煤礦采煤機(jī)故障診斷系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)設(shè)計(jì)

康麗瑩

摘 要：為了提高煤礦采煤機(jī)故障排除能力，設(shè)計(jì)了一套故障診斷系統(tǒng)，重點(diǎn)針對(duì)知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)展開了設(shè)計(jì)，本研究對(duì)后續(xù)的采煤機(jī)故障診斷整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)一步完善奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);故障診斷;知識(shí)庫(kù);推理機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.076

1 故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

采煤機(jī)是煤礦井下生產(chǎn)的主要設(shè)備，型號(hào)種類較多、故障現(xiàn)象差別很大，采煤機(jī)在故障診斷過(guò)程中，針對(duì)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍窄，所以探索一種適用于各種類型采煤機(jī)的故障診斷方法就顯得尤為重要。不僅可以在設(shè)備檢修故障過(guò)程中提供指導(dǎo)，還有助于故障的快速排查，提高檢修效率，在煤礦安全生產(chǎn)中有重要意義。

故障診斷專家系統(tǒng)，是較為有效的故障分析和診斷的方法。故障診斷專家系統(tǒng)是在人們長(zhǎng)年累月的故障分析和診斷的過(guò)程中，通過(guò)知識(shí)的和經(jīng)驗(yàn)的積累而得到的。雖然故障診斷專家系統(tǒng)存在著很多的優(yōu)點(diǎn)，但其也存在設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)不夠全面的問(wèn)題，所以我們需要故障樹分析方法來(lái)進(jìn)行輔助，通過(guò)對(duì)故障的全面分析，設(shè)計(jì)出故障診斷模型，克服了系統(tǒng)知識(shí)不夠全面的問(wèn)題，提高了故障診斷的效率，再結(jié)合故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行判斷，這是一種有效簡(jiǎn)便的故障診斷方法。

2 故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，必須完成8個(gè)主要功能模塊，分別是：數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，包括綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理;知識(shí)庫(kù)模塊，包括知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取和維護(hù);數(shù)據(jù)模塊，包括推理機(jī)、解釋機(jī)和人機(jī)接口。采煤機(jī)的故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采煤機(jī)的故障診斷系統(tǒng)的工作原理，首先是專家運(yùn)用人機(jī)接口，通過(guò)故障診斷系統(tǒng)的知識(shí)獲取和維護(hù)，將相關(guān)的維修知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)輸入到知識(shí)庫(kù)中，并可進(jìn)行知識(shí)的修改、維護(hù)等方面的操作。其次是用戶運(yùn)用人機(jī)接口，輸入故障的特征，專家系統(tǒng)對(duì)故障特征進(jìn)行判別，推理機(jī)通過(guò)知識(shí)庫(kù)中規(guī)則的調(diào)用和載入等操作，通過(guò)解釋機(jī)將知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)反饋給用戶。最后，可以通過(guò)反饋的知識(shí)對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行維修操作。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)故障診斷結(jié)果、知識(shí)、推理規(guī)則等方面的內(nèi)容。

2.2 故障診斷系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的建立

采煤機(jī)故障診斷系統(tǒng)的建立，首先是要在所有事件選出故障樹的頂事件，頂事件是解決所有問(wèn)題的目標(biāo)，然后將其他事件的信息輸入到知識(shí)庫(kù)中，并按照推理機(jī)的要求對(duì)其他事件進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)化，再根據(jù)故障樹的分析結(jié)果，將所有節(jié)點(diǎn)信息都輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只對(duì)應(yīng)一種失效方式，在診斷過(guò)程中，只需要按照故障樹自上而下的分析方法，對(duì)故障進(jìn)行分析推理即可。

在故障診斷系統(tǒng)中直接運(yùn)用故障樹分析法，往往存在著信息缺失的現(xiàn)象，這不能滿足對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行快速診斷的需求，所以需要對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。在原有故障樹分析法分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，增加了故障代號(hào)、節(jié)點(diǎn)信息和重要度等信息。故障樹中的頂事件是根節(jié)點(diǎn)，是最不應(yīng)該發(fā)生的故障狀態(tài)，葉節(jié)點(diǎn)是故障發(fā)生的各種基本原因，中間節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)。故障樹分析后得到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)間關(guān)系、重要度和故障描述等深層次的信息，所以將故障樹分析法運(yùn)用到采煤機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的工作效率，解決知識(shí)庫(kù)在知識(shí)獲取上存在的信息不全的問(wèn)題。

運(yùn)用故障樹分析方法，將節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行補(bǔ)充，在此基礎(chǔ)上再將相關(guān)的節(jié)點(diǎn)信息，運(yùn)用框架和規(guī)則結(jié)合的方式輸入到知識(shí)庫(kù)中。使得故障樹的層次關(guān)系和知識(shí)庫(kù)的邏輯關(guān)系相結(jié)合，從而建立系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。

2.3 故障診斷系統(tǒng)的推理機(jī)設(shè)計(jì)

故障診斷系統(tǒng)的推理機(jī)，在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都是極其重要的部件，它的實(shí)質(zhì)就是在故障發(fā)生后，通過(guò)人機(jī)接口接受到的信息，要按照推理機(jī)的調(diào)用規(guī)則對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行調(diào)用，并采用廣度和深度上的搜索方法，通過(guò)定性和定量分析，找到故障節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)會(huì)隨著搜索次數(shù)的增加而相應(yīng)的提高，以便可以快速有效的得到推理結(jié)果。

推理機(jī)的推理過(guò)程是：第一步，先針對(duì)輸入的故障特征，按照重要度的順序進(jìn)行廣度搜索，搜索到的框架與故障特征進(jìn)行對(duì)比，如果對(duì)比不成功，繼續(xù)進(jìn)行廣度搜索，如果對(duì)比成功，則在增加框架重要度的同時(shí)，進(jìn)行深度上的搜索;第二步，確定框架是否已經(jīng)遍歷，如果沒(méi)有，則繼續(xù)做深度搜索直到遍歷為止，如果確定是最后一個(gè)框架，就可以確定故障和維修辦法，完成推理。

3 結(jié)論

本章結(jié)合故障診斷專家系統(tǒng)和故障樹分析方法，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)的機(jī)械故障進(jìn)行分析，來(lái)有效解決故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)不夠全面的問(wèn)題，并且為采煤機(jī)的機(jī)械故障檢修提供了一種有效簡(jiǎn)便的故障診斷方法。

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