CK6140數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐堅(jiān)+易競(jìng)

【摘要】液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，這里的知識(shí)包括專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及診斷策略。專家系統(tǒng)一旦建立，系統(tǒng)自帶的專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)可以為相關(guān)技術(shù)人員、工程師提供重要的參考和依據(jù)，同時(shí)也有利于故障診斷經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的傳承。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng) 故障診斷 專家系統(tǒng)

1引言

液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一套應(yīng)用軟件系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)故障具有復(fù)雜性、不確定性、相關(guān)性和延時(shí)性等特點(diǎn)，排除較為困難。所以在故障診斷和排除的過程中就需要大量的專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及診斷策略。

2 液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)工作原理

故障診斷專家系統(tǒng)首先根據(jù)所獲得的液壓系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)信息對(duì)對(duì)象系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行鑒定，判斷是否正常，判定對(duì)象系統(tǒng)故障之后要確定故障部位和性質(zhì)；然后確定故障原因并預(yù)判故障發(fā)展趨勢(shì)；最后得出診斷結(jié)論并給出具體的維修建議：（1）利用專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)建立“知識(shí)庫”，這個(gè)過程需要建立專家系統(tǒng)與領(lǐng)域?qū)＜业摹叭藱C(jī)交互界面”，便于知識(shí)庫的更新與修改。（2）利用計(jì)算機(jī)語言和程序按照一定的推理算法建立“推理機(jī)”，“推理機(jī)”在利用“知識(shí)庫”中的知識(shí)通過“解釋程序”來決定知識(shí)的更新。（3）用戶通過“人機(jī)交互界面”與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話，用戶回答系統(tǒng)提出的問題，專家系統(tǒng)根據(jù)問答過程獲得的信息進(jìn)行推理并給出最終的診斷結(jié)論。

3 液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的特征

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的專家系統(tǒng)應(yīng)具備以下特征：具有專家水平的故障診斷知識(shí)；專家水平的求解能力；具有獲取知識(shí)的能力；知識(shí)與推理機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立。液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)除了具備上述專家系統(tǒng)的四個(gè)特征外，還應(yīng)具備下列特征：（1）擴(kuò)展性：專家系統(tǒng)的知識(shí)庫能夠擴(kuò)充專家知識(shí)并且方便用戶在獲得新的知識(shí)后利于軟件進(jìn)行擴(kuò)展，便于用戶使用、操作和維護(hù)。（2）嚴(yán)謹(jǐn)性：專家系統(tǒng)在解決實(shí)際問題的過程中必須從系統(tǒng)調(diào)用和存儲(chǔ)這些知識(shí)，然后通過推理和判斷來解決實(shí)際問題。這就要求系統(tǒng)使用這些知識(shí)的過程必須是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模?）通用性：液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)際上是一種應(yīng)用軟件，面對(duì)的是使用液壓系統(tǒng)的設(shè)備即主機(jī)，這就要求專家系統(tǒng)開發(fā)過程中要貼合主機(jī)，符合主要要求。

4 液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路如下：（1）邀請(qǐng)液壓領(lǐng)域的專家提供知識(shí)。（2）利用故障樹分析法、框架法和產(chǎn)生式規(guī)則建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫，并邀請(qǐng)專家對(duì)故障樹的中間事件和底層事件打分。（3）利用層次分析法建立專家系統(tǒng)推理機(jī)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算對(duì)故障產(chǎn)生概率進(jìn)行計(jì)算以判斷故障原因，并使之具備解釋功能。（4）專家系統(tǒng)的人機(jī)交互界面采用目前應(yīng)用最廣泛的菜單式系統(tǒng)，達(dá)到方便用戶使用、操作、維護(hù)的目的。（5）專家系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)選擇時(shí)下流行的PHP 5，數(shù)據(jù)庫選擇采用Mysql 5.5，以便于實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的開發(fā)和知識(shí)管理。

5 CK6140數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由人機(jī)交互界面、推理機(jī)、知識(shí)庫等模塊組成，其中核心部分為知識(shí)庫和推理機(jī)。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，繪制出專家系統(tǒng)框圖。

（1）人機(jī)交互界面。人機(jī)交互界面采用目前應(yīng)用最廣泛的菜單式系統(tǒng)。本系統(tǒng)人機(jī)交互界面主要由人機(jī)診斷界面和知識(shí)管理界面兩個(gè)界面構(gòu)成，要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要功能：用戶能利用界面很快的進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)行與故障相關(guān)的查詢和診斷；用戶能夠非常方便的對(duì)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫進(jìn)行修改，達(dá)到系統(tǒng)及時(shí)更新和完善的目的。

（2）知識(shí)管理系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)故障的原因相對(duì)復(fù)雜，一個(gè)故障現(xiàn)象可能對(duì)應(yīng)一種、幾種甚至多種原因，同時(shí)，一種故障原因故障邏輯不同也可能產(chǎn)生不同的故障現(xiàn)象。因此，在分析系統(tǒng)故障原因和故障現(xiàn)象，知識(shí)管理系統(tǒng)應(yīng)該具備添加和刪除知識(shí)的功能，以此來避免系統(tǒng)重復(fù)判斷的情況出現(xiàn)，提高診斷的準(zhǔn)確性和診斷效率。

（3）開發(fā)平臺(tái)的選擇

開發(fā)平臺(tái)選擇時(shí)下流行的PHP 5，原因如下：①PHP（ Hypertext Preprocessor）是一種在服務(wù)器端執(zhí)行的嵌入HTML文檔的腳本語言，可以更為快速地執(zhí)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，而且?guī)缀踔С炙辛餍械臄?shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)。②PHP作為編程工具，其本身免費(fèi)且是開源代碼，且運(yùn)行在服務(wù)器端的腳本，可以運(yùn)行在UNIX、LINUX、WINDOWS環(huán)境下。③PHP程序開發(fā)快、運(yùn)行快、技術(shù)本身學(xué)習(xí)快，由于其可以被嵌入HTML語言，它相對(duì)于其他語言編輯更為簡(jiǎn)單，實(shí)用性更強(qiáng)，更適合初學(xué)者。

數(shù)據(jù)庫選擇采用Mysql 5.5，原因如下：①M(fèi)ysql作為一款較為成熟的數(shù)據(jù)庫軟件，尤其是開放源碼，能夠和PHP實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接，不存在兼容性問題。②Mysql作為一款中小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉庫內(nèi)，增加的速度并提高了靈活性。

（4）解釋機(jī)制。解釋機(jī)制將采用預(yù)制文本的方法。即預(yù)先根據(jù)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)可能的故障（即常見故障）進(jìn)行分類，將故障產(chǎn)生的原因、解決方法以文本的形式存入系統(tǒng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，用戶將液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)信息輸入專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫中知識(shí)和預(yù)先設(shè)定好的推理機(jī)進(jìn)行推理，得出結(jié)論的同時(shí)從數(shù)據(jù)庫的預(yù)制文本中調(diào)出與結(jié)論相對(duì)應(yīng)的解釋內(nèi)容回答用戶問題。

6 結(jié)論

本文通過CK6140數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，介紹了專家系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（12C1117）。