基于VB的農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

楊森, 安向東

(中原工學(xué)院, 鄭州 450007)

摘要：根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)故障的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于VB的液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng),并在介紹其總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重論述了知識(shí)庫(kù)的構(gòu)成及內(nèi)部推理機(jī)制。該專家系統(tǒng)利用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)及VB可視化的編程技術(shù)特點(diǎn)，充分發(fā)揮VB在處理數(shù)據(jù)時(shí)精確、高效的優(yōu)勢(shì)，大大提高了專家系統(tǒng)在故障診斷過(guò)程中的準(zhǔn)確率和效率。該系統(tǒng)運(yùn)用于聯(lián)合收割機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；故障診斷；VB；農(nóng)業(yè)機(jī)械；專家系統(tǒng) 系統(tǒng)的基本運(yùn)行機(jī)制是：用戶通過(guò)人機(jī)界面輸入一個(gè)或者多個(gè)，推理機(jī)制在模糊控制策略下依據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前信息，在知識(shí)庫(kù)中選取應(yīng)對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的信息，然后通過(guò)人機(jī)界面反饋給用戶；另外，用戶或者專家可以通過(guò)知識(shí)獲取模塊添加和刪除知識(shí)庫(kù)中的信息。 本系統(tǒng)允許用戶根據(jù)故障現(xiàn)象在程序中輸入4個(gè)，系統(tǒng)獲得條件后，首先根據(jù)第一個(gè) 本系統(tǒng)可在安裝了VB高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)，打開(kāi)主界面，直接在編輯框里輸入進(jìn)行診斷?，F(xiàn)以知識(shí)庫(kù)里內(nèi)部ID為408的故障記錄為例,此條記錄的故障現(xiàn)象為“泵不輸油、泵不轉(zhuǎn)”，故障原因?yàn)椤半姎饩€路及元件故障、溢流閥調(diào)壓過(guò)高、超載荷后悶泵、泵軸或電動(dòng)機(jī)軸上無(wú)連接鍵、泵內(nèi)部滑動(dòng)副卡死”，故障處理為“檢查電氣并排除故障、調(diào)節(jié)溢流閥壓力值、更換鍵、拆開(kāi)檢修、按要求選配間隙”。這里通過(guò)兩種方式來(lái)驗(yàn)證本軟件的可靠性。 第一種方式：首先，在主界面編輯框里輸入“泵”，然后點(diǎn)擊“開(kāi)始診斷”，得到圖3所示的診斷結(jié)果，共31條記錄；第二次在關(guān)鍵詞編輯框里輸入“不輸油”，點(diǎn)擊“繼續(xù)診斷”顯示結(jié)果，得到圖4所示的 6條記錄；第三次在關(guān)鍵詞編輯框里輸入“不轉(zhuǎn)”，點(diǎn)擊“繼續(xù)診斷”顯示結(jié)果，得到圖5所示的 1條記錄。從運(yùn)行過(guò)程可以看出，結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于用戶輸入故障現(xiàn)象的具體描述程度。 第二種方式：用戶可以在編輯框里一次性輸入“不轉(zhuǎn)”“不輸油”“泵”等多個(gè) 掃描知識(shí)庫(kù)，將知識(shí)庫(kù)故障現(xiàn)象中含有該 ，同樣可得到圖5所示的1條記錄。 的所有記錄作為中間結(jié)果，保存在Recordset記錄集中。然后，系統(tǒng)再根據(jù)第二個(gè) 掃描Recordset記錄集，以此循環(huán)，直到系統(tǒng)依次掃描完所有 ；最后，系統(tǒng)將Recordset記錄集結(jié)果輸出，顯示于界面中。

造成農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因有很多，例如，惡劣環(huán)境下工作的農(nóng)業(yè)機(jī)械經(jīng)常承受超負(fù)荷壓力[1]，農(nóng)業(yè)機(jī)械體積較大，若存放不當(dāng)則易被外界環(huán)境侵蝕。這些都會(huì)造成農(nóng)業(yè)機(jī)械的零件老化和失效。對(duì)于野外偏遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)說(shuō)，隱蔽性故障一旦發(fā)生，若專業(yè)人員不能及時(shí)到位修復(fù)，則可能引發(fā)其他機(jī)械部件的毀壞。不正確使用，不適時(shí)保養(yǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，也會(huì)增加故障發(fā)生的幾率[2]。對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的液壓系統(tǒng)故障，傳統(tǒng)的解決方式是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”，就是一個(gè)故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)一種解決方案。但是，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下一個(gè)故障點(diǎn)可能會(huì)涉及更多故障點(diǎn)，所以這種解決方式并不能從根本上全面解決問(wèn)題。

專家系統(tǒng)是以領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)為基礎(chǔ)，按一定規(guī)則重新組織這些知識(shí),設(shè)計(jì)成具有領(lǐng)域?qū)＜宜胶徒鉀Q復(fù)雜問(wèn)題能力的智能程序[3]。本文基于VB語(yǔ)言和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，不僅可以針對(duì)液壓系統(tǒng)故障問(wèn)題，多元化高效率地處理數(shù)據(jù)，而且可以讓不同級(jí)別的用戶隨時(shí)隨地通過(guò)簡(jiǎn)單的操作來(lái)查找系統(tǒng)故障的原因以及處理方案，自行解決所遇到的問(wèn)題。

1系統(tǒng)的基本框架

基于VB的農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)主要由人機(jī)界面、知識(shí)獲取、推理機(jī)制、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)模塊構(gòu)成。其基本框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)基本框架圖

知識(shí)庫(kù)模塊主要存放由專家提供的專門知識(shí)以及用戶自定義添加的信息，并且提供知識(shí)的表示方法。知識(shí)獲取模塊可以讓用戶管理以及完善知識(shí)庫(kù)。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要用于存放系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的信息，包括用戶輸入的信息、推理的中間結(jié)果、推理過(guò)程的記錄等[4]。人機(jī)界面模塊是用戶與系統(tǒng)進(jìn)行通訊的媒介。推理機(jī)制模塊能夠按一定策略檢索所有相關(guān)知識(shí)，并把結(jié)果記錄到動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)器中。

1.1知識(shí)庫(kù)

本系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是在ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中建立的。它在VB開(kāi)發(fā)界面中通過(guò)ADO(ActiveX Data Object)活動(dòng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口技術(shù)建立與ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)的連接[5]。

知識(shí)的表示方法有很多，但為了有效自然地表示知識(shí)以及在對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行修改、刪除、增加和檢索操作時(shí)更加有效率，本系統(tǒng)的知識(shí)表示采用自然語(yǔ)言方式。知識(shí)庫(kù)中每一條故障記錄都包含有故障現(xiàn)象、故障原因和故障處理。在故障診斷過(guò)程中，用戶輸入的關(guān)鍵詞越多，即故障現(xiàn)象描述越具體，得出的結(jié)果就越準(zhǔn)確；反之，得到的結(jié)果就越模糊。例如，用戶輸入“漏油”，知識(shí)庫(kù)故障現(xiàn)象記錄中凡是含有該關(guān)鍵詞的記錄都會(huì)顯示出來(lái)；而如果輸入“軸封漏油”，那么得到的結(jié)果就會(huì)更準(zhǔn)確?；谝陨显?，本系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)模塊主要考慮怎樣構(gòu)建每條故障記錄(包含故障現(xiàn)象、故障原因、故障處理)的表達(dá)方式。在ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中，各字段名、字符類型以及字符長(zhǎng)度的設(shè)置如表1所示。

表1　知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2知識(shí)獲取

1.2.1知識(shí)獲取方法

本系統(tǒng)在用戶往知識(shí)庫(kù)中添加自定義信息時(shí)有一定的要求。例如，當(dāng)用戶輸入“系統(tǒng)振動(dòng)”作為故障現(xiàn)象時(shí)，推理得到的最后結(jié)果應(yīng)該將故障現(xiàn)象包含“系統(tǒng)振動(dòng)”的記錄全部顯示出來(lái)；而如果用戶在輸入“系統(tǒng)振動(dòng)”后，再輸入“泵”或者“閥彈簧”等關(guān)鍵詞，那么故障現(xiàn)象就變得更為具體，推理得到的結(jié)果也會(huì)更加具體，因?yàn)檫@區(qū)分了由泵引起的系統(tǒng)振動(dòng)和由閥彈簧引起的系統(tǒng)振動(dòng)兩種故障診斷記錄。因此，本系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)在接受用戶自定義信息時(shí)，要求對(duì)故障現(xiàn)象的描述盡可能詳細(xì)。表2以“系統(tǒng)振動(dòng)”為例說(shuō)明了知識(shí)獲取的表示方法。

表2　液壓系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷知識(shí)獲取

1.2.2知識(shí)庫(kù)管理

用戶可以對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行刪除、修改、增加和備份等操作。本系統(tǒng)針對(duì)知識(shí)庫(kù)管理設(shè)計(jì)了兩種操作方式，即快捷方式和標(biāo)準(zhǔn)方式。

(1)快捷方式：系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的每條記錄都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部ID(包括用戶自定義添加的)，用戶只需要在對(duì)話框中輸入要?jiǎng)h除的內(nèi)部ID，便可以將對(duì)應(yīng)的記錄刪除；同樣，在相應(yīng)的對(duì)話框中輸入每條記錄的內(nèi)部ID、故障現(xiàn)象、故障原因、故障處理等相關(guān)信息，便可以完成對(duì)知識(shí)記錄的添加?？旖莘绞竭€具有一鍵備份功能，只需要點(diǎn)擊“備份”按鈕，系統(tǒng)便可對(duì)當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份，安全快捷。

快捷方式為用戶繁瑣的操作過(guò)程提供了便捷通道，節(jié)省了大量時(shí)間；即時(shí)備份功能又為用戶的數(shù)據(jù)安全提供了保障，提高了用戶的工作效率，降低了用戶的出錯(cuò)率。

(2)標(biāo)準(zhǔn)方式：用戶可以在系統(tǒng)提供的查詢子系統(tǒng)下對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理操作。子系統(tǒng)界面可將數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的所有詳細(xì)內(nèi)容列舉出來(lái)，用戶可以對(duì)任何一條記錄進(jìn)行修改和刪除；其增加和備份功能的實(shí)現(xiàn)方法同快捷方式一樣。

標(biāo)準(zhǔn)方式以可視化的顯示方式呈現(xiàn)給用戶，避免了用戶誤刪、漏輸入內(nèi)容等錯(cuò)誤操作，更加簡(jiǎn)潔明了和人性化。

1.3推理機(jī)制

正向推理控制策略的基本思想是：根據(jù)已知數(shù)據(jù)信息，使用既定規(guī)則，讓規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫(kù)匹配，然后解決當(dāng)前問(wèn)題[6-7]。本文正是采用正向推理這種方式，方便用戶直接將觀察到的故障現(xiàn)象輸入系統(tǒng)，推理出故障原因和解決方案。該推理流程如圖2所示。

圖2　推理流程圖

2實(shí)例運(yùn)行

本文針對(duì)傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)例運(yùn)行分析。

一般聯(lián)合收割機(jī)液壓系統(tǒng)的油源為雙聯(lián)液壓泵，采用由手動(dòng)換向閥、安全閥和液控單向閥等組成的組合閥，用來(lái)控制工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向和系統(tǒng)工作壓力。泵的卸載油路為串聯(lián)方式，壓力油路和回油路均為并聯(lián)方式。根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析總結(jié)其易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、故障原因以及處理方案，收錄于數(shù)據(jù)庫(kù)。然后運(yùn)行本系統(tǒng)，進(jìn)行液壓系統(tǒng)故障診斷。

圖3　第一次推理結(jié)果

圖4　第二次推理結(jié)果

圖5　第三次推理結(jié)果

中圖分類號(hào)：TH137

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.03.005

Abstract:According to the characteristics of faults in the hydraulic system of agricultural machinery, a VB-based fault diagnosis expert system is designed. The total structure of the expert system is built, and the composing of the knowledge base of that expert system and its inner inference mechanism are emphasized. The expert system makes full use of the database of ACCESS and VB′s visual programming technique characteristics. It gives full play to the VB′s accuracy and efficiency in the process of data , and greatly improves accuracy and efficiency in process of the fault diagnosis of hydraulic system. It is very valuable to apply this system to the fault diagnosis of hydraulic system in combine harvester.

收稿日期：2014-10-01

作者簡(jiǎn)介：李留濤(1986—)，男，河南周口人，碩士。

文章編號(hào)：1671-6906(2015)03-0029-05

從上述推理過(guò)程來(lái)看，在第一種推理過(guò)程中，總共進(jìn)行了3次推理診斷。事實(shí)上，本系統(tǒng)能夠進(jìn)行無(wú)窮次逼近推理，直到獲取唯一的故障記錄。在第二種推理過(guò)程中，有意改變關(guān)鍵詞的輸入順序，是為了說(shuō)明系統(tǒng)的最終推理結(jié)果與關(guān)鍵詞的輸入順序無(wú)關(guān)。

3結(jié)語(yǔ)

本文研究了專家系統(tǒng)中的知識(shí)處理體系和推理機(jī)制，建立了農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓故障診斷專家系統(tǒng)的初步模型。在建造知識(shí)庫(kù)處理體系時(shí)，仔細(xì)分析農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，搜集了大量農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障知識(shí)，同時(shí)專家也可以隨時(shí)為知識(shí)庫(kù)添加更多診斷記錄。具有靈活性的軟件使知識(shí)庫(kù)具有一定的使用價(jià)值。采用VB高級(jí)語(yǔ)言和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)建造知識(shí)庫(kù)，每條故障現(xiàn)象記錄被最小化細(xì)分，知識(shí)表示自然簡(jiǎn)潔，不同級(jí)別的用戶都能輕松獲取信息，使系統(tǒng)具有廣泛的適用人群。由于知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)較好，推理機(jī)制工作效率較高，用戶只需要輸入幾個(gè)關(guān)鍵詞便能及時(shí)得到準(zhǔn)確的結(jié)果，因此系統(tǒng)具有很高的準(zhǔn)確性和便捷性。由于VB在人機(jī)界面的可視化優(yōu)勢(shì)，用戶通過(guò)編輯框就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行添加和刪除管理，使系統(tǒng)具有很高的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

該系統(tǒng)以VB高級(jí)語(yǔ)言以及ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，充分發(fā)揮VB在處理數(shù)據(jù)以及可視化方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，不僅使初級(jí)用戶或者技術(shù)人員能夠針對(duì)實(shí)際問(wèn)題做出專家級(jí)別的診斷，而且能為農(nóng)業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供重要參考，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

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(責(zé)任編輯：王長(zhǎng)通)

Development of VB-based Fault Diagnosis Expert System of

Agricultural Machinery Hydraulic System

YANG Sen， AN Xiang-dong

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007， China)

Key words:hydraulic system; fault diagnosis; VB; agricultural machinery; expert system