民用航空器基于案例推理的故障診斷系統設計

李誠 桂曉亮 李婷婷 王小瑩

摘 要：所謂案例推理，簡稱CBR，指的是推理過程中基于案例的一種技術，屬于類比、相似推理法，主要借助知識庫的訪問，尋找以往相同問題解決的方案，從而得到解決現有問題的方案。也就是通過經驗或者舊案例將全新問題解決并進行評價，從而對新情況、異常情況進行理解和解釋。該文將從當前案例推理的概況出發，以案例推理為基礎設計故障診斷系統進行分析與探究，希望為機務維修人員提供一些幫助和建議，更好地為民用航空器設計故障診斷的系統。

關鍵詞：系統設計；故障診斷；案例推理

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

0 引言

現階段，國內在維修民用航空器的過程中，主要借助零部件有關的完備理論展開定時維修，沒有借助設備狀態的監控應視情況維修。因經驗具有不能共享、無法存儲等特點，導致很多數據與經驗會伴隨專業人員退休等原因逐漸流失，在一定程度上限制我國民航的維修技術進步和發展。因此，研究以案例推理為基礎的故障診斷系統具有一定的現實意義。

1 當前案例推理的概況

對于CBR來講，同一問題求解與描述使用同一案例進行表示，而案例庫能夠對人類大腦記憶展開模擬，把有關的舊案例、舊經歷進行了存儲，案例自身能夠借助對象、框架、規則、節點來實現，知識庫根據特定模式對存儲的案例進行組織，當有需要時將其取出即可。客觀來說，CBR能夠借助以往事例，將不能表達、表達較難的知識領域問題有效解決，由于其自我學習能力、推理能力較強，因此為民航的情報處理提供了便利。

2 以案例推理為基礎設計故障診斷系統

2.1 案例表示

在整個故障診斷的系統之中，案例表示過程是診斷系統的重要基礎，格式會對知識庫結構產生巨大影響，還會影響到案例推理方法和形式。一般來說，案例表示需要符合問題內容、問題形式，案例通常會提供完整的問題解決方案，屬于一種處理模式或解決議案。對于民用航空器中故障診斷的系統來講，案例表示的問題描述需要表達出產生航空器故障的現象、時間與系統等，故障描述屬性對確定故障類型具有決定性作用，由此我們可以看出，在故障診斷的系統之中，故障描述比故障類型的優先級更高。

民用航空器診斷故障的過程繁瑣、復雜，并且功能具有多樣性，使其容易產生各種故障。CBR的系統內不具備通用案例表示功能，往往是以特定問題領域的分析為基礎，經過一系列選擇，對當前不同知識的表述進行修改與綜合。

2.2 案例組織

在民用航空器之中，具有多種多樣的功能系統。象發動機包括排氣系統、空氣系統與潤滑油路系統等。這樣一來，若表述案例時采用相似組織結構，會延長檢索數據案例的過程與時間，無法完整、全面地刻畫出故障診斷領域的經驗與知識，也無法符合故障診斷的系統在案例推理時需要的知識。因此，應以層次結構來組織民用航空器中故障的案例，該方法有利于案例重組的實現。

在CBR的系統之中，故障案例能夠根據故障系統來分類，若系統相同，則案例通常存在共性的特征，要想表示出此種故障案例，可以構建一個民航案例庫結構組織。其中，底結點是故障實例，既包括故障處理舉措，又包括故障案例屬性特征，這一結構是提供給案例檢索較快的索引方法。

2.3 案例匹配

匹配故障案例指的是在具有故障案例或是舊案例之中，尋找近似、類似于全新案例的故障案例，要想做好數量上的比較，應將相似度作為歷史案例、新案例兩者的相似性度量，降低匹配案例的基礎。現階段，人們對案例相似度進行計算時，普遍選取最鄰近法，該方法能夠比較案例庫的案例和當前輸入案例，對案例相似度進行求解，如果存在超過閾值的案例則呈獻給用戶。

2.4 案例存儲和案例測試

經過一系列的匹配算法之后，就能夠在案例庫里面尋找到和當前案例匹配度較高的案例，提供給民航工作人員維修、故障排除所需的方向與指導。如果經過具體的操作與測試發現該方案不能將故障有效排除，就要通過案例排故措施與指導方案展開一系列的修正，然后把它當成全新案例加以存儲，再將這個全新案例和案例庫案例進行匹配，如果相似度不高，說明這個全新案例較為新穎，需要在獲取解決該案例的措施后存儲這一全新案例。部分案例庫里的案例和解決的措施會伴隨民用航空器的不斷改裝而降低其參照性，對于這些案例應定時刪除、更新。

舊案例刪除、更新與全新案例保存的工作能夠持續完善案例庫，同時，更新案例庫需要遵守相應原則，防止案例庫發生萎縮或膨脹，妨礙民用航空器之中故障診斷系統的案例推理過程。為了有效維護案例庫，應遵循2個方面的內容。一方面，更新案例時，需要添加全新的案例，相似度是其添加的主要指標，如果匹配全新案例的相似度指標非常低的時候，用戶就可以決定全新案例是否需要添加到案例庫中。案例匹配的實際狀況包括3種，一是X=1，此時全新數據完全匹配，二是0

另一方面，刪除案例主要針對更新現有案例，故障案例檢索率與成功率是其基本指標。若案例存在較低的檢索率，說明這一案例具有較少的屬性特征，應合理化地變化與修正這一案例，若案例存在較高的檢索率，說明解決這一案例的舉措和民用航空器有較大誤差存在，那么該案例就不能有效指導民用航空器故障診斷與排除的過程。這樣一來，故障診斷的系統能夠在已經明確的時間間隔之中檢索案例庫，刪除掉檢索率和成功率低的故障案例，或是修正檢索率低的故障案例屬性特征。

2.5 診斷流程

具體操作流程為：首先，用戶按照民用航空器記錄和自身作出的判斷，把民用航空器的故障當成全新案例輸入到案例庫之中，可適當人為地針對故障開展故障現象的特征提取。若用戶不能或是忘記進行故障現象的故障特征的提取，那么故障診斷的系統能夠將特征集表為基礎，借助相應算法來提取故障現象的特征。其次，在用戶輸入全新案例之后，故障診斷的系統能夠按照用戶的ATA章節號輸入來進行對應子案例庫的搜索，使相應案例具有的故障特征得以提取，然后對案例庫里不同案例和全新案例之間的相似度進行計算，按照相似度具體大小狀況，將超過閾值的案例輸出，提供計算機和用戶的交互接口，使用戶對相似、類似于當前案例的形式充分明確并進行故障診斷工作。故障診斷的系統能夠按照解決近似案例的策略加以分類，并按照成功率高低來確定解決措施優先級，隨后輸出解決方案。最后，系統提出排除故障方案后會詢問是否成功，實現添加全新案例、修改成功率等各種操作。

3 結語

總而言之，研究以案例推理為基礎的設計故障診斷系統具有十分重要的意義。相關人員應對當前案例推理概況有一個全面的了解，以案例推理為基礎，從案例表示、案例組織、案例匹配、案例存儲和案例測試等方面設計故障診斷的系統，制定科學、合理的故障診斷流程，從而增強民用航空器在故障診斷和排除方面的有效性，促進我國民航有關維修企業的長期、穩定發展。

參考文獻

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