质量 管理相结合，提高应用专家系统方面的管理效率和水 平 ；n可以为在建筑工程质量管理领域内应用更新、更高的 先进管理和应用技术奠定良好的基础 。2.专家系统的概念和原理 n专家系统主要指的是一个智能计算机程序系统，其内 部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够 利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该 领域的高水平难题。 n“一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决 只有专家才能解决的复杂问题”。也就是说，专家系 统是一种模拟（Emulate）人类专家决策能力的计算 机程序系统。 Edward Feigenbabum 2.
3、1专家系统的概念比较方面传统程序专家系统编程思想依据某一算法依据启发式方法编程方法知识使用和知识本身混合在一 起知识和知识的使用相分离处理对象数量值符号量执行过程顺序方式或批处理方式执行人机交互方式执行可修改性难修改，须改动整个程序并重 新编译易修改，只须改动知识库执行中解释不能可能结论正确，不容许不确定性满意，允许不确定性2.2专家系统与传统程序的差别 2.3专家系统的特点 n透明性 n 启发性 n不确定性推理n符号操作n灵活性2.4专家系统的结构 知识库推理机专家知识输入或提问答案理想专家系统的结构2.5专家系统的主要组成部分 （1）n知识库（Knowledge base）知识库用于存储某
4、 领域专家系统的专门知识，包括事实、可行的 操作与规则等；n综合数据库（Global database）综合数据库又 称全局数据库或总数据库，它用于存储领域或 问题的初始数据和推理过程中得到的中间数据 （信息），即被处理对象的一些当前事实； 专家系统的主要组成部分 （2）n推理机（Reasoning machine）推理机用于记忆所采用 的规则和控制策略的程序，使整个专家系统能够以逻辑 方式协调地工作。 n解释器（Explicator）解释器能够向用户解释专家系统 的行为，包括解释推理结论的正确性以及系统输出其它 候选解的原因。n接口（Interface）接口又称界面，它能够使系统与用户 进行
5、对话，使用户能够输入必要的数据、提出问题和了 解推理过程及推理结果等。 2.6专家系统的类型（1） n解释专家系统（expert system for interpretation） n预测专家系统（expert system for prediction) n诊断专家系统（expert system for diagnosis） n设计专家系统（expert system for design） n规划专家系统（expert system for planning） 专家系统的类型（2）n监视专家系统（expert system for monitoring）n控制专家系统（expert s
6、ystem for control） n调试专家系统（expert system for debugging）n教学专家系统（expert system for instruction） n修理专家系统（expert system for repair）3. 专家系统的建造方法 专家系统作为计算机软件,其建造方法可以分成以下三种: 利用计算机高级语言编写建造专家系统 利用计算机程序设计环境编写建造专家系统 利用计算机程序设计工具建造专家系统3.1利用计算机高级语言编写建造专家系统 n编写建造专家系统的计算机高级语言主要包括LISP语言和PROLOG 语言n除了LISP语言和PR0LOG语言以外
7、,一些高级语言,如BASIC语言,FORTRAN言,PASCAL语言,FORTH语言和C语言等也被一些专家系统所采纳,用于编写专家系统运算程序和专家系统接口程序等。 利用计算机高级语言编写建造专家系统的若干步骤: n确立专家系统题目和运行可行性分析n专家系统总体设计n知识获取n专家系统逻辑设计n专家系统实现n专家系统测试与评价n专家系统使用与维护3.2利用计算机程序设计环境编写建造专家系统 计算机程序设计环境的子程序或者模块通常 由计算机高级语言编写,用于解决特殊范围或层次 的问题,软件系统开发者可以利用这些子程序或者 模块开发出相应专业领域的计算机软件系统。 计算机程序设计环境是由若干计算机
8、子程序或 者模块组成的计算机程序设计软件系统。编写和建造专家系统的计算机程序设计环境 nLISP程序设计环境 nPROLOG程序设计环境 nOPS程序设计环境 nSmlltalk程序设计环境 nC+ +程序设计环境 nEiffel程序设计环境 n其他(如天马专家系统开发环境 3.3利用计算机程序设计工具建造专家系统 建造专家系统的计算机程序设计工具称作专家系 统工具(ES Tool)或者专家系统外壳(ES Shell),专家 系统工具和专家系统外壳实质上是一个知识库管理系 统,只要建立了知识库,就能够得到该知识库领域的专 家系统。所以,利用专家系统工具或者专家系统外壳建造 专家系统更适合于专业
9、技术人员建造应用专家系统的 需要,成为专业技术人员开发专家系统的首选方法。专家系统工具和专家系统外壳 专家系统工具/外壳按照它们的功能可以划分成 两种类型: 骨架型 通用型 典型的专家系统工具/外壳外壳名称 开发者 开发工具 应用举例 KEE 美国IntelliCorp公 司 LISP施工安全管理 专家系统 施工安全管理专家 系统Howsafe ESE美国IBM公司Pascal桥梁构造设计专家 系统BTEXPERTThe Deciding Factor美国Power UP软件 公司，A.N.不详施工安全管理专家 系统Campbell, S.FitzgerrellINSIGHT2+美国LEVEL
10、 Five Research公司PASCAL屋架设计专家系统 RTEXPERT 煤矿操作分析专家 系统Dustpro 选择专家系统工具/外壳时考虑因素 专家系统工具/外壳的适用范围 专家系统工具/外壳的支撑环境(硬件(微机/计算机系 统/AI机)和操作系统) 专家系统工具/外壳的允许最多规则数目/知识库容量 专家系统工具/外壳解决/回签问题的反应时间 专家系统工具/外壳控制策略和推理机制 专家系统工具/外壳的用户界面(如图形,自然语方言 进程等) 专家系统工具/外壳处理复杂数学过程的能力 专家系统工具/外壳与外部程序(相同/不同语言编写 的)接口能力 ) 专家系统工具/外壳辅助能力(编辑,调试
11、,帮助工具等 ) 专家系统工具/外壳的可移值性3.4建立专家系统的原则 n遵循质量管理的基本概念和原理 n考虑与投资和进度的相互关系 n可集成性、可扩展性、兼容性和开放性 n针对性，即专门选择那些要求专家参与度高的地方以 及具有可操作性的领域 n建立统一的公共数据库 4.1专家系统应用的范围 n贯穿工程质量管理的各个过程的应用 n涉及影响工程质量的各个因素的应用 n涉及质量管理的各个主体的应用 n工程质量管理中所使用的各种管理方法的应用 4. 专家系统的实施4.2专家系统应用的类型 n诊断专家系统 n设计专家系统 n规划专家系统 n监视专家系统 n控制专家系统 n调试专家系统 4.3专家系统实
12、施的困难 n缺乏有效获取领域专家知识的手段 n专家知识又存在主观性，不确定性（部分正确）等问 题，为工程质量管理专家系统的建立带来了困难 n受建设工程领域技术经济条件的限制 n专家系统本身的技术还不够成熟 4.4专家系统实施的总体结构 5. 专家系统的应用_现浇钢筋混凝土裂缝诊断专家系统5.1现浇钢筋混凝土裂缝诊断专家系统概念专家系统是人工智能方法最广泛的应用之一。建筑工程施工专家系统是目前建筑工程施工管理的先进技术,建筑工程施工中的许多施工方案的确定都够利用建筑工程施工专家系统得以解决。 现浇钢筋混凝土结构由于具有较好的结构整体性,所以被广泛采用,然而,现浇钢筋混凝土极易出现裂缝,这不但影响
13、混凝土结构的观瞻,而且还可能影响混凝土结构的质量。 用户知识库系统现浇钢筋混凝土裂缝诊断知识库图5.1 现浇钢筋混凝土裂缝诊断专家系统概念构成n 向用户提问有关混凝土裂缝有关的事实，包括一般的 事实和程序发现的其他需要补充的信息。n运用用户提供的事实进行推理，给出混凝土裂缝形成 的原因。n对混凝土裂缝形成的原因能够作出具体的解释。n对用户已经使用过的成功例子进行总结，放入程序自 己的事实数据库中，使其不断扩充和更新。 5.2现浇钢筋混凝土裂缝诊断专家系统基本 功能 5.3裂缝诊断专家系统的功能模型 n诊断子系统：通过用户直接提供的信息和补充信息给 出构件裂缝形成的原因。n知识库子系统：对知识进行编辑、存储、检索、编排 、添加、删除以及检索等。 裂缝专家 1 裂缝专家 2 裂缝专家 n 知识工程师 混凝土裂缝知识获取 知识库管理系统 混凝土裂缝知识库混凝土裂缝事实规则 推理机构正、反向推理 用户 用 户 接 口 混凝土裂缝诊断结果报告生成混凝土裂缝形成原因推理说明 查询推理说明 5.4 裂缝诊断专家系统的结构裂缝诊断的具体原因 其他原因 施工有关的原因 材料相关的原因 使用环境和使用条件关的原因 结构外力有关原因 裂缝诊断的原因裂缝诊断的原因
