面向操作的計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究

陳晨，陳景亮，張金石

(海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東青島266041)

面向操作的計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究

陳晨，陳景亮，張金石

(海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東青島266041)

通過對計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用狀況的研究分析，結(jié)合計算機(jī)診斷維修工作中的實踐經(jīng)驗，提出了在故障診斷專家系統(tǒng)中建立更加清晰的診斷方案與具體操作的關(guān)系映射，改造推理機(jī)工作流程，將具體操作作為直接輸出，從而增強(qiáng)專家診斷系統(tǒng)的易用性。

計算機(jī)維修；故障診斷；專家系統(tǒng)；操作；關(guān)系映射；輸出

Abstract：Through the analysis and research on the development and application of computer fault diagnosis expert system,com?bined with the practical experience in computer diagnosis and maintenance work,a clearer relation between diagnosis scheme and operation is established.The workflow of the inference engine is modified,and the operation is taken as the direct output,thus en?hancing the ease of use of the computer fault diagnosis expert system.

Key words：computer maintenance；fault diagnosis；expert system；operation；relation mapping；output

專家系統(tǒng)[1]是人工智能領(lǐng)域最活躍和最廣泛的領(lǐng)域之一[2]，隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展而日臻完善。故障診斷專家系統(tǒng)作為專家系統(tǒng)的一類典型應(yīng)用，已經(jīng)在航空、汽車、電子設(shè)備等多個領(lǐng)域取得了令人矚目的成果。然而，在計算機(jī)故障診斷和維修方向，專家系統(tǒng)的應(yīng)用卻并不廣泛。如何將專家系統(tǒng)更好的應(yīng)用到計算機(jī)故障診斷和維修工作中，有效降低維修成本，提高維修效率是有重要現(xiàn)實意義的。

1 計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

計算機(jī)技術(shù)是近幾十年來發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，工作、生活、娛樂等各個領(lǐng)域的發(fā)展無不伴隨著計算機(jī)的身影，計算機(jī)已經(jīng)成為不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)備。而與之配套的計算機(jī)故障診斷和維修的自動化技術(shù)發(fā)展速度卻并不理想?，F(xiàn)有的計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的構(gòu)建是將故障現(xiàn)象以二叉樹的形式進(jìn)行存儲，將從專家處獲取的知識和經(jīng)驗表述成規(guī)則庫，再通過推理機(jī)對故障現(xiàn)象和已有規(guī)則進(jìn)行匹配和推理，進(jìn)而獲取故障診斷結(jié)果。一些研究[3-5]在知識的獲取、規(guī)則的制定、推理的方法等方面取得了一些進(jìn)展，并給出了一些計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計方案。目前，故障診斷專家系統(tǒng)只是在檢測和修復(fù)特定操作系統(tǒng)的軟件故障上有比較成功的應(yīng)用。而涉及硬件故障，尤其是不確定性故障時，還沒有專家診斷系統(tǒng)在計算機(jī)維修行業(yè)內(nèi)有成熟的應(yīng)用。

2 計算機(jī)故障診斷與維修的關(guān)系

故障的診斷是為維修服務(wù)的，診斷故障的目的無疑是為了排除故障，使設(shè)備正常運行，在實際工作中，故障診斷和維修是無法割裂的。計算機(jī)維修的流程通常是：工程師根據(jù)用戶對故障現(xiàn)象的初步描述對故障現(xiàn)象進(jìn)行重現(xiàn)，觀察故障現(xiàn)象，根據(jù)維修的規(guī)程、維修的一般性原則和個人經(jīng)驗決定診察方案并予以實施。在完成每一步診察工序后，都會再次觀察計算機(jī)狀態(tài)發(fā)生的變化，根據(jù)設(shè)備的最新狀態(tài)，判斷操作的合理性，修正診察方案后進(jìn)行下一步操作。如此反復(fù)，直到排除故障。在排除故障后，一般還要進(jìn)行驗證操作，確認(rèn)故障現(xiàn)象已消失并且沒有其他的故障現(xiàn)象發(fā)生，計算機(jī)能夠正常運行。

從一般性的故障診斷和維修的過程來看，故障診斷和具體操作是緊密聯(lián)系的，診斷的過程就是具體操作和狀態(tài)反饋循環(huán)往復(fù)的過程，任何脫離實際操作的診斷都無法確認(rèn)其準(zhǔn)確性。對于專家來講，知識不僅僅是對故障現(xiàn)象和故障點關(guān)系映射的概率估算，還應(yīng)當(dāng)包含大量實踐工作中積累的實施具體操作的各種經(jīng)驗和技巧。對于普通用戶來講，對具體操作有明確指向的診斷專家系統(tǒng)能夠提供更為友好的人機(jī)交互功能，避免面對專家系統(tǒng)給出的方案時不知如何操作甚至產(chǎn)生誤操作。對于日后必將出現(xiàn)的由AI操縱的高自動化裝置，從診斷專家系統(tǒng)得出的方案到具體單一操作指令的轉(zhuǎn)化也是必不可少的。因此，要想使診斷專家系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用，必須將操作部分結(jié)合進(jìn)來?，F(xiàn)有的成功應(yīng)用的計算機(jī)診斷專家系統(tǒng)案例，都集中在診斷和修復(fù)軟件故障方向，由軟件替代用戶完成自動化操作，這也從側(cè)面證明了診斷專家系統(tǒng)和操作結(jié)合的重要性。

3 在專家診斷系統(tǒng)中建立清晰的診斷方案和操作的關(guān)系映射

3.1 建立操作表

根據(jù)維修工作和案例中常用的操作術(shù)語及其語義，綜合分析考慮系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)的需要，將具體操作進(jìn)行分類。將單一動作的操作歸類為基本操作，類別代碼ab；將由n個有序基本操作組成，無替代操作的一組操作歸類為簡單操作，類別代碼as；將由n個可相互替代或可有條件替代的簡單操作歸類為組操作，類別代碼ag；將由n個相關(guān)組操作組成的操作歸類為類操作，類別代碼at，多個相關(guān)類操作組成的操作同樣歸類為類操作。類操作與相關(guān)類操作或者組操作，組操作與相關(guān)簡單操作有父子層次關(guān)系，而基本操作和簡單操作都作為基本的操作單元，無邏輯上的父子關(guān)系。例如，檢查ATX電源是由檢查電源通斷、檢查電源輸出參數(shù)等一系列相關(guān)操作組成，可以歸類為類操作；檢查電源通斷可以有多種可相互替代的方法，如短接啟動線和地線、使用ATX電源測試器、更換電源(更換良好電源后，如故障現(xiàn)象消失或電氣特性明顯變化，可以直觀判斷原電源故障)等，可以歸類為組操作；更換電源雖然是由n步單一操作組成，但是此操作沒有替代方案，在表述上也不存在歧義，因此可以歸類為簡單操作。操作表的設(shè)計如表1所示。

表1

3.2 建立診斷方案與操作的關(guān)聯(lián)

計算機(jī)故障的診斷和維修是按步驟進(jìn)行的，所有的維修方案和已有案例都可以看做基于某些規(guī)則約束下的有限個操作的有序集合。傳統(tǒng)的專家診斷系統(tǒng)把規(guī)則描述為：

IF(故障現(xiàn)象1邏輯運算符故障現(xiàn)象2邏輯運算符…)

THEN(可能的方案1，可能的方案2，…),

為了更清晰的建立診斷方案與具體操作的關(guān)系映射，將規(guī)則描述改為：

IF(故障現(xiàn)象1邏輯運算符故障現(xiàn)象2邏輯運算符…)

THEN(操作1，操作2…操作N，…)

在診斷維修的方案(案例)表中增加操作方案字段，將診斷維修方案中操作部分抽取出，對應(yīng)操作表中的操作，以操作序列的形式存儲到字段中；對于已有案例，可以結(jié)合操作名稱表中的名稱描述進(jìn)行語義分析，提取其操作部分形成操作序列。通過方案表中的規(guī)則條件、方案描述和操作方案三個字段建立診斷方案與操作的清晰關(guān)系映射。通過操作表中描述的各操作間的層次關(guān)系，可以方便地實現(xiàn)方案與分步驟單一(簡單)操作的關(guān)系映射。

4 基于操作的推理流程

根據(jù)用戶輸入的故障現(xiàn)象抽象得到故障邏輯規(guī)則，利用已知故障邏輯規(guī)則在推理機(jī)中匹配出多條可能的診斷方案，排序后選取實施方案，根據(jù)實施方案的操作序列進(jìn)行操作，完成當(dāng)前操作步驟后，獲取操作的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果決定繼續(xù)執(zhí)行下一操作或修正原故障邏輯并用新產(chǎn)生的邏輯規(guī)則再次進(jìn)行推理，如此循環(huán)，直至滿足系統(tǒng)退出條件?；诓僮鞯耐评砹鞒倘鐖D1所示。

圖1

基于操作的推理流程的退出條件是某操作完成后故障消失或者用最新的故障邏輯無法推理出可行性方案。

4 結(jié)束語

通過對計算機(jī)維修工作和現(xiàn)有計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的研究，提出了在現(xiàn)有故障診斷專家系統(tǒng)的基本架構(gòu)上建立更清晰的操作與專家經(jīng)驗的關(guān)系映射，將具體操作作為推理機(jī)的輸出，這種方式能夠有效降低普通用戶在使用故障診斷專家系統(tǒng)的時間成本，提高維修效率，有利于故障診斷專家系統(tǒng)的普及。在數(shù)據(jù)爆炸的今天，海量的維修案例可以作為學(xué)習(xí)的樣本和專家知識資源，如何更高效的從案例樣本中提取規(guī)則和操作序列，如何科學(xué)的選取實施方案，都是下一步需要重點研究和解決的問題。

[1]Feigenbaum E A，Panel：History of AI research1956-1961：proe.Of the 6th IJCAI[C].Tokio,1979:1103-1105.

[2]蔡自興，Durkin J,龔濤.高級專家系統(tǒng)：原理、設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2006.

[3]陸奎,李濤.基于人工智能的計算機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代計算機(jī)：專業(yè)版,2008(1)：118-121.

[4]濮逸佳,杜宏偉.S基于本體和規(guī)則的計算機(jī)故障診斷研究[J].電子設(shè)計工程,2013,21(8)：22-26.

[5]劉放美,王扣金,蔡增玉,等.基于可信度的計算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)[J].計算機(jī)時代,2015(11)：12-15.

Research on an Operational Oriented Expert System for Computer Fault Diagnosis

CHEN Chen,CHEN Jing-liang,ZHANG Jin-shi
(Naval Aeronautical University(Qingdao Campus),Qingdao 266041,China)

TP18

A

1009-3044(2017)24-0082-02

2017-07-10