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專家系統(tǒng),正成為汽車產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的“數(shù)字哨兵”

時間:2022年07月21日 13:15    來源:網(wǎng)絡    閱讀量:6480    

什么是專家系統(tǒng)?

汽車智能化是當代汽車工業(yè)正在興起的“大腦”革命熱潮,它包含著科技現(xiàn)代化和知識革命的標志。

專家系統(tǒng)可以說是汽車智能領域的一個新分支,正在被廣泛、積極、熱情地研究、制造和應用。它可能構成汽車工業(yè)非物質文化中智能、先進、進步、生態(tài)、文明、財富的新產(chǎn)品,也將成為人工智能領域從理論探討到實際應用最活躍、最實用的領域之一,推動知識的重大突破。

專家這是一個現(xiàn)代智能系統(tǒng)的知識工程。專家系統(tǒng)包含了某一專業(yè)領域專家的大量層次和知識。經(jīng)過計算機處理后,構成了人類的各種專家知識、解決問題的思路和處理某一領域實際問題的方法。

建立專家系統(tǒng)的程序,或稱知識工程。一般先用被稱為知識工程師的專家,或者多組織一些領域的專家,以專門的方式進行交流和合作,對應該收集的問題進行查詢、解決和分析,形成策略和經(jīng)驗。更進一步,需要用專業(yè)人員所擅長的想象力和聰明有效的先進知識,在有限的范圍內處置計算機程序,從而形成專門的計算機語言和工具,為最終用戶服務。從概念上看,表現(xiàn)在知識的獲取、表達和應用上。

目前專家系統(tǒng)的結構主要是:數(shù)據(jù)庫:這是對事實、證據(jù)、假設、目標等數(shù)據(jù)的連續(xù)存儲,主要包括專家經(jīng)驗參數(shù)的變化類別和閾值,以及從實驗中總結經(jīng)驗的方式。規(guī)則庫:包含專家提供的規(guī)則,典型描述是表達知識使用的方法,即自然方法處理復雜快速變化環(huán)境過程中數(shù)據(jù)操作的作用,以及應用過程中系統(tǒng)監(jiān)控和診斷的規(guī)則。

推理機:用于確定規(guī)則應用順序的調度程度,關注預測控制方案是否真正適合所考慮的問題領域。人機界面:一般有兩種方式。一是使用用戶界面,包括一些解釋工具,幫助用戶提出問題,二是更新知識庫的規(guī)則并進行編輯,從而進一步提高系統(tǒng)的整體應用水平。

目前,現(xiàn)代專家系統(tǒng)具有高效性、啟發(fā)性、準確性、全面性、實用性和透明性的特點。如何建立這樣一個專家系統(tǒng)有許多條件和困難。因此,我們認為應該做好以下主要工作。

建設高水平的專家人才隊伍:專家系統(tǒng)要求知識面可以狹窄,可以針對某一特定領域,但必須有一支專業(yè)的、高水平的專家人才隊伍,形成具有應用水平的高效能力;良好的符號處理能力:需要快速準確地使用計算機符號,表達相關領域的信息和知識,執(zhí)行強大的處理和推理功能。處理的對象是知識,而不僅僅是數(shù)據(jù);高求解能力:為了使專家系統(tǒng)能夠正確推理。

要使其更符合解決事物的規(guī)律,就要設置專門的領域,各種問題和難點,這就表明專家系統(tǒng)的推理要有深度,適應性強,能夠在變化和不確定的事物中解決問題。優(yōu)秀的解釋功能:專家系統(tǒng)可以做到“你為什么這樣做?”"這種方法有什么好處?"“它能達到什么目的?這種解釋功能在專家領域有許多獨立的信息模塊,有助于專家系統(tǒng)更好地結合人工智能功能,提高應用水平和效果。中間數(shù)據(jù)庫的進一步構建:也叫“黑板”構建。“黑板”的關鍵內容是如何在動態(tài)中更好地控制專家系統(tǒng)的有效工作過程,也就是所謂的“動態(tài)知識庫”的構建。而專家系統(tǒng)工程軟件的中間件開發(fā)有大量專業(yè)化的智力勞動和密集型人才,需要跟上專家系統(tǒng)的不斷升級,努力克服會導致“軟件危機”的惡性循環(huán)和隱患。

專家系統(tǒng)的進化過程

專家系統(tǒng)是一種新型的軟科學,是一種科學發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和實驗應用,它往往不會像流水一樣順暢自然地繞來繞去。它往往在爭議和發(fā)展停滯的狀態(tài)下,經(jīng)歷個體行為、分散處置、不斷探索、不斷進步。就是這樣艱難的進化,讓今天的世界變得清晰。專家系統(tǒng)已經(jīng)就全球化社會的科技進步和為人們提供福利達成了共識。我們必須努力實現(xiàn)系統(tǒng)進化過程的趨勢,甚至形成面向社會應用突破的先進范式。根據(jù)這一規(guī)律,1965年,美國斯坦福大學費根鮑姆教授團隊發(fā)現(xiàn)了第一個由化學系統(tǒng)分子式推理和質譜數(shù)據(jù)推斷的新型化合物分子結構和變換,被視為世界上第一個發(fā)明的專家系統(tǒng)。

目前,美國、日本、德國、以色列等發(fā)達國家都在積極開發(fā)和實施專家系統(tǒng),我國也是專家系統(tǒng)研發(fā)和應用的關鍵國家。如中科院合肥智能機械研究所在專家系統(tǒng)的應用方面做了很大的努力,北京大學在社會學和統(tǒng)計學方面開設了專家系統(tǒng)專業(yè),更好地服務于金融行業(yè)的發(fā)展。20世紀90年代以來,我國WISCO、本鋼、昆鋼、寶鋼等鋼鐵企業(yè)引進了芬蘭高爐專家系統(tǒng),開發(fā)了“人工智能高爐冶煉”專家系統(tǒng),為專家系統(tǒng)在鋼鐵領域的應用提供了條件。

可以看出,70年來,世界專家系統(tǒng)的演變大致經(jīng)歷了三十年,現(xiàn)在正在走向第四個十年。

初創(chuàng)期:如上所述,20世紀50年代,E . A . feigenbaum團隊發(fā)現(xiàn)了世界上第一個dendral的化學分子式結構。當時主要運用邏輯學、仿真心理學和一些通用學科來建立專家系統(tǒng)的求解程序,將世界專家系統(tǒng)推向了一個初步發(fā)展時代,這是人類歷史上科技發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的一大進步。但專家系統(tǒng)作為一種制度,在當時只是個人的科學發(fā)明,為以后的發(fā)展打下了良好的基礎,這是必須肯定的。但是作為專家系統(tǒng)結構和系統(tǒng),解決實際問題的能力還是比較弱,這也是早年自然發(fā)展的標志。

成熟期:這大概是80年代初。專家系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了近二十年,在各個專業(yè)領域都取得了很大的進步。但進度并不一致,總體處于一個啟蒙的應用時代。理論上,一些單一學科的應用已經(jīng)取得了比較完整的、可移植的進展。除此之外,還在人機界面、解釋機制、知識獲取技術、處理不確定推理、增強專家系統(tǒng)的知識表達和處理方法等方面取得了非常有效的經(jīng)驗和成果,從而推動了專家系統(tǒng)向相關社交平臺的滲透,取得了良好的效益。如物理、化學、數(shù)學、醫(yī)療、農業(yè)、氣象、軍事、工程技術、空間技術和某些制造業(yè)學術進步。因此,國際科學界已經(jīng)認識到其處于相對成熟的發(fā)展時期,但在汽車行業(yè)的進展并不理想。

協(xié)作期:21世紀,隨著世界科技、信息、網(wǎng)絡、能源和計算機軟硬件的巨大升級,特別是計算機軟件成為腦力勞動的結晶,推動了計算機數(shù)據(jù)技術和人類社會的猛烈發(fā)展。

它將進入數(shù)字化發(fā)展時代,這將相應地推動社會智能發(fā)展趨勢越來越明顯,因此專家系統(tǒng)將隨之而來,構成人工智能最活躍的學科之一。這個時代的明顯特征是專家系統(tǒng)從客觀層面提升,同時轉移到微觀方面,其特點是對高新技術的推廣應用有良好的助推作用。該方法采用計算機協(xié)同設計方法,推廣并行設計方法,同時加入現(xiàn)代計算機的新應用方法、新技術、新模型,達到集成應用效率。通過專業(yè)化的產(chǎn)品結構建模,優(yōu)化產(chǎn)品設計流程和質量。

這種共享對象、協(xié)同活動和動態(tài)聯(lián)盟,為專家系統(tǒng)的小型化提供了相當好的平臺,比如石墨烯、納米技術、超導技術、激光技術、虛擬現(xiàn)實技術、量子通信、量子光子計算、5G普及、微生物應用、二氧化碳和甲烷的人工應用、高級碳纖維等等。

內生期:這是未來或正在發(fā)展中的生態(tài)專家系統(tǒng)模型,也可稱為第四代專家系統(tǒng)。意味著以微機仿真集成控制為主線,智能控制論具有高度的綜合性和系統(tǒng)性,促進了專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡、耗散結構理論、混沌、模糊控制等智能內部系統(tǒng)在理論、方法、系統(tǒng)設計和技術上的協(xié)調發(fā)展。這可能會促進人工智能吸收更多的養(yǎng)分,提高其綜合性和適用性,并通過協(xié)調發(fā)展突出其特點以加強自組織和自學習的功能。很多特殊項目都是類腦行為。還有其他事項,表現(xiàn)出專家系統(tǒng)相對獨立的思維,是將各種智能思維深度融合的一種表現(xiàn),從而出現(xiàn)了專門的專家系統(tǒng)的功效,達到了迎接自身更高發(fā)展的契機。

這種新的內生專家系統(tǒng)也可以稱為廣義專家系統(tǒng),它的實施將對我國社會的現(xiàn)代化和高質量發(fā)展起到良好的推動作用。

汽車空調是冬季和夏季駕駛的一個重要問題。目前部分車輛已實現(xiàn)區(qū)域溫度安排。然而,近年來,國際汽車行業(yè)正在設計和測試一種個性化的分布式空調供應系統(tǒng),該系統(tǒng)具有分離的人員和區(qū)域。夏天開車開空調,車主是附近老人的孩子,是個中年人。

他父親年近八十,身體不好。他老婆孩子在后座五六歲。這樣,車上安裝了高端的傳感器和電子執(zhí)行系統(tǒng),對每個人的皮膚進行測量和驗證,然后算出應該供應什么溫度,供應多少氣體,以保證每個乘客都感到舒適和愜意。這個分布式的設備叫汽車空調專家系統(tǒng),是我在密歇根大學聽說的。

目前,一些汽車配備了空氣彈簧懸架,并配備了一套智能電子控制和空氣壓縮機系統(tǒng)。汽車在山路或顛簸路面上行駛時,空氣懸架系統(tǒng)要抬高汽車底盤,以滿足山路行駛要求。在高速公路上行駛時,應根據(jù)需要盡可能降低空氣懸架,以提高高速行駛時的空氣阻力和安全性。

為推動汽車輕量化應用,汽車車身及相關零部件最終將采用全碳纖維。它的比重只有鋼的重量,抗拉強度在3500Mpa以上,卻是鋼的7倍甚至更多。在發(fā)生碰撞時,能表現(xiàn)出一定的抗沖擊性能,實現(xiàn)回彈回彈,有利于人體保護。據(jù)了解,目前主要的碳纖維板都是用高膠連接,不需要電焊,但是強度不夠,加了幾個鉚釘。我在通用汽車公司看過一輛樣車。

在美國和歐洲,司機主要是自己開車。我在福特公司看到過智能駕駛座,是全牛皮的。座位上有十多個微型電機和空氣壓縮機。司機買車的時候,先測一下人體工程學,電腦會根據(jù)你最適應的狀態(tài)進行調整,讓你以最佳狀態(tài)駕駛。如果你的妻子也被測量過,那么當你改變駕駛時,按下開關會改變你妻子駕駛的人體工程學狀態(tài)。

目前,隨著汽車智能化的不斷提高,類似手機、電腦這樣的OTA活動也在汽車上實現(xiàn),尤其是在汽車的駕駛艙。改進和創(chuàng)新是有吸引力的,不同版本的OTA可能是收費的,也可能是免費的,這對于汽車個性化應用升級的持續(xù)實現(xiàn)是非常明顯的,對于汽車廠商和售后服務也會增加收入。

車輛自動轉向和自動制動系統(tǒng)。全世界的汽車實現(xiàn)社會化全自動駕駛可能需要二十年,也就是2040年左右。讓我們做前兩個智能任務。最近有信息說,有很多事故都是司機剎車時踩錯了踏板,踩了加速踏板或者電動加速踏板,導致車子掉進河里或者撞到別人家。我見過德國高速公路上100多輛車連續(xù)相撞的情況,美國也發(fā)生過兩三百輛車相撞在一起的情況。我自動轉向應用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡智能控制系統(tǒng)來識別駕駛員的錯誤方向,從而最終實現(xiàn)智能換人,將汽車的行駛方向控制在正確的方向。

當自動制動系統(tǒng)能夠識別錯誤方向時,即使你踩下加速踏板,專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制器,也會使加速踏板立即充當制動踏板,應用車輛反饋動態(tài)制動特性轉換,達到期望的減速度或制動性能系統(tǒng)。這是具有糾錯行為的專家系統(tǒng)的具體糾錯值。

汽車的側面碰撞。我們研究了很多正面碰撞預防的案例,但對汽車斜碰撞預防的研究還不夠。本世紀初,我在美國密歇根大學的時候,看到三四個老師組成了一個軟件公司,專門做防止邊坡碰撞和控制危害的軟件工程。經(jīng)過反復認證,美國通用汽車公司買下了他們的專利,共同研究預防和減少斜坡碰撞危害的問題,并在產(chǎn)品研究中應用了數(shù)字化KBE技術,是知識體系和工程體系相結合的產(chǎn)物。KBE和CAX是有區(qū)別的。比如CAD系統(tǒng)大多屬于二次開發(fā)工具編輯自定義程序,而KBE利用的是知識程序和工程設計程序之間的組合性、開放性和擴展性。

正因如此,無論什么數(shù)字方式。我們應該建立更多專業(yè)化的微型軟件工程企業(yè),以豐富我國汽車工業(yè)多層次的專業(yè)優(yōu)勢。美國硅谷、底特律等地有很多軟件工程微型企業(yè),值得學習和推廣。我們要把汽車軟件設計工程作為一個獨立的專業(yè),抓住一個微機專業(yè)產(chǎn)品,把這些人全部攻到底,拿出別人不知道或者做不出來的軟件工程專業(yè)程序。這樣的微型企業(yè)越多,很多汽車專業(yè)技術的原型創(chuàng)新就有了堅實的基礎。這些微型企業(yè)的藝術性創(chuàng)造了市場和財富。我們不能認為這些軟件工程的微企業(yè)就像很多商業(yè)傳統(tǒng)微企業(yè)一樣,只是在做小生意。現(xiàn)在,微軟件工程企業(yè)在中國汽車行業(yè)。

面向客戶的數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)和制造。在當代汽車工業(yè)中,數(shù)字化、程式化、邏輯化、柔性化的平臺在全過程中得到了應用,極大地提升了產(chǎn)品設計、制造、應用的全過程。如CAD、CAM(計算機輔助制造)、CAE(計算機輔助工程)、CAPP(計算機輔助工藝規(guī)劃)等等。上世紀末,CAT(計算機輔助測試工程)得到進一步發(fā)展,極大地改善了產(chǎn)品設計過程的數(shù)字化驗證過程,節(jié)省了人力成本。與20世紀80年代初一樣,通用汽車幾乎每天都要對新設計的汽車進行三四次碰撞測試。后來改成卡特彼勒碰撞應用項目后,一兩周就可以進行物理碰撞測試。

在通用汽車的研究中心,我看到工程師們在電腦上進行車輛試驗場的道路壽命測試。但是為了保證測試不會出錯,幾乎所有的工程師都要看著電腦,不敢離開,于是晚上把數(shù)據(jù)轉移到印度班加羅爾繼續(xù)測試。因為美國現(xiàn)在很晚,印度是白天,所以一直在跑。目前CAT的應用非常復雜,包括很多新能源汽車,需要建立一套新的測試方法。

“一片森林”和“一棵樹根”的思想在汽車專家系統(tǒng)中的應用。

“一片森林”的思想是指包括整個汽車工業(yè)在內的各個領域都可以根據(jù)自己的特點和效率開發(fā)RD和應用專家系統(tǒng),特別是泛專家系統(tǒng),并努力使之更好、更有效。需要特別注意的是,當代汽車產(chǎn)業(yè)正處于一個大變革、大競爭的時代,這樣一些新的汽車相關領域會不斷增加。我們應該成立一個全面的、專業(yè)的專家系統(tǒng)智庫,專業(yè)處理汽車專家系統(tǒng)行業(yè)。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在國際上要“以軟件為中心”是很有必要的,但歸根結底還是要落實到汽車產(chǎn)業(yè)的實體經(jīng)濟中,從而促進汽車產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展。這是我們從汽車大國走向汽車強國的必由之路。

“一片林”專家系統(tǒng)的建立、處理和應用。目前,設計、RD、實驗、計劃、監(jiān)督、預測、診斷、修理、數(shù)字、控制、分析、維護、標準、故障、網(wǎng)絡、故障排除、急救等領域。汽車行業(yè)的專家系統(tǒng)應一攬子實施,建立一個系統(tǒng)的汽車行業(yè)專家應用系統(tǒng)。

“一棵樹根”的意思是參天大樹,枝干茂密,異常高,非常受歡迎,而看不見的根是樹茁壯成長的基礎。

深根使樹茂盛,根腐使樹枯萎。如果大樹指的是豪華車,那么根就是組成汽車的成千上萬個部件,尤其是關鍵核心技術部件。如智能自動駕駛,四大核心技術是指環(huán)境感知、精確定位,

路徑規(guī)則和行執(zhí)行。電動車被視為核心技術,指的是“三電”,即電池、電機、電控;對于車聯(lián)網(wǎng)汽車來說,軟件設計和應用是核心技術,軟件已經(jīng)成為汽車不斷進化的DNA。汽車離不開硬件,但需要隱形。

軟件是用來升華的,數(shù)據(jù)是汽車進化的核心力量,更讓人擔憂的是汽車芯片,汽車芯片主要指汽車規(guī)級功能芯片、功率半導體、傳感器。幾乎都是進口的,成為汽車卡脖子的關鍵點。我們一定要非常清醒,明白關鍵技術得不到,買不到,也不會得到,必須靠自己的努力。就像當年落后年代“兩彈一星”的輝煌成就,這就是我們長期發(fā)展的汽車工業(yè),求數(shù)量不求質量,重主機輕零部件,主要表現(xiàn)在很多地方政府只建汽車廠,有1700米、80米長的汽車裝配線供領導和外國友人參觀,而對于小的、專用的、偏遠的零部件企業(yè),不值得看。這種傳統(tǒng)思維已經(jīng)有70年了。

目前,我們有170或80家汽車制造商,而且還在增加。然而,美國原來的三大汽車廠,克萊斯勒汽車廠卻因為規(guī)模不足三百萬輛而被多次重組。現(xiàn)在,美國只有兩家半傳統(tǒng)汽車工廠。日本和德國的汽車工業(yè)欣欣向榮,其基本面背景是有實力的零部件企業(yè)的大力支持。

曾聽外國朋友告訴我,未來要發(fā)展個性化的量產(chǎn)商業(yè)模式,1000米以上的簡化流水線將被取消,只設立若干條40-50米的大模塊流水線。大型零部件的百米流水線已經(jīng)全部改為U型單生產(chǎn)線,很多零部件企業(yè)也在實行。

當代汽車工業(yè)正處于百年未有之大變局的時代,但對全球化的阻力越來越劇烈,我們必須發(fā)展自己的力量。要敢于克服地方保護主義和官僚主義的思維和方式,在建設全國統(tǒng)一市場的新格局指導下,立足國內需求,積極開展“雙需求”活動,推動汽車技術創(chuàng)造和產(chǎn)業(yè)升級,推動汽車產(chǎn)業(yè)進入現(xiàn)代化發(fā)展新格局。我們成為汽車強國的目標一定會很好地實現(xiàn)。

總之,專家系統(tǒng)應在汽車工業(yè)中廣泛推廣,其應用應進一步深化。點面結合,一定會獲得更多的體驗和效果。

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