徐堅(jiān)+易競(jìng)

【摘要】作為數(shù)控機(jī)床重要的控制和傳動(dòng)部分，液壓系統(tǒng)故障具有復(fù)雜性、不確定性、相關(guān)性和延時(shí)性等特點(diǎn)。傳統(tǒng)檢測(cè)方法和手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。因此數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng) 故障診斷 故障樹 專家系統(tǒng)

1 引言

液壓系統(tǒng)故障具有復(fù)雜性、不確定性、相關(guān)性和延時(shí)性等特點(diǎn)，排除較為困難，所以在故障診斷和排除的過程中就需要大量的專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及診斷策略。

液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一套應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，這里的知識(shí)包括專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及診斷策略。

2 液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)工作原理與特征

2.1.1工作原理

故障診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)觀察到的情況（或數(shù)據(jù)）來推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能發(fā)生故障的原因：首先根據(jù)所獲得的液壓系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)信息對(duì)對(duì)象系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行鑒定，判斷是否正常；判定對(duì)象系統(tǒng)故障之后要確定故障部位和性質(zhì)；然后確定故障原因并預(yù)判故障發(fā)展趨勢(shì)；最后得出診斷結(jié)論并給出具體的維修建議。它具體的工作內(nèi)容包括：（1）利用專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)建立“知識(shí)庫”，這個(gè)過程需要建立專家系統(tǒng)與領(lǐng)域?qū)＜业摹叭藱C(jī)交互界面”，便于知識(shí)庫的更新與修改；（2）利用計(jì)算機(jī)語言和程序按照一定的推理算法建立“推理機(jī)”，“推理機(jī)”在利用“知識(shí)庫”中的知識(shí)通過“解釋程序”來決定知識(shí)的更新；（3）用戶通過“人機(jī)交互界面”與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話，用戶回答專家系統(tǒng)提出的問題，專家系統(tǒng)根據(jù)問答過程獲得的信息進(jìn)行推理并給出最終的診斷結(jié)論。

2.1.2特征

專家系統(tǒng)應(yīng)具備以下特征：具有專家水平的故障診斷知識(shí)、專家水平的求解能力、具有獲取知識(shí)的能力、知識(shí)與推理機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立。

液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)除了具備上述專家系統(tǒng)的四個(gè)特征外，還應(yīng)具備下列特征：擴(kuò)展性、嚴(yán)謹(jǐn)性、通用性。

2.2設(shè)計(jì)思路

液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的主要特征是擁有一個(gè)由領(lǐng)域?qū)＜姨峁I(yè)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的知識(shí)庫，知識(shí)庫中存儲(chǔ)著液壓系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域的專業(yè)診斷知識(shí)。

總體設(shè)計(jì)思路如下：（1）邀請(qǐng)液壓系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域的專家為數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的故障診斷提供知識(shí)；（2）利用故障樹分析法、框架法和產(chǎn)生式規(guī)則建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫，并邀請(qǐng)專家對(duì)故障樹的中間事件和底層事件打分；（3）利用層次分析法建立專家系統(tǒng)推理機(jī)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算對(duì)故障產(chǎn)生概率進(jìn)行計(jì)算以判斷故障原因，并使之具備解釋功能；（4）人機(jī)交互界面采用目前應(yīng)用最廣泛的菜單式系統(tǒng)，達(dá)到方便用戶使用、操作、維護(hù)的目的；（5）開發(fā)平臺(tái)選擇時(shí)下流行的PHP 5，數(shù)據(jù)庫選擇采用Mysql 5.5，以便于實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的開發(fā)和知識(shí)管理。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由人機(jī)交互界面、推理機(jī)、知識(shí)庫等模塊組成，其中核心部分為知識(shí)庫和推理機(jī)。

2.3.2各種功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，繪制出專家系統(tǒng)框圖。數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、推理機(jī)、人機(jī)交互界面、知識(shí)管理系統(tǒng)、解釋機(jī)制等模塊構(gòu)成。

（1）人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面負(fù)責(zé)接受操作人員輸入的信息和向操作人員輸出專家系統(tǒng)處理后的信息，是專家系統(tǒng)使用人員與系統(tǒng)交流的界面和唯一渠道。系統(tǒng)人機(jī)交互界面采用目前應(yīng)用最廣泛的菜單式系統(tǒng)。菜單式系統(tǒng)能夠以直觀的界面和窗口形式，通過鼠標(biāo)或觸摸屏實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的使用和管理。本系統(tǒng)人機(jī)交互界面主要由人機(jī)診斷界面和知識(shí)管理界面兩個(gè)界面構(gòu)成，要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要功能：用戶能夠利用界面很快的進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)行與故障相關(guān)的查詢和診斷；用戶能夠非常方便的對(duì)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫進(jìn)行修改，達(dá)到系統(tǒng)及時(shí)更新和完善的目的。

（2）知識(shí)管理系統(tǒng)

知識(shí)庫中知識(shí)的修改、更新和完善主要依靠知識(shí)管理系統(tǒng)的控制。首先，領(lǐng)域?qū)＜铱梢酝ㄟ^接口對(duì)知識(shí)庫中已有知識(shí)進(jìn)行修改、更新，同時(shí)還可以調(diào)用知識(shí)庫中已有的知識(shí)；其次，由數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)故障特征決定。液壓系統(tǒng)故障的原因相對(duì)復(fù)雜，一個(gè)故障現(xiàn)象可能對(duì)應(yīng)一種、幾種甚至是多種原因，同時(shí)，一種故障原因故障邏輯不同也可能產(chǎn)生不同的故障現(xiàn)象。

（3）開發(fā)平臺(tái)的選擇

系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)選擇時(shí)下流行的PHP 5，原因如下：

①PHP（ Hypertext Preprocessor）是一種HTML內(nèi)嵌式的語言，是一種超文本預(yù)處理語言，是一種在服務(wù)器端執(zhí)行的嵌入HTML文檔的腳本語言。盡管目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域擁有眾多的可視化編程工具可供選擇，但PHP獨(dú)特的語法混合了C、JAVA等語法，可以更為快速地執(zhí)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，而且?guī)缀踔С炙辛餍械臄?shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)；

②PHP作為編程工具，其本身免費(fèi)且是開源代碼，且運(yùn)行在服務(wù)器端的腳本，可以運(yùn)行在UNIX、LINUX、WINDOWS環(huán)境下；

③PHP程序開發(fā)快、運(yùn)行快、技術(shù)本身學(xué)習(xí)快，由于其可以被嵌入HTML語言，它相對(duì)于其他語言編輯更為簡單，實(shí)用性更強(qiáng)，更適合初學(xué)者。

數(shù)據(jù)庫選擇采用Mysql 5.5，原因如下：

①M(fèi)ysql作為一款較為成熟的數(shù)據(jù)庫軟件，具備體積小、速度快、總體擁有成本低，性能卓越，尤其是開放源碼，能夠和PHP實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接，不存在兼容性問題；

②Mysql作為一款中小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)， 它將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉庫內(nèi)，增加的速度并提高了靈活性。

（4）解釋機(jī)制

解釋機(jī)制是專家系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序的一個(gè)重要特征。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序在解答問題的過程中往往只會(huì)告知用戶結(jié)論，用戶只能根據(jù)結(jié)論完成任務(wù)。專家系統(tǒng)與之不同的地方在于除了向用戶提交結(jié)論，還向用戶提供推理過程的解釋，比如為何需要用戶輸入相關(guān)信息、為何根據(jù)輸入的相關(guān)信息推理出此結(jié)論等。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的工作原理和特征進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)提出了總體設(shè)計(jì)思路和具體的結(jié)構(gòu)、模塊設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)已具備實(shí)現(xiàn)的可能。

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（12C1117）。