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故障診斷系統(tǒng)設計

2015-08-22 16:33吳文輝王燕妮
軟件 2015年5期
關鍵詞:知識庫故障診斷現(xiàn)象

吳文輝 王燕妮

摘要:文章研究了故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)方法,并設計了故障診斷系統(tǒng)。

關鍵詞:故障診斷

中圖分類號:TP399 文獻標識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.022

0 引言

日常工作中經(jīng)常需要處理故障,專業(yè)人士根據(jù)故障現(xiàn)象逐步判斷分析,確定故障源,然后根據(jù)故障情況來確診,找尋解決辦法。以往的診斷依賴個人經(jīng)驗,經(jīng)驗越豐富的人員診斷的速度越快,診斷越準確,新工作人員需要長時間的積累經(jīng)驗才能達到工作要求。

利用故障診斷系統(tǒng)將每次故障的故障現(xiàn)象記錄到數(shù)據(jù)庫,使得具有專業(yè)知識的新手能快速熟悉系統(tǒng),熟悉并掌握專家掌握的豐富故障知識,并進行故障診斷分析,可以通過系統(tǒng)對故障進行統(tǒng)計分析以便預防故障,同時加速新手技能的熟練進度。

故障診斷的過程實際就是一個模式識別的過程。先看看人員診斷的過程,首先發(fā)現(xiàn)易識別的故障現(xiàn)象,然后根據(jù)自己的經(jīng)驗,推斷可能發(fā)生了什么故障,并進一步確診故障的原因。從模式識別的角度看,就是故障現(xiàn)象的匹配過程,根據(jù)已知的故障現(xiàn)象從系統(tǒng)中檢索可能的故障,并根據(jù)可能的故障中還未發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象一一確認、排除,最終確診故障。

故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)方法有很多,比如專家系統(tǒng)、決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、遺傳算法11],專家系統(tǒng)比較成熟,在診斷系統(tǒng)方面表現(xiàn)突出,這里采用專家系統(tǒng)來實現(xiàn)故障診斷系統(tǒng),以滿足基本要求、并快速實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

專家系統(tǒng),將人類專家的經(jīng)驗、知識通過知識庫的形式存儲,使用計算機模擬人類專家的思維方式,使得計算機具有專家的水平解決復雜問題。

專家系統(tǒng)主要是知識庫和推理機的設計,其它還有知識表示、人機交互等,下面主要說明故障診斷系統(tǒng)的知識庫和推理機的設計。

1.1 故障診斷系統(tǒng)的知識庫

系統(tǒng)發(fā)生故障時,常常伴有一些現(xiàn)象發(fā)生,如異常聲音、某部件異常溫度等,這些能被人直接感知、或通過儀器直接測量,并且不能再進一步細分的現(xiàn)象,將其稱為故障基本現(xiàn)象,下文將其簡稱為故障現(xiàn)象。

這些故障現(xiàn)象及其與故障的關系構成知識庫的基本內容,系統(tǒng)用兩個關聯(lián)的表存儲,一是存儲故障信息的表,二是存儲故障現(xiàn)象的表,故障信息表的主鍵ID作為故障現(xiàn)象表的外鍵將兩個表關聯(lián)。

系統(tǒng)中存儲的故障現(xiàn)象,應該描述準確、簡單,一般各用戶都可提交故障和故障現(xiàn)象,然后經(jīng)過多個專家的評審,修改故障和故障現(xiàn)象的描述,然后存入知識庫,確保準確、無歧義。這是系統(tǒng)的基礎,需要經(jīng)過長時間、大量人員的共同努力才能逐步完善。

1.2 故障診斷系統(tǒng)的推理機

推理機,實現(xiàn)知識的推理。故障診斷系統(tǒng)的診斷過程是,將已發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象和系統(tǒng)記錄的每個故障的故障現(xiàn)象進行對比,按照匹配度從大到小排序,匹配度越高的越可能是發(fā)生的故障。系統(tǒng)的推理為故障現(xiàn)象集合的匹配,具體過程為:

設:

故障A(i)的故障現(xiàn)象為集合C(i)={c(i,1),c(i,2)…c(i,n)}(n>0)

現(xiàn)有故障現(xiàn)象集合T={t(1),t(2)…t(m)}(m>0)

從現(xiàn)有故障現(xiàn)象分析可能故障的過程等價于從已有故障現(xiàn)象集合c(1),c(2)…中找到與T最佳匹配的集合。兩個集合的差異越小,匹配度越大。最佳匹配是已發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象和某個已知故障A(k)的故障現(xiàn)象集合完全相同。這里的差異包括兩個方面:一是T中有c(k)中沒有的,二是c(k)中有T中沒有的。

用集合的方式表示集合匹配:

先說明一下3個表達式的含義

T-C(k):T中含有的現(xiàn)象,并且不在C(k)中的現(xiàn)象

C(k)T:C(k)中含有的現(xiàn)象,并且不在T中的現(xiàn)象

Count(T):T集合中現(xiàn)象的個數(shù)

最佳匹配就是將匹配結果按照Count(T-C(k))的降序、Count(C(k)-T)的降序排序,排序位置越靠前,匹配度越高。如圖1所示,兩個圓圈分別表示T和C(k),D1、D2是兩個不同故障現(xiàn)象子集,S是相同的故障現(xiàn)象子集,D1、D2越小,S越大,則T和C(k)匹配度越高。

實際使用時,可能先發(fā)現(xiàn)一部分故障現(xiàn)象,然后根據(jù)系統(tǒng)提示,確認另外一些故障現(xiàn)象是否發(fā)生。復雜情況下,可能有幾種故障同時發(fā)生。因此匹配的過程是動態(tài)的,隨著已發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象逐漸變化。

2 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)采用BS結構,分為故障現(xiàn)象管理、故障診斷、故障現(xiàn)象統(tǒng)計分析、培訓考核、用戶管理五個部分。

2.1 故障現(xiàn)象管理

故障基本現(xiàn)象和故障之間關系是系統(tǒng)的知識庫,是故障診斷的基礎。有兩類人員操作:

一是所有人員可以記錄發(fā)現(xiàn)的故障和故障基本現(xiàn)象,如某部件的異常響聲、異常溫度,發(fā)生故障時的天氣、溫濕度等各種可能導致故障的因素。

二是經(jīng)驗豐富的專家對系統(tǒng)記錄的故障和基本現(xiàn)象進行分析整理,刪除不合適的基本現(xiàn)象,添加漏掉的基本現(xiàn)象,修改不準確的描述,合并重復的故障,并對各種疑難進行說明。

系統(tǒng)提供方便的操作界面方便各種增加、刪除、修改操作,在初期將專家的經(jīng)驗存儲到數(shù)據(jù)庫中,在運行過程中不斷豐富完善。

2.2 故障診斷

操作人員將已發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象錄入系統(tǒng),系統(tǒng)通過關鍵詞匹配故障現(xiàn)象,方便用戶進行選擇,以免出現(xiàn)相同故障現(xiàn)象的描述出現(xiàn)偏差。系統(tǒng)根據(jù)已錄入的故障現(xiàn)象集合進行匹配,展現(xiàn)匹配度最高的幾個故障及其故障現(xiàn)象,用戶查看未出現(xiàn)的故障現(xiàn)象,并一一確認,以便精確診斷故障。

2.3 故障現(xiàn)象統(tǒng)計分析

對記錄的故障及故障現(xiàn)象進行各種統(tǒng)計分析,統(tǒng)計各種因素,如人、時間、地點、天氣、溫濕度等,將這些因素和故障現(xiàn)象進行關聯(lián)分析,找到現(xiàn)象和各因素可能存在的關系,然后根據(jù)找到的規(guī)律調整改進診斷、預防策略。

如:統(tǒng)計故障的時間分布規(guī)律,找到故障多發(fā)時間段,在該時間段增加檢測次數(shù)。統(tǒng)計各部件的故障規(guī)律,針對各部件定制檢測時間,可以做到預防故障發(fā)生。

從系統(tǒng)統(tǒng)計的大量數(shù)據(jù)中,運用數(shù)據(jù)分析技術,盡可能的分析故障數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系,就可以有針對性的進行預防,如可以制定合適的檢測時間周期,在溫度達到邊界值時增加檢測頻率,在部件運行達到一定時間后進行針對性的檢測,預防故障發(fā)生。

2.4 培訓考核

采用系統(tǒng)記錄的故障現(xiàn)象,對工作人員進行培訓考核,如網(wǎng)絡考試方式,使工作人員盡快熟悉各種故障現(xiàn)象。

為保證公平,同場考試中,每人所用試卷的題目應該一樣,同時至少保證相鄰位置的試卷不同,可對答案和順序通過處理,使得各試卷不一樣。系統(tǒng)中,試題和答案隨機排序,避免考試答案固定。用戶可以通過多次答題,熟悉各種故障現(xiàn)象。

系統(tǒng)對用戶的答題情況進行統(tǒng)計,分析出錯率高的題目,并且有針對性的出題。統(tǒng)計每個用戶擅長診斷的故障,并在分配工作時進行針對性的安排。

2.5 用戶管理

對使用系統(tǒng)的用戶進行增刪改操作,并對用戶的權限進行增刪改操作。系統(tǒng)用戶分為兩種:普通用戶、管理員。普通用戶的主要功能有:注冊、登錄、提交故障數(shù)據(jù)、查詢故障、評價修改故障數(shù)據(jù)、對故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、網(wǎng)絡考試、修改個人密碼等。管理員的主要功能有:普通用戶的功能、管理用戶、數(shù)據(jù)的導入導出、試卷的管理等。

系統(tǒng)需檢查每個輸入的合法性,防止非法數(shù)據(jù)導致的異常,如登錄中非法字符、登錄次數(shù)限制等。

3 小結

本文分析了故障診斷系統(tǒng)的原理,描述了系統(tǒng)功能設計。在實際應用中,系統(tǒng)實現(xiàn)了較好的效果。下一步需要簡化故障現(xiàn)象錄入工作,并考慮如何輔助故障的整理歸檔工作,以便減輕人員的工作量,并提高準確性。在特定的系統(tǒng)中,故障現(xiàn)象之間有穩(wěn)定的關聯(lián)關系,可以通過該關聯(lián)關系進一步提高匹配的準確度。如果能和傳感器網(wǎng)絡結合起來,在特定的點采集相應的信息,比如溫濕度、聲音等,系統(tǒng)將在一定程度上達到自動故障預警的效果。

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