《液壓與氣動》——船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)
    摘　要:該文以船艇液壓系統(tǒng)為研究對象,闡述了基于規(guī)則診斷推理技術(shù)的故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,診斷系統(tǒng)的知識表示與推理機(jī)制。該系統(tǒng)為船艇液壓系統(tǒng)的自動故障診斷、分析與排除提供了有益的研究價值。
    關(guān)鍵詞:船艇液壓系統(tǒng);規(guī)則推理;故障診斷;專家系統(tǒng)
    船艇液壓系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的好壞,直接影響船艇動力系統(tǒng)與其他液壓驅(qū)動設(shè)備的工作狀態(tài)與性能,關(guān)系到船艇*的戰(zhàn)斗力,對船艇*任務(wù)的執(zhí)行、經(jīng)濟(jì)效益甚至安全有著不容忽視的影響。由于船艇液壓系統(tǒng)元器件眾多,管路復(fù)雜,其故障診斷與排除具有較強(qiáng)的專業(yè)性與復(fù)雜性,因此面對船艇液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種異?，F(xiàn)象,僅僅靠船艇管理人員難以迅速、準(zhǔn)確找出故障原因,采取正確的故障處理措施。而隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一些*科學(xué)技術(shù)及理論得以實現(xiàn),專家系統(tǒng)就是計算機(jī)科學(xué)和工程的重要部分。利用計算機(jī)技術(shù)開發(fā)故障診斷專家系統(tǒng),對船艇人員學(xué)習(xí)掌握專家豐富的經(jīng)驗知識,及時分析故障原因,找明故障源,并果斷采取故障排除方法保證船艇運(yùn)行安全具有重要意義。本文研究的船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)是基于規(guī)則推理技術(shù),并針對船艇液壓系統(tǒng)的特點,總結(jié)故障診斷專家的經(jīng)驗設(shè)計而成的。
1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能
1.1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),由船艇液壓系統(tǒng)故障信息庫,推理機(jī),數(shù)據(jù)庫,知識庫,知識庫管理機(jī),解釋機(jī)和人機(jī)接口等部分組成,采用模塊化設(shè)計并具有學(xué)習(xí)功能,在自學(xué)習(xí)過程中能使系統(tǒng)得到擴(kuò)充。
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1.2　系統(tǒng)功能
    船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)模擬人類專家對船艇液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷,其一般診斷過程為:獲取故障基本信息與征兆—推斷故障原因—得到故障結(jié)論—提出故障處理方案。其具有故障診斷、故障處理、故障分析與教育培訓(xùn)四大功能。各模塊具體功能如下:
（1）故障信息庫　用來存放與當(dāng)前系統(tǒng)推理過程密切相關(guān)的各種事實和數(shù)據(jù),這些事實和數(shù)據(jù)主要包括引起船艇液壓系統(tǒng)故障的各種可能原因,分析故障產(chǎn)生原因的推理過程形成的中間事實和自學(xué)習(xí)過程中形成的新事實,zui終領(lǐng)域?qū)＜医o出的解決故障的措施;
（2）推理機(jī)　推理機(jī)是專家系統(tǒng)的核心部分,是專家系統(tǒng)解決問題的基本方法。其主要是依靠對知識庫的搜索,將系統(tǒng)獲取的信息與知識庫的規(guī)則進(jìn)行匹配來實現(xiàn)的;
（3）數(shù)據(jù)庫　數(shù)據(jù)庫存放有船艇液壓系統(tǒng)故障原始數(shù)據(jù),中間結(jié)果以及求解結(jié)果信息;
（4）知識庫　用于存儲本系統(tǒng)所有的規(guī)則,它體752008年第1期液壓與氣動現(xiàn)了專家解決和分析問題的故障的思路。本系統(tǒng)知識庫共由潤滑系統(tǒng)（包括船艇柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)、減速箱潤
滑系統(tǒng)、軸系潤滑系統(tǒng)等）規(guī)則庫、燃油系統(tǒng)規(guī)則庫、冷卻水系統(tǒng)規(guī)則庫、船艇輔助機(jī)械液壓系統(tǒng)（包括起大門機(jī)液壓系統(tǒng)、錨機(jī)液壓系統(tǒng)、舵驅(qū)動液壓系統(tǒng)、大艙蓋液壓系統(tǒng)等）規(guī)則庫、排污系統(tǒng)規(guī)則庫等5個規(guī)則庫組成,同時采取產(chǎn)生式規(guī)則,用以補(bǔ)充形成新規(guī)則,供推理機(jī)使用;
（5）知識庫管理機(jī)　其完成領(lǐng)域知識的補(bǔ)充、修改、提煉,并利用系統(tǒng)設(shè)置的管理模式激活相應(yīng)的規(guī)則;
（6）解釋機(jī)　負(fù)責(zé)向用戶解釋系統(tǒng)的行為,解釋專家系統(tǒng)的推理過程。
2　診斷系統(tǒng)的知識表示
    根據(jù)船艇液壓系統(tǒng)故障知識的特點,本系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示故障信息。產(chǎn)生式結(jié)構(gòu)的表達(dá)形式如下:
    IF （模式部分即前件）
    THEN （結(jié)論或行為部分即后件）
    WITH （規(guī)則的可信度）
    只有當(dāng)獲取的故障模式與事實匹配,規(guī)則才會被激活并放入議程中,并根據(jù)可信度的大小進(jìn)行優(yōu)先級排序。其中可信度的初值是診斷專家根據(jù)維修經(jīng)驗提煉的,但對于具體的柴油機(jī)或使用工況的不同,根據(jù)使用過程中柴油機(jī)某一故障結(jié)論的頻率高低,可信度的大小應(yīng)做一定的調(diào)整。這種規(guī)則符合領(lǐng)域?qū)＜疫\(yùn)用知識分析解決問題的一般思維方式?，F(xiàn)以“柴油機(jī)滑油
濾清器堵塞”故障為例,進(jìn)行知識表示:
    IF（機(jī)前滑油壓力高）and（機(jī)后滑油壓力低）and
    （滑油溫度高）
    THEN（柴油機(jī)滑油濾清器堵塞）WITH 0.87
    由于本系統(tǒng)采用多叉判定樹進(jìn)行推理,上述示例的后件“柴油機(jī)滑油濾清器堵塞”既是前件的結(jié)論,又是zui終故障的前件,系統(tǒng)會提示還需根據(jù)其他相關(guān)故障征兆,采取反向推理進(jìn)行求證,并zui終找出故障部位與根本原因。
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3　診斷系統(tǒng)的推理機(jī)制
    船艇液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用工況復(fù)雜,而故障診斷過程中獲取的信息有限,領(lǐng)域?qū)＜以谶M(jìn)行故障診斷時,首先要根據(jù)故障現(xiàn)象（模式）進(jìn)行綜合分析,找出所有可能的故障原因,再與每一種原因相對應(yīng)的主要證據(jù)進(jìn)行校核,進(jìn)一步判斷故障產(chǎn)生的真正原因與部位,并zui終給出處理意見與排除措施。船艇液壓系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)根據(jù)故障現(xiàn)象依據(jù)推理規(guī)則進(jìn)行故障過程推理,得出故障可能產(chǎn)生的部位與原因,并根據(jù)可信度的大小進(jìn)行排序,用戶對故障結(jié)論進(jìn)行核實后,通過人機(jī)界面對系統(tǒng)結(jié)論做出肯定或否定,直至找到真正產(chǎn)生故障現(xiàn)象的原因與部位為止。zui后,本故障診斷系統(tǒng)可以根據(jù)需要輸出故障排除措施或處理意見。根據(jù)專家思維的特點,一般采用故障判定規(guī)則樹進(jìn)行故障的分析與判斷。本系統(tǒng)采用多叉判定樹進(jìn)行推理,這種多叉判定樹可以表示一個有一系列情況或一組響應(yīng)的判定,而且還具備自學(xué)習(xí)的特點。圖2為
船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)系統(tǒng)推理多叉判定樹示例圖。該系統(tǒng)根據(jù)故障診斷結(jié)論可信度的大小結(jié)合故障求證的難易程度,將針對某一故障現(xiàn)象推理產(chǎn)生的系列故障結(jié)論進(jìn)行排序,用戶通過人機(jī)接口輸入相應(yīng)故障現(xiàn)象或模式,系統(tǒng)經(jīng)過推理按照故障結(jié)論排序進(jìn)行詢問,要求用戶核實求證,該系統(tǒng)除了提供簡單的“是非”判定外,還為用戶提供了如何進(jìn)行核實求證的
方法與手段,這樣,當(dāng)用戶對某一故障診斷結(jié)論不能肯定時,專家系統(tǒng)可以指導(dǎo)用戶按照預(yù)置的程序逐步檢查診斷。當(dāng)根據(jù)設(shè)置的推理機(jī)制在當(dāng)前知識庫中不能產(chǎn)生匹配到相應(yīng)的判定規(guī)則時,判定結(jié)構(gòu)可以機(jī)械地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)生式規(guī)則,通過“IF…THEN”規(guī)則在相應(yīng)結(jié)點生成新的判定規(guī)則。
    為了提高推理效率,本系統(tǒng)對知識庫采用深度優(yōu)先的搜索方法,以正向推理來縮小搜索空間,然后進(jìn)行反向推理求證的推理機(jī)制。
4　結(jié)束語
    本系統(tǒng)軟件針對某型登陸艇液壓系統(tǒng),利用Visu-al C++開發(fā)而成,具有良好的實時性和可移植性,交互性好,操作簡單,使用方便,易于維護(hù)。而隨著專家知識的逐步積累與完善,該系統(tǒng)對船艇液壓系統(tǒng)的故障診斷推量流程圖障診斷及故障處理將具有指導(dǎo)性的作用。船艇液壓系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用將對快速、準(zhǔn)確排除船艇液壓系統(tǒng)故障,保障船艇運(yùn)行安全具有非常積極的作用。
    本系統(tǒng)利用文字、圖形、動畫、多媒體技術(shù)詳細(xì)介紹了船艇液壓系統(tǒng)的組成、工作原理及修理保養(yǎng)技術(shù),同時具備交互式電子手冊功能,并利用仿真技術(shù)模擬船艇液壓系統(tǒng)的故障現(xiàn)象—故障生成機(jī)理—故障處理過程。登陸該系統(tǒng),學(xué)員不僅能學(xué)習(xí)、熟悉液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。同時,通過設(shè)置假設(shè)故障事例,可以迅速獲取專家經(jīng)驗知識,學(xué)習(xí)掌握處理船艇液壓系統(tǒng)各種故障的能力。

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