《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)則診斷推理技術的故障診斷專家系統(tǒng)的結構與功能,診斷系統(tǒng)的知識表示與推理機制。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)運行質量的好壞,直接影響船艇動力系統(tǒng)與其他液壓驅動設備的工作狀態(tài)與性能,關系到船艇*的戰(zhàn)斗力,對船艇*任務的執(zhí)行、經濟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,管路復雜,其故障診斷與排除具有較強的專業(yè)性與復雜性,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、準確找出故障原因,采取正確的故障處理措施。而隨著計算機技術的發(fā)展,一些*科學技術及理論得以實現(xiàn),專家系統(tǒng)就是計算機科學和工程的重要部分。利用計算機技術開發(fā)故障診斷專家系統(tǒng),對船艇人員學習掌握專家豐富的經驗知識,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,并針對船艇液壓系統(tǒng)的特點,總結故障診斷專家的經驗設計而成的。
1　系統(tǒng)結構與功能
1.1　系統(tǒng)總體結構
    船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)總體結構,由船艇液壓系統(tǒng)故障信息庫,推理機,數(shù)據(jù)庫,知識庫,知識庫管理機,解釋機和人機接口等部分組成,采用模塊化設計并具有學習功能,在自學習過程中能使系統(tǒng)得到擴充。
《液壓與氣動》——船艇液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)
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　用來存放與當前系統(tǒng)推理過程密切相關的各種事實和數(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,分析故障產生原因的推理過程形成的中間事實和自學習過程中形成的新事實,zui終領域專家給出的解決故障的措施;
（2）推理機　推理機是專家系統(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),中間結果以及求解結果信息;
（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、船艇輔助機械液壓系統(tǒng)（包括起大門機液壓系統(tǒng)、錨機液壓系統(tǒng)、舵驅動液壓系統(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,同時采取產生式規(guī)則,用以補充形成新規(guī)則,供推理機使用;
（5）知識庫管理機　其完成領域知識的補充、修改、提煉,并利用系統(tǒng)設置的管理模式激活相應的規(guī)則;
（6）解釋機　負責向用戶解釋系統(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)采用產生式規(guī)則來表示故障信息。產生式結構的表達形式如下:
    IF （模式部分即前件）
    THEN （結論或行為部分即后件）
    WITH （規(guī)則的可信度）
    只有當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)維修經驗提煉的,但對于具體的柴油機或使用工況的不同,根據(jù)使用過程中柴油機某一故障結論的頻率高低,可信度的大小應做一定的調整。這種規(guī)則符合領域專家運用知識分析解決問題的一般思維方式?，F(xiàn)以“柴油機滑油
濾清器堵塞”故障為例,進行知識表示:
    IF（機前滑油壓力高）and（機后滑油壓力低）and
    （滑油溫度高）
    THEN（柴油機滑油濾清器堵塞）WITH 0.87
    由于本系統(tǒng)采用多叉判定樹進行推理,上述示例的后件“柴油機滑油濾清器堵塞”既是前件的結論,又是zui終故障的前件,系統(tǒng)會提示還需根據(jù)其他相關故障征兆,采取反向推理進行求證,并zui終找出故障部位與根本原因。
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3　診斷系統(tǒng)的推理機制
    船艇液壓系統(tǒng)的結構和使用工況復雜,而故障診斷過程中獲取的信息有限,領域專家在進行故障診斷時,首先要根據(jù)故障現(xiàn)象（模式）進行綜合分析,找出所有可能的故障原因,再與每一種原因相對應的主要證據(jù)進行校核,進一步判斷故障產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)則進行故障過程推理,得出故障可能產生的部位與原因,并根據(jù)可信度的大小進行排序,用戶對故障結論進行核實后,通過人機界面對系統(tǒng)結論做出肯定或否定,直至找到真正產生故障現(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)則樹進行故障的分析與判斷。本系統(tǒng)采用多叉判定樹進行推理,這種多叉判定樹可以表示一個有一系列情況或一組響應的判定,而且還具備自學習的特點。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)故障診斷結論可信度的大小結合故障求證的難易程度,將針對某一故障現(xiàn)象推理產生的系列故障結論進行排序,用戶通過人機接口輸入相應故障現(xiàn)象或模式,系統(tǒng)經過推理按照故障結論排序進行詢問,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行核實求證的
方法與手段,這樣,當用戶對某一故障診斷結論不能肯定時,專家系統(tǒng)可以指導用戶按照預置的程序逐步檢查診斷。當根據(jù)設置的推理機制在當前知識庫中不能產生匹配到相應的判定規(guī)則時,判定結構可以機械地轉變成產生式規(guī)則,通過“IF…THEN”規(guī)則在相應結點生成新的判定規(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,然后進行反向推理求證的推理機制。
4　結束語
    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。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性的作用。船艇液壓系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的應用將對快速、準確排除船艇液壓系統(tǒng)故障,保障船艇運行安全具有非常積極的作用。
    本系統(tǒng)利用文字、圖形、動畫、多媒體技術詳細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,同時具備交互式電子手冊功能,并利用仿真技術模擬船艇液壓系統(tǒng)的故障現(xiàn)象—故障生成機理—故障處理過程。登陸該系統(tǒng),學員不僅能學習、熟悉液壓系統(tǒng)的結構和工作原理。同時,通過設置假設故障事例,可以迅速獲取專家經驗知識,學習掌握處理船艇液壓系統(tǒng)各種故障的能力。

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