電梯安全評價數(shù)據(jù)庫的建立分析

邵永青

（同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 200092）

隨著社會現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高樓大廈林立成為現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志。而電梯作為提高人民生活質(zhì)量和工作效率的重要交通工具，已成為生活和工作中不可或缺的組成部分。電梯行業(yè)的高速發(fā)展，涉及的學(xué)科及領(lǐng)域范圍甚廣，是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。隨著對電梯性能要求的越來越高，電梯的安全性、舒適性及高效性成為評價電梯的重要判定標(biāo)準(zhǔn)。電梯控制系統(tǒng)是電梯的核心組成，其控制性能的優(yōu)劣將直接影響電梯的綜合性能指標(biāo)。電梯故障診斷及分析過程相對繁瑣，耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力。因此，智能化電梯專家系統(tǒng)作為一種電梯故障高效診斷及分析系統(tǒng)，能夠大幅減少人工成本，提高電梯工程師的工作效率。

1 電梯控制系統(tǒng)故障分析及診斷

1.1 電梯控制系統(tǒng)分析

電梯控制系統(tǒng)是電梯系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于控制電梯門的開合、電梯的運(yùn)行方向、電梯制動、電梯主驅(qū)動控制及電梯安全保護(hù)等環(huán)節(jié)。明確電梯的工作流程及電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式對診斷電梯故障、分析電梯故障原因具有重要意義。

用戶在乘坐電梯的過程中，電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的技術(shù)指令：①登記用戶樓層指令（內(nèi)選或?qū)油庹賳荆虎诳刂齐娞蓍T的開啟或閉合；③控制電梯啟動加速；④電梯滿速或中間分速運(yùn)行；⑤到達(dá)目的樓層前預(yù)置距離點(diǎn)進(jìn)行減速制動；⑥控制電梯門開啟。在整個電梯運(yùn)動過程中，根據(jù)電梯的狀態(tài)控制系統(tǒng)主要進(jìn)行響應(yīng)召喚、基于召喚輸出運(yùn)動方向、基于位置響應(yīng)速度信號、消除召喚命令并控制電梯門狀態(tài)、判斷電梯是否超載及電梯超載執(zhí)行等命令。

1.2 專家系統(tǒng)故障分析

電梯運(yùn)行過程中，因設(shè)置程序問題或設(shè)備硬件問題等，會產(chǎn)生一系列故障。針對電梯故障進(jìn)行診斷分析，并對電梯故障的嚴(yán)重程度、故障發(fā)生頻率及可能引起的后果進(jìn)行分類，即電梯故障模式及后果處理。故障分析權(quán)衡的準(zhǔn)則是預(yù)防該故障的費(fèi)用要低于故障排除的費(fèi)用。通過對電梯控制系統(tǒng)的故障診斷及后果分析易知，其故障具有復(fù)雜性、不確定性、層次性及相關(guān)性等特點(diǎn)。

電梯控制專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域的一項(xiàng)重要應(yīng)用，利用存儲于計(jì)算機(jī)內(nèi)的專家知識以人類專家的模式來解決實(shí)際問題。優(yōu)良的專家控制系統(tǒng)，能夠模擬人類的思維進(jìn)行問題診斷、處理，還可進(jìn)行學(xué)習(xí)更新。其核心組成部分為知識庫模塊、推理機(jī)制、綜合數(shù)據(jù)庫、解釋接口、知識獲取入口及人機(jī)接口。由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算、存儲及邏輯判斷能力，功能強(qiáng)大的專家控制系統(tǒng)可解決人類專家都無法解決的問題。

2 電梯控制專家系統(tǒng)的建立及實(shí)現(xiàn)

電梯可能出現(xiàn)故障的原因很多，類型也多種多樣。故障診斷專家系統(tǒng)是電梯控制系統(tǒng)的核心，在電梯運(yùn)行過程中監(jiān)測電梯運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電梯故障及時分析診斷。因此，人類專家知識的錄入及對知識數(shù)據(jù)的有效處理是專家系統(tǒng)分析診斷電梯故障的前提。

2.1 電梯專家系統(tǒng)知識獲取

操作人員盡可能將所有故障的情況及原因分析、教科書記載及人工經(jīng)驗(yàn)等知識以數(shù)據(jù)庫的形式存入專家系統(tǒng)。對于智能專家系統(tǒng)而言，其知識的獲取就是將知識抽離出來且轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠識別的信號。概況來講，專家系統(tǒng)的知識獲取可分為5個步驟：知識的確定階段、概念化階段、形式化階段、實(shí)現(xiàn)階段及測試階段。

知識確定階段是指程序參與人員明確電梯故障及故障解決方案。概念化階段是對知識確定階段的詳細(xì)描述及說明，確定將相關(guān)領(lǐng)域知識進(jìn)行抽離，組建知識庫及推理機(jī)制。形式化階段是在概念化階段的基礎(chǔ)上，明確問題、信息流程、推理策略等，確定數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)階段是在形式化階段的基礎(chǔ)上，將知識轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識別并理解的模式，確保計(jì)算機(jī)能夠明確知識指令，形成專家控制系統(tǒng)的原型系統(tǒng)。測試及完善階段是對已生產(chǎn)的原型系統(tǒng)進(jìn)行測試，判斷系統(tǒng)的局限性及不完整性，并針對存在的問題能夠取長補(bǔ)短，進(jìn)一步完善系統(tǒng)的功能。

2.2 電梯故障診斷知識表示

專家系統(tǒng)基于錄入的工程專家、書籍及人工經(jīng)驗(yàn)等知識，對問題進(jìn)行邏輯判斷的前提是知識的有效識別及判斷。因此，專業(yè)知識是專家系統(tǒng)能夠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。知識的表示具有完備性、一致性、準(zhǔn)確性，其方法具有多樣性及差異性等特點(diǎn)，同一知識不同的表示方法，反饋效果可能會不一致。因此，迄今為止，尚未研究出一種通用、完善的知識表示模式。對于電梯故障知識的表示而言，在進(jìn)行知識表示時要充分考慮到知識的可理解性、可訪問性及可解釋性，便于專家系統(tǒng)基于知識做出診斷分析及用戶信息反饋。

2.3 故障推理策略分析

電梯故障進(jìn)行診斷分析是專家控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容。電梯控制系統(tǒng)端口的狀態(tài)變化存在嚴(yán)格的時序，不正確的端口狀態(tài)可能導(dǎo)致多種多樣的故障情況。因此，為達(dá)到高效故障推理的目的，目前常采用故障樹深度優(yōu)化查找法和狀態(tài)空間轉(zhuǎn)移法。

（1）故障樹深度優(yōu)化查找法

故障樹每個節(jié)點(diǎn)處衍生出多個子樹，在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲時采用多重鏈表的形式，各節(jié)點(diǎn)有多個指針域，當(dāng)進(jìn)行故障分析時可根據(jù)邏輯判斷進(jìn)行調(diào)用及信息反饋。

（2）狀態(tài)空間轉(zhuǎn)移法

狀態(tài)空間轉(zhuǎn)移法即將電梯控制系統(tǒng)的不同情況進(jìn)行表述，并通過狀態(tài)的轉(zhuǎn)移表達(dá)電梯系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 專家系統(tǒng)解釋機(jī)制

電梯系統(tǒng)中的解釋模塊從上世紀(jì)70年代建立以來，受重視程度越來越明顯。專家系統(tǒng)的解釋功能作為電梯控制系統(tǒng)的重要特性之一，對于推廣應(yīng)用具有重要意義。解釋系統(tǒng)不僅可以提高專家系統(tǒng)的可接受性，同時在系統(tǒng)的自身構(gòu)建、測試維護(hù)等過程中發(fā)揮著重要作用。其功能主要可分為3個方面。

（1）檢索知識庫、跟蹤記錄專家系統(tǒng)運(yùn)行，輔助發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫知識錯誤的功能。

（2）對用戶使用情況作出反饋，給出合理的推理及過程，提高專家系統(tǒng)使用信賴度。

（3）對非專業(yè)人員提供簡單知識培訓(xùn)，確保用戶可以掌握該行業(yè)的基本知識。

3 電梯控制系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立

3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專家控制系統(tǒng)作為一個實(shí)時數(shù)據(jù)采集、分析及反饋的動態(tài)系統(tǒng)，需要對數(shù)據(jù)采集卡與系統(tǒng)端口建立靈活對應(yīng)關(guān)系。因此，需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫對各類數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行管理。所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫需具備以下功能。（1）建立數(shù)據(jù)采集卡與專家系統(tǒng)端口對應(yīng)關(guān)系。（2）端口及相關(guān)信息的說明。（3）電梯控制系統(tǒng)的狀態(tài)。（4）故障信息的記錄及數(shù)據(jù)分析。（5）測試結(jié)果的管理。（6）生成測試報(bào)告及信息報(bào)表。

3.2 數(shù)據(jù)庫的管理及維護(hù)

動態(tài)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫要對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的管理、更新和維護(hù)，包括對數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢及結(jié)果報(bào)表顯示等內(nèi)容。（1）數(shù)據(jù)的添加主要是將實(shí)時的交互數(shù)據(jù)寫入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，防止數(shù)據(jù)太多、訪問量大導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)變慢。（2）數(shù)據(jù)的刪除主要是防止測試次數(shù)過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)的溢出。（3）數(shù)據(jù)的查詢功能主要是通過輸入測試日期、測試編號等信息，對測試結(jié)果進(jìn)行查詢及顯示。（4）結(jié)果報(bào)表顯示主要是生成測試結(jié)果報(bào)表及顯示電梯故障信息報(bào)表，便于故障的分析判斷。

4 結(jié)語

電梯控制專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域，具備較高的技術(shù)含量，是確保電梯運(yùn)行正常的重要環(huán)節(jié)。專家系統(tǒng)通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，學(xué)習(xí)、判斷電梯相關(guān)知識，為電梯故障診斷分析奠定基礎(chǔ)。在解放人力的同時，可大幅提高電梯的使用效率及安全性，降低電梯的運(yùn)行維護(hù)成本。

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