專家系統和數據庫技術在船舶設計應用范文

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摘要:近年來隨著計算機與數據庫技術的迅速發展，船舶CAD設計也取得了較大的進步。本文介紹了基于計算機技術的專家系統和數據庫技術的基本原理，基于專家系統和SQL數據庫開發了船舶性能優化設計平臺，并介紹了該船舶性能優化設計平臺的工作原理和關鍵構成。

關鍵詞：專家系統；數據庫；性能設計

0引言

船舶計算機輔助設計技術最早出現在20世紀60年代，隨著計算機技術的發展，基于CAD的船舶設計、制造、質量控制等方面都取得了較大的發展。利用計算機優異的數據運算、存儲性能，船舶工業領域的設備制造商利用計算機進行船體建模、船舶性能計算。此外，基于計算機的船舶輔助生產制造也是一項具有重要意義的CAD應用。20世紀70−80年代，將船舶設計、制造集成于一體的船舶CAD技術逐漸成型，一些具有集成特性的船舶設計系統被開發出來，不僅提高了船舶設計、生產的質量，也降低了船舶工業的時間成本，產生了較好的經濟效益[1]。專家系統（Expertsystem）和數據庫（Database）是計算機技術在船舶工業應用的典型，專家系統是指利用推理策略和知識庫對一些工業問題進行推理，產生較合理的解決方案，進而輔助船舶設計人員解決問題；數據庫技術可以建立船舶復雜數據之間的關聯，提高船舶設計、生產和制造過程中海量信息的管理能力，設計人員通過數據庫技術可以進行歷史數據的查詢和檢索，一方面可以吸取歷史設計方案的優點，提高設計效率；另一方面可以在海量數據的基礎上進行創新，實現船舶設計的技術突破。本文研究的內容是結合專家系統和數據技術，建立一種船舶快速化的性能優化設計平臺，從專家系統和數據技術的原理出發，介紹了船舶性能優化設計平臺的組成和工作流程。

1專家系統研究與發展現狀

在船舶設計領域，首次將專家系統引入船舶設計過程的科學家是LeeK.H.，他于1986年在船艙結構優化設計過程中使用了專家系統和智能控制技術，并建立了一種船舶設計工具—MADES[2]；俄國科學家Kow-alski針對船舶輔助系統的控制，開發了一種專家系統工具Exsys，該系統工具包含了船舶設計過程所需的程序、理論計算方法、規范、歷史數據等，對于改善船舶設計效率有重要的作用。專家系統通常由知識庫、數據庫、知識獲取程序、解釋程序、推理程序、用戶等組成，

1）知識庫

知識庫是專家系統的核心，通常知識庫里存放的數據是一些用于系統推理的關鍵數據，比如不同領域專家的理論、基礎性理論和專家的經驗公式等，專家系統的工作原理是利用知識庫中的數據，結合當前遇到的問題進行求解，用專家的思維邏輯獲取當前問題的解決方案，因此，知識庫也是專家系統實現基礎功能的前提。

2）知識獲取程序

知識獲取程序的主要功能是對專家系統知識庫的數據進行加工和轉化，將知識庫中的數據轉化為計算機可以識別的信息。知識獲取程序在運行過程中，必須要保證專家系統兩方面的性能指標。知識獲取程序在進行數據的加工和轉化時，必須能夠維持知識庫中數據的完整性，確保專家系統計算機可以獲取完整的推理基礎數據。知識獲取程序是設計人員與專家系統之間的信息傳輸中介，設計人員不僅可以通過知識獲取程序獲得知識庫中的數據，而且可以通過知識獲取程序將現有的船舶設計數據寫入知識庫中。

3）解釋程序

解釋程序的功能是針對設計人員的問題進行系統的解釋說明，同時對專家系統當前的運行工作狀態、知識庫的數據狀態提供說明，提高用戶與專家系統的人機交互性。解釋程序有助于專家系統新用戶快速掌握系統的使用方法。

4）推理程序

推理程序分析專家系統知識庫中的理論數據，選取知識庫中對當前方案有積極作用的理論，進行解決方案的推理，并通過人機交互界面發送給用戶。

5）交互界面

交互界面是專家系統用戶與系統之間的數據傳輸媒介，由一系列的硬件設備和軟件程序構成，包括顯示器、鍵盤、鼠標以及驅動程序等。為了保證專家系統具有良好的人際交互性，在進行交互軟件程序的開發時，通常采用Windows系統或Os系統的軟件程序開發。

2基于專家系統和數據庫的船舶CAD設計研究

2.1船舶性能優化設計系統的總體設計

本文結合專家系統和SQL數據庫技術，開發了一種船舶性能CAD優化設計系統，該船舶性能CAD優化設計系統核心組成包括SQL數據庫、實例庫、知識庫、任務定義模塊、數據庫管理模塊、優化設計模塊等，圖2為船舶性能CAD優化設計系統原理圖。

1）任務定義模塊

船舶性能優化設計系統的任務定義模塊主要作用是根據當前船舶的設計任務進行系統組成模塊的任務定義，將當前的船舶性能優化設計任務進行分解，向數據庫、知識庫、優化設計模塊等發送指令。

2）SQLServer數據庫

SQLServer數據庫具有較好的一致性，可以在Windows/Linux系統上運行，SQL數據庫技術具有良好的數據存儲和管理能力，主要功能是存儲船舶性能優化系統的樣本知識、歷史數據。

3）知識庫

知識庫是專家系統的重要組成部分，在船舶性能優化設計平臺中，知識庫中存儲的數據主要是相關領域專家的一些基礎理論和關鍵的經驗公式、歸納性知識，知識庫是進行船舶性能優化設計的重要組成模塊。

4）實例庫

實例庫中存放的主要是一些船舶歷史設計案例，這些歷史設計案例的數據具有非常重要的參考價值，也是進行船舶性能優化的基礎。

5）數據庫管理和知識維護模塊

船舶工業處于高速發展的階段，一些基礎理論和實驗方法處于不斷的更新和變化中。數據庫管理和知識維護模塊的功能，是進行船舶性能優化設計平臺中數據庫和知識庫的數據修改、寫入、擴充和管理，確保知識庫和數據庫中的相關知識能夠及時更新，提高船舶性能優化的水平。

2.2船舶性能優化平臺的SQLServer數據庫系統SQLServer數據庫也是船舶性能優化設計平臺的關鍵組成，之所以選用該類型數據庫技術，主要是因為SQLServer數據庫具有如下優點：

1）具有較高的集成性，終端同時具備服務器和用戶操作界面，對船舶性能數據的管理更有效。

2）可移植性好，由于船舶性能優化設計平臺在開發時需要眾多設計人員共同參與，并進行數據反饋，采用SQLServer數據庫可適用于Linux，Windows等系統，滿足開發需求。3）利用數據庫的自定義函數功能，性能優化平臺具有較高的可操作性。基于專家系統和數據庫技術的船舶性能優化CAD設計平臺工作流程如圖4所示。

3結語

本文介紹了專家系統和SQLServer數據庫技術的原理，設計了一種基于專家系統和數據庫的船舶性能優化CAD設計平臺，并詳細介紹了該性能優化平臺的基本構成和工作流程。

作者：嚴珂 單位：成都文理學院信息工程學院