民用航空器基于案例推理的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李誠(chéng) 桂曉亮 李婷婷 王小瑩

摘 要：所謂案例推理，簡(jiǎn)稱CBR，指的是推理過程中基于案例的一種技術(shù)，屬于類比、相似推理法，主要借助知識(shí)庫(kù)的訪問，尋找以往相同問題解決的方案，從而得到解決現(xiàn)有問題的方案。也就是通過經(jīng)驗(yàn)或者舊案例將全新問題解決并進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)新情況、異常情況進(jìn)行理解和解釋。該文將從當(dāng)前案例推理的概況出發(fā)，以案例推理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析與探究，希望為機(jī)務(wù)維修人員提供一些幫助和建議，更好地為民用航空器設(shè)計(jì)故障診斷的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計(jì)；故障診斷；案例推理

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)在維修民用航空器的過程中，主要借助零部件有關(guān)的完備理論展開定時(shí)維修，沒有借助設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控應(yīng)視情況維修。因經(jīng)驗(yàn)具有不能共享、無法存儲(chǔ)等特點(diǎn)，導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)會(huì)伴隨專業(yè)人員退休等原因逐漸流失，在一定程度上限制我國(guó)民航的維修技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。因此，研究以案例推理為基礎(chǔ)的故障診斷系統(tǒng)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前案例推理的概況

對(duì)于CBR來講，同一問題求解與描述使用同一案例進(jìn)行表示，而案例庫(kù)能夠?qū)θ祟惔竽X記憶展開模擬，把有關(guān)的舊案例、舊經(jīng)歷進(jìn)行了存儲(chǔ)，案例自身能夠借助對(duì)象、框架、規(guī)則、節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，知識(shí)庫(kù)根據(jù)特定模式對(duì)存儲(chǔ)的案例進(jìn)行組織，當(dāng)有需要時(shí)將其取出即可?？陀^來說，CBR能夠借助以往事例，將不能表達(dá)、表達(dá)較難的知識(shí)領(lǐng)域問題有效解決，由于其自我學(xué)習(xí)能力、推理能力較強(qiáng)，因此為民航的情報(bào)處理提供了便利。

2 以案例推理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)

2.1 案例表示

在整個(gè)故障診斷的系統(tǒng)之中，案例表示過程是診斷系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，格式會(huì)對(duì)知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大影響，還會(huì)影響到案例推理方法和形式。一般來說，案例表示需要符合問題內(nèi)容、問題形式，案例通常會(huì)提供完整的問題解決方案，屬于一種處理模式或解決議案。對(duì)于民用航空器中故障診斷的系統(tǒng)來講，案例表示的問題描述需要表達(dá)出產(chǎn)生航空器故障的現(xiàn)象、時(shí)間與系統(tǒng)等，故障描述屬性對(duì)確定故障類型具有決定性作用，由此我們可以看出，在故障診斷的系統(tǒng)之中，故障描述比故障類型的優(yōu)先級(jí)更高。

民用航空器診斷故障的過程繁瑣、復(fù)雜，并且功能具有多樣性，使其容易產(chǎn)生各種故障。CBR的系統(tǒng)內(nèi)不具備通用案例表示功能，往往是以特定問題領(lǐng)域的分析為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列選擇，對(duì)當(dāng)前不同知識(shí)的表述進(jìn)行修改與綜合。

2.2 案例組織

在民用航空器之中，具有多種多樣的功能系統(tǒng)。象發(fā)動(dòng)機(jī)包括排氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)與潤(rùn)滑油路系統(tǒng)等。這樣一來，若表述案例時(shí)采用相似組織結(jié)構(gòu)，會(huì)延長(zhǎng)檢索數(shù)據(jù)案例的過程與時(shí)間，無法完整、全面地刻畫出故障診斷領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，也無法符合故障診斷的系統(tǒng)在案例推理時(shí)需要的知識(shí)。因此，應(yīng)以層次結(jié)構(gòu)來組織民用航空器中故障的案例，該方法有利于案例重組的實(shí)現(xiàn)。

在CBR的系統(tǒng)之中，故障案例能夠根據(jù)故障系統(tǒng)來分類，若系統(tǒng)相同，則案例通常存在共性的特征，要想表示出此種故障案例，可以構(gòu)建一個(gè)民航案例庫(kù)結(jié)構(gòu)組織。其中，底結(jié)點(diǎn)是故障實(shí)例，既包括故障處理舉措，又包括故障案例屬性特征，這一結(jié)構(gòu)是提供給案例檢索較快的索引方法。

2.3 案例匹配

匹配故障案例指的是在具有故障案例或是舊案例之中，尋找近似、類似于全新案例的故障案例，要想做好數(shù)量上的比較，應(yīng)將相似度作為歷史案例、新案例兩者的相似性度量，降低匹配案例的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，人們對(duì)案例相似度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，普遍選取最鄰近法，該方法能夠比較案例庫(kù)的案例和當(dāng)前輸入案例，對(duì)案例相似度進(jìn)行求解，如果存在超過閾值的案例則呈獻(xiàn)給用戶。

2.4 案例存儲(chǔ)和案例測(cè)試

經(jīng)過一系列的匹配算法之后，就能夠在案例庫(kù)里面尋找到和當(dāng)前案例匹配度較高的案例，提供給民航工作人員維修、故障排除所需的方向與指導(dǎo)。如果經(jīng)過具體的操作與測(cè)試發(fā)現(xiàn)該方案不能將故障有效排除，就要通過案例排故措施與指導(dǎo)方案展開一系列的修正，然后把它當(dāng)成全新案例加以存儲(chǔ)，再將這個(gè)全新案例和案例庫(kù)案例進(jìn)行匹配，如果相似度不高，說明這個(gè)全新案例較為新穎，需要在獲取解決該案例的措施后存儲(chǔ)這一全新案例。部分案例庫(kù)里的案例和解決的措施會(huì)伴隨民用航空器的不斷改裝而降低其參照性，對(duì)于這些案例應(yīng)定時(shí)刪除、更新。

舊案例刪除、更新與全新案例保存的工作能夠持續(xù)完善案例庫(kù)，同時(shí)，更新案例庫(kù)需要遵守相應(yīng)原則，防止案例庫(kù)發(fā)生萎縮或膨脹，妨礙民用航空器之中故障診斷系統(tǒng)的案例推理過程。為了有效維護(hù)案例庫(kù)，應(yīng)遵循2個(gè)方面的內(nèi)容。一方面，更新案例時(shí)，需要添加全新的案例，相似度是其添加的主要指標(biāo)，如果匹配全新案例的相似度指標(biāo)非常低的時(shí)候，用戶就可以決定全新案例是否需要添加到案例庫(kù)中。案例匹配的實(shí)際狀況包括3種，一是X=1，此時(shí)全新數(shù)據(jù)完全匹配，二是0

另一方面，刪除案例主要針對(duì)更新現(xiàn)有案例，故障案例檢索率與成功率是其基本指標(biāo)。若案例存在較低的檢索率，說明這一案例具有較少的屬性特征，應(yīng)合理化地變化與修正這一案例，若案例存在較高的檢索率，說明解決這一案例的舉措和民用航空器有較大誤差存在，那么該案例就不能有效指導(dǎo)民用航空器故障診斷與排除的過程。這樣一來，故障診斷的系統(tǒng)能夠在已經(jīng)明確的時(shí)間間隔之中檢索案例庫(kù)，刪除掉檢索率和成功率低的故障案例，或是修正檢索率低的故障案例屬性特征。

2.5 診斷流程

具體操作流程為：首先，用戶按照民用航空器記錄和自身作出的判斷，把民用航空器的故障當(dāng)成全新案例輸入到案例庫(kù)之中，可適當(dāng)人為地針對(duì)故障開展故障現(xiàn)象的特征提取。若用戶不能或是忘記進(jìn)行故障現(xiàn)象的故障特征的提取，那么故障診斷的系統(tǒng)能夠?qū)⑻卣骷頌榛A(chǔ)，借助相應(yīng)算法來提取故障現(xiàn)象的特征。其次，在用戶輸入全新案例之后，故障診斷的系統(tǒng)能夠按照用戶的ATA章節(jié)號(hào)輸入來進(jìn)行對(duì)應(yīng)子案例庫(kù)的搜索，使相應(yīng)案例具有的故障特征得以提取，然后對(duì)案例庫(kù)里不同案例和全新案例之間的相似度進(jìn)行計(jì)算，按照相似度具體大小狀況，將超過閾值的案例輸出，提供計(jì)算機(jī)和用戶的交互接口，使用戶對(duì)相似、類似于當(dāng)前案例的形式充分明確并進(jìn)行故障診斷工作。故障診斷的系統(tǒng)能夠按照解決近似案例的策略加以分類，并按照成功率高低來確定解決措施優(yōu)先級(jí)，隨后輸出解決方案。最后，系統(tǒng)提出排除故障方案后會(huì)詢問是否成功，實(shí)現(xiàn)添加全新案例、修改成功率等各種操作。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，研究以案例推理為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)具有十分重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前案例推理概況有一個(gè)全面的了解，以案例推理為基礎(chǔ)，從案例表示、案例組織、案例匹配、案例存儲(chǔ)和案例測(cè)試等方面設(shè)計(jì)故障診斷的系統(tǒng)，制定科學(xué)、合理的故障診斷流程，從而增強(qiáng)民用航空器在故障診斷和排除方面的有效性，促進(jìn)我國(guó)民航有關(guān)維修企業(yè)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定發(fā)展。

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