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1、7. 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)一 、 專 家 系 統(tǒng) 概 述1.定義：能以人類專家級(jí)水平進(jìn)行故障診斷的智能計(jì)算機(jī)程序。2.發(fā)展專家系統(tǒng)的必要性 1）知識(shí)結(jié)構(gòu)的需要 2）故障診斷應(yīng)用上的需要 系統(tǒng)復(fù)雜性及故障復(fù)雜性所決定3. 專家系統(tǒng)所能解決的問(wèn)題 機(jī)械系統(tǒng)診斷中的復(fù)雜問(wèn)題；能達(dá)到專家水平 4. 專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）應(yīng)用范圍廣 2）診斷水平高 3）診斷效率高5. 專家系統(tǒng)的組成 一般由五部分組成：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋程序和知識(shí)獲取程序。 實(shí)用的專家系統(tǒng)還有其它中間環(huán)節(jié)。故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 實(shí)用的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)知識(shí)表示

2、知識(shí)庫(kù)管理任務(wù)管理工況分析工況報(bào)表動(dòng)態(tài)黑板診斷結(jié)果診斷結(jié)果解釋知識(shí)獲取診斷實(shí)例故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 6.專家系統(tǒng)分類故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)(1) 解釋型(Interpretation)專家系統(tǒng)：這類系統(tǒng)通過(guò)分析所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)而闡明這些數(shù)據(jù)的真實(shí)含義，如由質(zhì)譜數(shù)據(jù)解釋化合物分子結(jié)構(gòu)的DENDRAL系統(tǒng)、由聲納信號(hào)識(shí)別艦船的HASPSIAP系統(tǒng)、語(yǔ)音理解系統(tǒng)HEARSAY等。(2) 預(yù)測(cè)型(Prediction)專家系統(tǒng) ：這類系統(tǒng)根據(jù)處理對(duì)象過(guò)去和現(xiàn)在的情況去推測(cè)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，如各種氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)、軍事預(yù)測(cè)系統(tǒng)I&W等。 (3) 診斷型(Diagnosis)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)

3、根據(jù)輸入信息推斷出處理對(duì)象中可能存在 的故障，如計(jì)算機(jī)硬件故障診斷系統(tǒng)DART、核反應(yīng)堆故障診斷系統(tǒng)REACTOR、感染病診 斷與治療系統(tǒng)MYCIN、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)EXPLORE-EX、透平機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)TUBMAC等。(4) 調(diào)試型(Debugging)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)給出已確認(rèn)故障的排除方案，如石油鉆探機(jī)械故障診斷與排除系統(tǒng)Drilling Advisor等。故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) (5) 維修型(Repair)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)制定并實(shí)施糾正某類故障的規(guī)則，如診斷排除內(nèi)燃機(jī)故障的DELTA系統(tǒng)、電話電纜維護(hù)系統(tǒng)ACE等。(6) 規(guī)劃型(Planning)專家系統(tǒng) 這

4、類系統(tǒng)能根據(jù)給定的目標(biāo)制訂行動(dòng)計(jì)劃，如電子線路布線系統(tǒng)PROTEL等。故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) (7)設(shè)計(jì)型(Design)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能根據(jù)給定的要求形成所需要的方案或圖樣， 如DEC公司的計(jì)算機(jī)總體配置系統(tǒng)XCON。 (8)監(jiān)測(cè)型(Monitoring)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)多用于完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)，如REACTOR 系統(tǒng)和高危病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)VM等。故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) (9) 控制型(Control)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能自動(dòng)控制系統(tǒng)的全部行為，通常用手生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制，如維持鉆機(jī)最佳鉆探流特征的MUD系統(tǒng)、MVS操作系統(tǒng)的監(jiān)督控制系統(tǒng)YESMVS等。 (10) 教育型(1

5、nstruction)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能診斷并糾正學(xué)生的行為，主要用于教學(xué)和培訓(xùn)，多為診斷型和調(diào)試型的結(jié)合體，如GUIDON和STEAMER等。 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 二、知識(shí)庫(kù)1. 定義：專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及書本知識(shí)的存儲(chǔ)器2. 知識(shí)表示1）對(duì)知識(shí)表示的基本要求（三個(gè)基本要求）表示方案應(yīng)便于知識(shí)的修改和擴(kuò)充；表示方案應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易懂； 表示方法應(yīng)清晰明確。因?yàn)閷＜蚁到y(tǒng)的建造過(guò)程是一個(gè)不斷擴(kuò)充和完善的過(guò)程，因此，便于修改和擴(kuò)充的知識(shí)表示方案對(duì)專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的，它直接關(guān)系到專家系統(tǒng)的成敗。實(shí)現(xiàn)這一要求的有效手段是把知識(shí)與使用知識(shí)偽程序相分離，即把知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)相分離。故 障 診 斷

6、 專 家 系 統(tǒng) 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)人工智能研究者們已提出了許多種知識(shí)表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、邏輯性表示、對(duì)象屬性值三元組表示、過(guò)程表示和面向?qū)ο蟮谋硎镜?，這些不同的表示方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和最適用的領(lǐng)域。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)(GlobalDatabase)和規(guī)則解釋器(RuleInterpreter)這三個(gè)基本部分組成；規(guī)則解釋器 規(guī)則庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)2) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本組成 一個(gè)典型的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)通常由規(guī)則庫(kù)(RuleBase)、 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)3）產(chǎn)生式表示(或規(guī)則表示） 其一般形式為 P Q（即IF THEN) 左部分表示前提（條件或狀態(tài)），右部

7、分表示若干結(jié)論人工智能研究者們已提出了許多種知識(shí)表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、邏輯性表示、對(duì)象屬性值三元組表示、過(guò)程表示和面向?qū)ο蟮谋硎镜?，這些不同的表示方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和最適用的領(lǐng)域。 如：出現(xiàn)異常振動(dòng)則振幅大。對(duì)于復(fù)雜的故障用樹枝狀表示。振動(dòng)峰值大基頻振動(dòng)低頻振動(dòng)二倍頻振動(dòng)廣諧振動(dòng)不平衡熱彎曲油膜渦動(dòng)油膜震蕩支承問(wèn)題軸裂紋不對(duì)中摩擦聯(lián)軸器問(wèn)題 注：與事故樹類似故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 2.產(chǎn)生式表示的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 模塊化 ； 自然性 ；一致性。主要缺點(diǎn)： 推理效率低 ； 非通用性； 依賴于已有的經(jīng)驗(yàn)。故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)3

8、.不確定知識(shí)表示1）隨機(jī)性知識(shí)2）模糊性知識(shí)3）未確知性知識(shí)三、知識(shí)的獲取知識(shí)獲取的方法：有*機(jī)械式、條件反射式、*傳授式、演繹式、歸納式、猜想證實(shí)式、*反饋修正式、類比式、聯(lián)想式、靈感與偶發(fā)式等， 故障診斷專家系統(tǒng)四、推理機(jī)制1.推理分類2.推理控制策略3.推理搜索策略4.似然推理故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)五、應(yīng)用 美國(guó)西屋公司從開發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)專家系統(tǒng)GenAID開始，現(xiàn)已在佛羅里達(dá)州的奧蘭多發(fā)電設(shè)備本部建立了一個(gè)自動(dòng)診斷中心，對(duì)各地西屋公司制造的汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)診斷。診斷對(duì)象從汽輪發(fā)電機(jī)逐步擴(kuò)大到汽輪機(jī)、鍋爐和輔機(jī)。西屋公司和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)合作研

9、制了一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)監(jiān)控用專家系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)視德州三家主要發(fā)電廠的七臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組的全天工作狀況。此專家系統(tǒng)能快速、精確地分析儀表送來(lái)的信號(hào)，然后立即告訴操作人員應(yīng)采取什么措施。 我國(guó)故障診斷工作者也積極探索專家系統(tǒng)的應(yīng)用研究，國(guó)家在“七五”和“八五”期間也列有這方面的攻關(guān)課題，取得了些進(jìn)展，但目前總的情況是實(shí)驗(yàn)室研究較多， 現(xiàn)場(chǎng)條件下的實(shí)際應(yīng)用、特別是成功的應(yīng)用實(shí)例并不多見。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一、概述1.定義及特點(diǎn)2.目前的應(yīng)用情況二、基本原理1.神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模型 x1xn輸入 w1wn權(quán)值 閔值Xi神經(jīng)元求和輸出， Oi輸出F神經(jīng)元特性函數(shù) f OiXii-1x1 w1x2 w2x n wn Sii

10、 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)之間的關(guān)系為：特性函數(shù)主要有還有符號(hào)型、S型、雙曲正切型和高斯函數(shù)型等。 )(1 ii nj iijji xfO swxX kxxf )(線性： 00 01)( xxxf階躍：1f(x) f(x)x x線性階躍1 -1 a-a符號(hào)型斜坡型0.51 S型雙曲正切型1 c1高斯函數(shù) 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（神經(jīng)元聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)）1）不含反饋的前向網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)元分層排列，組成輸入層、隱層（可有若干）和輸出層。每一層的神經(jīng)元只接受前一層的神經(jīng)元輸出作為輸入。輸入模式經(jīng)過(guò)各層的順次處理后得到輸出層輸出。誤差反向傳播算法（Bp法）的網(wǎng)絡(luò)即為此模型。x nx2x1 y1yn單層前向網(wǎng)絡(luò)x1x2xn多層前向網(wǎng)絡(luò)y1y2yn 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2）反饋網(wǎng)絡(luò) 輸入輸出之間存在反饋，因此具有動(dòng)態(tài)特性。輸出層輸入層隱 層輸入層隱 層輸出層yu y u故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3.學(xué)習(xí)算法1）學(xué)習(xí)算法2）BP算法3）應(yīng)用故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)