基于擴展故障樹的激光壓制裝置的故障診斷專家系統(tǒng)研究

李晶晶，韓峻峰

（1.廣西科技大學(xué)，柳州 545006；2.欽州學(xué)院，欽州 535000）

0 引言

激光壓制裝置是現(xiàn)代坦克的重要裝置，隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，將專家系統(tǒng)知識運用到激光壓制裝置上成為新的突破。專家系統(tǒng)在對設(shè)備進行故障診斷時，知識庫里的規(guī)則是從專家那里獲得的，這些規(guī)則往往具有主觀性和多樣性的特點，所以使得知識獲取成為專家系統(tǒng)的瓶頸[1,2]。由于激光壓制裝置的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，導(dǎo)致多種故障失效形式，需要進行大量的實驗進行數(shù)據(jù)獲取，建立起的故障樹也比較多，本文采用一種新的擴展故障樹分析法來實現(xiàn)故障診斷專家系統(tǒng)的知識獲取。

1 專家系統(tǒng)概述

專家系統(tǒng)就是包含大量經(jīng)驗和專門知識的智能計算機程序系統(tǒng)，它利用知識和推理過程來解決那些需要大量人類專家知識才能解決的復(fù)雜問題[3]。一個簡單的專家系統(tǒng)主要由知識獲取、知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機制、解釋機制、人機接口等模塊組成，可以用圖1來表示它們之間的相互關(guān)系。

圖1 專家系統(tǒng)的基本構(gòu)成

2 故障樹的建立

2.1 故障樹建立的方法

在對激光壓制裝置進行故障診斷時，首先確立裝置的分析診斷目標(biāo)，把它當(dāng)做故障樹的頂事件，然后找出所有能夠引起該頂事件的直接故障原因，再找出能夠直接引起這些直接故障原因的所有原因，這樣找下去，直到找不出導(dǎo)致上一層故障的原因為止。把故障樹中不能繼續(xù)進行分解的故障原因叫做故障樹的底事件，把故障樹中頂事件與底事件之間的故障原因叫做中間事件。把故障樹從上到下的所有事件用邏輯與或者邏輯或連接起來，就建立了我們需要的故障樹。其中事件用來表示設(shè)備和部件故障的狀態(tài)，邏輯門用來把事件連接起來，表示事件間的邏輯關(guān)系，所以說故障樹是一種邏輯因果關(guān)系圖。

2.2 故障樹的建樹步驟

建立故障樹是一個復(fù)雜的過程，在建樹過程中要求我們對設(shè)備進行深入而細致的分析，不僅要掌握設(shè)備每個部分的工作原理，而且還要對設(shè)備和各零部件非常的熟悉，掌握它們之間的內(nèi)在關(guān)系，從而確定系統(tǒng)發(fā)生故障的最薄弱環(huán)節(jié)[4]。如圖2所示為故障樹的建樹步驟。

圖2 故障樹的建樹步驟

2.3 故障樹的建立規(guī)則

故障樹分析是采用邏輯推理的方法對故障樹從上到下的所有事件進行分析，并用邏輯門把他們連接起來的一種方法。用邏輯門表示他們之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，能夠?qū)收蠘溥M行一層一層的深入分析，同時反映它們之間的內(nèi)在關(guān)系。要按照以下規(guī)則建立故障樹：

1）建立故障樹時，首先要對設(shè)備做深入而細致的分析，通過對設(shè)備進行大量的實驗和收集以往的歷史故障數(shù)據(jù)獲取故障知識，并根據(jù)有關(guān)文獻和手冊對其進行深入細致的研究；

2）要非常具體地定義故障樹中的每一個故障事件，明確具體是哪一個故障，由哪一個因素造成的；

3）確定故障樹的頂事件，它是建立故障樹最重要的一步，這個頂事件要保證一定能夠找到導(dǎo)致其發(fā)生的故障事件。否則，就沒有辦法對這個頂事件做下一步的分析和計算；

4）要合理的選取故障樹的邊界條件。把故障樹控制在一定的范圍之內(nèi)。否則，建立的故障樹將會沒有邊界；

5）對于故障樹的頂事件、中間事件和底事件來說，要搞清楚它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，合理選取它們的限定條件。它們的限定條件要保證不產(chǎn)生歧義，同時它們之間的內(nèi)在聯(lián)系要保證不產(chǎn)生混亂。

3 激光壓制裝置擴展故障樹的建立

為解決激光壓制裝置故障診斷為目的，在傳統(tǒng)故障樹建立的基礎(chǔ)上[5～7]，避免了傳統(tǒng)故障樹中的節(jié)點包含的信息不夠全面，建立了一種新的包含故障樹節(jié)點的故障代碼、故障描述、節(jié)點類型等擴展信息，采用擴展故障樹的方法對激光壓制裝置發(fā)生故障的類型和機理給出了合理的描述。首先根據(jù)對激光壓制裝置故障特征的研究，建立起激光壓制裝置的傳統(tǒng)故障樹，如圖3所示。

圖3 激光壓制裝置傳統(tǒng)故障樹

對激光壓制裝置傳統(tǒng)故障樹每一個節(jié)點的增加擴展信息不僅包括每一個故障節(jié)點的深層信息，還包括故障樹節(jié)點之間的因果關(guān)系，根據(jù)節(jié)點類型和位置關(guān)系可以判定節(jié)點在故障樹中所在的位置。想要建立激光壓制裝置的擴展故障樹需要在擴展故障樹節(jié)點數(shù)據(jù)庫管理過程中添加節(jié)點[8]，也就是在擴展故障樹節(jié)點列表中增加節(jié)點編號并補充相應(yīng)的節(jié)點信息，如表1所示。

表1 激光壓制裝置擴展故障樹節(jié)點信息

4 基于擴展故障樹的知識庫的建立

在已經(jīng)建立的激光壓制裝置的擴展故障樹的基礎(chǔ)上，將擴展故障樹中的節(jié)點信息轉(zhuǎn)化為專家系統(tǒng)知識庫中的知識。這里采用框架和規(guī)則相結(jié)合的表示方法來表示已構(gòu)建的激光壓制故障診斷專家系統(tǒng)知識庫中的知識。擴展故障樹的節(jié)點及其所包含的信息轉(zhuǎn)化為知識庫中的框架，擴展故障樹的邏輯關(guān)系為if[條件1]∩[條件2]∩…∩[條件n]then[框架名]的規(guī)則[9,10]，形成故障樹的層次關(guān)系和專家系統(tǒng)知識庫的邏輯關(guān)系二者相結(jié)合，從而建立激光壓制裝置故障診斷專家系統(tǒng)知識庫。

5 結(jié)束語

激光壓制裝置的擴展故障樹不僅包括造成系統(tǒng)故障的各個因素，而且包括了故障診斷過程中所需要的專家建議，以及故障樹節(jié)點之間的因果關(guān)系，這樣有效的提高了專家系統(tǒng)知識獲取能力，解決了專家系統(tǒng)知識獲取的“瓶頸”問題。

[1] 姚金國,代志龍.基于文本分析的知識獲取系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程,2011,37(2)：157-159.

[2] 任永昌,朱萍,李仲秋.一種專家系統(tǒng)知識獲取時的屬性約簡算法[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2012,22(9)：50-58.

[3] 李朋,王劍,江愛朋,姜周曙.反滲透海水淡化故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)[J].科技通報,2011,27(5)：726-731.

[4] 賈育秦,張志剛,翟大鵬.基于故障樹的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)研究[J].太原科技大學(xué)學(xué)報,2009,30(5)：401-404.

[5] 李英順,姜雙雙,佟維研,盧奭瑄.基于RETE及FTA的故障診斷專家系統(tǒng)在綜合傳動裝置中的應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動化,2013,35(8)：146-150.

[6] 李英順,姜雙雙,佟維研,盧奭瑄.基于RST及FTA的綜合傳動裝置故障診斷專家系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù).2013,9.

[7] 李英順,姜雙雙,佟維研,黃寬安.粗糙集理論在步戰(zhàn)車故障診斷專家系統(tǒng)中知識自動獲取的應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程,2013,21(18)：53-55.

[8] Xin-Hua Yao,Jian-Zhang Fu,Zi-Chen Chen.International fault diagnosis using rough set method and evidence theory for NC machine tools[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing,2009,22(5)：472-482.

[9] S.C.Liu,S.Y.Liu.An Efficient Expert System for Machine Fault Diagnosis[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,21：691-698.

[10] H.B.Jensen,R.Wisniewski.Fault Detection and Isoltion for Spacecraft Geometric Approach[Z].AIAA 2002-4955.