引言

　　岸邊集裝箱起重機(jī)(簡(jiǎn)稱為岸橋)是在碼頭前沿進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)的專業(yè)起重機(jī)。由于岸橋價(jià)格昂貴，體積龐大，需要投資成本巨大，而岸橋結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)參數(shù)選擇的不同都將對(duì)碼頭作業(yè)效率和能耗產(chǎn)生直接影響，因此，岸橋選型越來越受學(xué)者重視。李美貞從經(jīng)濟(jì)性、可靠度、前瞻性、裝卸效率和舒適性5個(gè)方面來建立岸橋選型的綜合評(píng)價(jià)體系，選出最優(yōu)的岸橋方案;符敦鑒等對(duì)岸邊集裝箱起重機(jī)的基本參數(shù)、金屬結(jié)構(gòu)、基本配置等進(jìn)行全面介紹，總結(jié)ZPMC岸橋的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，為岸橋設(shè)計(jì)者和驗(yàn)收者提供參考。目前，岸橋選型工作較為復(fù)雜，計(jì)算依據(jù)和選擇繁多，涉及眾多技術(shù)參數(shù)，如外伸距、額定起重量、起升速度等。實(shí)際操作中，主要根據(jù)客戶需求定制，憑借設(shè)計(jì)師與工藝師的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)岸橋進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，其弊端為計(jì)算復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，且容易出現(xiàn)失誤。近年來，知識(shí)工程被廣泛應(yīng)用于各個(gè)科研領(lǐng)域，如：嚴(yán)偉等用框架式知識(shí)表示方法表示港口重大件裝卸技術(shù)要求，并設(shè)計(jì)了一個(gè)方案制定系統(tǒng);王立舒等將產(chǎn)生式系統(tǒng)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中;吳志先等以知識(shí)工程為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)出基于知識(shí)的岸橋大車機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng);SungHo Ha將知識(shí)工程運(yùn)用到服務(wù)行業(yè)的顧客分析中;Kulon J等將知識(shí)工程運(yùn)用到模具設(shè)計(jì)中。本文采用產(chǎn)生式知識(shí)表示的方法，將知識(shí)工程應(yīng)用到岸橋選型問題中去，建立知識(shí)推理的模型，以岸橋電動(dòng)機(jī)選型為實(shí)例，并對(duì)其效果的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

　　1 岸橋起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)選型分析

　　岸橋主要包括起升機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)。四大機(jī)構(gòu)主要零部件均包含電動(dòng)機(jī)，且不同機(jī)構(gòu)所需要電動(dòng)機(jī)參數(shù)不同，選型方式也不同。岸橋起升機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)集裝箱或者吊具吊梁升降運(yùn)動(dòng)，是岸橋最主要和最基本的工作機(jī)構(gòu)。本文以起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)選型為研究對(duì)象，其運(yùn)行特點(diǎn)是：起重時(shí)慣性載荷較小，所需的加速轉(zhuǎn)矩很小，只有滿載穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的10%～20%，而電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常為額定轉(zhuǎn)矩的1.6～1.8 倍，使得起動(dòng)時(shí)間短。影響電動(dòng)機(jī)的選型因素眾多，而其中最重要的是電機(jī)的絕緣等級(jí)、工作制度JC、防護(hù)等級(jí)的選擇和電機(jī)的功率計(jì)算。

　　(2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校核：電動(dòng)機(jī)在持續(xù)工作過程中，其本身的功率損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩闺姍C(jī)的溫度提高，在起動(dòng)的過程中，電動(dòng)機(jī)的電流大于額定運(yùn)行時(shí)的電流，其功率的消耗比額定功率消耗要大。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程是一個(gè)從速度為零達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的逐步加速的過程，因此其冷卻效果也較額定轉(zhuǎn)速時(shí)低。為了使電動(dòng)機(jī)不超過其允許溫升，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱效率校核按照均方根功率(等效功率)方法進(jìn)行校核。

　　(3)電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)也要達(dá)到要求，這是由相應(yīng)的工作環(huán)境決定，例如在室內(nèi)安裝，保護(hù)等級(jí)不低于IP23，其中IP 代表防護(hù)等級(jí)標(biāo)志字母，后面兩位數(shù)字分別代表防塵防水等級(jí)。

　　(4)電動(dòng)機(jī)使用的絕緣材料的耐熱程度(稱為絕緣等級(jí))決定了其允許達(dá)到的最高溫度，分為A、E、B、F、H 五種，根據(jù)電機(jī)所處工作環(huán)境溫度做出選擇。例如在高溫環(huán)境中作業(yè)，應(yīng)選用F 級(jí)絕緣。

　　中國(guó)岸邊起重機(jī)大多采用交流電動(dòng)機(jī)。繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路可以外接起動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)起動(dòng)調(diào)速，起動(dòng)平穩(wěn)、起動(dòng)電流通常不超過額定電流的2～2.5 倍，且有較高的過載能力，因而一般岸橋的起升機(jī)構(gòu)，常用這種電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)以YZR 開頭。

　　2 知識(shí)表示及推理

　　2.1 產(chǎn)生式規(guī)則理論

　　知識(shí)表示是將知識(shí)符號(hào)化并輸入到計(jì)算機(jī)，恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(知識(shí)結(jié)構(gòu))用于存儲(chǔ)求解問題、中間結(jié)果、最終解答以及與問題求解有關(guān)的描述。從工程的角度，知識(shí)可以劃分為事實(shí)知識(shí)、規(guī)則知識(shí)、控制知識(shí)以及元知識(shí)這四類。不同的知識(shí)類型宜采用不同的方法表示，從岸橋起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)選型分析可以看出，其知識(shí)類型屬于規(guī)則性知識(shí)。產(chǎn)生式表示法是規(guī)則表示的主要方法，它符合人類的思維方式，基本形式為P→Q或者是：IF P THEN Q其中 P 是產(chǎn)生式規(guī)則的條件，Q 是利用產(chǎn)生式得出的結(jié)論。

　　產(chǎn)生式表示形式與人類的判斷性知識(shí)基本一致、自然，便于推理;產(chǎn)生式規(guī)則是基本的知識(shí)單元，不能相互調(diào)用，通過綜合數(shù)據(jù)庫(kù)相聯(lián)系;產(chǎn)生式規(guī)則的模塊性好，具有相同的結(jié)構(gòu)，便于規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則統(tǒng)一處理。

　　2.2 起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)選型知識(shí)表示設(shè)計(jì)

　　岸橋起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)選型主要包含計(jì)算類規(guī)則和非計(jì)算類規(guī)則，其中計(jì)算類主要有初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定，以及電動(dòng)機(jī)熱能校核;而非計(jì)算類的規(guī)則主要有防護(hù)等級(jí)和絕緣等級(jí)的確定。

　　根據(jù)前文所述選型計(jì)算要求，初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)確定主要由電動(dòng)機(jī)功率確定，公式的選擇與該電動(dòng)機(jī)屬于岸橋機(jī)構(gòu)相關(guān)。為了便于存放規(guī)則，按照組別編號(hào)，例如分為“電動(dòng)機(jī)功率”、“熱能校核”等，每組都從“01”開始依次增加編號(hào)，便于規(guī)則按組增加，而每一個(gè)規(guī)則組對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的編號(hào)，以便于規(guī)則查找。將這些規(guī)則輸入到岸邊起重機(jī)電動(dòng)機(jī)選型的知識(shí)庫(kù)中，在知識(shí)推理時(shí)便可調(diào)用這些規(guī)則。

　　將由計(jì)算類規(guī)則計(jì)算得出的數(shù)值都存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)值都進(jìn)行編號(hào)，以便于知識(shí)推理時(shí)存儲(chǔ)查找，對(duì)于重復(fù)的也可以快速查找出，相同的知識(shí)也能夠快速得出結(jié)果，不需要重復(fù)進(jìn)行推理。在電動(dòng)機(jī)型號(hào)庫(kù)中，包含的主要參數(shù)有“型號(hào)名稱”、“額定功率(kW)”、“轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/min)”、“工作方式”這四項(xiàng)。根據(jù)計(jì)算所得的值，在庫(kù)中查找符合要求的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，作為初選電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行電動(dòng)機(jī)熱能校核。

　　電動(dòng)機(jī)防護(hù)等級(jí)與絕緣等級(jí)都屬于非計(jì)算類規(guī)則，以防護(hù)等級(jí)為例：

　　Rule 1： IF“電動(dòng)機(jī)安裝在室外”O(jiān)R“電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境潮濕”O(jiān)R“電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境多塵埃”THEN“防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54”。

　　把規(guī)則按照拓?fù)淠Ｐ蛷墓?jié)點(diǎn)處分離，分解為三條線性規(guī)則，如下所示：

　　Rule 301：IF“電動(dòng)機(jī)安裝在室外”THEN“防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54”。

　　Rule 302：IF“電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境潮濕”THEN“防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54”。

　　Rule 303：IF“動(dòng)機(jī)工作環(huán)境多塵?！盩HEN“防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54”。

　　這樣一來，一條規(guī)則被分解為三條，使得知識(shí)表示更為清楚，邏輯更為清晰，也更有利于知識(shí)的存儲(chǔ)，便于知識(shí)推理。

　　2.3 產(chǎn)生式知識(shí)推理模型

　　推理模型。具體步驟如下：

　　Step1 讀取選型的事件，為了便于推理過程的進(jìn)行和結(jié)束，因而在這邊設(shè)定一個(gè)組別的編號(hào)參數(shù)i，并設(shè)i=1，代表從第一個(gè)規(guī)則組開始，規(guī)則組總數(shù)記為n;

　　Step2 判斷讀取的事件是否屬實(shí)，不屬實(shí)則返回Step1，屬實(shí)則進(jìn)行Step3;

　　Step3 判斷是否匹配該編號(hào)規(guī)則組的規(guī)則，符合則進(jìn)行Step4，不符合則轉(zhuǎn)到Step7;

　　Step4 對(duì)應(yīng)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算或者校核;將結(jié)果存到計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)中，判斷是否有相同數(shù)值存在，若有的話，則轉(zhuǎn)到Step7，沒有的話進(jìn)行Step5;

　　Step5 將結(jié)果儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，且進(jìn)行下一個(gè)規(guī)則庫(kù)的匹配驗(yàn)證。轉(zhuǎn)到Step6;

　　Step6 判斷一下此時(shí)i 是否大于n，是，輸出選型結(jié)果到結(jié)果庫(kù)，并結(jié)束推理;否，則轉(zhuǎn)到Step3;

　　Step7 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)，從選型結(jié)果庫(kù)中選出對(duì)應(yīng)編號(hào)數(shù)值的結(jié)果，記為新的推理結(jié)果，并結(jié)束推理。

　　2.4 知識(shí)利用及實(shí)現(xiàn)

　　本研究用PowerBuilder11.5 作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，即設(shè)計(jì)信息輸入及結(jié)果展示平臺(tái)。

　　以YZR-355L1 型號(hào)電動(dòng)機(jī)選型為實(shí)例，將設(shè)計(jì)基本參數(shù)信息如“額定起重載荷”、“額定起升速度”等填入界面，且勾選相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境要求及絕緣要求。再對(duì)初選的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)熱校核，即可推出所選機(jī)型是否符合要求。

　　在該選型實(shí)例中，根據(jù)提供的額定起重載荷以及起升速度等基本參數(shù)，人工計(jì)算得出的機(jī)型也為YZR-355L1 型，且發(fā)熱校核符合要求。但不難發(fā)現(xiàn)在計(jì)算過程中參數(shù)的選擇查找都會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間和精力，且容易出現(xiàn)失誤。運(yùn)用該系統(tǒng)則較好的避免了此類麻煩，在前期設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)庫(kù)與規(guī)則庫(kù)，能較快的得出結(jié)果，且結(jié)果與實(shí)際計(jì)算吻合，也符合實(shí)際選型方案。此系統(tǒng)也可為其他型號(hào)電動(dòng)機(jī)選型提供參考方案，設(shè)計(jì)師可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，得出最佳的選型方案。

　　比較該系統(tǒng)與實(shí)際人工計(jì)算制定方案發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用產(chǎn)生式表示法，只要對(duì)計(jì)算類規(guī)則和非計(jì)算類規(guī)則分類合理，就可以通過一定的推理實(shí)現(xiàn)對(duì)不同岸橋機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)以及不同輸入?yún)?shù)選出合理的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，滿足實(shí)際要求。且該系統(tǒng)選型周期短，避免了容易出現(xiàn)失誤等不足。

　　3 結(jié)論

　　(1)通過上文的研究可知，運(yùn)用知識(shí)工程的方法來對(duì)岸邊集裝箱起重機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型是可行的。采用產(chǎn)生式的表示方法對(duì)電動(dòng)機(jī)選型問題來說也是較為合適的，知識(shí)推理模型是合理的，能實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的運(yùn)用。最終得出的方法也是符合實(shí)際可行的，避免了人工操作的復(fù)雜化和失誤率高等不足，對(duì)岸橋電動(dòng)機(jī)選型問題有重要的意義。

　　(2)但對(duì)于岸橋選型的大系統(tǒng)來說，產(chǎn)生式方法也存在不足，需要結(jié)合框架式表示方法等其他表示方法，這也是未來研究的重點(diǎn)之一。