基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【關(guān)鍵詞】貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；智能裝備；運(yùn)維信息檢索；決策支持；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；運(yùn)維系統(tǒng)

引言

智能裝備的應(yīng)用在提升生產(chǎn)效率、降低成本等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，智能裝備運(yùn)維過程中產(chǎn)生的海量信息如何高效檢索、處理，并轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的決策支持，成為當(dāng)前亟待解決的問題。當(dāng)前為解決上述問題，相關(guān)人員設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)性更強(qiáng)的裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)。該類型的系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的應(yīng)用效果，但是較容易受到外部環(huán)境與特定因素的影響，導(dǎo)致最終得出的應(yīng)用效果難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。為此提出對(duì)基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為一種強(qiáng)大的不確定性推理工具，能夠處理復(fù)雜的概率依賴關(guān)系，并在不確定環(huán)境下進(jìn)行決策分析。將其與智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)相融合，一定程度上可以設(shè)計(jì)更加靈活、多變處理結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建合理的網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維信息的有效組織、存儲(chǔ)和檢索。此外，該系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的查詢需求，利用貝葉斯推理算法，快速準(zhǔn)確地從海量信息中篩選出相關(guān)的運(yùn)維數(shù)據(jù)，為用戶提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息支持‘3]。

一、設(shè)計(jì)裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持貝葉斯系統(tǒng)硬件

（一）中央控制裝置設(shè)計(jì)

中央控制裝置的核心是高性能的處理器，負(fù)責(zé)執(zhí)行貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理算法、信息檢索以及決策支持等復(fù)雜計(jì)算任務(wù)。但是中央處理器也同時(shí)需要和其他設(shè)備建立關(guān)聯(lián)，這在一定程度上也增加其日常的運(yùn)行壓力。本次選用嵌入式開發(fā)板作為中央控制器的核心組件，設(shè)置32位嵌入式集成微處理器，確?？刂破鞯母咝н\(yùn)算能力。與此同時(shí)，還需要在當(dāng)前的開發(fā)板之上，配備FLASH存儲(chǔ)器、信號(hào)接口、網(wǎng)絡(luò)接口以及USB接口等外圍設(shè)備，建立循環(huán)式控制結(jié)構(gòu)，形成固定區(qū)域的定向閉環(huán)調(diào)控，穩(wěn)定基礎(chǔ)的控制環(huán)境。中央控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與增設(shè)，不僅提升了智能裝備信息自動(dòng)檢索系統(tǒng)的整體性能，也為用戶提供了更加便捷、高效的信息檢索體驗(yàn)。在此基礎(chǔ)之上，還需要設(shè)定對(duì)應(yīng)的抗干擾裝置，中央控制裝置需要與智能裝備的各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。可以構(gòu)建支持多種通信的串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信等輔助協(xié)議，以確保信息的實(shí)時(shí)傳輸和高效處理。內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)還應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，考慮散熱設(shè)計(jì)，確保在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)設(shè)備溫度不會(huì)過高，影響性能，便于后期維護(hù)和升級(jí)。

（二）信息傳輸電路與存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

在完成基礎(chǔ)器件的優(yōu)化工作后，接下來進(jìn)行系統(tǒng)主控電路以及存儲(chǔ)裝置的設(shè)定。提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，先進(jìn)行基礎(chǔ)信息傳輸框架的設(shè)定，在控制電路中揍人MAX232芯片作為傳輸電路的核心部件。為增加電路的穩(wěn)定性，還需要設(shè)定配備TTL電平和電平轉(zhuǎn)化芯片，確保信號(hào)在不同設(shè)備之間能夠順暢傳輸。在芯片的兩端，安裝信號(hào)接收器和驅(qū)動(dòng)器，作用是在復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境下，保持信號(hào)的穩(wěn)定，同時(shí)增強(qiáng)信號(hào)的接收和發(fā)送能力。同時(shí)，在芯片內(nèi)部，還需要設(shè)定對(duì)應(yīng)的傳感裝置，增加電壓大小轉(zhuǎn)換器，確保電路兩端的電壓能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需求。

在此基礎(chǔ)之上，設(shè)定存儲(chǔ)裝置。此次結(jié)合實(shí)際的要求，設(shè)計(jì)多層級(jí)的存儲(chǔ)形式，增加存儲(chǔ)器的數(shù)量，擴(kuò)大實(shí)際的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。但是需要注意的是，當(dāng)前結(jié)合硬件進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)和信息，在傳輸之前必須對(duì)其進(jìn)行加密處理，這樣的形式可以最大程度確保后續(xù)的信息檢索以及決策支持處理，擴(kuò)大系統(tǒng)日常的控制效果，增加對(duì)系統(tǒng)硬件的控制程序，完成基礎(chǔ)硬件環(huán)境的設(shè)定。

二、設(shè)計(jì)裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持貝葉斯系統(tǒng)軟件

（一）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持功能模塊設(shè)計(jì)

結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對(duì)智能設(shè)備的應(yīng)用情況，在初始功能的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)運(yùn)維信息檢索及決策支持功能模塊。當(dāng)前設(shè)計(jì)的應(yīng)用模塊主要體現(xiàn)在對(duì)運(yùn)維信息的推理與預(yù)測(cè)上，并將推理得出的結(jié)果轉(zhuǎn)換為決策支持內(nèi)容，形成基礎(chǔ)的執(zhí)行任務(wù)。

在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行細(xì)化設(shè)定與處理。其一是智能設(shè)備實(shí)時(shí)信息采集模塊。通過構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，系統(tǒng)能夠整合裝備的歷史運(yùn)維數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)狀態(tài)信息以及環(huán)境參數(shù)等多源數(shù)據(jù)，進(jìn)行概率推理和預(yù)測(cè)分析。當(dāng)前結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)模型處理的內(nèi)容，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行原理，見圖1說明：

圖1主要是對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型執(zhí)行原理的設(shè)計(jì)與分析。根據(jù)當(dāng)前所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)處理原理，在整個(gè)過程中，引導(dǎo)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別裝備潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測(cè)其未來的運(yùn)行狀態(tài)。其二是信息檢索模塊，這部分設(shè)計(jì)了高效的索引機(jī)制，使用查詢算法，建立一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)的索引矩陣，結(jié)合實(shí)際的信息檢索要求和目標(biāo)，需要先計(jì)算出信息檢索的相似度標(biāo)準(zhǔn)，如公式1：

式1中：D代表信息檢索的相似度標(biāo)準(zhǔn)，X代表索引標(biāo)準(zhǔn)，V代表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比，A代表檢索次數(shù)。結(jié)合當(dāng)前測(cè)定，將計(jì)算得出的信息檢索的相似度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為約束條件，通過對(duì)運(yùn)維信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)用戶的查詢請(qǐng)求，提供準(zhǔn)確的運(yùn)維信息。同時(shí)，模塊還支持模糊查詢和語(yǔ)義查詢等功能，滿足用戶多樣化的檢索需求。其三是決策支持模塊，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理結(jié)果，結(jié)合預(yù)設(shè)的決策規(guī)則和專家知識(shí)庫(kù)，為用戶提供智能的決策建議。包括故障預(yù)警、維修計(jì)劃、優(yōu)化運(yùn)行策略等，在初始關(guān)聯(lián)規(guī)則的限制下，計(jì)算出決策支持的關(guān)聯(lián)度，如公式2：

式2中：M代表決策支持的關(guān)聯(lián)度，E代表貝葉斯網(wǎng)絡(luò)覆蓋決策范圍，n1和n2分別表示篩選最大值和最小值，p代表期望支持度，h代表基礎(chǔ)決策標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合當(dāng)前測(cè)定，依據(jù)得出的決策支持的關(guān)聯(lián)度，對(duì)該模塊進(jìn)行限制處理，幫助用戶更好地管理裝備，降低運(yùn)維成本，提高運(yùn)行效率。此外，模塊還需要設(shè)計(jì)友好的用戶界面和交互機(jī)制，方便用戶進(jìn)行操作和查看結(jié)果。操作簡(jiǎn)化，增強(qiáng)系統(tǒng)的易用性和用戶體驗(yàn)。

（二）數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)庫(kù)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)庫(kù)的設(shè)計(jì)需要考慮到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。由于智能裝備運(yùn)維信息不斷產(chǎn)生和變化，因此存儲(chǔ)庫(kù)需要能夠?qū)崟r(shí)接收、處理并存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，此次采用了高效的數(shù)據(jù)寫入和更新機(jī)制，確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)同步到存儲(chǔ)庫(kù)中。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)庫(kù)還需要具備高效的數(shù)據(jù)檢索能力。為了快速定位到所需的信息，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，首先對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、標(biāo)記和索引，在短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的檢索和提取，為用戶提供準(zhǔn)確、及時(shí)的信息支持。

結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行需求，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化的存儲(chǔ)機(jī)制，考慮到數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，需要先對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密與備份處理，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過程中的安全性。同時(shí)，為了防止數(shù)據(jù)丟失或損壞，還需要建立完善的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的可靠性和持久性。隨后，基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行存儲(chǔ)庫(kù)執(zhí)行控制數(shù)值的設(shè)定?；诖?，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)庫(kù)還需要兼顧系統(tǒng)的靈活性，增設(shè)靈活調(diào)整的存儲(chǔ)容量和結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)新的數(shù)據(jù)需求。采用可伸縮的存儲(chǔ)架構(gòu)和可擴(kuò)展的存儲(chǔ)技術(shù)，確保存儲(chǔ)庫(kù)能夠隨著系統(tǒng)的發(fā)展而不斷升級(jí)和完善。

三、系統(tǒng)測(cè)試

此次主要是對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析與研究，考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)與可靠，選定實(shí)踐驗(yàn)證的方式處理。利用專業(yè)的設(shè)備與裝置對(duì)當(dāng)前的測(cè)試應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分類及匯總處理，以待后續(xù)使用。接下來，結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，對(duì)基礎(chǔ)的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行搭建。

（一）測(cè)試準(zhǔn)備

結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，對(duì)智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境進(jìn)行部署和搭建。首先，對(duì)該系統(tǒng)針對(duì)的智能設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，布設(shè)一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相搭接，形成循環(huán)性的系統(tǒng)把控結(jié)構(gòu)。隨后，模擬實(shí)時(shí)的仿真環(huán)境，并針對(duì)裝備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)設(shè)5組對(duì)應(yīng)的信息檢索和決策支持目標(biāo)任務(wù)，導(dǎo)入當(dāng)前的測(cè)試程序之中，以待后續(xù)使用。為確保測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定，還需要在測(cè)試系統(tǒng)之中增設(shè)傳感裝置。

接下來，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，對(duì)產(chǎn)生程序進(jìn)行關(guān)鍵把控，建立對(duì)應(yīng)的可識(shí)別范圍。預(yù)設(shè)3個(gè)對(duì)應(yīng)的周期，將檢索的目標(biāo)按照順序進(jìn)行排列處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試環(huán)境的基礎(chǔ)搭建。

（二）測(cè)試過程與結(jié)果分析

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境之中，結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，對(duì)智能裝備運(yùn)維信息檢索和決策支持系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定和分析。當(dāng)前，先利用節(jié)點(diǎn)對(duì)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集，判定此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。將預(yù)設(shè)的任務(wù)按照順序進(jìn)行執(zhí)行，設(shè)置一個(gè)給定的數(shù)值變量，條件分布抽樣出新的值，在初始的迭代結(jié)構(gòu)中，在概率分布的范圍之內(nèi)，此時(shí)，對(duì)智能設(shè)備運(yùn)行實(shí)況進(jìn)行分析，同時(shí)計(jì)算出當(dāng)前的信息檢索單元耗時(shí)，見公式3：

表1主要是對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析：針對(duì)選定的5組執(zhí)行任務(wù)，通過3個(gè)周期測(cè)定，最終得出的系統(tǒng)決策執(zhí)行次數(shù)最終均被控制在10次以下，說明在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，此次設(shè)計(jì)的智能裝備運(yùn)維信息檢索及決策支持系統(tǒng)效率更高，針對(duì)性更強(qiáng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，借助貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理能力，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精準(zhǔn)的信息檢索，更能從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的運(yùn)維信息，為決策提供有力支持。在復(fù)雜的背景條件下，構(gòu)建更加具體、完整的系統(tǒng)執(zhí)行程序，進(jìn)一步完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其功能更加強(qiáng)大、智能，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)更高效、更精細(xì)的運(yùn)維管理提供有力支撐。