1    系统组成

        虚拟维修是一种全新的综合应用技术。维修训练系统从结构上可分为硬件和软件两部分。从功能上分,主要由LCD屏幕、三维模型数据库、触觉/力反馈系统、头位跟踪器、数据手套、虚拟维修工具箱、仿真管理器等组成。应用系统是该系统的重要组成部分,也是该系统的关键所在,在此采用专家系统来解决这一复杂问题。

2    关键技术

2.1    虚拟维修环境构建

        该系统将用多通道的人机界面作为用户界面,而且该系统的人机界面有其独特的地方,打开界面,看到的是似乎真实的三维世界,这就是虚拟维修环境。这种环境的构建还是有很多难点,虽然目前三维造型技术已经非常成熟了,但是各种造型软件的跨平台性比较差,要想浏览各种三维造型软件输出的各种不同的文件格式,得有不同的浏览器。而VRML是在因特网上显示三维景象的描述性文件,是通用的工业标准。本研究将二者结合起来,先利用三维造型软件强大的造型功能造出复杂的形体,然后再结合VRML形象性、生动性的优势创造一个逼真的虚拟世界,最后利用Ja-va发布在网上。

2.2    基于知识的故障诊断系统

        将专家系统引入虚拟维修中,使一般的维修工人通过学习虚拟维修从而也同样具有技术专家处理故障的能力,将有利于提高故障处理和维修水平,并且有利于提高解决问题的准确性和效率。在虚拟维修过程中,专家系统由知识库、知识获取、推理机、数据库4大部分组成,各个部分之间的关系如图2虚拟维修训练专家系统框图所示,图中知识库是领域知识与经验的存储器。知识获取部分完成系统的学习功能,它的主要工作是知识库的维护,如知识库的一致性检查、知识的扩充与修改等。事实上,知识获取部分的建立,就是设计一组程序,使它具有下述功能:能删除知识库中原有的知识,能将新知识加入知识库中,能检查知识库中知识的一致性等。数据库用于存储问题求解的初始数据和推理过程中得到的各种中间信息,也就是存入用户回答的事实、已知事实和推理而得事实。例如:在建筑设计专家系统中,数据库中存入的是建筑物的当前参数的值以及设计标准。而且此时数据库存储格式,必须满足推理时所使用的形式。推理机是一组程序,用于控制和协调整个系统的工作,本系统采用正向推理过程。

        a.知识库的构建。知识库是事实和规律的集合,是推理机进行推理的基础。知识是决定一个专家系统性能是否优越的主要因素。按照知识工程理论,一个专家系统能力的高低取决于知识库的三个特性,即,可用性、确定性、完善性。因此这三个特性决定了知识表达是知识工程学科的一个关键技术和课题。知识表达的方法很多,例如:用谓词逻辑表达法、语义网络表示法、框架表示法、过程表达等等。本系统采用的是框架表示法。框架是一种数据结构的表达形式,它是通用结构,在其中可嵌入多组特殊领域的知识。框架结构化强,易于表达固定状态和事件;易于知识维护;易于构造大规模的知识库。本系统知识库中的素材数量庞大,适宜采用框架表示法。

        b.推理机的设计。如图3所示,在手动射胶中,对其中所有询问都可以通过键盘以Y或N来回答,根据回答进行搜索后再给出问题的解。专家系统通过推理的方式来解决问题,并且得到与专家相同的结论。推理机主要完成两个任务,其一是推理,其二是控制。按控制策略分类,推理机有正向推理系统、反向推理系统、混合策略专家系统等。本系统采用了正向推理策略。正向推理策略中的推理机能根据数据库中的数据,知道该用知识库中哪些知识才能解决当前的问题,判断何时结束推理;在数据不充分时,向用户提问以获取数据。

        c.知识库的修改和扩充。系统中知识与控制结构的存储是相互独立的,这样修改知识库不会影响专家系统的核心内容。当立式注塑机虚拟维修系统的知识库需要不断修改和增加新的知识时,不必对整个软件进行修改和调试,也不必修改和调试任何程序。

3    立式注塑机虚拟维修系统实现

        以立式注塑机虚拟维修系统为例,本系统主要是把分析得到的系统功能需求转换成符合成本和质量要求的、抽象的系统方案的过程,主要包括问题域部分设计、人-机交互部分设计,任务管理部分和数据管理部分设计等。根据虚拟仪器系统构建策略及其在飞机二次电源维修中的应用,在这个系统中将对软件系统进行合理设计。整个系统分三个层次:系统平台、应用支撑、维修系统。系统平台主要指用到的操作系统和开发平台。应用支撑则是指为了开发本系统需要在内部进行预先开发的工作,它有三个关键任务:建立实体模型、工作原理仿真和开发VRML传感器。维修系统则是应用系统,是虚拟维修的用户界面。

        该系统内置庞大的数据库,储存丰富的立式注塑机结构、控制、操作内容和保养、维修资料,通过互联网可以实时鉴定故障原因,实时提供维修方法。适合于一般的个人计算机,采用互动方式,可视化强,操作容易,成本较低。每类故障及需要更换的零件在数据库中都有一个编码,扩充方便。当立式注塑机或零件有任何故障,软件即按部就班地找出故障的原因,并以互动方式实时提供详尽的修理方法,大大提高技术员的维修知识及效率。