基于Android系統(tǒng)的油氣管道施工設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的研發(fā)

杜磊

摘要：基于Windows的油氣管道施工設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的研發(fā)，有效的提升了油氣管道施工設(shè)備完好率，但不便攜帶的情況給現(xiàn)場使用帶來了一定的困難。為此，筆者通過與現(xiàn)場人員溝通，在滿足現(xiàn)場應(yīng)用的提前下，研發(fā)了基于Android系統(tǒng)的油氣管道施工設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研發(fā)有效解決原系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用不便的難題。

Abstract： The development of a Windows-based expert system for fault diagnosis of oil and gas pipeline construction equipment has effectively improved the intact rate of oil and gas pipeline construction equipment， but the inability to carry it has brought certain difficulties to field use. To this end， the author developed a fault diagnosis expert system for oil and gas pipeline construction equipment based on the Android system by communicating with on-site personnel and meeting the on-site application in advance. The development of this system effectively solved the problem of inconvenient field application of the original system.

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng);故障診斷;專家系統(tǒng);油氣管道施工設(shè)備

Key words： Android system;fault diagnosis;expert system;oil and gas pipeline construction equipment

中圖分類號：TP182;TP311.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0211-02

0? 引言

二十世紀中期，專家系統(tǒng)被成功開發(fā)出來，經(jīng)歷了數(shù)十年的理論開發(fā)和實際應(yīng)用，專家系統(tǒng)技術(shù)越發(fā)的成熟，石油、石化、能源、機械、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均能發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)的成果應(yīng)用，目前專家系統(tǒng)已成為人工智能開始走向?qū)嵱没臉酥局?。作為專家系統(tǒng)應(yīng)用的一個重要應(yīng)用方面，故障診斷技術(shù)在引用專家系統(tǒng)技術(shù)后，使得工程的安全性與可靠性得到顯著提升。在油氣管道施工設(shè)備故障診斷方面，自基于Windows系統(tǒng)的油氣管道施工設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)成功研發(fā)以來，在現(xiàn)場施工中得到了成功的應(yīng)用，有效的提升了油氣管道施工設(shè)備故障診斷和維修的效率，但隨身攜帶筆記本電腦運行系統(tǒng)的情況，卻并不適合施工現(xiàn)場作業(yè)人員的使用，制約了系統(tǒng)的進一步應(yīng)用。近年來，搭載Android系統(tǒng)的移動終端越來越普遍的被廣大用戶所接受，同時Android技術(shù)及移動互聯(lián)技術(shù)不斷發(fā)展為解決移動性、語言差異、平臺差異所帶來的高代價系統(tǒng)集成提出了一個很好的解決方案。同時Android開放性的特點使得軟件開發(fā)人員可以自由開發(fā)出優(yōu)秀的軟件。所以基于Android系統(tǒng)開發(fā)的故障診斷專家系統(tǒng)是此系統(tǒng)新的發(fā)展方向，是受現(xiàn)場人員歡迎的新模式。

1? 故障診斷專家系統(tǒng)簡介

1.1 專家系統(tǒng)技術(shù)介紹

專家系統(tǒng)是一類人工智能領(lǐng)域與計算機科學(xué)領(lǐng)域相結(jié)合的學(xué)科，究其本質(zhì)，專家系統(tǒng)包含兩部分內(nèi)容的計算機程序，其一為大量的專家水平的知識與經(jīng)驗，該部分內(nèi)容將以一定的方式在系統(tǒng)中進行存儲，稱之為知識庫;其二為利用人類專家的知識及解決處理該領(lǐng)域問題的方法，該部分內(nèi)容主要以算法的形式出現(xiàn)，稱之為推理機。也就是說，專家系統(tǒng)是一個存儲著大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)模擬人類專家的決策過程，依據(jù)所存儲的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，以便解決那些需要依靠經(jīng)驗極其豐富的人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。從上世紀中葉至今，各領(lǐng)域均發(fā)現(xiàn)了專家系統(tǒng)的必要性及重要性，為此專家系統(tǒng)得到了足夠的重視并取得了令人矚目的成果。如今，我們身邊的各個領(lǐng)域中均可以發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)的應(yīng)用成果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、智能決策、實時監(jiān)控、教學(xué)和軍事等，實現(xiàn)了解釋、預(yù)測、診斷、設(shè)計、教學(xué)、分析、控制、維護、校準等功能，促進了國民經(jīng)濟發(fā)展，為社會帶來巨大的經(jīng)濟效益。

1.2 故障診斷技術(shù)介紹

隨著時代的不斷進步，自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，為各領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)的可靠性與安全性提出了更高的要求，然而苦于瓶頸的限制，無法有本質(zhì)上的突破，直至故障診斷技術(shù)的出現(xiàn)，為系統(tǒng)安全可靠地運行提供了一個新的方法。故障診斷技術(shù)并不是憑空出現(xiàn)的，而是理論發(fā)展與實際應(yīng)用相互碰撞、相互協(xié)作產(chǎn)生的。

具體來說，在實際應(yīng)用方面，自動化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得各領(lǐng)域的系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，而復(fù)雜的系統(tǒng)對可靠性及安全性的產(chǎn)生了影響，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常，將直接影響到領(lǐng)域內(nèi)生產(chǎn)、生活，降低經(jīng)濟效益和社會效益，為此故障診斷技術(shù)受到了工程界的高度重視;在理論發(fā)展方面，故障診斷技術(shù)涉及了眾多的科學(xué)領(lǐng)域，且應(yīng)用范圍極其的廣泛，所以領(lǐng)域、學(xué)科的交叉及其復(fù)雜，同時不同學(xué)科的不斷地發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的理論也得到了進步，從而使得故障診斷技術(shù)也得到了進步，進而又推廣至其他學(xué)科領(lǐng)域，最后又反饋至故障診斷技術(shù)的進步，由此不斷地為故障診斷技術(shù)在解決復(fù)雜系統(tǒng)問題時提供理論基礎(chǔ)及具體方法。

正是實際應(yīng)用促使的市場需求與理論發(fā)展帶來的技術(shù)進步促動下，故障診斷技術(shù)得到了足夠的重視，取得了矚目的成果，目前已有眾多的實時故障診斷系統(tǒng)達到了實用階段，理論技術(shù)也取得了重大突破，部分系統(tǒng)已應(yīng)用到了工程施工領(lǐng)域，為提高系統(tǒng)可靠性和安全性提供了堅實基礎(chǔ)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

1.3 專家系統(tǒng)與故障診斷相結(jié)合

故障診斷依靠數(shù)據(jù)及經(jīng)驗診斷故障，而專家系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)容的也是數(shù)據(jù)與經(jīng)驗，所以說故障診斷與專家系統(tǒng)存在一定的相關(guān)性，然而故障診斷只是簡單的數(shù)據(jù)對比判斷，實現(xiàn)表層的分析，更進一步的判斷往往需要依靠人類專家去判斷，所以如果將專家系統(tǒng)與故障診斷相結(jié)合，應(yīng)用故障診斷實現(xiàn)表層現(xiàn)象及原因的收集，應(yīng)用專家系統(tǒng)模擬人類專家實現(xiàn)深層判斷，可極大提高故障診斷的效率，所以故障診斷專家系統(tǒng)也是各個領(lǐng)域熱門的研究方向。

2? 移動互聯(lián)技術(shù)簡介

2.1 Android系統(tǒng)簡介

Android系統(tǒng)中文名稱為安卓系統(tǒng)，它是以Linux系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過對系統(tǒng)內(nèi)功能的裁剪與定制而形成的移動設(shè)備專用操作系統(tǒng)。由于Linux為開源系統(tǒng)，所以作為Linux的定制款，Android系統(tǒng)同樣是開源的，正因為其開源性的特點，從而吸引了越來越多的開發(fā)者，隨著用戶和應(yīng)用的日益豐富，Android系統(tǒng)也日漸成熟，目前已更新至Android10版本。

2.2 系統(tǒng)互聯(lián)模式

目前移動系統(tǒng)的主流開發(fā)方案分為三種，分別是Web下的B/S構(gòu)架、客戶端下的B/S構(gòu)架、客戶端下的C/S架構(gòu)。

Web下的B/S構(gòu)架是基于前端構(gòu)建HTML頁面實現(xiàn)的，其不需要任何客戶端，使用系統(tǒng)自帶瀏覽器即可實現(xiàn)，其特點為不同平臺的適應(yīng)性，不同系統(tǒng)只需要使用瀏覽器打開特點頁面即可，但處理能力及響應(yīng)速度收到瀏覽器引擎的限制。

客戶端下的B/S構(gòu)架是通過將頁面封裝入自制的瀏覽器客戶端實現(xiàn)的，其特點為開發(fā)較為容易，使用基于Web的開發(fā)即可，但自由度收到限制，同時無法使用某些移動設(shè)備特定功能。

客戶端下的C/S架構(gòu)是通過JAVA語言獨立進行程序編制，并打包形成安裝文件，隨后被安裝在移動設(shè)備上，其特點為開發(fā)自由度較大，能夠本地精細化定制。

3? 油氣管道施工設(shè)備

油氣管道施工設(shè)備主要包括吊管機、移動電站、對口器、空壓機四大種類，但具體型號、生產(chǎn)廠家、機構(gòu)形式多種多樣，同時管道施工環(huán)境一般為山地、水網(wǎng)、沙漠、凍原等，非常惡劣，雖然維護保養(yǎng)及時，但故障發(fā)生率仍然較高，并且一旦發(fā)生故障，將嚴重影響管道施工進度。

目前油氣管道施工設(shè)備多為機電液一體的施工設(shè)備，造成故障的原因也是非常復(fù)雜的，并且有些時候外在故障表象完全不同，但故障原因卻大不相同，加大了故障原因的迷惑性，必須多名不同領(lǐng)域的維修工共同合作才能排除故障，這時候?qū)＜业慕?jīng)驗和知識就顯得特別珍貴，特別需要專家的知識經(jīng)驗去排查故障的共性和個性，以期“對癥下藥”對癥下藥，但維修工的缺乏使得共同協(xié)作很難實現(xiàn)，視頻協(xié)助是一種解決方法，但部分國內(nèi)外項目存在著時差，對時間的需求存在困難，所以急需開發(fā)包含油氣管道施工設(shè)備故障診斷知識經(jīng)驗的專家系統(tǒng)。

4? 油氣管道施工設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)總體需求

通過與油氣管道施工設(shè)備維修人員溝通，確定了系統(tǒng)應(yīng)用需求：①專家系統(tǒng)功能：系統(tǒng)能夠應(yīng)用專家的故障診斷知識，根據(jù)故障現(xiàn)象判斷出故障發(fā)生的原因，并且為故障的維修提供相應(yīng)的處理方法。②可擴展性要求：系統(tǒng)應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷知識的擴充。③移動應(yīng)用需求：用戶能夠通過Android系統(tǒng)手機應(yīng)用故障診斷專家系統(tǒng)。④網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求：由于油氣管道施工現(xiàn)場有時位于無信號區(qū)域，為保證現(xiàn)場使用，系統(tǒng)應(yīng)具有離線使用功能。

4.2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

為保證離線使用，使用客戶端為最佳選擇;由于系統(tǒng)安全性及交互功能精細化要求，C/S客戶端為最佳選擇，所以系統(tǒng)體系為客戶端下的C/S架構(gòu)。

4.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)專家系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)由三個部分構(gòu)成：知識庫、推理機、交互界面。

4.3.1 知識庫設(shè)計與實現(xiàn)

知識庫的核心是專家知識，知識的完整性決定了系統(tǒng)的能力，由于油氣管道施工設(shè)備故障診斷知識具有交叉性，知識庫的建立比較復(fù)雜，結(jié)合目前常用的知識表達形式，知識庫中知識采用產(chǎn)生式的知識表達方式，并針對不同設(shè)備、不同結(jié)構(gòu)，設(shè)立獨立的知識存儲方式，具體表示如下：

FACT知識庫：“故障現(xiàn)象”

RULE知識庫：“規(guī)則前提_規(guī)則結(jié)論_可信度因子”

4.3.2 推理機設(shè)計與實現(xiàn)

推理機是專家系統(tǒng)的靈魂。推理機就是根據(jù)一定的規(guī)則從已有條件推出結(jié)論的過程。推理機根據(jù)用戶提出的條件，在知識庫中選擇合適的規(guī)則，找到合適的故障推理應(yīng)根據(jù)用戶當(dāng)前輸人的故障特征，利用知識庫中的知識，模擬該領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，按照一定的推理規(guī)則和策略進行推理，選擇知識庫中對當(dāng)前問題可用的知識進行推理，求解出故障原因。根據(jù)產(chǎn)生式表達形式一般有正向推理、反向推理、混合推理三種。結(jié)合專家分析問題的方式、方法，同時為確保推理的效率，系統(tǒng)采用正向推理方式。

4.3.3 交互界面設(shè)計與實現(xiàn)

與知識庫、推理機不同，交互界面是直接對接用戶的窗口，與用戶交互的平臺，為保證系統(tǒng)的安全性，交互界面設(shè)計包含用戶登錄界面，設(shè)備類型的選擇界面，故障現(xiàn)象輸入界面，故障原因及處理界面。同時為了保證知識庫、推理機的完整性和可擴展性，設(shè)計更新界面，網(wǎng)絡(luò)連接時的系統(tǒng)升級。

5? 結(jié)語

移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，故障診斷專家系統(tǒng)有了新的機遇，移動便捷的基于Android的系統(tǒng)可以輕松的安裝在手機上，方便現(xiàn)場工作人員攜帶，為在油氣管道施工現(xiàn)場的工作人員提供了極大的便利，通過測試，為油氣管道施工現(xiàn)場設(shè)備維修人員提供了一種新的診斷方式和方法，同時也為現(xiàn)場設(shè)備維修人員技能的提升創(chuàng)造了條件。

參考文獻：

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