賀平平

三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南三門峽472000

基于聯(lián)合故障樹的農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賀平平

三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南三門峽472000

為解決農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷過程難度大，效率低問題，運(yùn)用小波包理論方法對(duì)農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后通過模糊計(jì)算方法對(duì)系統(tǒng)故障樹模型進(jìn)行定量分析。分析結(jié)果表明，通過將改進(jìn)后的數(shù)據(jù)采集分析流程與改進(jìn)后系統(tǒng)內(nèi)核推理機(jī)算法進(jìn)行聯(lián)合，最終建立農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，為農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷研究開辟了新的途徑，具有一定工程實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

制動(dòng)系統(tǒng);故障診斷;故障樹;專家系統(tǒng)

目前農(nóng)機(jī)車輛正朝著大噸位，大承載方向發(fā)展，詳見圖1，制動(dòng)系統(tǒng)作為農(nóng)機(jī)車輛重要的核心部件，對(duì)車輛行駛安全性起到了至關(guān)重要的作用，然而如何能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)故障車輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷并提出解決方案成為各大整車廠商日益關(guān)注的問題。目前大量學(xué)者均對(duì)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，靳哲峰[1]、趙德安[2]以齒輪箱和水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)為載體研究故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和各種信號(hào)處理技術(shù)在應(yīng)用過程的可行性，黃洪鐘[3]、段榮行[4]分別提出了基于模糊方法和動(dòng)態(tài)故障樹的分析理論；陶勇劍[5]對(duì)傳統(tǒng)故障診斷方法進(jìn)行改良，提高了診斷效果。本文以全液壓式農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，運(yùn)用小波包理論方法對(duì)農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后通過模糊計(jì)算方法對(duì)系統(tǒng)故障樹模型進(jìn)行定量分析。

圖1 農(nóng)機(jī)車輛桿模型圖Fig.1Agricultural vehicles model

1 制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)理論研究

小波在時(shí)頻域上變換為：

空間L2被分解為子空間Wj的直和：

2 農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)是一個(gè)基于小波分析的計(jì)算機(jī)程序，它通過收集生產(chǎn)過程信息以及專家故障診斷知識(shí)通過一系列復(fù)雜推理過程，方便快捷的解決一些傳統(tǒng)意義上需要大量專家會(huì)商才能解決的故障問題。如圖2所示本文提出的故障診斷專家系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、推理機(jī)、自學(xué)習(xí)機(jī)制、解釋機(jī)制以及人機(jī)操作界面組成。

圖2 專家系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.2 Total structure of expert system

圖3 農(nóng)機(jī)車輛全液壓制動(dòng)系統(tǒng)Fig.3 Brake system of agricultural vehicles

對(duì)于系統(tǒng)中的解釋機(jī)制，構(gòu)建農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)首要解決的問題是知識(shí)的獲取，建立解釋機(jī)制，盡可能準(zhǔn)確的將所有的故障都寫進(jìn)專家系統(tǒng)。由以上建立的故障樹為基礎(chǔ)，以及分析出的最小割集，進(jìn)行該專家系統(tǒng)知識(shí)庫的構(gòu)建能使計(jì)算機(jī)的工作過程竭盡全力模擬專家的解釋過程，具有很高的效率和實(shí)用性。解釋機(jī)制建立有如下步驟：

第一步，建立故障征兆集；針對(duì)上述所建立的故障樹，提取農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)所有能發(fā)生的故障征兆，建立可能性征兆集：，其中分別為對(duì)應(yīng)故障樹的中間節(jié)點(diǎn)。

第二步，建立故障征兆與其隸屬度值之間的映射；農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，各設(shè)備的運(yùn)行狀祝是由無故障運(yùn)行到帶故障運(yùn)行的一個(gè)漸變的過程。

第三步，建立故障原因；由故障樹分析在每個(gè)子系統(tǒng)中，分析出導(dǎo)致現(xiàn)有故障征兆的所有可能原因，建立各子系統(tǒng)的故障原因集。農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)致其發(fā)生故障征兆產(chǎn)生的可能原因由故障樹分析及對(duì)應(yīng)故障樹的最小割集組成。

本文以某型農(nóng)機(jī)車輛全液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能下降為頂事件，以油源部分、控制油路部分、設(shè)計(jì)制造安裝部分問題等為中間事件。具體系統(tǒng)回路如圖3所示。通過將系統(tǒng)故障樹進(jìn)行原理分析，將故障原因歸類、劃分，最后得到引起故障的基本原因，最終得如圖4所示的故障樹，圖4中各代碼意義可具體如表1所示。

圖4 農(nóng)機(jī)車輛全液壓制動(dòng)系統(tǒng)故障樹Fig.4 The engineering vehicle hydraulic brake system fault tree

運(yùn)用Visual Basic方法開發(fā)農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，以Access為工具建立專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)通過OLE DB實(shí)現(xiàn)與Access數(shù)據(jù)庫之間的連接與通信。具體人機(jī)操作界面如圖5所示，圖6為制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)對(duì)話框。

圖5 農(nóng)機(jī)車輛全液壓制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)人機(jī)操作界面Fig.5 Man-machine operation interface of agricultural vehicle hydraulic braking system fault diagnosis system

圖6 制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)對(duì)話框Fig.6 Dialogue box of brake system fault diagnosis system

本文提出故障樹與專家推理相融合的方法，并將其應(yīng)用到農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷中，系統(tǒng)為具有故障診斷和主動(dòng)預(yù)測的專家系統(tǒng)，提高了農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷自動(dòng)化與智能化水平，該專家系統(tǒng)較好的克服了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的局限，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。得到農(nóng)機(jī)車輛液壓制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障的頻率FT1的λ集為：；當(dāng)λ=0時(shí)系統(tǒng)故障概率為[0.306，0.372]，為后續(xù)故障診斷及預(yù)測提供了一定的參考依據(jù)。

3 結(jié)論

以上將全液壓式農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，運(yùn)用小波包理論方法對(duì)農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后通過模糊計(jì)算方法對(duì)系統(tǒng)故障樹模型進(jìn)行定量分析。

分析結(jié)果表明，通過將改進(jìn)后的數(shù)據(jù)采集分析流程與改進(jìn)后系統(tǒng)內(nèi)核推理機(jī)算法進(jìn)行聯(lián)合，最終建立了農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，為農(nóng)機(jī)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷研究開辟了新的途徑，具有一定工程實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

[1]靳哲峰,陳文華,潘曉東,等.船用齒輪箱的模糊可靠性故障樹分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2003,34(1):145-148

[2]趙德安,劉星橋,潘天紅,等.故障樹分析在水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,19(4):249-253

[3]黃洪鐘.機(jī)械系統(tǒng)故障樹分析的一種新的模糊方法[J].機(jī)械科學(xué)與設(shè)計(jì),1994(1):1-6

[4]段榮行,董德存,趙時(shí)旻.采用動(dòng)態(tài)故障樹分析診斷系統(tǒng)故障的信息融合法[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,39(11):1699-1703

[5]陶勇劍,董德存,任鵬.采用故障樹分析診斷系統(tǒng)故障的改進(jìn)方法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,42(1):143-145

Design ofAn Expert System for Fault Diagnosis ofAgricultural Vehicles Braking System Based on Union Fault Tree

HE Ping-ping
Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia 472000,China

To solve the problems of agricultural vehicle braking system fault diagnosis process exists diagnosis is difficult, low efficiency,the wavelet packet theory approach to agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system design were used,and finally through the fuzzy calculation method for system fault tree model for quantitative was analyzed.The results show that through union improved data acquisition analysis processes and improved system kernel inference algorithms,the eventual establishment of a agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system for fault diagnosis of vehicle braking systems agricultural has opened up new approach,the system has a certain practical application engineering.

Brake system;fault diagnosis;fault tree;expert system

TH17

A

1000-2324(2015)03-0422-03

2013-05-11

2013-05-20

賀平平(1981-),女,河南陜縣人,碩士,講師.研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化.E-mail:49765499@qq.com