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摘 要 文章以STEP标准为基础，集成STEP标准几何模型、虚拟维修应用信息以及Agent模型，利用EXPRESS-G语言形成维修要素智能体Agent，建立了要素级智能部件IP（Intelligence Part）、智能人体IB（Intelligence Body）、智能工具IT（Intelligence Tool）三者之间的智能交互模型；在IP、IB和IT智能模型的基础上，给出了以黑板模型为智能要素交互模式的通讯结构；最后通过CAA二次开发实现维修要素智能模型的功能和IVMTS应用模块。
关键词 Agent；虚拟维修；信息模型；维修训练
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0022-02
近年来，Agent（智能体）和VR （Virtual Reality，虚拟现实）是计算机及其应用领域的两大研究热点。将Agent技术引人VR中，具有很大的应用前景。虚拟维修及训练[1]技术是整个寿命周期内产品设计和使用过程中的一个重要方面，是产品CAD信息模型基础之上虚拟现实的具体应用。在虚拟维修系统方面，苏群星等运用Multi-Agent对装备虚拟维修系统进行了系统级模型研究[2]，郭建斌等对基于STEP标准的RMS信息模型进行了研究[3]。本文结合STEP标准和Agent智能体的思想，提出面向智能虚拟维修训练要素信息模型和要素交互模型，构造智能维修要素“智能部件”IP（Intelligence_Part）、“智能人”（Intelligence_Body）、“智能工具”（Intelligence_Tool）模型，并且构造智能要素模型的基础上构造黑板交互模型，为智能虚拟维修训练系统（IVMTS：Intelligent Virtual Maintenance Training System）提供模型支撑。
1 维修要素信息模型
使用EXPRESS和EXPRESS_G语言，详细定义应用对象名称、属性、约束等，最终得到IVMT_Agent逻辑模型及继承关系，是智能虚拟维修训练系统（IVMT）信息模型的核心模型，该功能单元的核心应用对象是IVMT_Agent实体及其继承IVMT_Part_Agent、IVMT_Body_Agent、IVMT_Tool_Agent实体。IVMT_Agent是STEP几何模型和元Agent复合，元Agent提供基本的Agent架，与Step协议的几何数据模型构造IVMT_Agent，使其具备Agent功能和几何数据的各种属性及实体信息，Agent与不同的几何数据结合（如：部件、人体、工具）分别构造不同的继承对象，分别为部件Agent（IVMT_Part_Agent）、人体Agent（IVMT_Body_Agent）、工具Agent（IVMT_Tool_Agent）以及Assess_Agent等。部件Agent的典型属性装配部（Assemble_Part）、操作部（Handle_Part）、失效模式（Failure_Mode）、维修模式（Repair_Mode）等；人体Agent的典型属性身高（Body_Length）、臂长（Arm_Length）、体态（Body_Posture）、维修姿态（Repair_Posture）等；工具Agent的典型属性有工作部（Work_Part）、操作部（Handle_Part）、工具类型（Tool_Type）、工具状态（Tool_Status）等；评价Agent（Assess_Agent）主要属性工效性（Ergonomics）、维修性（Maintainability）、可达性（Accessibility）等。通过元Agent和STEP格式CAD数据的再造IVMT_Agent实现整个智能虚拟维修训练系统中核心模型框架。
2 要素模型实现方法
STEP标准体系可以粗略的分为应用协议、集成资源和实现方法三层。最上层是以Express语言描述的各领域的应用协议，每个协议包括了各领域具体的信息模型，面向具体应用；第二层是集成资源，定义了以Express语言描述的产品共性模型，被上层的应用协议引用，并与具体实现无关；最底层是实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。
IVMTS信息模型针对IVMT的数据需求，在引用STEP现有资源的前提下，使用Express语言定义了各种IVMTS对象。“智能性”对象属性是在原STEP信息模型的基础上，引用智能属性及Agent通讯框架属性，以实现其智能信息模型并进行智能相关操作的运算。“多领域”对象描述IVTMS领域的参数对象的基础上，引用其他领域应用协议（203，209，210等）的性能参数；“全寿命”对象定义产品生命周期各阶段的IVTMS专用对象（如IVMTS要求、故障、维修任务等）；“全系统”对象完全引用集成资源的产品结构与配置部分（Part41，Patr44），形成对产品层次结构的完整描述。该模型属于逻辑模型的范畴，不涉及实现技术，因此可以独立于应用系统，成为中性模型。
在实现维修要素信息模型方法时，通过CAA二次开发形成智能信息模型的模块，使其为CATIA的一个应用工厂Workshop，智能信息模型开发组件嵌入到现有的CATIA软件中，使其成为CATIA一个应用模块，进行智能信息模型的建模和系统仿真应用。智能部件（IP）可以通过智能信息模型的开发模块建立，也可以通过智能信息模型开发模块改造现有CAD信息模型，使其成为智能部件IP。CAD模型被改造为智能部件IP，利用CATIA保存得到的STEP文件，通过在智能开发模块打开现有的CAD模型，在CAD信息模型附加上智能虚拟维修训练的应用属性，形成智能虚拟维修训练系统的应用功能，并在其下面实现添加智能虚拟维修工作台（Workbench）模块，添加智能虚拟维修训练功能模块。工作台工具栏添加工具命令按钮图标，插入CATIA风格的对话框，并生成对功能的响应，实现调用对话框，以及通过输入参数直接用代码生成一个三维模型，并在CATIA主窗口中显示。 智能部件Agent工作台：其功能是将CAD数字样机零部件模型转化为虚拟维修智能模型IP，转化到IVMTS中，加入虚拟维修的智能和应用属性，使其拥有Agent的框架体系，便于实时智能运算及维修操作，并与原来的CATIA模型兼容。
智能人体Agent工作台：其功能是将虚拟人转化为智能虚拟人IB，加入虚拟人的智能属性，使其成为IVMTS虚拟人模型。其拥有Agent的框架体系，便于实时智能运算及相关的操作。
智能工具Agent工作台：其功能是建立工具库，将工具转化为智能工具IT，加入虚拟维修的工具智能属性，使其成为IVMTS工具模型。其拥有Agent的框架体系，并与原来的CATIA模型兼容，便于实时智能运算及相关的操作。
维修任务库MTDB（Maintenance Task DataBase）工作台：其功能是通过提取数字样机零部件ATA编码，结合失效模式和维修模式，结合不同的应用层次，自动生成任务库，便于虚拟维修训练系统的任务提取和分配，要求系统的零部件的命名规范命名系统部件。
维修作业工序编制MWPM（Maintenance Work Process Make）工作台：其功能是通过装配系统的不同层次和区域，生成不同层次维修任务的装配工序。
维修作业工序优化MWPO（Maintenance Work Process Optimization）工作台：其功能是结合知识库法则来检验原有工序的可优化程度，根据录入知识规则不断地迭代优化作业
工序。
维修作业仿真MPS（Maintenance Process Simulation）工作台：其功能是将维修操作通过人机交互接口输入到IVMTS交互界面中，实现维修过程仿真。
维修作业干涉检查MWIC（Maintenance Work Interference Check）工作台：其功能是检查维修装配的过程中部件干涉，装配质量检查。
产品维修性评价PMA（Product Maintenance Assess）工作台：其功能是通过对维修性评价指标：可视性、可达性、简单性、易测性、工效性等指标，综合评价给出维修性评价等级。
维修工效性评价EA（Maintenance Ergonomics Assess）工作台：其功能是通过对评价指标可视性、可达性、方便性、姿态疲劳度等指标进行工效性综合评价。
维修经济性评价EE（Maintenance Economic Estimate）工作台：其功能是通过对维修经济性指标工时、效率、维修性等评价产品的维修经济性。
维修知识库MKDB（Maintenance Knowledge Database）工作台：其功能是建立和管理维修知识库。
维修技术专家ME（Maintenance Expert）工作台：建立和检查专家知识库，专家知识库导入导出等功能。
3 总结
本文以STEP标准为基础，引入智能体Agent在系统中的应用，利用EXPRESS_G语言工具构造IP、IB和IT三种Agent模型的智能虚拟维修要素模型，在此模型基础上通过CAA二次开发实现智能维修训练的相关功能，如任务库生成、维修工序优化、维修性评价等。
参考文献
[1]解璞，苏群星，谷宏强.装备虚拟维修训练系统设计方法研究[J].系统仿真学报，2006（08）：2195-2198.
[2]解璞，苏群星，谷宏强.基于Multi-Agent的武器装备虚拟维修训练系统[J].火力与指挥控制，2007（01）：95-98.
[3]郭健彬，曾声奎，陈云霞.基于STEP的RMS信息模型研究及实现[J].计算机应用，2007（06）：1445-1447，1451.
作者简介
王丰产（1974-），男，河南周口人，副教授，主要从事装备虚拟设计、维修和验证技术等领域研究。
关键词 Agent；虚拟维修；信息模型；维修训练
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0022-02
近年来，Agent（智能体）和VR （Virtual Reality，虚拟现实）是计算机及其应用领域的两大研究热点。将Agent技术引人VR中，具有很大的应用前景。虚拟维修及训练[1]技术是整个寿命周期内产品设计和使用过程中的一个重要方面，是产品CAD信息模型基础之上虚拟现实的具体应用。在虚拟维修系统方面，苏群星等运用Multi-Agent对装备虚拟维修系统进行了系统级模型研究[2]，郭建斌等对基于STEP标准的RMS信息模型进行了研究[3]。本文结合STEP标准和Agent智能体的思想，提出面向智能虚拟维修训练要素信息模型和要素交互模型，构造智能维修要素“智能部件”IP（Intelligence_Part）、“智能人”（Intelligence_Body）、“智能工具”（Intelligence_Tool）模型，并且构造智能要素模型的基础上构造黑板交互模型，为智能虚拟维修训练系统（IVMTS：Intelligent Virtual Maintenance Training System）提供模型支撑。
1 维修要素信息模型
使用EXPRESS和EXPRESS_G语言，详细定义应用对象名称、属性、约束等，最终得到IVMT_Agent逻辑模型及继承关系，是智能虚拟维修训练系统（IVMT）信息模型的核心模型，该功能单元的核心应用对象是IVMT_Agent实体及其继承IVMT_Part_Agent、IVMT_Body_Agent、IVMT_Tool_Agent实体。IVMT_Agent是STEP几何模型和元Agent复合，元Agent提供基本的Agent架，与Step协议的几何数据模型构造IVMT_Agent，使其具备Agent功能和几何数据的各种属性及实体信息，Agent与不同的几何数据结合（如：部件、人体、工具）分别构造不同的继承对象，分别为部件Agent（IVMT_Part_Agent）、人体Agent（IVMT_Body_Agent）、工具Agent（IVMT_Tool_Agent）以及Assess_Agent等。部件Agent的典型属性装配部（Assemble_Part）、操作部（Handle_Part）、失效模式（Failure_Mode）、维修模式（Repair_Mode）等；人体Agent的典型属性身高（Body_Length）、臂长（Arm_Length）、体态（Body_Posture）、维修姿态（Repair_Posture）等；工具Agent的典型属性有工作部（Work_Part）、操作部（Handle_Part）、工具类型（Tool_Type）、工具状态（Tool_Status）等；评价Agent（Assess_Agent）主要属性工效性（Ergonomics）、维修性（Maintainability）、可达性（Accessibility）等。通过元Agent和STEP格式CAD数据的再造IVMT_Agent实现整个智能虚拟维修训练系统中核心模型框架。
2 要素模型实现方法
STEP标准体系可以粗略的分为应用协议、集成资源和实现方法三层。最上层是以Express语言描述的各领域的应用协议，每个协议包括了各领域具体的信息模型，面向具体应用；第二层是集成资源，定义了以Express语言描述的产品共性模型，被上层的应用协议引用，并与具体实现无关；最底层是实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。
IVMTS信息模型针对IVMT的数据需求，在引用STEP现有资源的前提下，使用Express语言定义了各种IVMTS对象。“智能性”对象属性是在原STEP信息模型的基础上，引用智能属性及Agent通讯框架属性，以实现其智能信息模型并进行智能相关操作的运算。“多领域”对象描述IVTMS领域的参数对象的基础上，引用其他领域应用协议（203，209，210等）的性能参数；“全寿命”对象定义产品生命周期各阶段的IVTMS专用对象（如IVMTS要求、故障、维修任务等）；“全系统”对象完全引用集成资源的产品结构与配置部分（Part41，Patr44），形成对产品层次结构的完整描述。该模型属于逻辑模型的范畴，不涉及实现技术，因此可以独立于应用系统，成为中性模型。
在实现维修要素信息模型方法时，通过CAA二次开发形成智能信息模型的模块，使其为CATIA的一个应用工厂Workshop，智能信息模型开发组件嵌入到现有的CATIA软件中，使其成为CATIA一个应用模块，进行智能信息模型的建模和系统仿真应用。智能部件（IP）可以通过智能信息模型的开发模块建立，也可以通过智能信息模型开发模块改造现有CAD信息模型，使其成为智能部件IP。CAD模型被改造为智能部件IP，利用CATIA保存得到的STEP文件，通过在智能开发模块打开现有的CAD模型，在CAD信息模型附加上智能虚拟维修训练的应用属性，形成智能虚拟维修训练系统的应用功能，并在其下面实现添加智能虚拟维修工作台（Workbench）模块，添加智能虚拟维修训练功能模块。工作台工具栏添加工具命令按钮图标，插入CATIA风格的对话框，并生成对功能的响应，实现调用对话框，以及通过输入参数直接用代码生成一个三维模型，并在CATIA主窗口中显示。 智能部件Agent工作台：其功能是将CAD数字样机零部件模型转化为虚拟维修智能模型IP，转化到IVMTS中，加入虚拟维修的智能和应用属性，使其拥有Agent的框架体系，便于实时智能运算及维修操作，并与原来的CATIA模型兼容。
智能人体Agent工作台：其功能是将虚拟人转化为智能虚拟人IB，加入虚拟人的智能属性，使其成为IVMTS虚拟人模型。其拥有Agent的框架体系，便于实时智能运算及相关的操作。
智能工具Agent工作台：其功能是建立工具库，将工具转化为智能工具IT，加入虚拟维修的工具智能属性，使其成为IVMTS工具模型。其拥有Agent的框架体系，并与原来的CATIA模型兼容，便于实时智能运算及相关的操作。
维修任务库MTDB（Maintenance Task DataBase）工作台：其功能是通过提取数字样机零部件ATA编码，结合失效模式和维修模式，结合不同的应用层次，自动生成任务库，便于虚拟维修训练系统的任务提取和分配，要求系统的零部件的命名规范命名系统部件。
维修作业工序编制MWPM（Maintenance Work Process Make）工作台：其功能是通过装配系统的不同层次和区域，生成不同层次维修任务的装配工序。
维修作业工序优化MWPO（Maintenance Work Process Optimization）工作台：其功能是结合知识库法则来检验原有工序的可优化程度，根据录入知识规则不断地迭代优化作业
工序。
维修作业仿真MPS（Maintenance Process Simulation）工作台：其功能是将维修操作通过人机交互接口输入到IVMTS交互界面中，实现维修过程仿真。
维修作业干涉检查MWIC（Maintenance Work Interference Check）工作台：其功能是检查维修装配的过程中部件干涉，装配质量检查。
产品维修性评价PMA（Product Maintenance Assess）工作台：其功能是通过对维修性评价指标：可视性、可达性、简单性、易测性、工效性等指标，综合评价给出维修性评价等级。
维修工效性评价EA（Maintenance Ergonomics Assess）工作台：其功能是通过对评价指标可视性、可达性、方便性、姿态疲劳度等指标进行工效性综合评价。
维修经济性评价EE（Maintenance Economic Estimate）工作台：其功能是通过对维修经济性指标工时、效率、维修性等评价产品的维修经济性。
维修知识库MKDB（Maintenance Knowledge Database）工作台：其功能是建立和管理维修知识库。
维修技术专家ME（Maintenance Expert）工作台：建立和检查专家知识库，专家知识库导入导出等功能。
3 总结
本文以STEP标准为基础，引入智能体Agent在系统中的应用，利用EXPRESS_G语言工具构造IP、IB和IT三种Agent模型的智能虚拟维修要素模型，在此模型基础上通过CAA二次开发实现智能维修训练的相关功能，如任务库生成、维修工序优化、维修性评价等。
参考文献
[1]解璞，苏群星，谷宏强.装备虚拟维修训练系统设计方法研究[J].系统仿真学报，2006（08）：2195-2198.
[2]解璞，苏群星，谷宏强.基于Multi-Agent的武器装备虚拟维修训练系统[J].火力与指挥控制，2007（01）：95-98.
[3]郭健彬，曾声奎，陈云霞.基于STEP的RMS信息模型研究及实现[J].计算机应用，2007（06）：1445-1447，1451.
作者简介
王丰产（1974-），男，河南周口人，副教授，主要从事装备虚拟设计、维修和验证技术等领域研究。