專家系統(tǒng)在電氣設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用

摘 要：在分析人工智能缺陷診斷必要的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個基于知識的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，并依次對系統(tǒng)的知識庫、推理機和人機接口進(jìn)行詳盡闡述，最后通過實例驗證系統(tǒng)的智能性和有效性。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；缺陷診斷；電氣設(shè)備

電氣設(shè)備在設(shè)計和使用過程中，由于人為和環(huán)境原因，會存在一定的缺陷，如斷路器跳閘設(shè)計存在的缺陷、變壓器油箱漏油缺陷、電氣設(shè)備絕緣老化缺陷等，這些缺陷如果沒有及時、正確處理，就會引起電力故障，危及電網(wǎng)運行安全，嚴(yán)重還會引起重大電網(wǎng)事故。在處理電氣設(shè)備缺陷方面，傳統(tǒng)方法是運行人員在發(fā)生設(shè)備缺陷時，根據(jù)自己的經(jīng)驗結(jié)合設(shè)備說明書、原來的設(shè)備記錄，甚至尋找廠家?guī)兔Φ仁侄尾檎胰毕菰蚝吞幚矸椒?。顯然，這種查找分析方法，既耗費大量的時間、人力和物力，也容易出錯，引起更大的電力事故。而科技的進(jìn)步，電網(wǎng)的發(fā)展，電氣設(shè)備更加復(fù)雜精密，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行更加重要，因此需要更專業(yè)人員的指導(dǎo)對設(shè)備缺陷進(jìn)行快速準(zhǔn)確處理。

作為人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最活躍的一個分支，專家系統(tǒng)始終是研究的熱點。它是在某一特定領(lǐng)域，在一定推理機制的邏輯判斷下，運用專家們的豐富知識和經(jīng)驗，對問題進(jìn)行分析和處理。本文開發(fā)的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，運用PowerBuilder開發(fā)工具，結(jié)合Access數(shù)據(jù)庫，把專家豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗存入系統(tǒng)。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備存在缺陷時，只要輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會很快顯示缺陷起因和處理方法，從而為運行人員快速、準(zhǔn)確解決問題提供有效途徑，實現(xiàn)設(shè)備缺陷診斷和處理的智能化，符合現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要。

一、電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)工作原理是根據(jù)用戶要求，以工作數(shù)據(jù)庫為出發(fā)點，在控制策略指導(dǎo)下，運用知識庫中有關(guān)知識，通過逐步推理判斷，從而實現(xiàn)求解的目標(biāo)，主要由知識庫、推理機、解釋機制和知識獲取4部分組成，其最大的特點是能運用人類專家豐富的經(jīng)驗和知識，模擬人類專家對問題進(jìn)行求解。

二、電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計

1.知識庫。知識庫是專家系統(tǒng)體現(xiàn)人工智能功能的基礎(chǔ)，關(guān)系到專家系統(tǒng)的能力，一個完整的知識庫包括4個方面：知識庫組織、知識表示、知識獲取和知識庫管理。（1）知識庫的組成。知識庫組織是對該領(lǐng)域人類專家豐富的經(jīng)驗和知識歸納、總結(jié)和分類。本系統(tǒng)知識庫的知識只要來源于關(guān)于電廠變壓器、發(fā)電機、電動機、繼電保護(hù)設(shè)備等設(shè)備及其相關(guān)輔助設(shè)備缺陷的權(quán)威著作文獻(xiàn)、專家知識經(jīng)驗，全面系統(tǒng)反應(yīng)這些設(shè)備存在缺陷的各個方面，基本涵蓋分析這些設(shè)備缺陷遇到的問題和解決方案。根據(jù)電廠電氣設(shè)備本身的特點及其相互聯(lián)系，結(jié)合相關(guān)廠家的說明，某電廠電氣設(shè)備缺陷分成5類50種，以樹的形式表示出來，在每一子樹下包含著設(shè)備不同部件、不同屬性的缺陷信息。（2）知識表示。知識表示是一組用于描述知識對象的語法和語義約定，是聯(lián)系專家系統(tǒng)與外界信息的橋梁，起到接收與傳遞的作用。知識表示方法有框架式結(jié)構(gòu)表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、面向?qū)ο蟊硎痉ā．a(chǎn)生式規(guī)則表示法的主要優(yōu)點是簡單、明了，比較符合人類的邏輯思維規(guī)律，容易理解，易于表達(dá)。目前，本系統(tǒng)中有兩百多條規(guī)則，隨著經(jīng)驗的積累和技術(shù)的進(jìn)步，知識庫中的規(guī)則將會不斷完善。（3）知識獲取。知識獲取是將求解問題的各種專業(yè)人類專家知識、經(jīng)驗或其他知識源轉(zhuǎn)換到知識庫的一種方式。目前專家系統(tǒng)的知識獲取方法主要有三種途徑：人工獲取、自動獲取和半自動獲取。該電廠專家系統(tǒng)采用半自動獲取方法，通過以自然語言交互方式與電氣設(shè)備領(lǐng)域的人類專家直接對話，以獲取知識，形成規(guī)則，構(gòu)造知識庫。為防止用戶輸入知識的隨意性，系統(tǒng)采用二級存儲方案，只有當(dāng)新知識通過試運行被證明可靠后，才將其并入知識庫，保證了知識的一致性，使系統(tǒng)的知識得以不斷的更新與補充。（4）知識庫管理。知識庫管理是為了獲取知識和管理知識提供各種操作，使專家方便對知識庫進(jìn)行擴充和完善，包括編輯、插入、修改、查詢、顯示、刪除、存貯、打印等。知識庫管理模塊由各類電氣設(shè)備缺陷類型、缺陷特征、缺陷產(chǎn)生原因、解決缺陷措施的規(guī)則及知識庫編輯和建立這5部分組成。本專家系統(tǒng)在使用過程中，知識庫是不斷隨著新知識的生成而不斷吸收、不斷擴充，具有很好的擴展性，從而使知識庫不斷更新和完善。2.推理機。推理機是專家系統(tǒng)體現(xiàn)人工智能的決定性因素，它的任務(wù)是通過選擇和使用知識庫的知識，運用適當(dāng)?shù)耐评砜刂撇呗赃M(jìn)行推理，實現(xiàn)對實際問題的求解。正向推理、反向推理、正向與反向推理相結(jié)合的混合推理是推理控制策略的三種方式，產(chǎn)生式系統(tǒng)可以采用正向推理和反向推理。根據(jù)電氣設(shè)備缺陷產(chǎn)生的特點以及人們解決電氣設(shè)備缺陷問題的習(xí)慣性思維，本系統(tǒng)采用正向推理的控制策略，正向推理是指根據(jù)缺陷產(chǎn)生的一系列現(xiàn)象出發(fā)，尋找引起這些現(xiàn)象的缺陷及其解決方案。

3.人機接口。專家系統(tǒng)的人—機接口是系統(tǒng)與用戶之間進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的紐帶，即將用戶輸入的信息翻譯成系統(tǒng)可識別的形式，將系統(tǒng)向用戶輸出的信息轉(zhuǎn)換為人類可接受的形式。本系統(tǒng)采用PowerBuilder 5.0設(shè)計的人機接口，界面非常友好。本系統(tǒng)采用菜單選擇和描寫錄入的方式向用戶獲取初始信息，用戶在菜單下選擇主設(shè)備，并根據(jù)實際情況把缺陷現(xiàn)象錄入即可。

三、系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)上面所述專家系統(tǒng)設(shè)計原理和思路，本文采用PowerBuilder 5.0開發(fā)工具，以Access數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，開發(fā)了電廠電力設(shè)備缺陷分析專家系統(tǒng)。本系統(tǒng)由缺陷類集合模塊、缺陷原因分析模塊、缺陷防止措施模塊和系統(tǒng)升級模塊構(gòu)成。缺陷集合模塊中的缺陷被分為5類50種，系統(tǒng)在工作時，根據(jù)用戶對缺陷位置、特征等現(xiàn)象的錄入，從知識庫和數(shù)據(jù)庫推出缺陷的屬性名稱。在缺陷原因分析模塊和缺陷防止措施模塊中，根據(jù)缺陷特征和環(huán)境條件，建立起各種電氣設(shè)備缺陷產(chǎn)生原因和解決方法相對應(yīng)的原因分析知識庫和防止措施知識庫，當(dāng)以某一缺陷名稱訪問時，系統(tǒng)就會從缺陷原因分析知識庫和防止措施知識庫中調(diào)用相對應(yīng)的規(guī)則，給出用戶滿意的答復(fù)。系統(tǒng)升級模塊具有為專家實現(xiàn)對知識庫的修改、調(diào)試和升級等功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的不斷完善。

四、系統(tǒng)的應(yīng)用

以發(fā)電機軸承磨損缺陷為例，用戶只需在缺陷錄入界面缺陷位置下選擇發(fā)電機，在缺陷現(xiàn)象下選擇過熱和噪聲，并在缺陷現(xiàn)象描述下進(jìn)行較具體陳述即可完成對缺陷的錄入。當(dāng)用戶在深度分析下點擊開始鍵時，專家系統(tǒng)就能迅速查詢且輸出分析結(jié)果。

五、結(jié)語

本文開發(fā)的電廠電氣設(shè)備缺陷診斷專家系統(tǒng)，全面系統(tǒng)地匯集了電廠發(fā)電機、變壓器、電動機、繼電保護(hù)設(shè)備及其相關(guān)設(shè)備缺陷的各種知識，功能完善，有效地減輕運行人員和檢修人員的工作負(fù)擔(dān)，達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]編委會.電網(wǎng)安全隱患整治嚴(yán)重危害清除及安全運行實用書[M].上海：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005.

[2]張瑩.班組設(shè)備缺陷管理[J].電力安全技術(shù)，2004（8）：52～53.

[3]蔡自興.人工智能及其應(yīng)用[M].北京清華大學(xué)出版社，1996.

[4]熊守美.球墨鑄鐵鑄件缺陷分析專家系統(tǒng)的研究[D].北京：清華大學(xué)，1992：6～8.

[5]吳泉源，劉江寧.人工智能與專家系統(tǒng)[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1995.

[6]顧曉安，候建明.專家系統(tǒng)在審計實務(wù)中的應(yīng)用[J].中國注冊會計師，2002（1）：42～44.

[7]金傳偉.航空鋁鎂鑄件缺陷分析專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].鑄造，2000（49）：488～490.

作者簡介：趙勤（1985-），女，助理工程師，現(xiàn)在黑河市黑寶山礦業(yè)有限責(zé)任公司工作。