基于知識導航的汽車維修診斷方法研究*

方曉汾,羅方贊,鄭麗輝

(衢州職業(yè)技術學院機電工程學院,浙江衢州 324000)

基于知識導航的汽車維修診斷方法研究*

方曉汾,羅方贊,鄭麗輝

(衢州職業(yè)技術學院機電工程學院,浙江衢州 324000)

汽車高效維護是影響客戶對汽車售后服務企業(yè)滿意度的重要指標,然而汽車維修過程是一個根據(jù)故障現(xiàn)象不斷迭代尋找解決方案的過程,傳統(tǒng)方法基本都是基于人工經(jīng)驗,此過程消耗的時間較長。通過將汽車維修經(jīng)驗知識與維修過程集成,建立知識庫與推理庫模型,開發(fā)了基于知識導航的汽車維修診斷系統(tǒng),有效縮短汽車維修時間,降低維修復雜度,從而實現(xiàn)快速維修與高效服務的目的。

知識管理;汽車維修;推理;維修診斷系統(tǒng)

0 引 言

隨著中國汽車工業(yè)迅猛發(fā)展,汽車維修品牌種類增多,診斷維修難度相應增大。在汽車售后服務環(huán)節(jié)中,汽車維修質(zhì)量與效率是影響客戶滿意度的主要因素[1-2]。目前汽車故障診斷的方法依然主要以人工經(jīng)驗法和儀器設備診斷法[3-5]。相應地,在汽車維修管理過程中,提升維修品質(zhì)與效率顯得至關重要,所以急需一種可以指導維修汽車的專家查詢和指導系統(tǒng)[6]?；谥R導航的汽車維修與診斷系統(tǒng)能在維修過程中,輕松地將維修數(shù)據(jù)、標準、設備、工具和工藝技術要求以及操作流程知識送至維修人員手中。

傳統(tǒng)的汽車故障診斷系統(tǒng)大致可以分為兩類,一類是針對汽車某個子系統(tǒng)開發(fā)的,如直噴發(fā)動機、自動變速器通過故障碼識別達到快速診斷維修的目的;第二類是通過故障診斷流程圖,從推理方式獲取維修信息,達到指導汽車維修的目的[7-12]。這類方法基本只能處理流程圖里涉及到的故障,與實際維修過程相差較大,使用價值不高。

基于知識導航的維修診斷系統(tǒng)是搜集盡可能全的維修診斷信息與專家經(jīng)驗知識,使得各個環(huán)節(jié)不同階段都得到系統(tǒng)的在線支持[13]。建立基于知識、數(shù)據(jù)庫與web技術,借助汽車故障診斷樹建立動態(tài)知識庫和推理庫。在汽車維修工作中,此系統(tǒng)不斷將知識推送到前端,使得維修人員更為高效地查詢和運用。

1 基于知識的汽車維修診斷系統(tǒng)模型

1.1 基于知識的專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)(Expert System)是一個計算機程序,在某些領域,能以專家水平解決問題。專家系統(tǒng)一般將其應用領域的知識單獨分開組成一個知識庫的實體,知識庫的處理是通過獨立于知識庫的易識別控制策略進行,維修專家系統(tǒng)有一個巨大的知識庫,知識的組成分為數(shù)據(jù)級、知識庫級和控制庫級。知識庫存儲著汽車故障診斷方面的知識,系統(tǒng)控制級通常表達推理規(guī)則。整個系統(tǒng)是從知識庫出發(fā),通過控制推理,得到所需的結(jié)論,見圖1。

圖1 基于規(guī)則的汽車維修專家系統(tǒng)模型

專家系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)是以MYCIN系統(tǒng)為代表的基于規(guī)則的專家系統(tǒng)[14-15],包括知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、人機接口、解釋程序和知識庫獲取程序。基于知識的汽車維修診斷系統(tǒng)采用這類結(jié)構(gòu),依據(jù)汽車故障樹診斷推理規(guī)則建立動態(tài)知識庫、推理庫。通過web技術建立數(shù)據(jù)庫引擎與良好的人機界面,在計算機提示下,維修人員得以輕松快捷地進行維修工作。

1.2 維修診斷系統(tǒng)的知識模型

在建立故障診斷專家系統(tǒng)時,先根據(jù)故障特點進行分類,將每一類都盡量地細分,然后建立汽車故障診斷流程圖。知識模型的任務就是將一棵棵相互獨立或關聯(lián)的故障樹變成計算機能識別并能存儲和查詢的形式。這需要利用數(shù)據(jù)庫對知識節(jié)點進行編碼,盡最大可能避免知識之間的交叉沖突,做到知識結(jié)構(gòu)樹從根到葉的暢通,見圖2所示。

圖2 汽車診斷維修故障樹層次

定義維修知識節(jié)點為四元組KN={KL,KT,Ko, Kc}。其中:KL為知識層次,{父節(jié)點,子節(jié)點,相近節(jié)點};KT為知識類別,{流程型知識,概念型知識,選擇型的規(guī)則知識};Ko為知識節(jié)點編碼,{存儲知識節(jié)點編碼,流程節(jié)點對應編碼};Kc為可能沖突的知識節(jié)點,{父節(jié)點,子節(jié)點,相近節(jié)點}。

將每一個知識節(jié)點定義為一個類,在汽車診斷故障樹知識存儲系統(tǒng)中,我們采用網(wǎng)絡本體語言OWL (Web Ontology Language)語言來表示知識的結(jié)構(gòu),知識庫由多個OWL文檔構(gòu)成,而OWL作為XML文檔,是一種樹形狀態(tài)文件,樹的每一個節(jié)點都是一個XML元素。元素與元素之間的關系為父子關系或者是兄弟關系。將知識節(jié)點與知識節(jié)點之間關系定義為一個矩陣,例如,有n個知識節(jié)點,那他們之間的關系可以表示為:

節(jié)點之間為強耦合狀態(tài),則表明兩個知識節(jié)點存在強關系;相應的,如果節(jié)點之間關系是中耦合程度,則表明兩個知識節(jié)點之間存在中關系;若兩個節(jié)點存在弱耦合,則表明兩知識節(jié)點為弱關系。

1.3 維修系統(tǒng)的知識獲取、擴充、更新

知識庫和綜合數(shù)據(jù)庫建立后,需要將專家經(jīng)驗知識和規(guī)則不斷地加入到數(shù)據(jù)庫,使用者應能實時地獲取維修知識,并在實踐中驗證、反饋,在一定權限和機制控制下進行擴充和更新,見圖3所示。

圖3 汽車診斷維修知識庫獲取、更新與升級

當維修人員將自己的隱性知識升級為系統(tǒng)中的某一個知識節(jié)點的時候,在系統(tǒng)中添加某一節(jié)點或者完善某一節(jié)點的內(nèi)容。整個知識數(shù)據(jù)庫隨著如此不斷進行升級和進化之后,基于知識導航的汽車故障診斷系統(tǒng)才能更有效地將相關的知識推送至汽車維修過程節(jié)點。

2 基于知識導航汽車維修診斷系統(tǒng)應用

汽車維修人員在選擇相應的知識模塊對汽車進行維修診斷過程中,只需要通過推送來的知識節(jié)點就可以完成簡單的維修操作。通過CAD軟件對汽車構(gòu)造進行可視化的建模,以及使用J2EE建立知識庫查詢?nèi)藱C交互Web界面,使用MySQL作為其結(jié)構(gòu)化知識的數(shù)據(jù)庫。

例如,系統(tǒng)在識別出汽車點火系常見故障現(xiàn)象時。選擇相應車型后進入基于知識導航的汽車維修專家系統(tǒng)診斷界面,如圖4所示,使用者可根據(jù)故障部位、現(xiàn)象或自定義查詢,按“Repair Navigate”,在系統(tǒng)中的提示下逐步進行診斷,同時系統(tǒng)逐步推送相應的知識,指導使用和維修人員進行維修操作。維修人員將維修經(jīng)驗更新到專家系統(tǒng),以擴充維修知識庫,通過一定次數(shù)升級與進化后,可正式成為系統(tǒng)的基本知識節(jié)點數(shù)據(jù),使得汽車維修系統(tǒng)專家系統(tǒng)就有了自我學習功能和擴充、更新能力。

實踐證明本系統(tǒng)形象直觀,維修針對性強,開放性好。該系統(tǒng)的進一步開發(fā),可以替代原來的維修手冊,從而提高維修服務質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖4 基于知識的汽車維修診斷系統(tǒng)界面

3 結(jié) 論

基于知識導航的汽車維修與診斷系統(tǒng)主要在下列幾個方面做出了創(chuàng)新。

(1)利用現(xiàn)有的知識庫,建立知識規(guī)則,對知識進行推送,有效地提高汽車維修效率。

(2)汽車維修與診斷系統(tǒng)是一個開放式的系統(tǒng),它具有自我進化的能力,知識經(jīng)過不斷地更新和完善,使用越來越具有便捷性。

(3)在汽車維修行業(yè),所涉及的多學科知識很多,有效地使用KMS,將經(jīng)驗知識進行分類與管理,有效地提升企業(yè)的軟實力。

基于知識導航的汽車維修與診斷系統(tǒng)未來可從以下幾方面進一步進行完善。

(1)將知識進行有效地分類,使用數(shù)據(jù)挖掘,分析其中的規(guī)律與規(guī)則,建立更有效地知識推送技術。

(2)將管理過程的知識和流程節(jié)點進行整合,建立基于流程的知識推送方法。

(3)使用本體技術,將知識進行本體化,有效分割,從而有效地建立知識節(jié)點的劃分。

[1] Valarie A.Zeithaml,Leonard L.Berry,and Parasuraman,A.The nature and determinants of customer expectations of service[J]. Journal of the Academy of Marketing Science,1993,12(1):1-12.

[2] Verma Rohit.An empirical analysis of management challenges in service factories,service shops,mass services and professional services[J].Journal of Service Management,2000,11(1):8-25.

[3] 徐兆松.汽車故障診斷專家系統(tǒng)研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學, 2003.

[4] 趙牧原,馮金芝.基于集成化的汽車故障診斷技術研究[J].制造業(yè)自動化,2014(3):24-28.

[5] 裘玉平.車載網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與診斷技術研究[D].西安:長安大學,2007.

[6] Liang S.Janus.A Web-based automotive refrigeration trouble shooting system applying knowledge engineering approach[J].Computers in Industry,2010,61(1):29-43.

[7] 張麗莉,儲江偉,強添剛,等.現(xiàn)代汽車故障診斷方法及其應用研究[J].機械研究與應用,2008(1):8-16.

[8] 蔡國銳,張 雷.汽車故障自診斷及故障診斷技術[J].機械研究與應用,2005(4):12-13.

[9] 張緩緩,肖 乾.虛擬裝配技術在汽車變速箱設計中的應用[J].機械研究與應用,2004(4):45-46.

[10] 許心遠.淺談汽車發(fā)動機智能故障診斷技術[J].機械研究與應用,2009(1):110-112.

[12] 金有娟.基于虛擬儀器技術的汽車儀表盤設計[J].機械研究與應用,2012(6):135-137.

[13] N.Vargas Hernandez,G.Okudan Kremer,L.C.Schmidt.Acosta Herrera.Development of an Expert System to Aid Engineers in the Selection of Design for Environment Methods and Tools[J].Expert Systems with Applications,2012(39):9543-53.

[14] Jin Ping Wang.Analysis in the Mercedes-Benz Automotive Fault Diagnosis[J].Applied Mechanics and Materials,2013(273):604-08.

[15] Long Kan.Research on Knowledge Navigation Technology Supporting Complex Product Design[D].Zhejiang University,2011.

[16] Peng Li,Si-Feng Liu,Zhi-Geng Fang.Interval-Valued Intuitionistic Fuzzy Numbers Decision-Making Method Based on Grey Incidence Analysis and Mycin Certainty Factor[J].Control and Decision,2012(27):1009-14.

Research on Methods of Vehicle Repair Diagnosis System Based on Knowledge Navigation

FANG Xiao-fen,LUO Fang-zan,ZHENG Li-hui
(Mechanic and Electronic Engineering,Quzhou College of Technology,Quzhou Zhejiang 324000,China)

Customer satisfaction of the automobile after-sale service enterprises is under the influence of auto efficient maintenance.However,the car repair is one iterative process of finding a solution according to the fault phenomena.The traditional methods which are basically based on the artificial experience consume long time.It is required to establish the knowledge base model and the inference base model as well as to develop the knowledge-based auto repair diagnostic system through the integration of the auto repair experience and the repair process.Afterwards,the repair time can be shortened and the repair complexity can be reduced.Then,the rapid repair and the efficient service will be achieved.

knowledge management;vehicle maintenance;inference;repair diagnostic system

G642

A

1007-4414(2015)05-0056-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.018

2015-07-06

方曉汾(1985-),男,浙江衢州人,碩士,研究方向:企業(yè)信息化、數(shù)字化設計等。