張亞倫

摘 要：本文將針對(duì)在礦山機(jī)械中十分重要的礦用提升機(jī)建立一個(gè)進(jìn)行故障診斷的專家系統(tǒng)，收集專業(yè)資料建立起腳本文件并對(duì)腳本文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，建立起故障診斷的故障征兆集和故障原因集。并以主軸承裝置為例詳細(xì)說明系統(tǒng)的工作過程。

關(guān)鍵詞：礦用提升機(jī)；故障；專家系統(tǒng)；主軸承裝置

礦用提升機(jī)被稱為“礦井的咽喉”。無(wú)論是在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域還是在采礦業(yè)中軍占有重要位置。其工作環(huán)境十分特殊，一旦發(fā)生故障將造成不可估量的人員損失和經(jīng)濟(jì)損失，因此在故障出現(xiàn)前后能快速準(zhǔn)確地找出故障原因就顯得尤為重要[1]。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，將故障分為以下幾類：主軸承故障，制動(dòng)系統(tǒng)故障，減速系統(tǒng)故障，鋼絲繩、天輪、提升容器故障，主軸、卷筒故障和調(diào)繩離合裝置故障。具體內(nèi)容如圖1—圖6所示：

本文中故障診斷專家系統(tǒng)的功能是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況確定是否有故障并推斷故障的類型和位置，因此需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)上一部分所收集到的資料，確定了以下的故障征兆集與故障原因集：

主軸承部分故障征兆集：強(qiáng)金屬音；規(guī)則音；不規(guī)則音；異常磨損，振動(dòng)大；異常溫升；

主軸承部分故障原因集：異常載荷；潤(rùn)滑劑不足或不合適；裝配不良；滾道剝離或生銹；游隙過大；異物入侵；滾動(dòng)體損傷；密封不良；

制動(dòng)系統(tǒng)故障征兆集：局部軸瓦過熱；松閘不靈活；制動(dòng)力矩不足；軸瓦偏磨；油壓不穩(wěn)；

制動(dòng)系統(tǒng)故障原因集：軸瓦調(diào)整不當(dāng)，制動(dòng)力矩分布不均；轉(zhuǎn)動(dòng)活結(jié)不靈活；制動(dòng)油缸卡缸；油壓壓力?。恢苿?dòng)重量不夠，盤形彈簧彈力不夠；密封皮碗或漲圈過緊；活塞表面不光滑；油孔或油管堵塞；密封圈漏氣；油質(zhì)不良；油泵工作性能不良；軸瓦與制動(dòng)中心線不重合，偏差過大；軸瓦間隙不均勻；

調(diào)繩離合裝置故障征兆集：運(yùn)動(dòng)卷筒卡在軸上；離合器發(fā)熱；離合器不能很好的合上；離合器氣缸內(nèi)有敲擊聲；

調(diào)繩離合裝置故障原因集：活動(dòng)卷筒的軸套潤(rùn)滑不良；尼龍繩套與軸連接在一起；離合器溝槽內(nèi)有臟物或金屬碎屑；內(nèi)齒圈和外齒輪的輪齒上有毛刺；活塞安裝不正確；活塞與缸蓋間間隙太小[1]

在系統(tǒng)發(fā)生某一個(gè)故障后， 經(jīng)過復(fù)雜系統(tǒng)的作用之后會(huì)產(chǎn)生多個(gè)外在表現(xiàn)，比如聲音異常，發(fā)熱異常，機(jī)械破壞等，而同一種故障現(xiàn)象也可能有多種故障原因?qū)е?，所以根?jù)故障現(xiàn)象確定故障原因的推理過程肯定是不確定的，異?，F(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)會(huì)有多個(gè)可能的結(jié)果，需要由現(xiàn)場(chǎng)操作的技術(shù)人員逐個(gè)排查，因此本文中所建立的專家系統(tǒng)是為現(xiàn)場(chǎng)操作的技術(shù)人員提供參考信息之用。使用過程為：首先，由現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)異常之后開啟專家系統(tǒng)，啟動(dòng)后專家系統(tǒng)通過交互界面向現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)出一系列的詢問，詢問內(nèi)容是是否有某故障現(xiàn)象，用戶向回答yes或者no，所有問題詢問結(jié)束后向用戶輸出診斷結(jié)果。在系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)作過程開始于用戶輸入信息，每回答一個(gè)問題，系統(tǒng)內(nèi)部推理機(jī)就會(huì)運(yùn)行并得出一系列推理，之后將這些知識(shí)庫(kù)中相關(guān)信息及這些推論掉入數(shù)據(jù)庫(kù)[2]，當(dāng)作事實(shí)，用事實(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)和知識(shí)庫(kù)中事實(shí)規(guī)則進(jìn)行匹配，匹配成功得到最終的診斷結(jié)果之后輸出所有匹配成功的診斷結(jié)果。所以本系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊是推理機(jī)，其工作原理為：通過詢問程序向用戶發(fā)出提問，若得到肯定的回答，則作出肯定的斷言，得到肯定的事實(shí)，最后將這個(gè)事實(shí)調(diào)入數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中規(guī)則相匹配，若匹配成功，則輸出對(duì)應(yīng)的診斷結(jié)果并將該肯定結(jié)論保留到數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果根據(jù)當(dāng)前的已知事實(shí)無(wú)法得到確定的診斷結(jié)果，則回溯到詢問模塊，繼續(xù)向用戶發(fā)出提問。如果詢問得到的是否定的回答，即沒有某個(gè)故障現(xiàn)象，則系統(tǒng)作出否定斷言，得到相應(yīng)的否定事實(shí)，之后將該事實(shí)同樣添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，將其與知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則相匹配，判斷能否得到相應(yīng)的結(jié)論，若能則輸出診斷結(jié)果，否則繼續(xù)返回到詢問模塊，發(fā)出提問。若系統(tǒng)發(fā)出所有提問后仍然沒有匹配成功，則輸出無(wú)法確定故障原因。

以主軸承故障為例，詳細(xì)說明程序的運(yùn)行過程：

源程序如下

主軸承模塊診斷程序：

/*以下是基本事實(shí)的定義*/

xpositive（symbol，symbol）

xnegative（symbol，symbol）.

/*以下是謂詞定義*/

reason_is（symbol）.

positive（symbol，symbol）

negative（symbol，symbol）

ask（symbol，symbol，symbol）

remember（symbol，symbol，symbol）

clear_facts（）

run（）.

/*下面是為推理機(jī)提供知識(shí)*/

reason_is（zhuZCr1）：- %當(dāng)存在強(qiáng)金屬音現(xiàn)象時(shí)，故障原因?yàn)楫惓］d荷

positive（has，zhuZCs1）.

reason_is（zhuZCr2）：- % 當(dāng)存在強(qiáng)金屬音，異常磨損和異常溫升現(xiàn)象時(shí)

positive（has，zhuZCs1）， % 故障原因?yàn)闈?rùn)滑劑不足或不合適

positive（has，zhuZCs4），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr3）：-

positive（has，zhuZCs1），

positive（has，zhuZCs4），

positive（has，zhuZCs5）.

reason_is（zhuZCr4）：-

positive（has，zhuZCs2），

positive（has，zhuZCs5），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr5）：-

positive（has，zhuZCs3）.

reason_is（zhuZCr6）：-

positive（has，zhuZCs3），

positive（has，zhuZCs5），

positive（has，zhuZCs6）.

reason_is（zhuZCr7）：-

positive（has，zhuZCs3）.

reason_is（zhuZCr8）：-

positive（has，zhuZCs4）.

/*以下是推理過程*/

run（）：-

reason_is（X），！，

write（“＼nthe reason maybe “，X）.

nl，nl，

run（）：-

write（“diagnosis complete”），

write（“thank you for your usage” ），

clear_facts.

positive（X，Y）：-

xpositive（X，Y），！.

positive（X，Y）：-

not（xnegative（X，Y）），

ask（X，Y，yes）.

negative（X，Y）：-

xnegative（X，Y），！.

negative（X，Y）：-

not（xpositive（X，Y）），

ask（X，Y，no）.

ask（X，Y，yes）：-

！，

write（“Does it”，X），

write（“the symbol of”，Y），

readln（Reply），nl，

frontchar（Reply，”yes”），

remember（X，Y，yes）.

ask（X，Y，no）：-

！，

write（“Does it”，X），

write（“the symbol of”，Y），

readln（Reply），nl，

frontchar（Reply，”no”），

remember（X，Y，no）.

remember（X，Y，yes）：-

assertz（xpositive（X，Y））.

remember（X，Y，no）：-

assertz（xnegative（X，Y））.

clear_facts：-

write（“please press the space bar to exit”），

retractall（_，dbasedom），

readchar（_）.

goal

run.

S1：操作系統(tǒng)通過關(guān)鍵詞goal找到目標(biāo)程序run；

S2：取出run程序的第一個(gè)前提條件reason_is（X）判斷是否成立

S3：在知識(shí)庫(kù)中尋找與謂詞reason_is（X）相匹配的規(guī)則與知識(shí)，第一條規(guī)則是reason_is（zhuZCr1），謂詞相同，匹配成功，開始查驗(yàn)第一條規(guī)則的前提條件

S4：前提條件是positive（has，zhuZCs1），推理機(jī)中對(duì)positive（has，zhuZCs1）進(jìn)行說明的規(guī)則有兩個(gè)positive（X，Y）：-xpositive（X，Y），！.和positive（X，Y）：- not（xnegative（X，Y）），ask（X，Y，yes）.其中第一個(gè)規(guī)則中前提條件為xpositive（X，Y），沒有與xpositive（）相關(guān)的謂詞聲明，故按照第二條規(guī)則進(jìn)行推理

S5：第二條規(guī)則中第一個(gè)前提條件為非xnegative（X，Y）， xnegative（X，Y）與xpositive（X，Y）一樣是無(wú)法判斷的，因此xnegative（X，Y）不成立的條件成立，取出第二條規(guī)則的第二個(gè)前提條件

S6： 取出第二條規(guī)則的第二個(gè)前提條件是ask（X，Y，yes）.故轉(zhuǎn)到程序段ask（X，Y，yes），判斷其是否成立

S7： ask（X，Y，yes）程序段的前兩個(gè)要求為輸出問題的指令，執(zhí)行后將在屏幕上顯示如下信息：

Does it has the symbol of zhuZCs1？

S8：用戶根據(jù)實(shí)際情況回答yes或者no

S9：第三和第四兩條指令的功能是讀取并保存用戶輸入的信息

S10：如果輸入的是yes，則ask（X，Y，yes）成立，轉(zhuǎn)去執(zhí)行remember（X，Y，yes）指令，其功能為斷言xpositive（X，Y）.成立，生成事實(shí)xpositive（X，Y），回溯查驗(yàn)規(guī)則positive（X，Y）：-xpositive（X，Y），！.前提條件成立，則positive（X，Y）.成立；

X綁定zhuZCr1成功，轉(zhuǎn)去執(zhí)行run的第三個(gè)條件，輸出信息“the reason maybe zhuZCr1”

并換行

最后執(zhí)行強(qiáng)制失敗指令fail，轉(zhuǎn)去驗(yàn)證知識(shí)庫(kù)中推理驗(yàn)證第二條知識(shí)，直到知識(shí)庫(kù)中所有知識(shí)均被查驗(yàn)完畢，輸出diagnosis complete thank you for your usage

S10：如果輸入的是no，則ask（X，Y，no）成立轉(zhuǎn)去執(zhí)行remember（X，Y，no）指令，其功能為斷言xnegative（X，Y）.成立，生成事實(shí)xnegative（X，Y），回溯查驗(yàn)規(guī)則positive（X，Y）：-xnegative（X，Y），！.前提條件不成立，則終止回溯，開始驗(yàn)證第二條規(guī)則；

直到知識(shí)庫(kù)中所有知識(shí)均被查驗(yàn)完畢，輸出diagnosis complete thank you for your usage

參考文獻(xiàn)

[1]郭文斌. HSVE2.8型礦用提升機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì). 江西煤炭科技. 2016.11.15

[2]武波，馬玉祥. 專家系統(tǒng). 北京理工大學(xué)出版社 2003.09