《液压与气动》——船艇液压系统故障诊断专家系统

《液压与气动》——船艇液压系统故障诊断专家系统
    摘　要:该文以船艇液压系统为研究对象,阐述了基于规则诊断推理技术的故障诊断专家系统的结构与功能,诊断系统的知识表示与推理机制。该系统为船艇液压系统的自动故障诊断、分析与排除提供了有益的研究价值。
    关键词:船艇液压系统;规则推理;故障诊断;专家系统
    船艇液压系统运行质量的好坏,直接影响船艇动力系统与其他液压驱动设备的工作状态与性能,关系到船艇*的战斗力,对船艇*任务的执行、经济效益甚至安全有着不容忽视的影响。由于船艇液压系统元器件众多,管路复杂,其故障诊断与排除具有较强的专业性与复杂性,因此面对船艇液压系统可能出现的各种异常现象,仅仅靠船艇管理人员难以迅速、准确找出故障原因,采取正确的故障处理措施。而随着计算机技术的发展,一些*科学技术及理论得以实现,专家系统就是计算机科学和工程的重要部分。利用计算机技术开发故障诊断专家系统,对船艇人员学习掌握专家丰富的经验知识,及时分析故障原因,找明故障源,并果断采取故障排除方法保证船艇运行安全具有重要意义。本文研究的船艇液压系统故障诊断专家系统是基于规则推理技术,并针对船艇液压系统的特点,总结故障诊断专家的经验设计而成的。
1　系统结构与功能
1.1　系统总体结构
    船艇液压系统故障诊断专家系统总体结构,由船艇液压系统故障信息库,推理机,数据库,知识库,知识库管理机,解释机和人机接口等部分组成,采用模块化设计并具有学习功能,在自学习过程中能使系统得到扩充。
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1.2　系统功能
    船艇液压系统故障诊断专家系统模拟人类专家对船艇液压系统故障进行诊断,其一般诊断过程为:获取故障基本信息与征兆—推断故障原因—得到故障结论—提出故障处理方案。其具有故障诊断、故障处理、故障分析与教育培训四大功能。各模块具体功能如下:
（1）故障信息库　用来存放与当前系统推理过程密切相关的各种事实和数据,这些事实和数据主要包括引起船艇液压系统故障的各种可能原因,分析故障产生原因的推理过程形成的中间事实和自学习过程中形成的新事实,zui终领域专家给出的解决故障的措施;
（2）推理机　推理机是专家系统的核心部分,是专家系统解决问题的基本方法。其主要是依靠对知识库的搜索,将系统获取的信息与知识库的规则进行匹配来实现的;
（3）数据库　数据库存放有船艇液压系统故障原始数据,中间结果以及求解结果信息;
（4）知识库　用于存储本系统所有的规则,它体752008年第1期液压与气动现了专家解决和分析问题的故障的思路。本系统知识库共由润滑系统（包括船艇柴油机润滑系统、减速箱润
滑系统、轴系润滑系统等）规则库、燃油系统规则库、冷却水系统规则库、船艇辅助机械液压系统（包括起大门机液压系统、锚机液压系统、舵驱动液压系统、大舱盖液压系统等）规则库、排污系统规则库等5个规则库组成,同时采取产生式规则,用以补充形成新规则,供推理机使用;
（5）知识库管理机　其完成领域知识的补充、修改、提炼,并利用系统设置的管理模式激活相应的规则;
（6）解释机　负责向用户解释系统的行为,解释专家系统的推理过程。
2　诊断系统的知识表示
    根据船艇液压系统故障知识的特点,本系统采用产生式规则来表示故障信息。产生式结构的表达形式如下:
    IF （模式部分即前件）
    THEN （结论或行为部分即后件）
    WITH （规则的可信度）
    只有当获取的故障模式与事实匹配,规则才会被激活并放入议程中,并根据可信度的大小进行优先级排序。其中可信度的初值是诊断专家根据维修经验提炼的,但对于具体的柴油机或使用工况的不同,根据使用过程中柴油机某一故障结论的频率高低,可信度的大小应做一定的调整。这种规则符合领域专家运用知识分析解决问题的一般思维方式。现以“柴油机滑油
滤清器堵塞”故障为例,进行知识表示:
    IF（机前滑油压力高）and（机后滑油压力低）and
    （滑油温度高）
    THEN（柴油机滑油滤清器堵塞）WITH 0.87
    由于本系统采用多叉判定树进行推理,上述示例的后件“柴油机滑油滤清器堵塞”既是前件的结论,又是zui终故障的前件,系统会提示还需根据其他相关故障征兆,采取反向推理进行求证,并zui终找出故障部位与根本原因。
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3　诊断系统的推理机制
    船艇液压系统的结构和使用工况复杂,而故障诊断过程中获取的信息有限,领域专家在进行故障诊断时,首先要根据故障现象（模式）进行综合分析,找出所有可能的故障原因,再与每一种原因相对应的主要证据进行校核,进一步判断故障产生的真正原因与部位,并zui终给出处理意见与排除措施。船艇液压系统故障诊断系统根据故障现象依据推理规则进行故障过程推理,得出故障可能产生的部位与原因,并根据可信度的大小进行排序,用户对故障结论进行核实后,通过人机界面对系统结论做出肯定或否定,直至找到真正产生故障现象的原因与部位为止。zui后,本故障诊断系统可以根据需要输出故障排除措施或处理意见。根据专家思维的特点,一般采用故障判定规则树进行故障的分析与判断。本系统采用多叉判定树进行推理,这种多叉判定树可以表示一个有一系列情况或一组响应的判定,而且还具备自学习的特点。图2为
船艇液压系统故障诊断专家系统系统推理多叉判定树示例图。该系统根据故障诊断结论可信度的大小结合故障求证的难易程度,将针对某一故障现象推理产生的系列故障结论进行排序,用户通过人机接口输入相应故障现象或模式,系统经过推理按照故障结论排序进行询问,要求用户核实求证,该系统除了提供简单的“是非”判定外,还为用户提供了如何进行核实求证的
方法与手段,这样,当用户对某一故障诊断结论不能肯定时,专家系统可以指导用户按照预置的程序逐步检查诊断。当根据设置的推理机制在当前知识库中不能产生匹配到相应的判定规则时,判定结构可以机械地转变成产生式规则,通过“IF…THEN”规则在相应结点生成新的判定规则。
    为了提高推理效率,本系统对知识库采用深度优先的搜索方法,以正向推理来缩小搜索空间,然后进行反向推理求证的推理机制。
4　结束语
    本系统软件针对某型登陆艇液压系统,利用Visu-al C++开发而成,具有良好的实时性和可移植性,交互性好,操作简单,使用方便,易于维护。而随着专家知识的逐步积累与完善,该系统对船艇液压系统的故障诊断推量流程图障诊断及故障处理将具有指导性的作用。船艇液压系统故障诊断系统的应用将对快速、准确排除船艇液压系统故障,保障船艇运行安全具有非常积极的作用。
    本系统利用文字、图形、动画、多媒体技术详细介绍了船艇液压系统的组成、工作原理及修理保养技术,同时具备交互式电子手册功能,并利用仿真技术模拟船艇液压系统的故障现象—故障生成机理—故障处理过程。登陆该系统,学员不仅能学习、熟悉液压系统的结构和工作原理。同时,通过设置假设故障事例,可以迅速获取专家经验知识,学习掌握处理船艇液压系统各种故障的能力。

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