基于Android系統的油氣管道施工設備故障診斷專家系統的研發

杜磊

摘要：基于Windows的油氣管道施工設備故障診斷專家系統的研發，有效的提升了油氣管道施工設備完好率，但不便攜帶的情況給現場使用帶來了一定的困難。為此，筆者通過與現場人員溝通，在滿足現場應用的提前下，研發了基于Android系統的油氣管道施工設備故障診斷專家系統，該系統的研發有效解決原系統現場應用不便的難題。

Abstract： The development of a Windows-based expert system for fault diagnosis of oil and gas pipeline construction equipment has effectively improved the intact rate of oil and gas pipeline construction equipment， but the inability to carry it has brought certain difficulties to field use. To this end， the author developed a fault diagnosis expert system for oil and gas pipeline construction equipment based on the Android system by communicating with on-site personnel and meeting the on-site application in advance. The development of this system effectively solved the problem of inconvenient field application of the original system.

關鍵詞：Android系統;故障診斷;專家系統;油氣管道施工設備

Key words： Android system;fault diagnosis;expert system;oil and gas pipeline construction equipment

中圖分類號：TP182;TP311.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0211-02

0? 引言

二十世紀中期，專家系統被成功開發出來，經歷了數十年的理論開發和實際應用，專家系統技術越發的成熟，石油、石化、能源、機械、農業等領域均能發現專家系統的成果應用，目前專家系統已成為人工智能開始走向實用化的標志之一。作為專家系統應用的一個重要應用方面，故障診斷技術在引用專家系統技術后，使得工程的安全性與可靠性得到顯著提升。在油氣管道施工設備故障診斷方面，自基于Windows系統的油氣管道施工設備故障診斷專家系統成功研發以來，在現場施工中得到了成功的應用，有效的提升了油氣管道施工設備故障診斷和維修的效率，但隨身攜帶筆記本電腦運行系統的情況，卻并不適合施工現場作業人員的使用，制約了系統的進一步應用。近年來，搭載Android系統的移動終端越來越普遍的被廣大用戶所接受，同時Android技術及移動互聯技術不斷發展為解決移動性、語言差異、平臺差異所帶來的高代價系統集成提出了一個很好的解決方案。同時Android開放性的特點使得軟件開發人員可以自由開發出優秀的軟件。所以基于Android系統開發的故障診斷專家系統是此系統新的發展方向，是受現場人員歡迎的新模式。

1? 故障診斷專家系統簡介

1.1 專家系統技術介紹

專家系統是一類人工智能領域與計算機科學領域相結合的學科，究其本質，專家系統包含兩部分內容的計算機程序，其一為大量的專家水平的知識與經驗，該部分內容將以一定的方式在系統中進行存儲，稱之為知識庫;其二為利用人類專家的知識及解決處理該領域問題的方法，該部分內容主要以算法的形式出現，稱之為推理機。也就是說，專家系統是一個存儲著大量的專門知識與經驗的程序系統，它應用人工智能技術和計算機技術模擬人類專家的決策過程，依據所存儲的知識和經驗，進行推理和判斷，以便解決那些需要依靠經驗極其豐富的人類專家處理的復雜問題。簡而言之，專家系統是一種模擬人類專家解決領域問題的計算機程序系統。從上世紀中葉至今，各領域均發現了專家系統的必要性及重要性，為此專家系統得到了足夠的重視并取得了令人矚目的成果。如今，我們身邊的各個領域中均可以發現專家系統的應用成果，在農業生產、醫療診斷、地質勘探、智能決策、實時監控、教學和軍事等，實現了解釋、預測、診斷、設計、教學、分析、控制、維護、校準等功能，促進了國民經濟發展，為社會帶來巨大的經濟效益。

1.2 故障診斷技術介紹

隨著時代的不斷進步，自動化技術的不斷發展，為各領域內系統的可靠性與安全性提出了更高的要求，然而苦于瓶頸的限制，無法有本質上的突破，直至故障診斷技術的出現，為系統安全可靠地運行提供了一個新的方法。故障診斷技術并不是憑空出現的，而是理論發展與實際應用相互碰撞、相互協作產生的。

具體來說，在實際應用方面，自動化技術的持續發展使得各領域的系統越發復雜，而復雜的系統對可靠性及安全性的產生了影響，一旦系統出現異常，將直接影響到領域內生產、生活，降低經濟效益和社會效益，為此故障診斷技術受到了工程界的高度重視;在理論發展方面，故障診斷技術涉及了眾多的科學領域，且應用范圍極其的廣泛，所以領域、學科的交叉及其復雜，同時不同學科的不斷地發展，相關領域內的理論也得到了進步，從而使得故障診斷技術也得到了進步，進而又推廣至其他學科領域，最后又反饋至故障診斷技術的進步，由此不斷地為故障診斷技術在解決復雜系統問題時提供理論基礎及具體方法。

正是實際應用促使的市場需求與理論發展帶來的技術進步促動下，故障診斷技術得到了足夠的重視，取得了矚目的成果，目前已有眾多的實時故障診斷系統達到了實用階段，理論技術也取得了重大突破，部分系統已應用到了工程施工領域，為提高系統可靠性和安全性提供了堅實基礎，取得了顯著的經濟效益。

1.3 專家系統與故障診斷相結合

故障診斷依靠數據及經驗診斷故障，而專家系統內的內容的也是數據與經驗，所以說故障診斷與專家系統存在一定的相關性，然而故障診斷只是簡單的數據對比判斷，實現表層的分析，更進一步的判斷往往需要依靠人類專家去判斷，所以如果將專家系統與故障診斷相結合，應用故障診斷實現表層現象及原因的收集，應用專家系統模擬人類專家實現深層判斷，可極大提高故障診斷的效率，所以故障診斷專家系統也是各個領域熱門的研究方向。

2? 移動互聯技術簡介

2.1 Android系統簡介

Android系統中文名稱為安卓系統，它是以Linux系統為基礎，通過對系統內功能的裁剪與定制而形成的移動設備專用操作系統。由于Linux為開源系統，所以作為Linux的定制款，Android系統同樣是開源的，正因為其開源性的特點，從而吸引了越來越多的開發者，隨著用戶和應用的日益豐富，Android系統也日漸成熟，目前已更新至Android10版本。

2.2 系統互聯模式

目前移動系統的主流開發方案分為三種，分別是Web下的B/S構架、客戶端下的B/S構架、客戶端下的C/S架構。

Web下的B/S構架是基于前端構建HTML頁面實現的，其不需要任何客戶端，使用系統自帶瀏覽器即可實現，其特點為不同平臺的適應性，不同系統只需要使用瀏覽器打開特點頁面即可，但處理能力及響應速度收到瀏覽器引擎的限制。

客戶端下的B/S構架是通過將頁面封裝入自制的瀏覽器客戶端實現的，其特點為開發較為容易，使用基于Web的開發即可，但自由度收到限制，同時無法使用某些移動設備特定功能。

客戶端下的C/S架構是通過JAVA語言獨立進行程序編制，并打包形成安裝文件，隨后被安裝在移動設備上，其特點為開發自由度較大，能夠本地精細化定制。

3? 油氣管道施工設備

油氣管道施工設備主要包括吊管機、移動電站、對口器、空壓機四大種類，但具體型號、生產廠家、機構形式多種多樣，同時管道施工環境一般為山地、水網、沙漠、凍原等，非常惡劣，雖然維護保養及時，但故障發生率仍然較高，并且一旦發生故障，將嚴重影響管道施工進度。

目前油氣管道施工設備多為機電液一體的施工設備，造成故障的原因也是非常復雜的，并且有些時候外在故障表象完全不同，但故障原因卻大不相同，加大了故障原因的迷惑性，必須多名不同領域的維修工共同合作才能排除故障，這時候專家的經驗和知識就顯得特別珍貴，特別需要專家的知識經驗去排查故障的共性和個性，以期“對癥下藥”對癥下藥，但維修工的缺乏使得共同協作很難實現，視頻協助是一種解決方法，但部分國內外項目存在著時差，對時間的需求存在困難，所以急需開發包含油氣管道施工設備故障診斷知識經驗的專家系統。

4? 油氣管道施工設備故障診斷專家系統實現

4.1 系統總體需求

通過與油氣管道施工設備維修人員溝通，確定了系統應用需求：①專家系統功能：系統能夠應用專家的故障診斷知識，根據故障現象判斷出故障發生的原因，并且為故障的維修提供相應的處理方法。②可擴展性要求：系統應用能夠實現故障診斷知識的擴充。③移動應用需求：用戶能夠通過Android系統手機應用故障診斷專家系統。④網絡應用需求：由于油氣管道施工現場有時位于無信號區域，為保證現場使用，系統應具有離線使用功能。

4.2 系統體系架構

為保證離線使用，使用客戶端為最佳選擇;由于系統安全性及交互功能精細化要求，C/S客戶端為最佳選擇，所以系統體系為客戶端下的C/S架構。

4.3 系統功能模塊設計

根據專家系統構成，系統由三個部分構成：知識庫、推理機、交互界面。

4.3.1 知識庫設計與實現

知識庫的核心是專家知識，知識的完整性決定了系統的能力，由于油氣管道施工設備故障診斷知識具有交叉性，知識庫的建立比較復雜，結合目前常用的知識表達形式，知識庫中知識采用產生式的知識表達方式，并針對不同設備、不同結構，設立獨立的知識存儲方式，具體表示如下：

FACT知識庫：“故障現象”

RULE知識庫：“規則前提_規則結論_可信度因子”

4.3.2 推理機設計與實現

推理機是專家系統的靈魂。推理機就是根據一定的規則從已有條件推出結論的過程。推理機根據用戶提出的條件，在知識庫中選擇合適的規則，找到合適的故障推理應根據用戶當前輸人的故障特征，利用知識庫中的知識，模擬該領域專家的思維過程，按照一定的推理規則和策略進行推理，選擇知識庫中對當前問題可用的知識進行推理，求解出故障原因。根據產生式表達形式一般有正向推理、反向推理、混合推理三種。結合專家分析問題的方式、方法，同時為確保推理的效率，系統采用正向推理方式。

4.3.3 交互界面設計與實現

與知識庫、推理機不同，交互界面是直接對接用戶的窗口，與用戶交互的平臺，為保證系統的安全性，交互界面設計包含用戶登錄界面，設備類型的選擇界面，故障現象輸入界面，故障原因及處理界面。同時為了保證知識庫、推理機的完整性和可擴展性，設計更新界面，網絡連接時的系統升級。

5? 結語

移動互聯網飛速發展的今天，故障診斷專家系統有了新的機遇，移動便捷的基于Android的系統可以輕松的安裝在手機上，方便現場工作人員攜帶，為在油氣管道施工現場的工作人員提供了極大的便利，通過測試，為油氣管道施工現場設備維修人員提供了一種新的診斷方式和方法，同時也為現場設備維修人員技能的提升創造了條件。

參考文獻：

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