閆慧敏

摘? ?要：故障診斷專家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)領(lǐng)域?qū)＜彝评磉^(guò)程開(kāi)展故障診斷及定位的有效模擬，并提出故障解決方案，使設(shè)備故障診斷表現(xiàn)出智能化、自動(dòng)化特征。故障診斷專家系統(tǒng)在高速動(dòng)車組、內(nèi)燃機(jī)車、電力設(shè)備等方面實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。文章通過(guò)闡述故障診斷專家系統(tǒng)的內(nèi)涵特征，對(duì)故障診斷專家系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用展開(kāi)探討研究，以期為故障診斷專家系統(tǒng)的科學(xué)合理應(yīng)用提出必要參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：故障診斷;專家系統(tǒng);應(yīng)用;發(fā)展

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，故障診斷專家系統(tǒng)在航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械電子等諸多領(lǐng)域得到推廣，并創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)常用的故障診斷專家系統(tǒng)涵蓋了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷專家系統(tǒng)、實(shí)例累積故障診斷專家系統(tǒng)及基于規(guī)則的故障診斷專家系統(tǒng)等[1]。如何將專家系統(tǒng)科學(xué)合理地應(yīng)用于各類故障診斷維修工作中，對(duì)減少維修成本、提升維修效率有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? ? 專家系統(tǒng)相關(guān)介紹

1.1? 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)作為綜合性智能計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，是處于不同領(lǐng)域的專業(yè)技能知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠模擬人類專家所設(shè)計(jì)的人工智能領(lǐng)域產(chǎn)品。專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)可以容納不同領(lǐng)域豐富的知識(shí)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且通過(guò)代碼的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)可以利用其中數(shù)據(jù)來(lái)應(yīng)對(duì)不同領(lǐng)域中技術(shù)問(wèn)題，以解決生產(chǎn)生活問(wèn)題，同時(shí)，還能夠顯著改善解決方案的穩(wěn)定性。當(dāng)前，專家系統(tǒng)已在諸多行業(yè)領(lǐng)域得到推廣，諸如航空航天、交通運(yùn)輸、電子設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生等。對(duì)于專家系統(tǒng)的特征優(yōu)勢(shì)而言，主要表現(xiàn)為：首先，專家系統(tǒng)可視為大量領(lǐng)域?qū)＜业暮铣审w，所以專家系統(tǒng)的診斷是屬于專家級(jí)別的診斷，并且其診斷水平遠(yuǎn)超單個(gè)人類專家，對(duì)故障的甄別能力是獨(dú)立人類專家難以媲美的。另外，故障診斷專家的理論知識(shí)與診斷經(jīng)驗(yàn)十分豐富，并且可以不斷累積補(bǔ)充，從而展現(xiàn)自身優(yōu)勢(shì)[2]。其次，專家系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)傳承知識(shí)可以長(zhǎng)久保存寶貴理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)運(yùn)行可不受時(shí)空限制，有效避免像人類專家一樣受到外界環(huán)境的干擾，避免人類專家出現(xiàn)突發(fā)情況，彌補(bǔ)人類專家工作的缺陷，從而解決由于信息丟失導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2? 故障診斷專家系統(tǒng)

診斷型專家系統(tǒng)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外諸多行業(yè)領(lǐng)域得到推廣，諸如航空航天、交通運(yùn)輸、電子設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生等。對(duì)于診斷型專家系統(tǒng)的建設(shè)而言，需要深入分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、各模塊的功能及故障原因相互間的相關(guān)關(guān)系。利用綜合分析探索來(lái)挖掘故障情況以及相關(guān)影響因素，探索內(nèi)在邏輯聯(lián)系，屬于專家系統(tǒng)與診斷推理學(xué)相互有機(jī)融合所建立起的一個(gè)學(xué)科分支，可將其稱作基于知識(shí)規(guī)則的診斷推理學(xué)，該學(xué)科旨在研究診斷過(guò)程中的知識(shí)架構(gòu)建立、知識(shí)處理轉(zhuǎn)化、診斷系統(tǒng)建立等相關(guān)理論問(wèn)題。結(jié)合近年來(lái)發(fā)展應(yīng)用實(shí)際而言，故障診斷專家系統(tǒng)已然轉(zhuǎn)變成一大熱門的診斷系統(tǒng)。

2? ? 故障診斷專家系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

2.1? 故障診斷專家系統(tǒng)在高速動(dòng)車組中的實(shí)踐應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)故障高效處理及事故主動(dòng)預(yù)防，確保高速動(dòng)車的安全有序運(yùn)行，高速動(dòng)車廣泛應(yīng)用故障診斷技術(shù)。高速動(dòng)車組故障診斷系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，其故障診斷對(duì)象主要包括設(shè)備類、功能類及安全類3部分。首先，設(shè)備類。其診斷對(duì)象主要由子系統(tǒng)部件、空氣開(kāi)關(guān)、傳感器、繼電器等組成。設(shè)備類故障應(yīng)當(dāng)診斷至最小可更換單元，從而保證檢修維護(hù)效率。其次，功能類。功能類診斷旨在保證控制功能的完整性、實(shí)效性。依據(jù)系統(tǒng)各項(xiàng)功能，功能類診斷主要可劃分成低壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)及高壓系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)故障診斷主要作用于對(duì)空氣開(kāi)關(guān)、繼電器等狀態(tài)的檢測(cè)診斷;中壓系統(tǒng)故障診斷主要作用于接地檢測(cè)、負(fù)載啟動(dòng)管理診斷及功率過(guò)載檢測(cè)診斷等;高壓系統(tǒng)故障診斷主要作用于高壓系統(tǒng)部件檢測(cè)、過(guò)壓過(guò)流檢測(cè)診斷等。最后，安全類。安全類診斷涵蓋列車運(yùn)行、檢修維護(hù)對(duì)應(yīng)的安全點(diǎn)，以期增強(qiáng)車輛系統(tǒng)的安全性;且主要作用于軸承類溫度檢測(cè)、安全環(huán)路狀態(tài)檢測(cè)、轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)檢測(cè)等[3]。

高速動(dòng)車組依托列車控制管理系統(tǒng)對(duì)列車各子系統(tǒng)設(shè)備開(kāi)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷。列車控制管理系統(tǒng)可對(duì)整車諸如門、制動(dòng)、牽引等一系列微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行總線連接，實(shí)現(xiàn)信息交互共享。而未有總線能力的設(shè)備或者部件可經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，A/D）采集模塊、輸入輸出端口（Input/Output，I/O）采集模塊及PT100溫度采集模塊開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。依托列車通信總線（Train Communication Network，TCN）總線將監(jiān)測(cè)獲取的信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至中央控制單元，中央控制單元是故障診斷的重要部件之一，將接收的信息數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理及邏輯計(jì)算，得出當(dāng)前列車故障狀態(tài)信息，并依托列車顯示屏實(shí)現(xiàn)故障呈現(xiàn)，警示相關(guān)人員制定并采取相關(guān)故障解決措施。

2.2? 故障診斷專家系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)車中的實(shí)踐應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)車的應(yīng)用發(fā)展是現(xiàn)代鐵路及相關(guān)行業(yè)的一大趨勢(shì)，鐵路部門在使用度方面的占比可達(dá)到約50%，憑借其便捷、舒適等優(yōu)勢(shì)，使我國(guó)使用內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)轉(zhuǎn)率實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足發(fā)展。然而在一些特殊情況下，內(nèi)燃機(jī)車在使用時(shí)會(huì)引發(fā)相關(guān)故障，為了確保信息及處理信息的有效性，有研究人員結(jié)合相關(guān)知識(shí)理論解決故障的知識(shí)和系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車故障的全面分析，從對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、功能中了解其中的問(wèn)題，為內(nèi)燃機(jī)車的有序運(yùn)行提出解決方法。

首先，內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在故障診斷中通常實(shí)施細(xì)節(jié)診斷，即從故障數(shù)據(jù)庫(kù)中采集信息，將推理機(jī)車有效應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)中，依托整合數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)進(jìn)行處理，并將各個(gè)環(huán)節(jié)有效與接機(jī)口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)板塊設(shè)計(jì)和相關(guān)功能，對(duì)其予以補(bǔ)充，在板塊思路上通常會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)開(kāi)展思路規(guī)劃，再調(diào)節(jié)板塊的適用性。在總體結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)滿意后，可確立板塊的最佳優(yōu)勢(shì)，在該種情況下通?？山Y(jié)合內(nèi)燃機(jī)在先進(jìn)技術(shù)使用優(yōu)勢(shì)方面，對(duì)程序進(jìn)行有效劃分，這是尤為重要的細(xì)節(jié)部分。其次，在利用模塊化中要對(duì)程序修改方案及程序編制進(jìn)行有效采集，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車信息數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)的有效整理。最后，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)車專家設(shè)計(jì)風(fēng)格開(kāi)展評(píng)定，各板塊均設(shè)置自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步確立優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)從引導(dǎo)控制程序中找出有利條件，開(kāi)展板塊分析[4]。

2.3? 故障診斷專家系統(tǒng)在電力設(shè)備中的實(shí)踐應(yīng)用

專家系統(tǒng)迅猛發(fā)展，全球眾多國(guó)家均對(duì)其展開(kāi)了全面、廣泛研究，進(jìn)而研制出一系列高性能的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可解決不同行業(yè)領(lǐng)域的諸多復(fù)雜問(wèn)題。但傳統(tǒng)專家系統(tǒng)同樣存在諸多不足：（1）知識(shí)獲取存在瓶頸，因?yàn)閷＜蚁到y(tǒng)通常針對(duì)某一專業(yè)領(lǐng)域，要求該專業(yè)領(lǐng)域的工程師與軟件工程師協(xié)同對(duì)知識(shí)信息進(jìn)行總結(jié)梳理，轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言存在不小難度。（2）規(guī)則要求人工提取。專業(yè)內(nèi)的規(guī)則要求人工提煉，且倘若所需處理的問(wèn)題復(fù)雜，則不僅規(guī)則提取難度會(huì)加大，規(guī)則庫(kù)規(guī)模也會(huì)顯著擴(kuò)大，并且還會(huì)對(duì)實(shí)際診斷的判斷工作及計(jì)算效率帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。（3）專家系統(tǒng)從經(jīng)驗(yàn)中進(jìn)行自我學(xué)習(xí)的能力有限，對(duì)知識(shí)庫(kù)的調(diào)整改進(jìn)要求工程師、程序員協(xié)助開(kāi)展，所以會(huì)加大設(shè)計(jì)及維護(hù)的工作量。針對(duì)傳統(tǒng)專家系統(tǒng)存在的問(wèn)題，由研究人員以檢測(cè)算法為前提，設(shè)計(jì)推出電力設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)。

和傳統(tǒng)專家系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)有效借助檢測(cè)算法，推進(jìn)檢測(cè)知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)與檢測(cè)算法的有機(jī)融合，以此降低了系統(tǒng)的設(shè)備及維護(hù)難度，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。本系統(tǒng)主要包括電力設(shè)備檢測(cè)、電力設(shè)備診斷兩大功能。和傳統(tǒng)專家系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)主要由檢測(cè)子系統(tǒng)、診斷子系統(tǒng)組成，各部分涉及不同內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)不同功能。其中，檢測(cè)子系統(tǒng)的功能主要為檢測(cè)待識(shí)別對(duì)象并開(kāi)展定位，具體功能包括檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、絕緣子檢測(cè)系統(tǒng)以及高壓套管檢測(cè)系統(tǒng)。絕緣子檢測(cè)系統(tǒng)和高壓套管檢測(cè)系統(tǒng)則涵蓋可獨(dú)立完成檢測(cè)的相關(guān)算法、模型。診斷子系統(tǒng)的功能主要為評(píng)定設(shè)備發(fā)熱部位及程度，為診斷提供依據(jù)。診斷子系統(tǒng)主要由診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)以及解釋器等組成。子系統(tǒng)運(yùn)行以檢測(cè)子系統(tǒng)結(jié)果為重要基礎(chǔ)，以該結(jié)果為輸入數(shù)據(jù)，結(jié)合紅外圖像、知識(shí)庫(kù)對(duì)電力設(shè)備開(kāi)展診斷。診斷數(shù)據(jù)庫(kù)主要由電力設(shè)備紅外圖像、配準(zhǔn)圖像等組成;知識(shí)庫(kù)涉及設(shè)備相關(guān)故障信息;推理機(jī)作用于對(duì)知識(shí)、規(guī)則開(kāi)展推理;解釋器作用于提供檢測(cè)結(jié)果并制定檢修建議[5]。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，專家系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提高，故障診斷效率及準(zhǔn)確性也會(huì)不斷提升，系統(tǒng)將會(huì)更為智能。因此，相關(guān)人員務(wù)必須要加大研究力度，提高對(duì)專家系統(tǒng)內(nèi)涵特征的有效認(rèn)識(shí)，不斷推進(jìn)故障診斷專家系統(tǒng)的科學(xué)合理應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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Research on application of fault diagnosis expert system

Yan Huimin

（Gansu Iron and Steel Vocational Technical College， Jiayuguan 735100， China）

Abstract：The fault diagnosis expert system can realize the effective simulation of fault diagnosis and location of domain expert reasoning process， and propose fault solutions to make equipment fault diagnosis show intelligent and automatic features. The fault diagnosis expert system realizes wide applications in high-speed EMUs， diesel locomotives， and power equipment. This paper expounds the connotation characteristics of the fault diagnosis expert system， and discusses the practical application of the fault diagnosis expert system， in order to provide the necessary reference for the scientific and rational application of the fault diagnosis expert system.

Key words：fault diagnosis; expert system; application; development