智能化是當(dāng)代汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在興起的“腦化”革命的一股熱潮，它是科技革命和知識(shí)革命的先導(dǎo)力量。其中，專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert control)作為智能化領(lǐng)域的一個(gè)分支，已經(jīng)被應(yīng)用于研發(fā)領(lǐng)域，是人工智能促使知識(shí)取得重大突破的實(shí)用領(lǐng)域之一，我國(guó)汽車(chē)行業(yè)也需要加以重視。

一、專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能的分支

1.什么是專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量某專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處置，能模擬人類(lèi)專(zhuān)家的決策過(guò)程，并提供解決某領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的方法。建立一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)的過(guò)程稱(chēng)為“知識(shí)工程”，即先組織大量某些領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行特殊形式的交流合作，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行收集、查詢(xún)、求解和分析，以形成策略和經(jīng)驗(yàn)。也就是說(shuō)，把專(zhuān)業(yè)人士所擅長(zhǎng)的能力和知識(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序處理，從而形成專(zhuān)業(yè)化的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和工具，最終為用戶(hù)服務(wù)。它包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)、知識(shí)的運(yùn)用這三大要素。

當(dāng)前，專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下：一是數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)事實(shí)、證據(jù)、假設(shè)和目標(biāo)等數(shù)據(jù)，包括來(lái)自專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)變化及閾值、實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)方法等;二是規(guī)則庫(kù)，包括專(zhuān)家提供的規(guī)則、典型的描述、介紹知識(shí)使用的方法，也就是用自然的方法處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，數(shù)據(jù)運(yùn)行的函數(shù)及應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)的監(jiān)控和診斷等規(guī)則;三是推理機(jī)，用來(lái)決定所應(yīng)用規(guī)則的先后順序，關(guān)注預(yù)測(cè)控制方案能否真正適合所需解決的問(wèn)題;四是人機(jī)接口，包括解決用戶(hù)詢(xún)問(wèn)的用戶(hù)接口和更新知識(shí)庫(kù)的規(guī)則修改及編輯，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的整體應(yīng)用水平。

2.構(gòu)建良好的專(zhuān)家系統(tǒng)需解決相關(guān)難點(diǎn)

專(zhuān)家系統(tǒng)能匯集和集成多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及他們協(xié)作解決重大問(wèn)題的能力，具有淵博的知識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的工作能力。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代化的專(zhuān)家系統(tǒng)具備高性能、啟發(fā)性、準(zhǔn)確性、全面性、實(shí)用性等特點(diǎn)。

不過(guò)，開(kāi)發(fā)和構(gòu)建優(yōu)秀的專(zhuān)家系統(tǒng)還有不少難點(diǎn)，為此需要做好以下主要工作。一是建設(shè)一支高水平的專(zhuān)家和人才隊(duì)伍，確保專(zhuān)家的知識(shí)有足夠的廣度和深度;二是系統(tǒng)具有良好的符號(hào)處理能力，能快速準(zhǔn)確地傳遞相關(guān)領(lǐng)域的信息和知識(shí)，并進(jìn)行高效處理和推理;三是具有高度求解能力，要使專(zhuān)家系統(tǒng)更符合求解事物的規(guī)則，應(yīng)該預(yù)先設(shè)置好專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域、各種問(wèn)題和知識(shí)難度，其推理要有深度，能適應(yīng)和處理事物在不斷變化及不確定性中的解題能力;四是具有較完備的解釋功能，比如能完成“為什么要這樣做”、“這么做有什么好處”、“它能達(dá)到什么目標(biāo)”等解釋?zhuān)ㄟ^(guò)設(shè)置大量獨(dú)立的信息模塊，結(jié)合人工智能，提升系統(tǒng)的應(yīng)用水平;五是要進(jìn)一步建設(shè)中間數(shù)據(jù)庫(kù)，即“黑板”模型建設(shè)，其重點(diǎn)是在動(dòng)態(tài)情況下更好地保證專(zhuān)家系統(tǒng)有效工作，也叫“動(dòng)態(tài)知識(shí)庫(kù)”建設(shè)。值得一提的是，專(zhuān)家系統(tǒng)工程軟件的中間件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)知識(shí)密集和人才密集型工作，需要對(duì)其不斷升級(jí)，要防止出現(xiàn)“軟件危機(jī)”問(wèn)題。所謂的軟件危機(jī)，就是落后的軟件生產(chǎn)方式無(wú)法滿(mǎn)足迅速增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)軟件需求，從而導(dǎo)致軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)一系列嚴(yán)重問(wèn)題。如果不及時(shí)更新升級(jí)，就會(huì)影響專(zhuān)家系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性和有效性。

3.專(zhuān)家系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程

專(zhuān)家系統(tǒng)是一門(mén)軟科學(xué)，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極研發(fā)推行專(zhuān)家系統(tǒng)，我國(guó)在部分行業(yè)和領(lǐng)域也有研發(fā)應(yīng)用。比如從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，武鋼、本鋼、昆鋼、寶鋼等鋼鐵企業(yè)引進(jìn)芬蘭高爐專(zhuān)家系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)“人工智能高爐冶煉”專(zhuān)家系統(tǒng)，應(yīng)用于鋼鐵領(lǐng)域。

專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展在全球已有約60年歷史，其演進(jìn)已經(jīng)歷3個(gè)時(shí)代，目前正向第四個(gè)時(shí)代邁進(jìn)。

一是初創(chuàng)期。世界上最早的專(zhuān)家系統(tǒng)是DENDRAL，由美國(guó)斯坦福大學(xué)的費(fèi)根鮑姆教授于1965年開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)化學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)，能根據(jù)化合物的分子式和質(zhì)譜數(shù)據(jù)推斷化合物的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)主要運(yùn)用邏輯學(xué)和模擬心理學(xué)等通用性學(xué)科知識(shí)，確立專(zhuān)家系統(tǒng)求解程序，不過(guò)在體系結(jié)構(gòu)的完整性上還有缺陷，解決實(shí)際問(wèn)題的能力不足，屬于初期開(kāi)發(fā)時(shí)代。

二是成熟期，約在上世紀(jì)80年代初。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，專(zhuān)家系統(tǒng)在諸多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域都有所進(jìn)展，除了應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、氣象、軍事、工程技術(shù)、空間技術(shù)和部分制造業(yè)上也取得了成果。不過(guò)，在各領(lǐng)域的推進(jìn)速度并不一致，總體處于啟發(fā)性應(yīng)用時(shí)代。當(dāng)時(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)主要應(yīng)用于某些單一學(xué)科，在結(jié)構(gòu)完整性和可移植性方面有突破，而且在人機(jī)接口、解釋機(jī)制、知識(shí)獲取技術(shù)、不確定性推理、增強(qiáng)專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)和處理方法上都有很大改進(jìn)，因而能滲透到社會(huì)各相關(guān)領(lǐng)域。不過(guò)這一時(shí)期，專(zhuān)家系統(tǒng)在汽車(chē)領(lǐng)域沒(méi)有明顯進(jìn)展。

三是協(xié)同期。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)硬軟件的快速升級(jí)，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入數(shù)字化發(fā)展時(shí)代，專(zhuān)家系統(tǒng)也不斷發(fā)展，成為人工智能較為活躍的學(xué)科之一。這一時(shí)期，專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)入微觀(guān)層面，助推高新科技的推廣應(yīng)用，主要采用計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，達(dá)到集成化應(yīng)用效能，通過(guò)專(zhuān)業(yè)化產(chǎn)品建模，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量。共享、協(xié)同、動(dòng)態(tài)的方式，為專(zhuān)家系統(tǒng)微型化提供了平臺(tái)，使其在石墨烯、納米技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、激光技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、量子通信、5G推廣等方面都起到了助推器的作用。

四是內(nèi)生期。這是當(dāng)前和未來(lái)正在研發(fā)中的一種生態(tài)型專(zhuān)家系統(tǒng)模式，主要以微機(jī)模擬融合控制為主線(xiàn)，推動(dòng)專(zhuān)家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、耗散結(jié)構(gòu)論、混沌學(xué)、模糊控制等智能系統(tǒng)之間協(xié)同發(fā)展，從而提升人工智能的綜合性和應(yīng)用性，加強(qiáng)自組織、自學(xué)習(xí)的能力，很多專(zhuān)項(xiàng)趨于類(lèi)腦行為。這種新型的內(nèi)生性專(zhuān)家系統(tǒng)也叫泛化專(zhuān)家系統(tǒng)，有助于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

二、汽車(chē)行業(yè)已開(kāi)始應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)

目前，汽車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)，筆者想介紹幾個(gè)案例。比如汽車(chē)空調(diào)。當(dāng)前有的車(chē)輛已實(shí)現(xiàn)分區(qū)域溫度控制，還有的企業(yè)正在設(shè)計(jì)和試驗(yàn)個(gè)性化分布式人區(qū)分離空調(diào)。也就是當(dāng)車(chē)內(nèi)有不同駕乘者時(shí)，車(chē)上配裝的高級(jí)傳感器和電子執(zhí)行系統(tǒng)，能夠?qū)γ總€(gè)人的皮膚進(jìn)行測(cè)定，然后得出應(yīng)該提供什么樣的溫度和出風(fēng)量，從而保證每一位駕乘者都感到舒適。這種分布式裝置就是汽車(chē)空調(diào)專(zhuān)家系統(tǒng)。

再如懸架系統(tǒng)，專(zhuān)家系統(tǒng)也應(yīng)用于懸架設(shè)計(jì)。當(dāng)前有的轎車(chē)使用空氣彈簧懸架，并配備智能電控和空壓機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)車(chē)輛在山路或凹凸不平的路面行駛時(shí)，空氣懸架系統(tǒng)會(huì)把車(chē)輛底盤(pán)升高，以適應(yīng)路面的駕駛要求;當(dāng)在高速公路行駛時(shí)，空氣懸架會(huì)盡可能降低底盤(pán)，以減少空氣阻力，提升安全性。

筆者還曾在福特公司看到過(guò)一套智能座駕，在座椅內(nèi)有10多個(gè)微型電機(jī)和空壓機(jī)。系統(tǒng)會(huì)對(duì)駕駛者進(jìn)行人體工程的測(cè)定，并對(duì)各項(xiàng)設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使駕駛者處于最舒適的駕車(chē)狀態(tài);當(dāng)換人駕駛時(shí)，則可以重新測(cè)定，根據(jù)新駕駛者的人體工程狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。這也是應(yīng)用了專(zhuān)家系統(tǒng)。

此外，專(zhuān)家系統(tǒng)還可應(yīng)用于車(chē)輛自動(dòng)轉(zhuǎn)向和自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，提高行車(chē)安全性。比如，自動(dòng)轉(zhuǎn)向應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，能夠通過(guò)模式辨識(shí)駕駛員錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)向行為，實(shí)現(xiàn)智能化替代，使汽車(chē)行駛方向保持正確。專(zhuān)家系統(tǒng)有糾錯(cuò)行為，當(dāng)識(shí)別到駕駛者誤將油門(mén)踩成剎車(chē)后，專(zhuān)家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器能夠應(yīng)用車(chē)輛反饋動(dòng)態(tài)制動(dòng)特性轉(zhuǎn)換，將油門(mén)踏板即時(shí)轉(zhuǎn)換為制動(dòng)踏板，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛減速或剎車(chē)，從而減少交通事故。

筆者曾在美國(guó)密歇根大學(xué)看到有一個(gè)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)研究防止車(chē)輛側(cè)面撞擊的軟件，美國(guó)通用汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)了這項(xiàng)專(zhuān)利，并且在產(chǎn)品研究時(shí)應(yīng)用數(shù)字化的KBE技術(shù)。KBE結(jié)合了知識(shí)程序和工程設(shè)計(jì)程序，具有開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，屬于專(zhuān)家系統(tǒng)的范疇。值得一提的是，在美國(guó)硅谷、底特律等地，有眾多軟件工程小微型企業(yè)，進(jìn)行科技創(chuàng)新。筆者認(rèn)為，我國(guó)也應(yīng)該支持專(zhuān)業(yè)化的小微型軟件工程企業(yè)發(fā)展，集中攻關(guān)某些難題，以滿(mǎn)足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)多層次、專(zhuān)業(yè)化需求。這類(lèi)微小型企業(yè)的蓬勃發(fā)展，能給汽車(chē)產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新提供活力和動(dòng)能。

三、專(zhuān)家系統(tǒng)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用要“點(diǎn)面結(jié)合”

筆者認(rèn)為，專(zhuān)家系統(tǒng)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，可以概括為“一片森林”和“一個(gè)樹(shù)根”。

所謂“一片森林”，是指汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、研發(fā)、試驗(yàn)、規(guī)劃、監(jiān)督、預(yù)測(cè)、維護(hù)等方面都可以一攬子推行，根據(jù)各自的需求，把研發(fā)應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)，特別是泛專(zhuān)家系統(tǒng)的工作搞起來(lái)。汽車(chē)業(yè)正處于大變革時(shí)代，科技創(chuàng)新和模式創(chuàng)新層出不窮，我們要設(shè)立綜合性和專(zhuān)業(yè)性的專(zhuān)家系統(tǒng)智庫(kù)，使各領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)提煉及應(yīng)用，來(lái)服務(wù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

所謂“一個(gè)樹(shù)根”，是指在汽車(chē)核心零部件領(lǐng)域，更要重視專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用，以突破技術(shù)瓶頸。支撐參天大樹(shù)茁壯成長(zhǎng)之本是地下粗壯的樹(shù)根，根深則樹(shù)茂，根腐則樹(shù)枯。美國(guó)、日本、德國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)之所以發(fā)達(dá)，是因?yàn)橛袕?qiáng)大的零部件產(chǎn)業(yè)作支撐。如果把一款成熟的車(chē)比作大樹(shù)，那么它的根就是構(gòu)成這款車(chē)的成千上萬(wàn)種零部件，尤其是核心零部件。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其四大核心技術(shù)是環(huán)境感知、精準(zhǔn)定位、路徑規(guī)劃與線(xiàn)控執(zhí)行;對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其核心技術(shù)是“三電”，即電池、電機(jī)、電控;對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用是核心技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)在汽車(chē)芯片、功率半導(dǎo)體、傳感器等方面，絕大部分還依靠進(jìn)口。關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的，要想不被“卡脖子”，就得依靠自主研發(fā)，專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效助力技術(shù)突破。

總之，專(zhuān)家系統(tǒng)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的推廣，要“點(diǎn)面結(jié)合”，做到“面”上廣泛、“點(diǎn)”上深化，這樣才能收獲更多成果，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

(作者陳光祖系中國(guó)汽車(chē)工業(yè)咨詢(xún)委員會(huì)委員)

關(guān)鍵詞： 專(zhuān)家系統(tǒng) 人工智能 汽車(chē)產(chǎn)業(yè) 智能計(jì)算機(jī)