煤化工管道材料设计知识库系统研究

第1章绪论

1.1研究背景

煤炭是中国的基础能源和重要化工原料,根据第三次全国煤田预测资料,除台湾省外我国垂深2000米以浅的煤炭资源总量为55697.49亿吨,2012年煤炭产量达到36.6亿吨。我国的油、气资源较少,但煤炭资源相对比较丰富,这一资源特征决定了石油化工和煤化工在各自具有比较优势的领域协同发展,长期共存。20世纪90年代后,国际市场原油价格长期在高位运行,而且呈现不断上升趋势,使石油和天然气化工产品竞争力受到一定程度的影响,为中国煤化工的发展提供了良好的机遇。煤化工是以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料レッ及化学品的过程,是煤炭产业链的延伸。煤化工的主要产品有合成氨、甲醇、乙二酸、二甲職、稀轻、天然气、汽油、柴油等。

煤化工项目设计是NB公司的主营设计业务,NB公司在煤化工设计领域处于行业领先地位,近年来设计了多套煤化工项目。一个煤化工装置的设计需要由工艺、管道材料、设备等二十几个设计专业的共同努力才能完成,而管道材料专业是煤化工项目设计的重要专业之一。煤化工管道材料设计是一个比较复杂的工程设计过程,同时也是煤化工装置设计的关键性环节。NB公司的管道材料专业在煤化工项目上拥有丰富的设计经验和知识,但同时也存在以下问题:

(1)煤化工管道材料设计过程中涉及的知识面较广,除了需要严格遵循国家、行业、企业等标准、规范外,还有大量的知识来自于相关的书籍、手册等。因此,设计人员往往需要花费大量的时间和精力去查阅相关的设计知识,工作效率不高。

(2)煤化工管道材料设计过程中,需要大量的经验知识,这些经验知识大多存储于设计人员的大脑中,而且只有本专业的专家才拥有丰富的经验知识。目前,经验知识只能通过言传身教的形式实现知识的分享,不利于经验知识的积累与传承。

(3)对于以往项目相关的设计资料、知识及设计实例没有进行有效的归纳、整理和存储,且分散于不同的设计人员手中,这些知识没有得到有效的管理。在新项目设计过程中,不便于检索,更不便于重用和借鉴,这样就导致对于同类的设计交付物需要进行重新的设计,增加设计人员重复性的劳动。

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1.2煤化工装置设计概述

煤化工装置设计是一个基于知识和经验的复杂工程设计过程,设计单位以设计合同的规定(或委托内容)为设计目标,在遵照国家政策和法规、各项标准规范,同时吸收内外先进的科学技术成果和生产实践经验的基础上,选择最佳的设计方案进行设计,为工程项目建设提供可实施的设计文件,并为项目建设过程提供施工安装、开车服务的整个活动。设计是煤化工项目建设的灵魂,是工程建设的先行和关键,没有现代化的设计,就没有现代化的煤化工装置。煤化工装置的整个设计过程可分为レッ下几个典型阶段;项目建议书、可行性研究报告、总体设计、基础工程设计、详细工程设计、竣工图,各个设计阶段都有相关的设计深度要求,设计单位应根据相应的深度要求进行各阶段的设计活动。煤化工装置的设计涉及工艺系统、工艺管道、设备、管道材料等二十几个设计专业,所有设计专业计合同为目标,共同努为协作才能顺利完成整个装置的设计工作。

管道材料专业负责整个装置管道器材的选材、选型设计,主要包括钢管、管件、法兰、阀门、垫片及紧固件等的材料选用、标准选用、皮力等级确定、管道及其元件型式选用等。管道材料的设计应根据管道级别、设计温度、设计压力和介质特性等设计条件、及材料的耐腐蚀性能、加工工艺性能、焊接性能和经济合理性等进行。管道材料设计的质量,直接影响着煤化工装置中成千上万根管道的安全运行;材料选择的经济合理性,响着整个装置的投资效益。先进、合理、经济、安全、环保、美观、适用、效益是管道材料设计的最终目标。

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第2章知识库系统相关理论基础

2.1引言

要建立煤化工管道材料设计知识库系统,首先就要对管道材料设计的知识内容及知识库系统的基本组成进行研究。本章首先阐述了知识的基本概念及知识的分类方法,然后通过对管道材料设升的过程、内容及所涉及知识的阐述,来研究和分析管道材料设计知识的特点,并对其进行分类。将煤化工管道材料设计知识分为事实知识、规则知识和实例知识三大类,并以此作为整个煤化工管道材料设计知识库系统构建过程中知识的获取和表示的主要线索和原则。最后对知识库系统的基本构成及功能进行阐述。通过本章的研究,为后继的煤化管道材料设计知识表示、获取方式及知识库系统的构建奠定基础。

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2.2知识

2.2.1知识的概念

关于知识,两千多年来一直是哲学领域研究的问题,即认识论。近现代以来,随着知识工程的兴起,对于知识的研究更加兴盛,也取得了重要的成就。本文所讨论的知识是知识工程的概念,不同于哲学上的名词。有许多的知识工程的学者或专家都曾给知识下过定义,但至今还没有统一的结论。一般说来,知识是数据和信息集合的整体,人们为了完成任务和创造新的信息要在实践中运用知识。这里面有三个基本概念:数据(data)、信息(information)和知识(knowledge)。

数据(data):数据是以陈述语句来表法的,未经处理的事实和概念,它包括事实和数字。例如:"今天是2015年1月18日"或"今年他10岁"。这些事实和数字都是数据。未经处理或加工的数据通常是没有什么价值的。例如:对于没有证券投资经验的�崳娖胀ㄈ死此�,证券市场上天天发布的数字、曲线、报表等数据是毫无用处的。

信息(information);信息是从数据中提炼出来的有关消息,即经过分析处理的数据形成信息,是具有意义的数据。数据分析是将大量的数据进行分离、提取,并形成有意义的信息的过程。例如:证券投资人根据证券市场上发布的大量数字、曲线、报表等数据,经过分析后得出关于证券的趋势,并此作为制订证券投资策略的依据。

知识(knowledge);知识是通过对信息的提炼和推理而获得的有用结论,是以不同方式把多个信息关联在一起的信息结构。例如;100摄氏度是普通的数据,但用于表示水的温度时,就是一种信息,而对于有物理学常识的人来说,这个温度下的水将发生相态的改变,即从液态变成气态,水的其它相关属性也将发生改变。

数据、信息、知识三者之间是层次关系,其中数据是基础,知识是最上层,可由图2.1表示。

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第3章煤化工管道材料设计知识的表示.............18

3.1引言..............18

3.2知识的表示概述............18

第4章煤化工管道材料设汁知识的获取..............32

4.1引言...............32

4.2知识的获取概述...........32

第5章煤化工管道材料设计知识库系统构建及原型系统的实现..............39

5.1引言...............39

5.2煤化工管道材料设计知识库系统的方案设计..........39

第5章煤化工管道材料设计知识库系统构建及原型系统的实现

5.1引言

在第2章对煤化工管道材料设计知识库系统的理论基础一知识工程和知识库进行了总体描述和研究的基础之上,本章将对整个知识库系统的总体设计方案和架构进行阐述,包括系统的总体要求,对系统的开发平台进行了选择,包括前台的开发工具和后台的数据库管理系统,研究系统采用的数据库访问技术,并对系统的总体框架和各功能模块进行分类和研究,最后以典型的煤化工装置为例建立管道材料设计知识库原型系统。

通过调查煤化工管道材料设计领域所要处理知识(材料基本数据、管道器材、标准规范等),分析所涉及知识的特点及处理需求,从而确定知识库系统的总体要求,为确定煤化工管道材料设计知识库系统应包括的各功能模块及功能奠定基础。

根据用户在知识库系统中要对数据作哪些处理,明确知识库中各种知识之间的关系。通过界面和工具,使用户能对管道材料设计知识库中的各类知识进行统一的管理和维护,包括知识的添加、删除、编辑等。此外,用户也可以根据自身的需要,自定义新的知识类别,并可以将新的知识条目录入到知识库中;用户可以对知识名称、条目及内容进行修改,并按要求实现管道材料设计知识以Word文档、Excel文件的形式导入、导出。

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第6章总结与展望

6.1论文总结

煤化工管道材特设升一个基于知识和经验的复杂过程,一方面设计过程需要涉及到多种学科的知识,其知识种类繁多县杂乱;另一方面设升经验都存储在设汁人员大脑中,难以实现经验的积累与传承。管道材料设计的质量,直接影响着煤化工装置的安全稳定运行,而材稱选择的经济合理性,直接影响着整个装置的投资效益。以上这些问题决定了管道材料专业的设计周期较长、设计成本较高,不利于提高设计效率和质量。因而开发一种能有效管理管道材料设计知识的知识库系统势在必行,通过本系统对各类设计知识进行分类、提取、表示、存储及管理等,实现煤化工管道材料设升知识的共享与重用,从而实现缩短设计周期、降低设计成本、提离项目的设计效率和质量。

本文主要的研究工作如下:

(1)煤化工管道材料设计知识的研究

对煤化管道材料设计的设计过程及设计内容进行分析,对管道材料设计所涉及的主要知识及特点进行研究。根据管道材料设计知识的特点将其分为事实知识、规则知识和实例知识三大类。这三类知识将作为整个煤化工管道材料设计知识库系统构建过程中知识的获取和表示的主要线索和原则。

(2)煤化工管道材料设计知识表示方法的研究

知识的表示方法有多种多样,…种好的表示方法不仅可以充分的表示领域知识,而且有利于知识的利用,便于知识的组织、管理、维护及易于理解和实现。根据管道材斟设计知识分类及特点,本知识库系统采用面向对象法来表示事实知识,采用产生式规则法来表示规则知识,采用框架法来表示实例知识。

参考文献（略）