智能化是當(dāng)代汽車產(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革命的先導(dǎo)力量。其中，專家系統(tǒng)(Expert control)作為智能化領(lǐng)域的一個分支，已經(jīng)被應(yīng)用于研發(fā)領(lǐng)域，是人工智能促使知識取得重大突破的實用領(lǐng)域之一，我國汽車行業(yè)也需要加以重視。

一、專家系統(tǒng)是人工智能的分支

1.什么是專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量某專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗和知識，經(jīng)計算機處置，能模擬人類專家的決策過程，并提供解決某領(lǐng)域現(xiàn)實問題的方法。建立一個專家系統(tǒng)的過程稱為“知識工程”，即先組織大量某些領(lǐng)域?qū)＜疫M行特殊形式的交流合作，對相關(guān)問題進行收集、查詢、求解和分析，以形成策略和經(jīng)驗。也就是說，把專業(yè)人士所擅長的能力和知識，通過計算機程序處理，從而形成專業(yè)化的計算機語言和工具，最終為用戶服務(wù)。它包括知識的獲取、知識的表達、知識的運用這三大要素。

當(dāng)前，專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下：一是數(shù)據(jù)庫，用來存儲事實、證據(jù)、假設(shè)和目標(biāo)等數(shù)據(jù)，包括來自專家的經(jīng)驗參數(shù)變化及閾值、實驗總結(jié)出的經(jīng)驗方法等;二是規(guī)則庫，包括專家提供的規(guī)則、典型的描述、介紹知識使用的方法，也就是用自然的方法處理復(fù)雜問題時，數(shù)據(jù)運行的函數(shù)及應(yīng)用時系統(tǒng)的監(jiān)控和診斷等規(guī)則;三是推理機，用來決定所應(yīng)用規(guī)則的先后順序，關(guān)注預(yù)測控制方案能否真正適合所需解決的問題;四是人機接口，包括解決用戶詢問的用戶接口和更新知識庫的規(guī)則修改及編輯，以進一步提升系統(tǒng)的整體應(yīng)用水平。

2.構(gòu)建良好的專家系統(tǒng)需解決相關(guān)難點

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

不過，開發(fā)和構(gòu)建優(yōu)秀的專家系統(tǒng)還有不少難點，為此需要做好以下主要工作。一是建設(shè)一支高水平的專家和人才隊伍，確保專家的知識有足夠的廣度和深度;二是系統(tǒng)具有良好的符號處理能力，能快速準(zhǔn)確地傳遞相關(guān)領(lǐng)域的信息和知識，并進行高效處理和推理;三是具有高度求解能力，要使專家系統(tǒng)更符合求解事物的規(guī)則，應(yīng)該預(yù)先設(shè)置好專門領(lǐng)域、各種問題和知識難度，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”、“它能達到什么目標(biāo)”等解釋，通過設(shè)置大量獨立的信息模塊，結(jié)合人工智能，提升系統(tǒng)的應(yīng)用水平;五是要進一步建設(shè)中間數(shù)據(jù)庫，即“黑板”模型建設(shè)，其重點是在動態(tài)情況下更好地保證專家系統(tǒng)有效工作，也叫“動態(tài)知識庫”建設(shè)。值得一提的是，專家系統(tǒng)工程軟件的中間件開發(fā)是一項知識密集和人才密集型工作，需要對其不斷升級，要防止出現(xiàn)“軟件危機”問題。所謂的軟件危機，就是落后的軟件生產(chǎn)方式無法滿足迅速增長的計算機軟件需求，從而導(dǎo)致軟件開發(fā)與維護過程中出現(xiàn)一系列嚴(yán)重問題。如果不及時更新升級，就會影響專家系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性和有效性。

3.專家系統(tǒng)的演進過程

專家系統(tǒng)是一門軟科學(xué)，美國、日本、德國等發(fā)達國家都在積極研發(fā)推行專家系統(tǒng)，我國在部分行業(yè)和領(lǐng)域也有研發(fā)應(yīng)用。比如從上世紀(jì)90年代開始，武鋼、本鋼、昆鋼、寶鋼等鋼鐵企業(yè)引進芬蘭高爐專家系統(tǒng)，開發(fā)“人工智能高爐冶煉”專家系統(tǒng)，應(yīng)用于鋼鐵領(lǐng)域。

專家系統(tǒng)的發(fā)展在全球已有約60年歷史，其演進已經(jīng)歷3個時代，目前正向第四個時代邁進。

一是初創(chuàng)期。世界上最早的專家系統(tǒng)是DENDRAL，由美國斯坦福大學(xué)的費根鮑姆教授于1965年開發(fā)，這是一個化學(xué)專家系統(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)時主要運用邏輯學(xué)和模擬心理學(xué)等通用性學(xué)科知識，確立專家系統(tǒng)求解程序，不過在體系結(jié)構(gòu)的完整性上還有缺陷，解決實際問題的能力不足，屬于初期開發(fā)時代。

二是成熟期，約在上世紀(jì)80年代初。經(jīng)過近20年的發(fā)展，專家系統(tǒng)在諸多專業(yè)領(lǐng)域都有所進展，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，在各領(lǐng)域的推進速度并不一致，總體處于啟發(fā)性應(yīng)用時代。當(dāng)時的專家系統(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，而且在人機接口、解釋機制、知識獲取技術(shù)、不確定性推理、增強專家系統(tǒng)的知識表達和處理方法上都有很大改進，因而能滲透到社會各相關(guān)領(lǐng)域。不過這一時期，專家系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域沒有明顯進展。

三是協(xié)同期。進入21世紀(jì)以來，隨著科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)以及計算機硬軟件的快速升級，人類社會進入數(shù)字化發(fā)展時代，專家系統(tǒng)也不斷發(fā)展，成為人工智能較為活躍的學(xué)科之一。這一時期，專家系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)入微觀層面，助推高新科技的推廣應(yīng)用，主要采用計算機協(xié)同設(shè)計方法，達到集成化應(yīng)用效能，通過專業(yè)化產(chǎn)品建模，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量。共享、協(xié)同、動態(tài)的方式，為專家系統(tǒng)微型化提供了平臺，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)前和未來正在研發(fā)中的一種生態(tài)型專家系統(tǒng)模式，主要以微機模擬融合控制為主線，推動專家系統(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，加強自組織、自學(xué)習(xí)的能力，很多專項趨于類腦行為。這種新型的內(nèi)生性專家系統(tǒng)也叫泛化專家系統(tǒng)，有助于推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

二、汽車行業(yè)已開始應(yīng)用專家系統(tǒng)

目前，汽車領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用專家系統(tǒng)，筆者想介紹幾個案例。比如汽車空調(diào)。當(dāng)前有的車輛已實現(xiàn)分區(qū)域溫度控制，還有的企業(yè)正在設(shè)計和試驗個性化分布式人區(qū)分離空調(diào)。也就是當(dāng)車內(nèi)有不同駕乘者時，車上配裝的高級傳感器和電子執(zhí)行系統(tǒng)，能夠?qū)γ總€人的皮膚進行測定，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空調(diào)專家系統(tǒng)。

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

筆者還曾在福特公司看到過一套智能座駕，在座椅內(nèi)有10多個微型電機和空壓機。系統(tǒng)會對駕駛者進行人體工程的測定，并對各項設(shè)置進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使駕駛者處于最舒適的駕車狀態(tài);當(dāng)換人駕駛時，則可以重新測定，根據(jù)新駕駛者的人體工程狀況進行調(diào)節(jié)。這也是應(yīng)用了專家系統(tǒng)。

此外，專家系統(tǒng)還可應(yīng)用于車輛自動轉(zhuǎn)向和自動剎車系統(tǒng)，提高行車安全性。比如，自動轉(zhuǎn)向應(yīng)用專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，能夠通過模式辨識駕駛員錯誤的轉(zhuǎn)向行為，實現(xiàn)智能化替代，使汽車行駛方向保持正確。專家系統(tǒng)有糾錯行為，當(dāng)識別到駕駛者誤將油門踩成剎車后，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器能夠應(yīng)用車輛反饋動態(tài)制動特性轉(zhuǎn)換，將油門踏板即時轉(zhuǎn)換為制動踏板，實現(xiàn)車輛減速或剎車，從而減少交通事故。

筆者曾在美國密歇根大學(xué)看到有一個團隊專門研究防止車輛側(cè)面撞擊的軟件，美國通用汽車購買了這項專利，并且在產(chǎn)品研究時應(yīng)用數(shù)字化的KBE技術(shù)。KBE結(jié)合了知識程序和工程設(shè)計程序，具有開放性和可擴展性，屬于專家系統(tǒng)的范疇。值得一提的是，在美國硅谷、底特律等地，有眾多軟件工程小微型企業(yè)，進行科技創(chuàng)新。筆者認為，我國也應(yīng)該支持專業(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，以滿足汽車產(chǎn)業(yè)多層次、專業(yè)化需求。這類微小型企業(yè)的蓬勃發(fā)展，能給汽車產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新提供活力和動能。

三、專家系統(tǒng)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用要“點面結(jié)合”

筆者認為，專家系統(tǒng)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，可以概括為“一片森林”和“一個樹根”。

所謂“一片森林”，是指汽車產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域，包括設(shè)計、研發(fā)、試驗、規(guī)劃、監(jiān)督、預(yù)測、維護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)用專家系統(tǒng)，特別是泛專家系統(tǒng)的工作搞起來。汽車業(yè)正處于大變革時代，科技創(chuàng)新和模式創(chuàng)新層出不窮，我們要設(shè)立綜合性和專業(yè)性的專家系統(tǒng)智庫，使各領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗得到總結(jié)提煉及應(yīng)用，來服務(wù)汽車產(chǎn)業(yè)，推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

所謂“一個樹根”，是指在汽車核心零部件領(lǐng)域，更要重視專家系統(tǒng)的應(yīng)用，以突破技術(shù)瓶頸。支撐參天大樹茁壯成長之本是地下粗壯的樹根，根深則樹茂，根腐則樹枯。美國、日本、德國的汽車產(chǎn)業(yè)之所以發(fā)達，是因為有強大的零部件產(chǎn)業(yè)作支撐。如果把一款成熟的車比作大樹，那么它的根就是構(gòu)成這款車的成千上萬種零部件，尤其是核心零部件。對于自動駕駛汽車來說，其四大核心技術(shù)是環(huán)境感知、精準(zhǔn)定位、路徑規(guī)劃與線控執(zhí)行;對于電動汽車來說，其核心技術(shù)是“三電”，即電池、電機、電控;對于車聯(lián)網(wǎng)汽車來說，軟件設(shè)計應(yīng)用是核心技術(shù)。當(dāng)前，我國在汽車芯片、功率半導(dǎo)體、傳感器等方面，絕大部分還依靠進口。關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的，要想不被“卡脖子”，就得依靠自主研發(fā)，專家系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效助力技術(shù)突破。

總之，專家系統(tǒng)在汽車產(chǎn)業(yè)的推廣，要“點面結(jié)合”，做到“面”上廣泛、“點”上深化，這樣才能收獲更多成果，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

(作者陳光祖系中國汽車工業(yè)咨詢委員會委員)

關(guān)鍵詞： 專家系統(tǒng) 人工智能 汽車產(chǎn)業(yè) 智能計算機