艦艇裝備故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

（92270部隊(duì) 威海 264309）

1 引言

艦艇裝備是技術(shù)密集型的組織合體，特別是現(xiàn)代化戰(zhàn)艦更是集高、精、尖技術(shù)于一體，為裝備全壽命保障提出了很高的要求。目前我國海軍處于跨越式發(fā)展時(shí)期，一批批新型艦艇不斷入列，但由于國情和國防發(fā)展戰(zhàn)略限制，新型艦艇并不是成系統(tǒng)、成規(guī)模的配備部隊(duì)，裝備保障一直是難題，且裝備設(shè)計(jì)時(shí)重作戰(zhàn)性能而保障性考慮不足的現(xiàn)象還沒能從根本上得到解決，預(yù)防性檢修和事后修理仍然是裝備維修的主要方式，艦員級(jí)修理是此種方式的執(zhí)行主體之一。我海軍艦艇裝備型號(hào)多，來源復(fù)雜以及配備至艦艇的資料少，經(jīng)驗(yàn)交流及留存機(jī)制不完善是制約艦員級(jí)修理和裝備使用管理的主要瓶頸，本文從建立裝備故障診斷專家系統(tǒng)的角度，并結(jié)合筆者從事裝備管理的一些實(shí)踐對(duì)解決這一問題作初步探討。

2 專家系統(tǒng)原理

2.1 專家系統(tǒng)的定義

專家系統(tǒng)的名稱于1982年由Feighbaum 正式提出，其定義為：專家系統(tǒng)（Expert System 簡稱ES）是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，使用知識(shí)與推理過程，求解那些需要專家知識(shí)才能求解的高難度問題［1］。

2.2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理

從定義我們不難看出，專家系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上，基本原理是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)專家知識(shí)進(jìn)行整理建庫，應(yīng)用檢索、推理、知識(shí)更新等技術(shù)按用戶的要求提供服務(wù)，結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理見圖1。

圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理

2.2.1 知識(shí)獲取系統(tǒng)

知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)的重點(diǎn)，也是關(guān)鍵難點(diǎn)問題，從獲取知識(shí)的方式可以分為如下幾種：

1）非自動(dòng)型知識(shí)獲取，主要是指從書本或?qū)＜业闹R(shí)積累，通過一定的編輯方式錄入知識(shí)庫。

2）全自動(dòng)知識(shí)獲取，是指利用智能技術(shù)對(duì)所處的環(huán)境利用電腦知識(shí)自動(dòng)識(shí)別、推理、得出結(jié)論，并將結(jié)論自動(dòng)錄入知識(shí)庫。

3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是指利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過樣本推理訓(xùn)練得到新的知識(shí)。

2.2.2 知識(shí)的表示方法

1）邏輯表示法，如：is＿a（car ford）＝Car is a ford；teach（smith tom）＝Smith teach tom 這種表示法對(duì)于小型知識(shí)庫可以適用，大型知識(shí)庫因編輯量太大，不適用這種表示法。

2）關(guān)鍵詞表示法。

3）產(chǎn)生式表示法，如：IF ｛（fuel＿Consume＿large）AND（Black＿Smoke）AND （Exhaust＿Pipe＿Blowant）｝THEN｛（Ignitian＿Ahead＿Time＿Small）｝。

2.2.3 知識(shí)推理

1）正向推理，由已知事實(shí)與規(guī)則的前提條件，匹配該知識(shí)塊的結(jié)論。

2）反向推理，先從知識(shí)庫中選擇一個(gè)結(jié)果作假設(shè)，尋找支持假設(shè)的證據(jù)或事實(shí)，若用戶信息與所需證據(jù)匹配，則成功。

3 艦艇裝備故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

圖2 專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以編隊(duì)監(jiān)測室為中心，數(shù)據(jù)庫置于編隊(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，以便專人維護(hù)，并與基地?cái)?shù)據(jù)中心聯(lián)接，通過基地?cái)?shù)據(jù)中心與其他編隊(duì)服務(wù)器聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。節(jié)點(diǎn)是指各大隊(duì)設(shè)的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，以便于各艦艇用戶數(shù)據(jù)的查詢或錄入。

3.2 知識(shí)庫的建立

知識(shí)庫的來源有書本知識(shí)、廠家資料、專家知識(shí)和故障排除的實(shí)踐積累。故障知識(shí)以文本的形式，說明某種故障的部位、現(xiàn)象、原因、排除方法等，必要時(shí)配上圖片說明，這種完整的故障說明稱為知識(shí)庫中的一條知識(shí)，用關(guān)鍵詞為索引［2］，類似于論文庫。初建庫時(shí)要通過一定的行政手段，由各個(gè)用戶按一定的規(guī)則，組織文字材料，由用戶端的錄入界面錄入，編隊(duì)數(shù)據(jù)中心適時(shí)組織專家對(duì)每一條知識(shí)進(jìn)行審查修改。每次的故障排除實(shí)踐也要進(jìn)行總結(jié)錄入，作為知識(shí)庫的補(bǔ)充。

3.3 查詢方式

1）樹狀查詢法［3］，其過程是：

這種查詢方式適用于已知故障部位，查詢故障排除方法的情況。

2）聯(lián)想查詢法［4～5］，這是一種擴(kuò)散式查詢，其過程如圖3所示

圖3 聯(lián)想查詢法

這種查詢方式適用于已知故障現(xiàn)象，但并沒有確定故障原因及部位，系統(tǒng)采取聯(lián)想提示的方式，由查詢?nèi)烁鶕?jù)掌握的情況進(jìn)一步判斷故障可能原因及部位。或進(jìn)行反向推理，選擇一個(gè)可能故障原因，由此故障的現(xiàn)象描述匹配已知的現(xiàn)象，匹配成功則判斷正確。

3）關(guān)鍵詞查詢法，通過一個(gè)查詢窗口，輸入一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行查詢。這種方式應(yīng)用于用戶對(duì)關(guān)鍵詞較熟且準(zhǔn)確的情況，優(yōu)點(diǎn)是查詢速度快，不足是查詢的結(jié)果有限。

4）專家咨詢法，通過聊天窗口與在線專家進(jìn)行交流，也可通過聊天窗口傳送圖文資料進(jìn)行在線診斷。

3.4 開發(fā)軟件

支持大型數(shù)據(jù)庫操作的軟件很多，VC、VB、FOX 等，但從界面設(shè)計(jì)方便性以及對(duì)數(shù)據(jù)庫操作的效率來看，VB是較好的開發(fā)軟件，其開發(fā)的數(shù)據(jù)庫程序通讀性好，易修改和移植。需要的關(guān)鍵技術(shù)有界面開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、數(shù)據(jù)庫SQL技術(shù)。數(shù)據(jù)庫的建立可以利用微軟Office組件中的Access，該類型的數(shù)據(jù)庫對(duì)軟件支持性好，既可以獨(dú)立直接操作也可以通過程序界面操作，對(duì)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與更新極為方便［6］。

4 難點(diǎn)分析

海軍網(wǎng)絡(luò)軟、硬件建設(shè)與發(fā)展已達(dá)到相當(dāng)?shù)膶哟危⑴炌аb備故障診斷專家系統(tǒng)已具備條件，目前存在的困難是網(wǎng)絡(luò)保密問題，艦艇裝備故障專家系統(tǒng)涉及的秘密非常多，而網(wǎng)絡(luò)保密又是一難題，使得故障診斷專家系統(tǒng)遲遲不能建立，僅有部分小型數(shù)據(jù)庫在內(nèi)部使用，體現(xiàn)不了信息化和數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢(shì)，目前可能的解決方法是利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密傳輸。另一個(gè)難點(diǎn)就是專家系統(tǒng)知識(shí)庫的建立，這是一項(xiàng)人力物力投入較大的工作，當(dāng)前海軍新型裝備不斷入列給原始資料的積累帶來了最佳時(shí)期，解決的方法是利用行政手段進(jìn)行原始資料的積累。

5 結(jié)語

艦艇裝備故障診斷專家系統(tǒng)是裝備信息化發(fā)展工作的一部分，為艦員級(jí)故障診斷、修理和信息交流、學(xué)習(xí)提供了一個(gè)實(shí)用的平臺(tái)。隨著監(jiān)測診斷理論與技術(shù)的發(fā)展，裝備故障診斷可以由定性到定量轉(zhuǎn)變，專家系統(tǒng)就可以綜合油液監(jiān)測、振動(dòng)監(jiān)測［7］、紅外監(jiān)測等手段，通過人工智能算法［8～9］，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)直接判斷出故障的部位、性質(zhì)、故障發(fā)展程度以及壽命期望值并給出處理方案［12］。

通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳輸效率的提高，遠(yuǎn)程支援將得以普遍應(yīng)用，裝備故障診斷專家系統(tǒng)可以綜合多方資源，進(jìn)行遠(yuǎn)程在線支援，實(shí)現(xiàn)海軍裝備保障真正意義上的信息化。

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［11］黃晶晶，熊才權(quán).粗糙集-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在作戰(zhàn)效能評(píng)估中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011，39（5）.

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