基于飛機(jī)參數(shù)的故障診斷專家系統(tǒng)

卜楊

摘 要：如今，定期維修和例行檢查已成為家用飛機(jī)的主要維修方式。但是，這種方式需要大量有經(jīng)驗的專業(yè)人員，導(dǎo)致人力和資源的浪費。本文以某型飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，提取故障征兆信息和系統(tǒng)故障模式，提出了一種基于故障模式的故障診斷推理專家系統(tǒng)。本文利用改進(jìn)的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。然后將訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型保存在故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫中，以便將來提取新的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取;故障診斷專家系統(tǒng)采用故障樹分析（FTA）進(jìn)行飛機(jī)故障檢測。通過結(jié)合生產(chǎn)規(guī)則和故障樹的最小割，可以有效地提取飛機(jī)的故障模式。基于故障模式構(gòu)建了一個優(yōu)化的推理引擎，該引擎利用正向推理模式進(jìn)行邏輯推理。將專家系統(tǒng)與故障樹分析相結(jié)合，我們的系統(tǒng)可以有效并從專家系統(tǒng)中受益。此外，故障樹分析可以減少診斷推理和知識獲取的難度。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng);飛機(jī);FTA;bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);生產(chǎn)規(guī)則

1 引言

專家系統(tǒng)是人工智能研究的重要領(lǐng)域，是一種基于知識的啟發(fā)式推導(dǎo)系統(tǒng)，能夠模仿人類專家來分析和解決問題。專家系統(tǒng)可以收集和總結(jié)維護(hù)領(lǐng)域的寶貴經(jīng)驗，并利用各種信息以靈活的策略解決復(fù)雜的故障診斷。同時，專家系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有良好的靈活性和可擴(kuò)展性。新故障將擴(kuò)展到故障庫。基于以上所述，將專家系統(tǒng)應(yīng)用于飛機(jī)故障診斷可以大大提高飛機(jī)故障診斷效率，降低誤報率，提高飛機(jī)修理人員的素質(zhì)，減小飛機(jī)修理過程中產(chǎn)生的花費。

2 專家系統(tǒng)組成

專家系統(tǒng)有幾種表達(dá)形式。基本上，它們都包含人機(jī)界面，知識庫，database，interface引擎和explain器。

2.1人機(jī)界面

人機(jī)界面，也稱為人機(jī)界面，是專家系統(tǒng)與用戶之間的界面。它旨在實現(xiàn)系統(tǒng)的輸入和輸出功能。具備領(lǐng)域知識的人員來負(fù)責(zé)維護(hù)知識庫。一般用戶通過它輸入問題和已知事實后，專家系統(tǒng)將輸出操作結(jié)果。

2.2知識庫

知識庫復(fù)雜維護(hù)系統(tǒng)中的領(lǐng)域知識，包括事實，可行的行為和描述規(guī)則，還支持存儲，修改或刪除操作。在建立知識庫的過程中，首先要解決的問題是從專家那里獲取知識。需要解決的第二個問題是將這些知識作為可以識別的規(guī)則應(yīng)用到計算機(jī)中。專家系統(tǒng)的所有其他部分都需要與知識庫合作。

2.3數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫用于存儲從推理過程中獲得的各種控制信息。

2.4推理機(jī)

推理機(jī)采用規(guī)則推理來進(jìn)行整個專家系統(tǒng)的推理，并在知識的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。推理引擎是專家系統(tǒng)的控制機(jī)制，它基于各種當(dāng)前數(shù)據(jù)，利用知識庫中的知識，根據(jù)某些規(guī)則進(jìn)行推理，然后得出結(jié)論。

2.5解釋器

推理機(jī)的解釋器跟蹤的工作過程，用于向用戶描述專家系統(tǒng)的操作，包括描述結(jié)果的原因和其他候選解決方案。要實現(xiàn)此功能，通常需要使用記錄的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)庫中的控制信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，基于飛行數(shù)據(jù)的故障診斷專家系統(tǒng)的主要功能如下：

1.人機(jī)交互模塊。作為專家系統(tǒng)與用戶的接口，旨在實現(xiàn)系統(tǒng)的輸入輸出功能。力求使界面具體，簡單和實用，并與部隊的日常軟件兼容。

2.數(shù)據(jù)庫管理模塊。作為專家系統(tǒng)的基本組成部分，它使用MySQL來存儲飛行參數(shù)表，規(guī)則表，事實表，故障樹節(jié)點信息表以及飛機(jī)的其他重要數(shù)據(jù)信息。飛行參數(shù)表記錄了要使用的所有飛機(jī)參數(shù)診斷信息，例如ID，名稱，系統(tǒng)類型，單位等。規(guī)則表記錄了推理過程中要使用的所有規(guī)則信息，它起著知識數(shù)據(jù)庫的作用，規(guī)則表是系統(tǒng)的重要模塊。故障事實表記錄故障樹節(jié)點，包括當(dāng)前節(jié)點的ID，樹的級別，其子節(jié)點，故障描述等。飛行狀態(tài)記錄了車輛某些重要部件的狀態(tài)，包括它們的剩余壽命，維護(hù)頻率等。此外，它配備了常用的“粗略”操作，以便逐步完善并不斷豐富知識庫。

3.用戶管理模塊。為了實現(xiàn)不同級別的信息管理維護(hù)人員，不同的人具有不同的訪問權(quán)限。

4.通訊模塊。實現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，并傳輸數(shù)據(jù)。

5.知識庫維護(hù)模塊。遮擋物的功能是支持知識庫，包括刪除和修改知識，并不斷完善知識庫。根據(jù)系統(tǒng)要求，它集中了數(shù)據(jù)管理軟件的測試，實時更新和維護(hù)數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)論

本文討論了飛機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計，對飛機(jī)故障診斷的特點進(jìn)行了綜合分析，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取故障癥狀，結(jié)合故障樹分析建立了專家系統(tǒng)的知識庫，給出了系統(tǒng)的故障排除過程，構(gòu)建每個模塊并開發(fā)原型專家系統(tǒng)。對于典型的故障，系統(tǒng)可以及時準(zhǔn)確地診斷并提供替代解決方案，這也為維護(hù)人員提供了一種高效，便捷的故障排除解決方案。

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