車載電子設備故障診斷專家系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)分析

柳彥宇

摘要：針對電子設備的故障診斷，提出一種專家系統(tǒng)，在介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎上，對系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)進行深入分析，旨在為實現(xiàn)預期的診斷目標提供可靠參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電子設備;故障診斷;專家系統(tǒng)

中圖分類號：TP182 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0153-02

0 引言

長期以來，車載電子設備的故障維修主要依賴維修人員的實踐經(jīng)驗和專業(yè)水平， 隨著電子設備復雜程度越來越高，目前的維修手段已無法滿足車載電子設備的故障維修需求。專家系統(tǒng)在人工智能領域是最為重要與活躍的應用方式，采用專家系統(tǒng)能對車載電子設備進行故障診斷，確定故障的產(chǎn)生位置、原因，是解決設備故障診斷分析處理問題的有效途徑。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于專家系統(tǒng)，它是包含各項基礎知識與推理過程的系統(tǒng)，系統(tǒng)所用程序軟件都具有和專家相當?shù)南嚓P(guān)專業(yè)知識與經(jīng)驗水平，并且還能對問題進行分析分析。專家系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：其一，專家知識庫;其二，數(shù)據(jù)庫;其三，推理功能模塊;其四，解釋功能模塊;其五，人機接口功能模塊。其中，專家知識庫為獨立實體，囊括了和需要解決的問題有關(guān)的事實與規(guī)則，可采用相關(guān)程序來提取與管理;數(shù)據(jù)庫的主要功能在于對所有原始特征數(shù)據(jù)進行存儲，并能存儲不同的中間信息與將問題解決之后產(chǎn)生的結(jié)果信息;推理功能模塊在專家系統(tǒng)中屬于組織控制部分，它能以輸入數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合專家知識庫存儲的知識，嚴格按照相關(guān)策略來推理，實現(xiàn)預期的目標;解釋功能模塊可以對推理的過程進行解釋，通過對特征信息的提取，得出推理結(jié)論;對于人機接口功能模塊，還可稱作用戶界面，為系統(tǒng)與用戶之間的相互信息交換提供重要媒介，采用用戶熟悉的方式和用戶實現(xiàn)交互，將用戶輸入的各類信息轉(zhuǎn)換為和系統(tǒng)對應的表達形式，再利用系統(tǒng)部件來處理，將系統(tǒng)內(nèi)部各項信息真實且準確的顯示給系統(tǒng)用戶[1]。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 知識庫

（1）知識獲取。在專家系統(tǒng)中，專家知識為核心所在。在知識庫當中，知識儲備與質(zhì)量在很大程度上決定了系統(tǒng)問題解決能力。在建立知識庫時，一般要經(jīng)歷以下兩個階段：第一階段為訪問專家，第二階段為機器學習。在第一階段時，通過專家獲取專業(yè)知識，再對獲取到的知識予以精化處理、檢查與驗證，然后將完成處理的知識作為后續(xù)機器學習重要材料;在第二階段時，主要是將知識存儲至知識庫當中?；诖?，專家系統(tǒng)采用的知識獲取途徑依然為機械記憶學習，也就是由相關(guān)工程時在文獻資料當中獲取系統(tǒng)需要的所有知識，采用適宜的形式來表達，由知識編輯器來編輯，最后輸入到相應的知識庫當中[2]。

（2）知識表達。因故障征兆與產(chǎn)生原因之間相互關(guān)系比較復雜，故障診斷方面的知識存在模糊性，所以要采用兩種方式對知識進行表示，即一般與模糊產(chǎn)生式兩種規(guī)則。對于一般規(guī)則，其前提條件與結(jié)論存在與二值邏輯相符合的因果關(guān)系，而對于模糊規(guī)則，充分結(jié)合了一般規(guī)則和模糊數(shù)學，將隸屬度引入至對模糊知識的具體表示。不同規(guī)則對應的結(jié)論都會附加可信度，可將其稱作規(guī)則強度，它的閾值是（0，1）。完成推理后獲得結(jié)論，若可信度可以滿足要求，則認為所得的結(jié)論是成立的，相反，如果可信度不滿足要求，則認為所得的結(jié)論不成立[3]。

2.2 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫的主要作用在于對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)記錄和原始特征數(shù)據(jù)進行存儲，依然采用表的形式來表示，主要包括兩個部分，即靜態(tài)與動態(tài)數(shù)據(jù)庫。其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫主要存儲和模糊數(shù)據(jù)處理存在一定關(guān)聯(lián)的所有參數(shù)，而動態(tài)數(shù)據(jù)庫主要存儲設備的異常狀態(tài)及故障記錄信息。在系統(tǒng)接收到由采集模塊采集到的各類信息數(shù)據(jù)以后，可以把它們寫入到實測值表當中，對它和現(xiàn)有信號數(shù)值實施對比，若兩者不一致，可生成異常狀態(tài)數(shù)據(jù)表，包含各類異常信號。以異常狀態(tài)表為依據(jù)，對知識庫當中記錄的規(guī)則表與實例表進行查詢，將通過推理獲得的診斷結(jié)果臨時存儲于故障記錄表當中，為之后的查詢和打印做好準備。在程序初始化的過程中，均需要重新建立數(shù)據(jù)庫，用于對異常狀態(tài)及故障記錄進行存儲。

2.3 推理模塊

推理模塊以知識庫為基礎建立，根據(jù)故障現(xiàn)象，對故障產(chǎn)生原因與影響范圍進行推演，并制定故障排除策略。系統(tǒng)主要采用三種知識來表達。具體的實現(xiàn)過程當中，先以從數(shù)據(jù)庫當中發(fā)送的不同信息為依據(jù)，建立征兆集合，開始以規(guī)則和案例為基礎的獨立推理，確定故障產(chǎn)生征兆與提示，然后根據(jù)推理機制，確定具體的隸屬度，最后將推理的結(jié)果表示成模糊子集。

2.4 解釋程序

解釋程序的作用在于返回問題答案，專家系統(tǒng)主要通過預置文本來解釋。執(zhí)行目標時，生成相應的解釋信息，模糊量需轉(zhuǎn)化成適宜的修飾詞。在用戶詢問以后，僅需將解釋信息寫入到解釋框架當中，同時組織形成適宜的文本，并提交到用戶界面，最終在程序界面上進行顯示。

3 故障診斷流程

在故障診斷時，用戶首先通過人機接口功能模塊輸入故障征兆，專家系統(tǒng)根據(jù)匹配規(guī)則，自動在專家知識庫中查找典型故障案例，若找到相似的案例，則指導用戶根據(jù)案例的提示進行維修。若否，則進一步根據(jù)故障現(xiàn)象，對故障產(chǎn)生原因與影響范圍進行推演，給出故障檢測的方法和流程，指導用戶一步步完成故障診斷，當故障被排除后，系統(tǒng)自動保存故障診斷的方法，生成典型故障案例，并保存到專家知識庫中。流程如圖1所示。

4 結(jié)語

綜上所述，專家系統(tǒng)能根據(jù)相關(guān)專家知識與經(jīng)驗對設備實際狀態(tài)進行分析和診斷，確定故障原因，并能保證診斷結(jié)果的可靠性與效率，減少設備維修方面的成本，降低維修難度。

參考文獻

[1] 賈麗姣，左向梅，邱勇.試驗機改裝中液冷系統(tǒng)的常見故障及排除方法[J].機械研究與應用，2020，33（1）：161-163.

[2] 孟憲坤.基于人工智能的發(fā)射機遠程故障診斷系統(tǒng)的研究及應用[J].廣播電視信息，2018，10（11）：82-85.

[3] 謝曉敏，孫雁南，曾勇，等.機載電子設備TCAS系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)[J].新鄉(xiāng)學院學報，2016，33（12）：57-62.