基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)

吳一帆

（北京飛機維修工程有限公司成都分公司 成都 610200）

基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)

吳一帆

（北京飛機維修工程有限公司成都分公司 成都 610200）

民航客機在運行的過程中出現(xiàn)故障是不可避免的，為了保證客機運營安全，對故障的診斷是十分必要也是十分重要的。科技故障有著困難性和復(fù)雜性的特點，其涉及到的排故知識眾多。基于以上，本文首先分析了基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并探討了主要開發(fā)內(nèi)容，旨在提升民航客機故障診斷效率，保證民航客機運營安全。

知識；民航客機；故障診斷；專家系統(tǒng)

前言

民航客機是航線運輸?shù)闹髁姡湓谶\行的過程中不可避免的會出現(xiàn)故障，這就需要及時診斷科技故障，保證科技運營安全。傳統(tǒng)的客機故障診斷系統(tǒng)有著一定的局限性，其只能夠?qū)我辉O(shè)備進行診斷，難以保證診斷的全面性。因此，本文提出了一種基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)。

1 基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，知識庫是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，主要包括數(shù)字字典表、規(guī)則庫和案例庫。系統(tǒng)能夠?qū)⒒趯＜抑R的符號推理與信號處理和特征分析相結(jié)合，從而實現(xiàn)客機故障的診斷，下面進行具體分析：

1.1 數(shù)據(jù)字典表

數(shù)據(jù)字典表能夠?qū)⑺袟l件和結(jié)論進行轉(zhuǎn)換，從而得到一個符號，將知識庫中所有記錄都用符號表示，從而表示出相應(yīng)的條件和結(jié)論，如果知識庫中的數(shù)據(jù)量龐大，則可以通過有效索引的建立來實現(xiàn)快速查詢和推理，通過簡單的符號來代替大量文字信息，能夠有效節(jié)省存儲空間，便于SQL語句的書寫。

1.2 規(guī)則庫

對排故手冊、維修手冊、可靠性報告以及維修大綱等材料進行綜合性的考慮，對科技系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及故障機制和故障特征進行分析，以逆向推理為基礎(chǔ)，將推理目標和推理前提之間的規(guī)則建立為樹型結(jié)構(gòu)，將子系統(tǒng)故障描述為樹樁邏輯結(jié)構(gòu)[1]。在規(guī)則庫知識的表示過程中，采用與其特點相適應(yīng)的產(chǎn)生方式表示法來完成，基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)的核心就是規(guī)則表，即知識庫中的規(guī)則庫。

1.3 案例庫

案例推理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)就是案例庫中的安利表示，以對診斷信息的理解為基礎(chǔ)，遵循相關(guān)原則，用可是別的模型或語言來解釋和描述案例，從而形成案例范式結(jié)構(gòu)。案例代表的是具體問題求解整個過程的表達，其能夠描述相關(guān)問題的環(huán)境、狀態(tài)以及解決方案。對于故障案例來說，其知識表示過程就是提取故障特征的過程，盡可能全面、詳盡的描述故障發(fā)生情況，獲取完整故障信息，從而生成查詢案例作為案例檢索起點。

合理的安利表示方法對于提升案例檢索精度和效率有著重要作用，一般來說，民航客機故障案例由兩部分組成：①故障描述：主要包括對故障客機的機型、故障現(xiàn)象、故障位置、故障發(fā)生時間以及故障代碼的描述[2]；②解決方案：主要包括客機故障解決方案的編號、描述、故障發(fā)生原因以及具體排除方法和參考經(jīng)驗的描述。以當前故障案例的描述為基礎(chǔ)，從案例庫中檢索與其特征屬性相似、且對當前故障有指導(dǎo)意義的案例，從而形成候選案例集，為之后的故障診斷提供依據(jù)。

2 基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容

2.1 知識獲取

知識獲取主要指從外部知識源中抽取出人類已有的知識，并將其表示為計算機系統(tǒng)能夠理解的形式，在計算機內(nèi)進行轉(zhuǎn)換。對于民航客機故障診斷專家系統(tǒng)來說，其知識獲取主要包括兩種方式：①直接獲取：專家向系統(tǒng)提供一定數(shù)量的資料或數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)資料按照一定格式和機制進行整理，從而完成知識獲取，形成知識庫；②間接獲取：領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^書面或語言等形式來整理自身知識，之后與工程師相互配合，對整理好的知識進行分析和總結(jié)，之后簡化知識，使其成為能夠被計算機理解的形式，最后借助知識編輯器等工具將簡化后的知識輸入到系統(tǒng)知識庫中。

2.2 知識表示

知識表示指的是描述世界的約定，本質(zhì)上來講是知識符號化的過程，在人腦存儲和處理模擬信息的基礎(chǔ)上，設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以此來講獲取的專業(yè)領(lǐng)域知識通過計算機代碼的形式化表示出來，并進行合理的描述，最后進行存儲。在知識符號化之后，專家系統(tǒng)就能夠?qū)@些知識加以利用，從而進行推理，做出相關(guān)決策。知識表示是專家系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其對系統(tǒng)推理效率和知識庫擴充能力都有著重要的影響。

2.3 推理機制

①推理機以當前數(shù)據(jù)庫中的事實為基礎(chǔ)，對模型庫中的數(shù)學(xué)公式調(diào)用，并進行分析和計算，并匹配知識庫中規(guī)則的條件；②將匹配成功的規(guī)則結(jié)論作為新的事實，將其存儲到數(shù)據(jù)庫中；③利用更新之后的數(shù)據(jù)庫事實來重復(fù)上述兩個步驟，直到?jīng)]有新的事實產(chǎn)生為止，從而得出推理結(jié)論。

2.4 診斷信息獲取

2.4.1 案例交互式信息獲取

以人機交互為基礎(chǔ)，在專家系統(tǒng)對民航客機故障診斷的過程中，利用逐步咨詢的方式，以問題需要為依據(jù)來獲取診斷信息。用戶通過人機交互界面向系統(tǒng)提出問題或回答問題，并提供原始數(shù)據(jù)和相關(guān)事實，列出故障案例庫中的故障案例，用戶將故障案例與故障現(xiàn)象進行比對，選擇與故障現(xiàn)象觀察結(jié)果相符的故障案例，從而獲取故障原因、位置以及發(fā)生故障時間等信息，并將其在系統(tǒng)中錄入[3]。列出規(guī)則庫中的樹樁邏輯結(jié)構(gòu)節(jié)點，用戶對與觀察結(jié)果相符的節(jié)點進行選擇。

2.4.2 智能獲取

以計算機信息融合技術(shù)和數(shù)學(xué)計算方法為基礎(chǔ)，分析民航客機故障特征，通過信號分析模型來分析故障數(shù)據(jù)，提取故障特征，從而實現(xiàn)故障診斷信息的智能獲取。

3 結(jié)論

綜上所述，本文簡要分析了基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并探討了知識獲取、知識表示、故障診斷推理機制以及診斷信息獲取等主要開發(fā)內(nèi)容，旨在推進基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)的進一步應(yīng)用和發(fā)展。

[1]劉 熊.民航飛機故障診斷專家系統(tǒng)的研究[J].內(nèi)江科技，2009，04：41.

[2]徐新海，周紅，左洪福.基于知識的民航客機故障診斷專家系統(tǒng)[J].科技信息，2009，35：29～30.

[3]李國勝.TCAS故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].中國民用航空飛行學(xué)院，2009.

TP182

A

1004-7344（2016）23-0278-01

2016-7-23