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基于科学效应库的TRIZ理论远程专家咨询系统
作者：李丹 张斌
来源：《智能计算机与应用》2011年第05期
摘 要： 介绍了ＴＲＩＺ理论的研究现状以及使用专家咨询系统对ＴＲＩＺ理论在我国传播发展的意义，论述了ＴＲＩＺ理论远程专家咨询系统的设计，分析了科学效应库以及矛盾矩阵应用的设计过程，实现了ＴＲＩＺ理论的学习、应用与专家咨询的统一。 关键词：
中图分类号： ＴＰ３１５ 文献标识码： Ａ 文章编号：２０９５－２１６３（２０１１）０３－００６１－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＲＩＺ Ｔｈｅｏｒｙ Ｒｅｍｏｔｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｅｆｆｅｃｔ Ｓｔｏｒｅｈｏｕｓｅ ＬＩ Ｄａｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎ２
Ａｂｓｔｒａｃｔ： This paper has introduced the TRIZ theory's research present situation and the significance to use the expert consultation system for spreading and developing the TRIZ theory in our country, elaborates the TRIZ theory Remote expert consultation system's design. Meanwhile, the paper analyzes the scientific effect storehouse as well as design process of the contradictory matrix application, therefore, has realized the uniform of study and application of TRIZ theory with expert concultation.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ０ 引言
随着ＴＲＩＺ理论在全世界范围内的广泛传播与发展，越来越多的企业单位、教育机构和开发部门逐渐将ＴＲＩＺ理论运用到生产、实践当中，使自身的研发创新能力得到增强[１]。由于ＴＲＩＺ理论在中国的发展还处于起步阶段，各阶层人员对ＴＲＩＺ理论知识体系的学习与应用研究亟待普遍化及网络化。本文提出了一种基于科学效应库的专家咨询系统，不仅能够
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实现在线学习ＴＲＩＺ理论知识，应用矛盾矩阵解决实际问题，同时还可以将提问的内容以科学效应库的形式组织存储，以高级搜索的形式为用户和专家提供支持与帮助，便于专家对科学效应库进行维护与更新。
１ 科学效应库与专家咨询系统
科学效应库是进行案例管理与搜索的基础，由知识库开发形成，其具体内容主要包括在运用ＴＲＩＺ理论时所遇到的新旧案例，这些案例按行业分类存储[２]。科学效应库继承了知识库的众多特点：（１）领域性。（２）层次性。（３）推理性。在其基础上可以开发出决策支持系统，通过案例分析支持正确决策[３]。
专家咨询活动是一种利用专家经验及知识储备解决具体问题的一种活动[４]。科学效应库与专家咨询系统相结合，总体上，可以实现如下功能：
（１）案例补充。用户的问题由专家解答完毕后，若此问题可以形成新的ＴＲＩＺ理论案例，则可由专家存储入科学效应库。
（２）多种服务方式。专家在线值守时可对用户提出的问题进行实时回答，若专家不在线时，用户自身可通过科学效应库搜索相似案例解答，若用户对该解答不满意时，可等候专家上线作答。
２ 基于科学效应库的ＴＲＩＺ理论远程专家咨询系统 ２．１ 系统整体结构
系统分为用户端，系统平台，专家端三个子系统，如图１所示。
在用户端，用户可以实现在线学习ＴＲＩＺ理论的基础知识，其中包括应用矛盾矩阵；当专家在线时将可以实时咨询，等待专家作答；无人值守时，可以自行在科学效应库中进行检索。
系统平台在每个知识学习或者应用界面都设置了实时交互接口，并且提供了科学效应库的检索平台。系统平台是整个系统的核心部分。
专家端一方面通过实时交互接口进行在线解答，一方面对科学效应库进行管理和维护。 下面着重对科学效应库的结构组织，高级的案例检索，矛盾矩阵的具体应用模式这些方面进行讨论。
２．２ 科学效应库的结构模式
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科学效应库的结构模式的解决策略，将直接决定实时专家咨询与无人值守时信息交互的具体实现方法。
在整个咨询过程中产生的案例，主要是通过专家的个人经验，将其归纳整理后形成的，同时将这些案例进行标引和归类。基本思想是按照所属行业进行标引，从多个检索入口均可进行检索，这样可以使案例存储得更加系统化。
专家选择出来的可以添加进入科学效应库的案例由关键词表、行业类，具体实例三部分组成。针对某一具体问题的解决，可通过对行业类型以及关键词进行检索，查找出所需具体案例的分析。
其中，每一个行业类用多个关键词来描述，每个行业类下面又包括多个咨询实例，而实例与关键词之间的多对多关系称为对应（ｒｅｆｌｅｃｔ），这样就形成了一种案例表示的方法，即用关键词来描述某一个行业的案例。由于一个案例可能所属多个行业类，所以案例与行业类之间也形成了多对多的关系，从而实现案例的检索查询。这样，无论是从行业类或者某个关键词都可以实现案例的检索。 ２．３ 高级案例检索的具体实现
以往情况下，用户只能单纯地从关键词，或族类表中进行单一性的检索，ＴＲＩＺ理论远程专家咨询系统实现了多个关键字，多个行业的自定义函数检索机制。无论是专家或者用户在利用科学效应库检索案例时，可通过科学效应库中的高级案例检索入口进入高级检索函数的编写。该检索函数可由操作人自行定义各个关键词或者行业类的运算方式，例如在输入某几个行业后可选择并且项，这样，检索出的即是同时属于这几个行业的案例，从而完成该次检索。检索过程如图２所示。
２．４ 实时专家咨询模式
实时专家咨询是一个完整的咨询系统的重要组成部分。与传统的专家咨询系统相比，实时专家咨询在服务对象、服务方式、服务工具、服务内容上都发生很大变化。实时在线咨询服务是在虚拟环境中专家直接“面对”用户、即时回答用户提问的形式。其特点是，以在线咨询的形式可有效超越时空的局限；以“不见面的面对面”方式，使参考咨询人员和服务对象无论在何处，只要能登录站点就可以进行交互式交谈，这对所有的用户都是平等一致的。另外还可以定期邀请相关领域专家教授，参与对用户的在线咨询服务。实时专家咨询系统具有如下特点： （１）实时性。可以实时为用户解答咨询问题，用户在互联网上提出问题，就能立刻获得专家的响应和解答。
（２）交互性。用户提出问题，专家接受问题并给出解答。经过交流，专家可以很好地了解用户的需求、问题的类型等，在交互的过程中，专家还可以根据自己的知识给出比知识地图等更多的引导，使得用户的问题能够更好地表达出来，进而给出更好的解答。
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（３）灵活性。与传统专家咨询系统相比，实时专家咨询系统的灵活性更具突出。 其中，无人值守检索是将用户提出的自然语言问句通过分词技术切分成一个个关键字，然后分析问题的类型、提取问题的焦点，再在科学效应库中进行搜索，若科学效应库中存在相应问题的答案，系统以文字描述的形式提供给用户。检索的结果一般为多条，系统将内容相关的解答以标题的形式提供给用户，用户可以选择与自己提出问题息息相关的标题，并查看相应的答案。
２．５ 科学效应库与矛盾矩阵
系统的科学效应库提供了在解决发明问题时经常遇到的、需要实现的３０种功能，以及这些功能的实现经常要用到的１００个科学效应和现象。
科学效应库的设计是以科学效应和现象的应用为基础。科学效应和现象的应用应遵循以下５个步骤：
（１）首先根据所要解决的问题，定义并确定解决此问题所要实现的功能。
（２）根据功能，从“功能代码表”确定与此功能相对应的代码，此代码是Ｆ１－Ｆ３０中的其中之一。
（３）从“科学效应和现象清单”查找此功能代码下ＴＲＩＺ所推荐的科学效应和现象，获得ＴＲＩＺ推荐的科学效应和现象的名称。
（４）筛选所推荐的每个科学效应和现象，优选适合解决本问题的科学效应和现象。 （５）查找优选出来的每个科学效应和现象的详细解释，并应用于问题的解决，形成解决方案。
其中，科学效应和现象是依据其名称拼音中的字母顺序在结果表中进行排列的。 矛盾矩阵的设计由“工程参数表”、“发明原理表”、“恶化参数表”和“改善参数表”这四个二维表组成。每个二维表设计相应记录的序号列，在系统进行推理的时候，调用“恶化参数表”和“改善参数表”序号相同的记录，就得出解决对应工程矛盾的发明原理的号码，再调用“发明原理表”就得出相应的发明原理的详细说明。 ３ 系统实现
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系统以ＪＤＫ ５、Ｍｙｅｃｌｉｐｓｅ为开发环境，采用 Ｂ／Ｓ结构和基于Ｊ２ＥＥ标准的开发模式。三层的Ｂ／Ｓ结构的第一层是用户层，用户通过浏览器进行操作和数据传递。第二层是应用层，主要负责接受用户的请求、进行业务处理和访问数据库。第三层是数据层，主要是存放各种数据资源，包括科学效应案例及相应的ＴＲＩＺ解决工具案例[２]。其中，应用层使用Ｔｏｍｃａｔ５．０服务器，数据层使用Ｍｙｓｑｌ Ｓｅｒｖｅｒ数据库，业务处理用Ｊｓｐ＋Ｊａｖａｂｅａｎ的方式实现并通过ＪＤＢＣ的方式访问数据层的数据资源。客户端与专家端均用网页，消息用ＸＭＬ来封装传递，采用高层的ＨＴＴＰ协议，实现ＷＥＢ通信，并用脚本实现页面效果。系统实现界面如图３和图４所示。 ４ 结束语
本文提出了一种基于ＴＲＩＺ理论的远程专家咨询系统，详细介绍了系统的整体架构以及系统涉及的几个主要部分。系统实现了科学效应库管理与应用，具体检索方式，矛盾矩阵的应用过程等。然而本系统在矛盾矩阵输出发明原理序号后的处理以及科学效应库的组织、推理等方面还不太完善，有待进一步的研究。 参考文献：
[１] 聂惠娟，袁峰． 创新技法与ＴＲＩＺ的应用研究[Ｊ]． 机械设计与 制造，２００７（１０）：２１８－２１９．
[２] 陈亚兵，孙济庆． 基于知识库的专家咨询系统设计与实现[Ｊ]． 计算机工程，２００７．
[３] 张维明，曹泽文，朱承．知识库系统建模框架的发展与现状[Ｊ]． 计算机工程，２００２，２８（８）．
[４] 雷晓辉． 专家系统研究综述[Ｊ]． 学教所汇，２００６（３）：１４－１５． [５] 尹朝庆，尹皓． 人工智能与专家系统[Ｍ]． 北京：中国水利水电 出版社，２００２．
