选矿原则流程专家咨询系统设计.pdf

2 0 2 1 年第1 期有色金属 选矿部分 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 l 一9 4 9 2 ．2 0 2 1 ．0 1 ．0 1 8 选矿原则流程专家咨询系统设计 刘猛1 ，周俊武h2 ～，贾木欣h2 ～，杨佳伟1 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 ； 3 ．矿冶过程自动控制技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘 要利用产生式规则表示法和框架表示法相结合表示选矿领域知识，针对铜硫矿选矿原则流程制定，利用通用型专 家系统工具C I 。I P S ．没计选矿原则流程专家咨询系统。系统通过人机界而从外界获得事实性知识，在系统推理机的作用下与 知识库巾的知识进行匹配，推荐铜硫矿选矿原则流程。 关键词产生式规则表示法；框架表示法；选矿原则流程譬家脊询系统 中图分类号T D 9 2 8 ．9文献标志码A文章编号l6 7 l9 4 9 2 2 0 2 1 o lo 1 0 70 5 D e s i g no fE x p e r tC o n s u l t a t i o nS y s t e mf o rP r i n c i p l e F l o w s h e e to fM i n e r a lP r o c e s s i n g L I UM ㈨9 1 ，Z H O Uj u n 铷u 1 ‘。～，J I AM M z i n l 。～，Y A N ；J i 醴铷e i l 1 ．B G R I M MT e c h n l O g yG r u p ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i ，t a ； 2 ．S t H t eK e yL H b O r H t O r yO fM i n e r “lP r O c e ss i n gS c i P 7 l c e “n dT e c h n o l O g y ，B e i j i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i t u ； 3 ．S t n t eK e yL a b r n t r y fP r c essA u t m a t i ni ，tM i n i 札gn n aM e t n l } u r g y ，B e t j i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i 札a 1 A b s t r a c t T h ep r o d u c t i o nr u l cr c p r c s c n t a t i o na n df r a m c w o r kr c p r c s c n t a t i o na r cc o m b i n c dt o r e p r c s c n tt h cd o m a i nk n o w l c d g co fm i n c r a lp r 。c e s s i n g ．A i m i n ga tt h cf o r m u l a t i o no fp r i n c i p l ef l o w s h c e t o fc o p p e rs u l f u rm i n e r a lp r o c e s s i n g ， t h ee x p e r tc o n s u l t a t i o ns y s t e mo fp r i n c i p l ef 1 。w s h e e to fm i n e r a l p r o c c s s i n gi sd c s i g n c db yu s i n gt h cg c n c r a lc x p c r ts y s t c mt o o lc l i p s ． T h cs y s t c mo b t a i n sf a c t u a l k n 。w l e d g ef r o mt h e 。u t s i d ew o r l dt h r 。u g ht h em a nm a c h i n ei n t e r f a c e ， m a t c h e st h ek n o w l e d g ei nt h e k n o w l c d g eb a s eu n d e rt h ca c t i o no ft h es y s t c mi n f c r c n c cc n g i n c ， a n dr c c o m m c n d st h cp r i n c i p l cp r o c c s so f c o p p e rs u l f u r 。r ed r e s s i n g ． K e yw o r d s p r o d u c t i o nr u l cr c p r c s e n t a t i o n ；f r a m c w o r kr c p r c s c n t a t i o n ；c x p c r tc o n s u l t a t i o ns y s t c mo f o r cd r c s s i n gp r i n c i p l cp r o c e s s 专家系统是人工智能领域最活跃和最广泛的领 域之一⋯。自从第一个专家系统D e n d r a l 问世以来， 专家系统技术得到了迅速的发展，广泛地应用于医 疗诊断、地质勘探、石油化T 和金融决策等多个领域 巾[ 2 ，产生了巨大的社会与经济效益，同时也促进了 相关学科的快速发展。专家系统在矿物加T T 程中 的应用始于2 0 世纪8 0 年代巾期，经过几十年的发 展，已取得了较大的发展_ _ { J 。景广军等卜“设计的通 用骨架系统M P E S M i n e r a lP r o c e s s i n gE x p e r t S y s t e m ，可用于设计新型选矿专家系统，以完成矿 石可选性预测、流程及设备的选择、生产过程操作指 导及机械设备的故障诊断等；尹蒂_ I o 根据矿石可选 性知识的结构和特点，选择框架／规则综合方法来 表示矿石可选性知识。张弘强o 将人T 智能技术 应用于选煤领域，开发了选煤厂设计专家系统与 选煤厂管理专家系统，较大地提升了选煤作业的 智能化程度，提升选煤效率。本文主要根据铜硫 矿选矿原则流程制定的相关知识特点，选用一定 的知识表达方式和专家系统工具，设计铜硫矿选 矿原则流程专家咨询系统，以辅助选矿人员更好 收稿日期2 0 2 00 3l 7 作者简介刘猛 1 9 9 3 ，男，河南沈丘人，硕士，助理上程师，主要从事矿物加上上程、大数据挖掘、专家系统、图像识别和自动化等方面的研究。 万方数据 1 0 8 有色金属 选矿部分 2 0 2 1 年第1 期 地制定选矿原则流程。 1专家系统概述 所谓专家系统就是一种具有该领域专家的经验 知识，并能够模拟领域专家在求解问题的思维过程 进行推理、并达到领域专家水平的计算机程序系统。 其构建过程主要包括知识获取、知识表示和系统构 建三部分_ 7 。 1 ．1 知识获取 知识获取被公认是知识处理的一个“瓶颈”问 题，它是建立、完善和扩展知识库的基础。知识获取 主要是将用于问题求解的相关知识从领域专家或者 某些知识源巾提炼出来，并将其以某种或多种知识 表示方式表达出来加载到知识库中。目前，根据知 识获取的自动化程度，将知识获取分为自动型知识 获取、半自动型知识获取和非白动型知识获取三种 方式8 I ，常见的非自动型知识获取方式如图l 所示。 在此次研究中，主要通过与领域专家对话交流，并基 于科技文献资料获取有关铜硫矿选矿原则流程制定 的相关知识。 蔫蓑喜霎≤娄妻[ 至垂互卜 。 鼙 科技文献刮知识l。l 知识l、l ⋯，l 溅家涮二竺r 鬯r 幽 图1非自动型知识获取方式 F i g ．1 N 。n a u t o m a t i ck n o w l c d g c a c q u i s i t i o nm e t h o d 1 ．2 知识表示 由于计算机并不能理解以自然语言形式表示的 规则知识，所以在将其加载到知识库之前，首先要将 其用计算机能够理解的知识表示方式表达出来。目 前，已有的知识表示方式有产生式规则表示法、框架 表示法、一阶谓同逻辑表示法、语义网络表示法、面 向对象表示法等。结合选矿领域知识的特征以及各 种知识表示方式的特点，最终选择产生式规则表示 法和框架表示法相结合的方式来表示本领域的规则 知识。 1 ．3 系统构建 擘家系统的构建往往需要知识工程师与领域与 家和紧密合作，知识工程师从领域与家那里获取经 验知识，确定知识表示方式、组织形式及推理控制策 略，然后选择合适的计算机语言进行编程，经过反复 的测试最终形成系统供用户使用。从目前已有的专 家系统开发工具来看，主要可分为譬家系统语言、骨 架系统、通用型擘家系统工具、擘家系统辅助工具和 专家系统开发环境5 种开发工具，南于通用型专家 系统工具已将大量的专家系统技术和方法以软件包 的形式编制好，使知识工程师和领域专家在开发实 用系统时不必考虑具体的实现细节，而把主要精力 放在领域知识的收集、整理和分析上，提高了专家系 统的开发效率和专家系统的有效性，同时这是一类 不依赖于任何已有的专家系统，完成重新设计且提 供更多灵活性的专家系统开发工具。最后，根据通 用型专家系统T 具的种种特点以及所选用的知识表 示方式，最终选择通用型专家系统T 具C I ．I P S 作为 系统设计的工具。 2 选矿知识表示 由于计算机并不能理解从选矿领域专家获得的 以自然语言形式表示的经验知识，需要我们使用计 算机能够理解的知识表示方式将其表达出来。因 此，这里主要介绍如何将一些事实性的知识和从领 域专家获取的经验知识以产生式规则表示法和框架 表示法相结合的知识表示方式将其表达m 来加载到 知识库中，并在推理机的作用下与动态数据库中的 数据或通过人机交互方式获取的事实性数据进行匹 配，从而推荐出合理的原则流程，以达到辅助选矿人 员进行选矿原则流程制定的目的。 2 ．1 选矿事实性知识表示 事实性知识也被称为叙述性知识，主要是用来 描述问题或事物的概念、属性、状态、环境及条件等 情况的知识。这里以框架表示法来表达选矿事实性 知识。以工艺矿物学中的化学含量为例，假如C u 含 量0 ．6 、S 含量1 5 、S i 含量3 0 、F e 含量1 0 和 C a C 。含量1 5 ，量纲1 0 0 ％，以框架表示法表示 如下 首先，需要进行定义自定义模板 d e f t e m p l a t ec h e m i c a lc 。m p o s i t i o n “白定义化 学成分含量模板” s l o tC u t y p eF I 一 A T s l o tS s l o tS i 2 s 1 0 1F e s 1 0 1C a C ， 然后，根据自定义模板进行知识表示 c h e m i c a l c o m p o s i t i o n C u0 ．6 S1 5 S i 23 0 F e ] O 万方数据 2 0 2 1 年第1 期刘猛等选矿原则流程专家咨询系统设计 1 0 9 C a C 【 。1 5 从以上例子可知，在进行选矿事实性知识表示 时，首先需要定义自定义模板，然后。再进行知识表 示。其中d e f t e m p l a t e 是用来定义白定义模板的标 志；c h e m i c a l 一c o m p o s i t i 。n 是自定义的模板名称；双 引号内的内容为对该模板的说明，可以为中文，也可 以省略掉，为了更好的说明模板的用处，最好进行解 释说明；s l o t 用来定义模板的槽，当槽值为多个字段 时，也可以使用m u l t i s l o t 进行定义；C u 、S 、S i 2 、F c 和C a C 。为相应的槽名； t y p eF I ． A T 限制C u 的 槽值必须为浮点型数据。在定义好模板后，就可以 对相应的槽进行赋值了。 除了上述在进行选矿事实性知识表示前，需要 进行定义白定义模板得到白定义事实外，还有另外 一种事实性知识的表示不需要事先进行定义自定义 模板，即有序事实，如 c h a l c 。p y r i t e _ m i n e r a lc o n t e n t 2 ．5 ，其不需要事先定义，在需要时直接进行赋值即 可，如黄铜矿的矿物含量为2 ．5 。 2 ．2 选矿规则知识的表示 选矿规则知识属于过程性知识，一般是通过对 选矿领域内各种问题的比较和分析得出的规律性的 知识，主要由该领域内的规则、定律和经验构成。它 指出在问题求解过程巾，如何使用那些与问题有关 的事实性知识。对一个选矿原则流程专家咨询系统 来说，选矿规则知识是否完善、丰富，将直接影响到 系统的性能。根据本领域知识的特点，最终选用产 生式规则表示法和框架表示法来表达本领域的规则 知识。这里以两个简单的选矿规则知识来介绍下如 何使用这两种知识表式方式来表达本领域的规则知 识，事例如下 规则知识1 d e f r u l eC o p p e rs u l f u ra g g r e g a t e z r e t r a c t T p r i n t o u tt c r l fc r l f ”请问铜硫集合体含量 高h i g h ；低l o w ” a s s e r t C 。p p e rs u l f u ra g g r e g a t e r e a d 规则知识2 d e f r u l eE 1 e m e n ts e l e c t E l e m e n t c o n t e n t C u C uv a l u e S S v a l u e t e s t a n d 7 1 1 】v a l l 】e0 ．4 S v a l u e6 ． 一 p r i n t o u t tc r l fc r l f 选别元素C ua n dS ”c r l f 以规则知识1 为例，其中，通过使用d e f r u l e 来 定义规则；“C o p p c r s u l f u r a g g r c g a t e ”表示该规则的 名称；“一 ”类似于I F ⋯T H E N ⋯结构中的 T H E N ，符号左侧是规则的前件 前提 ，符号右侧是 规则的后件 结论 ；双引号内的内容为对该规则的 说明，可以为巾文，也可以省略掉；在该规则巾，前件 及后件的事实均采用的是有序事实，故可以不事先 定义白定义模板，若为自定义事实，必须事先在定义 规则前定义自定义模板； z 表示变量； 表示赋值 于；“ z 8 0 ％ l 优先浮选 图2铜硫矿选矿原则流程决策树 F i g ．2 M i n e r a lp r o c e s s i n gd e c i s i o nt r e e 。w 。。w m 。 。am 参考文献 懋豫．1 1 鬻冀．鎏喾舅甾霉m m ，D e s k t o p ／选矿原则搋檀专寡咨询景筑一∥ [ 1 ]蔡自兴，D u R K I NJ ，龚涛．高级专家系统原理、设计及 D e n n l n gd e t r u le l n l t 】 ] o ⋯⋯’ 。⋯’ 。’’’。’ ’ 。一 一 ’ 蓬；娄；篓翼 墨兰1 竺黧雪，曼一， 应用[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 6 ． D e n n l n gd e t r u I eP m c l p l e _ p r o c e s s _ 1 ] 十】 ⋯～ ⋯⋯’’一⋯⋯一 塞l 饕塞l 嚣雀；；盘；；嚣￡耋妻1 等写。”“ c A Iz i x i n g ，D u R K I NJ ，G N GT a o ．A d 。a n c e de x p e r t 凄l 嚣塞l 嚣f 赛誓；；i ；慧∑；； L j A lz 1X 1 n g ，l J u K 上＼l _ NJ ，b u l N bla o A d V a n c e de x p e r t 莲黧蓑饕篓i 霉兰兰釜 ； i s y s t e m ．p r i n c i p l e ，d e S i g na n da p p l i c a t i o n [ M ] ．B e i j i n g D e f l n l n gd e t “I eP r l n c l p l 卜p t o ∞s s 一5 ] 】 。 一一 。 一 器‰c 。Ⅲt s c i e n c eP r e s s ，2 0 0 6 ． C L I P S C m 螂地柬P 避矿厚则流程专寡咨询翮融 [ 2 ]陈立潮．知识工程与专家系统[ M ] 北京高等教育出 陋塑舅舅塞童点童翼L 曼 一 坠一堡 一j 咀⋯⋯一⋯j 懒≮} 商酹希i f 靖租两萄i 一| I 一译两两酉i j i 一靖菲两萄j 一百； R ] 雇硝霸盯2 蔚丽1 丽蜀霸瞩匿■面万]厂。] 捕输入锕硫逢生体言置 高{ h 1 曲；低，l 删 L o J ●● 图3 专家咨询系统推理过程 F i g ．3R e a s 。n i n g p r o c e s s 。fe x p e r t 厂d ] c o n s u l t a l i o ns y s l e m 4结论 产生式规则表示法和框架表示法相结合的方 式能够较好地表示选矿领域方面的事实性知识和 规则性知识。利用通用型专家系统工具C I 。I P S 设 计的选矿原则流程专家咨询系统具有相对较好的 人机交互的功能，该系统能够通过人机界面向用户 咨询所需要的事实性知识，用户通过键盘键人对应 的内容，从而在推理机的作用下进行推理，经过反 复的人机交互过程，直到推理结束为止，从而推荐 铜硫矿选矿流程。本文中首次利用C I 。I P S 设计选 矿领域专家咨询系统，进行精确性推理，由于知识 往往具有不确定性，模糊推理将是未来发展的主要 方向。 [ 5 ] [ 6 ] C H E NI 。i c h a o ． K n o w l c d g cc n g i n c c r i n g a n d c x p c r t s y s t e m [ M ] ．B e i j i n g H l g h e rE d u c a t i o nP r e s s ，2 0 1 3 ． 景广军，李松仁，陈松乔．选矿专家系统环境的总体结 构[ J ] ．有色金属，2 0 0 1 ，5 3 3 7 07 3 ． J I N GG u a n 函u n ，I ．IS o n g r e n ，C H E NS o n g q i a o ．T h e o v e r a l Is t r u c t u r eo fm i n e r a Ip r o c e s s i n ge x p e r ts y s t e m c n v i r o n m c n t r J ] ．N o n f c r r o u sM c t a l s ，2 0 0 l ，5 3 3 7 07 3 ． 景广军，李松f ■，J 嗣贤渭．选矿混合型专家多媒体系统 丌发环境的研制机理与实现[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 0 ， 1 6 5 1 82 3 ． J I N GG u a n 鲥u n ， I 。I S o n g r e n ， Z H UX i a n w e i ． D e v e l o p m e n t m e c h a n i s m a n dR e a l l z a t i o no ft h e d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fm i n e r a lp r o c e s s i n gm i x e d e x p e r tm u h i m e d i as y s t e m [ J ] ．N o nf e r r o u sM i n i n ga n d M e t a l l u r g y ，2 0 0 0 ，1 6 5 1 8 2 3 ． 尹蒂，李松仁．矿石可选性专家系统研究矿石性质和 选矿工艺的框架表示[ J ] ．中南矿冶学院学报，1 9 9 2 ， 2 3 3 2 8 02 8 6 ． Y I ND i ，I 。IS o n g r e n ．R e s e a r c hone x p e r ts y s t e mo fore w a s h a b i l i t yf r a m e w o r kr e p r e s e n t a t i o no fo rep r o p e r t i e 8 a n db e n e f i c i a t i o np r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fc e n t r a ls o u t h I n s t i t u t co fM i n i n ga n dM c t a l l u r g y ，1 9 9 2 ，2 3 3 2 8 02 8 6 ． 张弘强．人T 智能技术在选煤领域的应用[ J ] ．电子技 术与软件工程，2 0 1 5 2 4 2 6 1 ． ZHANGH o n g q i a n g ．A p p l i c a t i o no fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e 万方数据 2 0 2 1 年第1 期刘猛等选矿原则流程专家咨询系统设计 1 1 1 上接第1 0 6 页 [ 4 ]张碉．数字图像处理系统的设计与实现[ D ] ．太原山西 [ 5 ] [ 6 ] 大学，2 0 1 5 Z HANGY u c ．D c s i g na n di m f l c m c n t a t i o no r d i g i t a l i m a g ep r o c e s s i n gs y s t e m [ D ] ．，I 址y u a n s h a n x iu n i v e r s i l y ， 2 0 15 ． 陈秀川，杨云，郭琦．对V 一M F c 类库中c F i l e 类的 派生类的研究和示例[ J ] ．南昌航空工业学院学报 自 然科学版 ，2 0 0 4 ，1 8 4 7 68 0 ，8 4 ． C H E NX i u c h u a n ，Y A N GY u n ，G U Q i ．R e s e a r c ha n d d c m o n s t r a t i o nont h cd c r i v c dc l a s s c so fC l a s sC F i l ci n V C C l a s sI 。i b r a r i e sM F C [ J ] ．J o u r n a lo fN a n c h a n g I n s t i t u t co rA c r o n a u t i c a lT c c h n o l o g y N a t u r a lS c i c n c c E d i t i o n ，2 0 0 4 ，1 8 4 7 68 0 ，8 4 ． 孙祥，黄晓鸣．基于M T I 。A B 的集成化图像处理系统口] ． 科学技术与T ‘程，2 0 0 7 ，7 2 0 5 3 8 65 3 8 8 ． S U NX i a n g ，H U A N jX i a o m i n g ． I n t e g r a t e di m a g e p r o c e s s i n gs y s t e mb a s e do nM a t l a b [ J ] ．s c i e n c e ‘I 迳c h n 0 1 0 9 y [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] a n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ，7 2 0 5 3 8 65 3 8 8 ． 邢刚．徐玉秀．X 射线安检没备中双能量方式下R 值提 取[ J ] ．核电子学与探测技术，2 0 0 6 ，2 6 2 l5 7l j 9 ． X I N j j a n g ，X UY u x i u ． b t a i nRo nd u a le n e r g yi nXr a y s c c u r i t yi n s f c c t i o nc q u i I m c n t [ J ] ．N u c l c a rE l c c t r o n i c s ＆． D e l e c t i o nT e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，2 6 2 1 5 71 5 9 ． 徐明刚，鲍旭东．伪双能X 射线透射系统矫正厚度影响 的物质鉴别方法[ J ] ．电子器件，2 0 0 7 ，3 0 1 2 1 92 2 1 ． X UM i n g g a n g ，B A X u d o n g ． b j e c tc l a s s i f i c a t i o n s u p p r c s s c dt h i c k n c s sc r r c c tb a s c donp s c u d od u a l e n e r g yX r a yt r a n s m i s s i o ni m a g i n gs y s t e m [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a lo fE l c c t r o nD c v i c c s ，2 0 0 7 ，3 0 1 2 】92 2 l 郑林涛，董永生，史恒亮．一种新型x 射线安检图像增 强算法[ J ] ．科学技术与工程，2 0 1 4 ，1 4 2 3 2 5 22 5 5 ． Z H E N GI 。i n t a o ，D N GY o n g s h e n g ，S H IH e n g I i a n g ．A n e we n h a n c m e n ta l g o r i t h mo fx r a yi n s p e c t i o ni m a g e s [ J ] ． S c i e n c e7 r e c h n o l o g ya n dE n g i n e e r i n g ，2 0 1 4 ，1 4 2 3 2 5 22 5 5 ． 万方数据