隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在很多領(lǐng)域中人們都利用模擬訓(xùn)練設(shè)備代替實(shí)際儀器裝備進(jìn)行操作訓(xùn)練，如許多培訓(xùn)基地都用模擬設(shè)備對培訓(xùn)人員進(jìn)行故障排除訓(xùn)練和基本操作訓(xùn)練等。通常，這些模擬訓(xùn)練設(shè)備分為主機(jī)和分機(jī)兩部分，分機(jī)負(fù)責(zé)模擬實(shí)際操作的背景環(huán)境，主機(jī)則負(fù)責(zé)給出用戶界面、進(jìn)行操作指導(dǎo)和控制訓(xùn)練進(jìn)程等工作。此種設(shè)備通常要對操作人員的實(shí)際操作進(jìn)行評估，針對評估結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練計(jì)劃的調(diào)整，為合理地安排教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整訓(xùn)練進(jìn)度提供科學(xué)依據(jù)，以提高訓(xùn)練的實(shí)際效果和質(zhì)量。基于模糊邏輯的操作評估專家系統(tǒng)就是針對這一目的建立的。
1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
　　對實(shí)際操作的考核評估不同于筆答試卷的評分，具體的實(shí)際操作情況是不能用某一種或幾種標(biāo)準(zhǔn)答案來簡單地評定的。系統(tǒng)需要對操作人員的操作時(shí)間、操作技巧等因素進(jìn)行綜合評估，而這些因素本身都具有一定的模糊性，對它們很難給出精確的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文提出了基于模糊邏輯的專家評估系統(tǒng)，讓計(jì)算機(jī)以接近于人的思維進(jìn)行綜合評估打分，使評估比較科學(xué)合理。
1.1 模糊邏輯簡介
　　模糊邏輯運(yùn)算是軟計(jì)算的一種，它所研究的對象是表征某種程度、具有不確定邊界的量，利用模糊系統(tǒng)可以得到輸入空間到輸出空間的便捷的映射。
　　模糊推理通常使用語言變量，這些變量用詞語代替了數(shù)值，將采集到的精確量測量數(shù)據(jù)進(jìn)行Fuzzy化處理，轉(zhuǎn)化成通過隸屬度函數(shù)及Fuzzy子集表達(dá)的Fuzzy量。模糊邏輯將原來通過精確量描述的輸入輸出關(guān)系的精確數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)化為一種相應(yīng)的、由條件語句表達(dá)的模糊關(guān)系，其運(yùn)算形式接近于人的直覺思維，這就提高了系統(tǒng)的彈性，即系統(tǒng)對輸入量的不確定性(Uncertainty)、不精確性(Imprecision)和部分正確性(Partial Truth)的容忍度。
　　模糊邏輯的推理規(guī)則是一系列的模糊if－then條件。if(輸入語言變量Fuzzy子集)then(輸出語言變量Fuzzy子集)模糊規(guī)則的應(yīng)用，使系統(tǒng)易于理解和調(diào)整，可以在專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建模，使得系統(tǒng)可以方便地與控制系統(tǒng)相結(jié)合。
1.2 模型設(shè)計(jì)思想
　　訓(xùn)練時(shí)，操作項(xiàng)目由主機(jī)內(nèi)部預(yù)存的典型操作專家知識庫提供，訓(xùn)練模擬器記錄操作人員的操作時(shí)間和操作步驟。本文把操作時(shí)間的長短，操作技巧應(yīng)用的好壞，操作準(zhǔn)確程度等因素用模糊量來設(shè)定，即定義時(shí)間符合度、操作點(diǎn)符合度和成功度作為輸入量，根據(jù)專家的評判意見建立模糊推理規(guī)則，并根據(jù)實(shí)際操作的抽樣調(diào)查試驗(yàn)對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到最終的模糊評估模型。
1.3 模型的符號說明
　　模型的符號說明如表1所示。

1.4 輸入與輸出量的確定及隸屬度曲線
　　系統(tǒng)輸入量的數(shù)學(xué)描述定義如下：
　　(1) 時(shí)間符合度
　　對于每一個(gè)模擬訓(xùn)練項(xiàng)目，系統(tǒng)均設(shè)有一個(gè)參考操作時(shí)間。以實(shí)際操作時(shí)間與該值的比值tin作為輸入量，對tin進(jìn)行模糊評定得到的等級模糊數(shù)定義為時(shí)間符合度C_t。
　　tin＝t/TKKKKKK???????????????? (1)
　　C_t＝μt(tin)KKKKK?????????????? (2)
　　圖1為C_t分為fast、normal、slow三級時(shí)的隸屬函數(shù)曲線。

　　(2) 操作點(diǎn)集符合度
　　模擬訓(xùn)練項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫中存有參考操作點(diǎn)集。實(shí)際操作時(shí)的操作點(diǎn)與該點(diǎn)集的符合度定義為操作點(diǎn)集符合度C_p。符合的涵義有兩點(diǎn)，一是一些必要的步驟必須與參考步驟相符，二是操作步驟的順序應(yīng)該合理，以這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評定操作點(diǎn)集符合度，作為對操作步驟合理性的評定。
　　C_p由實(shí)際操作點(diǎn)與參考操作點(diǎn)的匹配度和操作步驟逆序數(shù)兩個(gè)參數(shù)決定。實(shí)際操作完畢后，由程序查找操作匹配點(diǎn)的個(gè)數(shù)百分比和步驟匹配逆序數(shù)百分比，以其乘積作為C_p的值。
　　圖2為C_p分為bad、normal、good三級時(shí)的隸屬度函數(shù)

　　(3) 成功度
　　衡量操作人員操作效果的變量，定義為成功度S。成功度輸入量分為兩級：fall、success。曲線見圖3。根據(jù)實(shí)際操作的具體情況，由于操作是否成功能夠比較明確地給出，所以在對操作的評估中成功度可以只取0和1兩個(gè)值。

　　(4)輸出量
　　系統(tǒng)的評估結(jié)果就是對三個(gè)輸入量進(jìn)行模糊推理得到的結(jié)果，用y表示。輸出量分為五級：y0、y6、y7、y8、y9，曲線見圖4。

1.5 評判條件的建立
　　評判條件由表2給出。

　　說明：括號中的數(shù)字是每一if－then條件的權(quán)重。不同的單位、不同的訓(xùn)練目的，評定操作人員的能力水平的側(cè)重點(diǎn)可能不同，如本系統(tǒng)側(cè)重于對操作原理的掌握程度，所以對于操作中的思路和步驟要求較嚴(yán)格。如果側(cè)重點(diǎn)是操作效果(比如操作時(shí)間)時(shí)，可以調(diào)整相應(yīng)的if－then 語句的權(quán)值，提高反映側(cè)重點(diǎn)變量的條件的權(quán)重。
1.6 參數(shù)的調(diào)整及模型的應(yīng)用
　　系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整過程：模擬一實(shí)際操作事例，給出某些類型操作者的操作步驟，選擇具有豐富實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和知識的專家對操作情況進(jìn)行評估，給出評分值。而后，對專家的打分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因?yàn)椴煌瑢＜掖蚍只鶖?shù)可能不同，但是其對于不同操作水平的區(qū)分程度級別是相似的，所以，先對不同專家的打分進(jìn)行歸一化處理，再根據(jù)統(tǒng)一的評分基數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加權(quán)平均，得到專家評分值。以此值為參考量，對模糊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在模型的運(yùn)行實(shí)踐中，模型也可以對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使系統(tǒng)的輸出更符合實(shí)際要求。
　　設(shè)R位專家打分矩陣，r_i，j為第i位專家對第j中操作情況的打分。
　　　

　　其中w_i為權(quán)系數(shù)，一般情況下取w_i＝1/i，當(dāng)然可以根據(jù)評估側(cè)重點(diǎn)等實(shí)際情況改變權(quán)值。
　　系統(tǒng)的參數(shù)確定以后，根據(jù)系統(tǒng)模型，圖5和圖6分別給出了操作成功度為1和0 時(shí)的輸出值曲面圖。

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