基于专家系统的舰船弹药物资管理研究

总第１９２期　２０１０年第６期　舰船电子工程　

Ｓｈｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ＿３０　Ｎｏ．６　

１３Ｏ　

基于专家系统的舰船弹药物资管理研究　张代国张强周继锋　（海军驻郑州地区军事代表室郑州４５００１５）　

摘要通过对舰船弹药物资作业调度与分配原则的归纳总结，构建了弹药物资管理专家系统的框架；在此基础上，根　据知识库的特征及弹药物资出入库特点，建立了相应的推理机制；最后针对舰船弹药物资管理专家系统的特点，探讨了需进　

一步研究和完善的问题。　关键词弹药物资；管理；专家系统　中图分类号ＴＰ１８２　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｈｉｐ—ａｒｍａｍｅｎｔ　Ｍａｎａｇｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＥＳ　Ｚｈａｎｇ　Ｄａｉｇｕｏ　Ｚｈａｎｇ　Ｏｉａｎｇ　Ｚｈｏｕ　Ｊｉｆｅｎｇ　（Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｓ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆ　Ｎａｖｙ　ｉｎ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔｓ’ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐ－ａｒｍａ—　ｍｅｎｔ　ｍａｎａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｒｅｐｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏａｄ—　ｉｎｇ／ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｏｆ　ａｒｍａｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｎ　ａｌｌｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｑｕｅｓｔｉｏｎ　ｎｅｅｄｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｓｈｉｐ－ａｒｍａｍｅｎｔ，ｍａｎａｇｅ，ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＰ】８２　

１　引言　弹药物资保障是舰船尤其是大型水面舰船作　战能力的重要保证，战时作战环境瞬息万变，弹药　物资保障要求快速、安全、准确地实施，而舰船弹药　物资保障种类繁多、数量庞大、装配关系复杂，为保　证弹药物资保障系统可靠高效的运行，以期达到快　速反应的目标，需要合理的规划弹药物资贮存、转　运方案，有效的调度人员设备。　本文在对弹药物资贮存和转运作业调度原则　进行归纳总结的基础上，将专家系统应用于弹药物　资管理研究，通过专家系统的智能化管理和综合信　息管理，初步实现了弹药物资自动识别、转运路线　优化、计算机辅助库存和系统信息化管理等功能，　可有效地减少人员数量和劳动强度，提高弹药物资　的综合保障能力。　２　舰船弹药物资管理专家系统的组成　２．１基本组成　所谓专家系统，就是一种在相关领域中具有专　家水平解题能力的智能程序系统，它能应用专家多　年积累的经验与专门知识，模拟人类专家的思维过　程，求解需要专家才能解决的困难问题。　本专家系统有六个组成部分：输入部分、知识　库、推理子系统、综合数据库、解释子系统和知识获　取系统。如图１所示。　知识库存储从专家那里得到的关于弹药物资　管理的专门知识；推理子系统具有依据一定调度策　略进行推理的能力，即能够依据知识库推导出结论　而不是简单地去搜索现成的答案；综合数据库用于　存放系统运行过程中所需要和产生的所有信息，包　括问题的描述、中间结果、解题过程的记录等信息；　

＊收稿日期：２００９年１２月２日，修回日期：２０１０年１月１５日　作者简介：张代国，男，硕士，研究方向：导弹发射技术。张强，男，工程师，研究方向：导弹发射技术。周继锋，男，工程　师，研究方向：导弹发射技术。　２０１０年第６期　舰船电子工程　解释子系统负责回答用户提出的各种问题；知识获　取子系统负责管理知识库中的知识，包括根据需要　修改、删去或添加知识及由此引起的一切必要的改　动，维持知识库的一致性、完整性等　¨。　弹管　药理　物专　资家　图ｉ弹药物资管理专家系统结构图　２．２管理原则［　］　弹药物资的出入库调度任务主要包括两个方　面：一是作业调度（时间管理），即将众多待执行的　任务进行排序；二是货物管理，即弹药物资出入库　时为其分配最优货位（空间管理）。知识库就是在　作业调度原则和货位管理原则的基础上建立的，弹　药物资存储的基本原则有：　１）作业调度原则（任务排序）　（１）先到先服务原则：这是出入库调度的基本　原则之一，适用于同类任务或优先权对系统影响很　小的系统。　（２）优先权原则：将任务赋予优先权，在处理任　务时，按优先级的高低排序，优先响应优先权最高　的任务。　（３）处理时间最短原则：每一个出入库任务的　完成时间是不相同的，先处理那些完成时间短的任　务申请，减少弹药物资在线贮存量。这一规则对完　成任务小、批次多的系统尤为适用。　（４）处理时间最长原则：按完成时问长的任务　排队，优先处理完成时间最长的任务。　（５）随机规则：这主要是考虑对每个任务的均　衡响应。　（６）联合出入库原则：在有多项出库和入库任　务时，适当把出库任务和人库任务进行优化组合，　满足条件的出库任务和入库任务组合成联合作业，　可缩短存取周期，提高存取效率。　（７）中断抢先原则：在任务执行的过程中，将一　批任务分成若干个存取单元，每执行完一个单元，　都再次执行调度，从而保证优先级较高的任务可以　被及时执行。　（８）装配部件成套原则：成套弹药各部件应集　中到达装弹点，提高可达性。　２）货位管理原则　（１）分舱室存放原则：目的是提高转运作业的　可靠性。要求将同一型号的弹药物资尽量分散存　放，防止某一台升降机或转运机损坏而不能进行出　入库操作，贻误战机。　（２）就近原则：这一原则可以提高效率。不同存　取频率、重量的弹药在弹药舱中的位置也是不相同的，　按就近原则，入库时在相应的区域内寻找最靠近人口　的空货位，出库时寻找时问最早又最靠近出口的货物，　这样使出人库时间最短，达到提高效率的目的。　（３）货架受力均匀原则：防止货架因受力不均　匀而发生变形、倾覆的现象。　（４）先人先出原则：加快周转，即同种货物出库　时，先入库者，先提出库。　（５）货位分区原则：根据弹药出入库频率和特　性，将弹药舱划区分段，提高存储效率，方便管理。　３）安全原则　除上述原则外，弹药物资本身的易燃易爆特性　又决定了它贮存转运过程的特点，安全第一。应采　取可靠措施，保障弹药物资的安全并做好意外事故　发生的防范，一旦发生能够迅速有效地处置，防止　恶性事故的发生和蔓延。　

３推理机机制的设计　推理子系统负责整个专家系统的运行，实现弹　药物资的综合调度和管理。其主要工作是：按一定　的策略从知识库中选择规则前提与综合数据库中　的己知事实进行匹配。如果前提与综合数据库的　某条信息一致，则认为匹配成功，将结论加入到综　合数据库，或执行前提所得的操作［３］。其正向推理　流程框图如图２所示。　

图２正向推理算法流程图　其工作过程是：　系统接受用户信息　放入综合数据库中，　即将综合数据库初　始化，综合数据库中　基本信息包括出库　还是人库任务、出入　库任务量、出入库频　率、弹药重量等基本　信息。系统每隔一　定间隔自动查看是　否有新任务到达，如　果有新任务，则程序　１３２　张代国等：基于专家系统的舰船弹药物资管理研究　总第１９２期　用正向推理的方法先扫描任务排序规则进行任务　排序，然后用正向推理的方法扫描货位状态、升降　机状态及货位管理规则进行任务分派；如果没有新　任务，则推理机不进行任务排序规则的扫描，而直　接进入货位状态、升降机状态及货位管理规则的扫　描，得到相应规则的结论或操作。如果是操作，则　由升降机执行操作；如果是结论，则将结论加入到　综合数据库，更新综合数据库。重复进行搜索，直　到综合数据库中的信息不再产生新的结论或操作。　这种求解过程是一个不断地从规则库中选取　可用规则与综合数据库中的已知事实进行匹配，规　则的每一次匹配成功都使综合数据库增加了新的　内容，并朝着问题的求解方向前进了一步。　由于本系统对弹药物资出人库任务的实时性　要求比较高，因此对推理效率要求也就比较高，也　就是当有新任务到达时，系统要根据专家经验和调　度原则，能够对未执行的任务重新进行调度，确定　任务执行的优先权以及执行任务的方式。本系统　在进行推理机设计时遵循以下三个原则＿４］：一是推　理方式尽量与调度专家进行问题求解的思维方式　相一致，提高规则命中率，使得求解过程最短，遍历　规则数最少，出最终结论最快；二是根据专家系统　知识库组织形式，构造适合于产生式规则知识表示　的高效率的推理机制，减少信息爆炸和组合，消除　规则冲突和盲目搜索，使推理朝着预定的推理路径　进行，消除规则遍历重复性和冗余性；三是规则分　类排列知识库实行分层模块化管理，且进行知识排　序。该方法最突出的特点在于利用知识库的模块　化把策略信息加进推理中，避免了系统每次运行时　全空间搜索，提高了推理效率。当确认某类规则无　需匹配时，可控制其越过此类规则组，使推理更具　目的性和高效率。　为了方便联合出入库的实施，本系统将出库任　务与入库任务按照任务排序规则分开进行排序，然　后按照一些规则将他们协调调度。也就是说将入　库任务与出库任务分成两个队列，然后再进行出入　库任务分派的调度。不论出库还是入库，每当有新　任务到达，推理机就会对任务规则进行扫描搜索，　将入库与出库任务分别排序。这种方法的推理的　控制策略依然是用正向推理，但是针对不同的任务　类型分别进行不同任务队列的排序，而不是将全部　队列重新进行排序，在一定程度上提高了系统的效　率，并且使系统结构清晰，容易维护，其流程图如图　３所示。　图３任务排序流程图　系统得到任务队列以后，可根据货位管理原则　得出适合的货位。因为转运设备与升降阱道是一　一对应的，因此系统还要再根据转运设备状态，向　转运设备下发任务指令，并由转运设备来执行完　成，才真正将任务完成ｌ＿５］。　４舰船弹药物资管理专家系统的　构建［。］　４．１系统开发工具　弹药物资管理系统选取ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ作为专　家系统的开发语言，ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ以其开放的体系　结构、简洁高效的集成开发环境、强大的数据窗口　技术、几乎无所不能的数据库访问能力和友好的用　户界面，可以使开发速度更快、成本更低、质量更　高、功能更强，并具有如下特点：　１）事件驱动的应用程序Ｉｌ　２）功能强大的编程语言和函数；　３）面向对象的编程；　４）跨平台开发；　５）开放的数据库连接；　６）强大的ｗｅｂ以及分布式开发能力。　ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ存取数据库的方式有两种，一种　是通过标准的数据库接口ＯＤＢＣ，另一种是Ｓｙｂａｓｅ　公司提供的专用的直接与数据库相连的接口。由　于专家系统在进行智能计算时需要频繁地与数据　库交互数据，因此ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ强大的数据库开　发能力正好满足了这一需求。　４．２系统的构建　弹药物资管理系统承担出入库管理、盘库管　（下转第１５８页）