一種電子設(shè)備故障庫的設(shè)計(jì)

摘要：故障庫是專家系統(tǒng)的核心，體現(xiàn)著專家系統(tǒng)水平的高低。從故障庫技術(shù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建方法出發(fā)，對(duì)電子設(shè)備多故障診斷信息進(jìn)行歸納、總結(jié)，針對(duì)某電子設(shè)備構(gòu)建了一種故障庫并對(duì)其推理過程進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方法為電子裝備故障診斷快速性和準(zhǔn)確性上提供了一條有效途徑。
關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；故障庫；診斷信息；推理機(jī)

0 引言
故障診斷專家系統(tǒng)是診斷領(lǐng)域引人注目的發(fā)展方向之一，也是研究最多、應(yīng)用最廣的一類智能診斷技術(shù)，主要用于那些沒有精確數(shù)學(xué)模型或很難建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)。大致經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段，即基于淺知識(shí)的第一代故障診斷專家系統(tǒng)和基于深知識(shí)的第二代故障診斷專家系統(tǒng)。基于淺知識(shí)(人類專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí))的故障診斷系統(tǒng)是以領(lǐng)域?qū)＜液筒僮髡叩膯l(fā)性經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為核心，通過演繹推理或產(chǎn)生式推理來獲取診斷結(jié)果。基于深知識(shí)(診斷對(duì)象的模型知識(shí))的故障診斷系統(tǒng)要求診斷對(duì)象的每一個(gè)環(huán)節(jié)具有明確的輸入輸出表達(dá)關(guān)系，診斷時(shí)首先通過診斷對(duì)象的實(shí)際輸出與期望輸出之間的不一致，生成引起這種不一致的原因集合，然后根據(jù)診斷對(duì)象領(lǐng)域中的第一定律知識(shí)(具有明確科學(xué)依據(jù)的知識(shí))及其內(nèi)部特定的約束關(guān)系，采用一定的算法，找出可能的故障源。在故障診斷專家系統(tǒng)中，故障庫是專家系統(tǒng)的核心，體現(xiàn)著專家系統(tǒng)水平的高低，但故障庫的建造或故障知識(shí)的獲取也成為建立專家系統(tǒng)的瓶頸問題。

1 故障庫建造步驟
故障庫的設(shè)計(jì)是建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務(wù)。初始知識(shí)庫的設(shè)計(jì)包括問題知識(shí)化、知識(shí)概念化、概念形式化、形式規(guī)則化和規(guī)則合法化。問題知識(shí)化，即辨別所研究問題的實(shí)質(zhì)；知識(shí)概念化，即概括知識(shí)表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系；概念形式化，即確定用來組織知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式；形式規(guī)則化，即編制規(guī)則，把形式化了的知識(shí)變換為由編程語言表示的可供計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語句和程序；規(guī)則合法化，即確認(rèn)規(guī)則化了的知識(shí)的合理性，檢驗(yàn)規(guī)則的有效性。
故障庫的建立首先是通過知識(shí)工程師從測試設(shè)備領(lǐng)域?qū)＜夷抢铽@得或者通過在診斷過程中從用戶那里獲得知識(shí)，然后通過知識(shí)獲取模塊把知識(shí)送到知識(shí)庫。知識(shí)獲取的主要困難在于如何恰當(dāng)?shù)匕盐疹I(lǐng)域?qū)＜宜褂玫母拍睢㈥P(guān)系和問題的求解方法。根據(jù)專家提供的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和測試設(shè)備的特點(diǎn)，通過直接獲取方式、交互獲取方式獲取有價(jià)值的診斷信息。
故障庫的建立是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，所以必須要按照一定的方法和步驟。通常情況下按照如圖1所示的步驟從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資料中提取有關(guān)原理的定性知識(shí)，并將這些知識(shí)歸納成規(guī)則形式。下面對(duì)圖1所示的各步驟分別加以說明：
(1)功能，結(jié)構(gòu)層次分解。由于現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)思想，所以電子產(chǎn)品在功能和結(jié)構(gòu)上具有明顯的層次性，因此要提取電子設(shè)備的故障診斷知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解是必要的。
(2)建立部件正常功能描述。對(duì)于每一個(gè)上面劃分的部件，有必要對(duì)其正常工作邏輯進(jìn)行定性說明。
(3)確定各部件的測試點(diǎn)集。測點(diǎn)分為部件輸入測點(diǎn)和部件輸出測點(diǎn)，在對(duì)某個(gè)部件P進(jìn)行診斷時(shí)，只有其全部輸入信號(hào)都正常，才可以根據(jù)輸出來判斷該部件是否故障。
(4)確定部件可能故障集。對(duì)以上劃分的單元分別進(jìn)行故障分析，對(duì)于部件，首先要確定其有可能出現(xiàn)的故障類型，部件P的可能故障集的確定可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、FMEA分析結(jié)果以及器件資料等多方面搜集。
(5)建立定性影響關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于部件P，先確定每一故障e所帶來的輸出表征，即輸出測點(diǎn)數(shù)據(jù)的一種組合。然后，對(duì)部件P的所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，一類表示部件自身故障所測試的數(shù)據(jù)，記為PSO；非自身故障引起(由輸入異常引起)的故障歸到另一類，記為PUO。當(dāng)測試數(shù)據(jù)W∈PSO時(shí)，故障診斷結(jié)果可以確定就是部件P；當(dāng)測試數(shù)據(jù)W∈PUO時(shí)，需要對(duì)部件P的輸入進(jìn)行測試，由于部件P的輸入又是其他部件的輸出，因此，可以逐級(jí)推理，直至將故障定位在某一個(gè)或幾個(gè)部件上。