第1章緒論

1.1研究背景

煤炭是中國的基礎(chǔ)能源和重要化工原料,根據(jù)第三次全國煤田預(yù)測資料,除臺灣省外我國垂深2000米以淺的煤炭資源總量為55697.49億噸,2012年煤炭產(chǎn)量達(dá)到36.6億噸。我國的油、氣資源較少,但煤炭資源相對比較豐富,這一資源特征決定了石油化工和煤化工在各自具有比較優(yōu)勢的領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展,長期共存。20世紀(jì)90年代后,國際市場原油價格長期在高位運(yùn)行,而且呈現(xiàn)不斷上升趨勢,使石油和天然氣化工產(chǎn)品競爭力受到一定程度的影響,為中國煤化工的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。煤化工是以煤為原料,經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料レッ及化學(xué)品的過程,是煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。煤化工的主要產(chǎn)品有合成氨、甲醇、乙二酸、二甲職、稀輕、天然氣、汽油、柴油等。

煤化工項目設(shè)計是NB公司的主營設(shè)計業(yè)務(wù),NB公司在煤化工設(shè)計領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位,近年來設(shè)計了多套煤化工項目。一個煤化工裝置的設(shè)計需要由工藝、管道材料、設(shè)備等二十幾個設(shè)計專業(yè)的共同努力才能完成,而管道材料專業(yè)是煤化工項目設(shè)計的重要專業(yè)之一。煤化工管道材料設(shè)計是一個比較復(fù)雜的工程設(shè)計過程,同時也是煤化工裝置設(shè)計的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。NB公司的管道材料專業(yè)在煤化工項目上擁有豐富的設(shè)計經(jīng)驗和知識,但同時也存在以下問題:

(1)煤化工管道材料設(shè)計過程中涉及的知識面較廣,除了需要嚴(yán)格遵循國家、行業(yè)、企業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范外,還有大量的知識來自于相關(guān)的書籍、手冊等。因此,設(shè)計人員往往需要花費大量的時間和精力去查閱相關(guān)的設(shè)計知識,工作效率不高。

(2)煤化工管道材料設(shè)計過程中,需要大量的經(jīng)驗知識,這些經(jīng)驗知識大多存儲于設(shè)計人員的大腦中,而且只有本專業(yè)的專家才擁有豐富的經(jīng)驗知識。目前,經(jīng)驗知識只能通過言傳身教的形式實現(xiàn)知識的分享,不利于經(jīng)驗知識的積累與傳承。

(3)對于以往項目相關(guān)的設(shè)計資料、知識及設(shè)計實例沒有進(jìn)行有效的歸納、整理和存儲,且分散于不同的設(shè)計人員手中,這些知識沒有得到有效的管理。在新項目設(shè)計過程中,不便于檢索,更不便于重用和借鑒,這樣就導(dǎo)致對于同類的設(shè)計交付物需要進(jìn)行重新的設(shè)計,增加設(shè)計人員重復(fù)性的勞動。

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1.2煤化工裝置設(shè)計概述

煤化工裝置設(shè)計是一個基于知識和經(jīng)驗的復(fù)雜工程設(shè)計過程,設(shè)計單位以設(shè)計合同的規(guī)定(或委托內(nèi)容)為設(shè)計目標(biāo),在遵照國家政策和法規(guī)、各項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,同時吸收內(nèi)外先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,選擇最佳的設(shè)計方案進(jìn)行設(shè)計,為工程項目建設(shè)提供可實施的設(shè)計文件,并為項目建設(shè)過程提供施工安裝、開車服務(wù)的整個活動。設(shè)計是煤化工項目建設(shè)的靈魂,是工程建設(shè)的先行和關(guān)鍵,沒有現(xiàn)代化的設(shè)計,就沒有現(xiàn)代化的煤化工裝置。煤化工裝置的整個設(shè)計過程可分為レッ下幾個典型階段;項目建議書、可行性研究報告、總體設(shè)計、基礎(chǔ)工程設(shè)計、詳細(xì)工程設(shè)計、竣工圖,各個設(shè)計階段都有相關(guān)的設(shè)計深度要求,設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的深度要求進(jìn)行各階段的設(shè)計活動。煤化工裝置的設(shè)計涉及工藝系統(tǒng)、工藝管道、設(shè)備、管道材料等二十幾個設(shè)計專業(yè),所有設(shè)計專業(yè)計合同為目標(biāo),共同努為協(xié)作才能順利完成整個裝置的設(shè)計工作。

管道材料專業(yè)負(fù)責(zé)整個裝置管道器材的選材、選型設(shè)計,主要包括鋼管、管件、法蘭、閥門、墊片及緊固件等的材料選用、標(biāo)準(zhǔn)選用、皮力等級確定、管道及其元件型式選用等。管道材料的設(shè)計應(yīng)根據(jù)管道級別、設(shè)計溫度、設(shè)計壓力和介質(zhì)特性等設(shè)計條件、及材料的耐腐蝕性能、加工工藝性能、焊接性能和經(jīng)濟(jì)合理性等進(jìn)行。管道材料設(shè)計的質(zhì)量,直接影響著煤化工裝置中成千上萬根管道的安全運(yùn)行;材料選擇的經(jīng)濟(jì)合理性,響著整個裝置的投資效益。先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、美觀、適用、效益是管道材料設(shè)計的最終目標(biāo)。

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第2章知識庫系統(tǒng)相關(guān)理論基礎(chǔ)

2.1引言

要建立煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng),首先就要對管道材料設(shè)計的知識內(nèi)容及知識庫系統(tǒng)的基本組成進(jìn)行研究。本章首先闡述了知識的基本概念及知識的分類方法,然后通過對管道材料設(shè)升的過程、內(nèi)容及所涉及知識的闡述,來研究和分析管道材料設(shè)計知識的特點,并對其進(jìn)行分類。將煤化工管道材料設(shè)計知識分為事實知識、規(guī)則知識和實例知識三大類,并以此作為整個煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)構(gòu)建過程中知識的獲取和表示的主要線索和原則。最后對知識庫系統(tǒng)的基本構(gòu)成及功能進(jìn)行闡述。通過本章的研究,為后繼的煤化管道材料設(shè)計知識表示、獲取方式及知識庫系統(tǒng)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

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2.2知識

2.2.1知識的概念

關(guān)于知識,兩千多年來一直是哲學(xué)領(lǐng)域研究的問題,即認(rèn)識論。近現(xiàn)代以來,隨著知識工程的興起,對于知識的研究更加興盛,也取得了重要的成就。本文所討論的知識是知識工程的概念,不同于哲學(xué)上的名詞。有許多的知識工程的學(xué)者或?qū)＜叶荚o知識下過定義,但至今還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。一般說來,知識是數(shù)據(jù)和信息集合的整體,人們?yōu)榱送瓿扇蝿?wù)和創(chuàng)造新的信息要在實踐中運(yùn)用知識。這里面有三個基本概念:數(shù)據(jù)(data)、信息(information)和知識(knowledge)。

數(shù)據(jù)(data):數(shù)據(jù)是以陳述語句來表法的,未經(jīng)處理的事實和概念,它包括事實和數(shù)字。例如:"今天是2015年1月18日"或"今年他10歲"。這些事實和數(shù)字都是數(shù)據(jù)。未經(jīng)處理或加工的數(shù)據(jù)通常是沒有什么價值的。例如:對于沒有證券投資經(jīng)驗的普通人來說,證券市場上天天發(fā)布的數(shù)字、曲線、報表等數(shù)據(jù)是毫無用處的。

信息(information);信息是從數(shù)據(jù)中提煉出來的有關(guān)消息,即經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)形成信息,是具有意義的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析是將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離、提取,并形成有意義的信息的過程。例如:證券投資人根據(jù)證券市場上發(fā)布的大量數(shù)字、曲線、報表等數(shù)據(jù),經(jīng)過分析后得出關(guān)于證券的趨勢,并此作為制訂證券投資策略的依據(jù)。

知識(knowledge);知識是通過對信息的提煉和推理而獲得的有用結(jié)論,是以不同方式把多個信息關(guān)聯(lián)在一起的信息結(jié)構(gòu)。例如;100攝氏度是普通的數(shù)據(jù),但用于表示水的溫度時,就是一種信息,而對于有物理學(xué)常識的人來說,這個溫度下的水將發(fā)生相態(tài)的改變,即從液態(tài)變成氣態(tài),水的其它相關(guān)屬性也將發(fā)生改變。

數(shù)據(jù)、信息、知識三者之間是層次關(guān)系,其中數(shù)據(jù)是基礎(chǔ),知識是最上層,可由圖2.1表示。

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第3章煤化工管道材料設(shè)計知識的表示.............18

3.1引言..............18

3.2知識的表示概述............18

第4章煤化工管道材料設(shè)汁知識的獲取..............32

4.1引言...............32

4.2知識的獲取概述...........32

第5章煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)構(gòu)建及原型系統(tǒng)的實現(xiàn)..............39

5.1引言...............39

5.2煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)的方案設(shè)計..........39

第5章煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)構(gòu)建及原型系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.1引言

在第2章對煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)一知識工程和知識庫進(jìn)行了總體描述和研究的基礎(chǔ)之上,本章將對整個知識庫系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和架構(gòu)進(jìn)行闡述,包括系統(tǒng)的總體要求,對系統(tǒng)的開發(fā)平臺進(jìn)行了選擇,包括前臺的開發(fā)工具和后臺的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),研究系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù),并對系統(tǒng)的總體框架和各功能模塊進(jìn)行分類和研究,最后以典型的煤化工裝置為例建立管道材料設(shè)計知識庫原型系統(tǒng)。

通過調(diào)查煤化工管道材料設(shè)計領(lǐng)域所要處理知識(材料基本數(shù)據(jù)、管道器材、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等),分析所涉及知識的特點及處理需求,從而確定知識庫系統(tǒng)的總體要求,為確定煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)應(yīng)包括的各功能模塊及功能奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)用戶在知識庫系統(tǒng)中要對數(shù)據(jù)作哪些處理,明確知識庫中各種知識之間的關(guān)系。通過界面和工具,使用戶能對管道材料設(shè)計知識庫中的各類知識進(jìn)行統(tǒng)一的管理和維護(hù),包括知識的添加、刪除、編輯等。此外,用戶也可以根據(jù)自身的需要,自定義新的知識類別,并可以將新的知識條目錄入到知識庫中;用戶可以對知識名稱、條目及內(nèi)容進(jìn)行修改,并按要求實現(xiàn)管道材料設(shè)計知識以Word文檔、Excel文件的形式導(dǎo)入、導(dǎo)出。

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第6章總結(jié)與展望

6.1論文總結(jié)

煤化工管道材特設(shè)升一個基于知識和經(jīng)驗的復(fù)雜過程,一方面設(shè)計過程需要涉及到多種學(xué)科的知識,其知識種類繁多縣雜亂;另一方面設(shè)升經(jīng)驗都存儲在設(shè)汁人員大腦中,難以實現(xiàn)經(jīng)驗的積累與傳承。管道材料設(shè)計的質(zhì)量,直接影響著煤化工裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行,而材稱選擇的經(jīng)濟(jì)合理性,直接影響著整個裝置的投資效益。以上這些問題決定了管道材料專業(yè)的設(shè)計周期較長、設(shè)計成本較高,不利于提高設(shè)計效率和質(zhì)量。因而開發(fā)一種能有效管理管道材料設(shè)計知識的知識庫系統(tǒng)勢在必行,通過本系統(tǒng)對各類設(shè)計知識進(jìn)行分類、提取、表示、存儲及管理等,實現(xiàn)煤化工管道材料設(shè)升知識的共享與重用,從而實現(xiàn)縮短設(shè)計周期、降低設(shè)計成本、提離項目的設(shè)計效率和質(zhì)量。

本文主要的研究工作如下:

(1)煤化工管道材料設(shè)計知識的研究

對煤化管道材料設(shè)計的設(shè)計過程及設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行分析,對管道材料設(shè)計所涉及的主要知識及特點進(jìn)行研究。根據(jù)管道材料設(shè)計知識的特點將其分為事實知識、規(guī)則知識和實例知識三大類。這三類知識將作為整個煤化工管道材料設(shè)計知識庫系統(tǒng)構(gòu)建過程中知識的獲取和表示的主要線索和原則。

(2)煤化工管道材料設(shè)計知識表示方法的研究

知識的表示方法有多種多樣,…種好的表示方法不僅可以充分的表示領(lǐng)域知識,而且有利于知識的利用,便于知識的組織、管理、維護(hù)及易于理解和實現(xiàn)。根據(jù)管道材斟設(shè)計知識分類及特點,本知識庫系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠓▉肀硎臼聦嵵R,采用產(chǎn)生式規(guī)則法來表示規(guī)則知識,采用框架法來表示實例知識。

參考文獻(xiàn)（略）