吳 振 林堅(jiān)鋒 劉 洋 何偉豐 肖雯予 李 裕 郭建文

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

空調(diào)外機(jī)的主要部件有壓縮機(jī)、冷凝器、四通間、節(jié)流裝置等，包含了制冷原理四大部件中的三個(gè)，且制冷加充注及存儲也是在外機(jī)，因此空調(diào)外機(jī)的商檢測試是空調(diào)制造最重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目，測試結(jié)果直接決定了空調(diào)出廠后性能質(zhì)量是否滿足要求。

商檢測試就是對空調(diào)出廠前進(jìn)行性能測試，通過檢測標(biāo)準(zhǔn)機(jī)出口冷媒壓力、整機(jī)運(yùn)行電流、產(chǎn)品各傳感器參數(shù)變化判斷產(chǎn)品性能是否合格。商檢測試要求商檢房溫度嚴(yán)格控制在23±2 ℃，壓力和電流采用的是通用測試標(biāo)準(zhǔn)：壓力標(biāo)準(zhǔn)：R22工質(zhì)，制熱1.8±0.6 MPa／制冷0.5土0.15 MPa；R410A工質(zhì)，制熱2.5士1.0 MPa／制冷0.80士0.25 MPa；電流標(biāo)準(zhǔn)：測試平均值（I平均=前10臺平均值）士10 %。商檢測試界面如圖1所示。

由于測試環(huán)境、被測機(jī)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)設(shè)計(jì)等方面差異都直接影響商檢測試壓力[1]，因此這種檢驗(yàn)方法存在突出問題如下：①測試環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)設(shè)計(jì)、被測機(jī)設(shè)計(jì)、被測機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等方面都直接影響商檢測試壓力，因此定值標(biāo)準(zhǔn)無法滿足多樣化產(chǎn)品測試需求；②不同檢驗(yàn)人員對商檢測試異常分析能力有差異，導(dǎo)致空調(diào)企業(yè)每年因檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不合理而損失的產(chǎn)能數(shù)以萬計(jì)；③關(guān)鍵零件，如排氣感溫包、電子膨脹閥等存在檢驗(yàn)官區(qū)。上述原因?qū)е驴照{(diào)企業(yè)年四檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不合理、后失的產(chǎn)數(shù)以萬不合綜上，導(dǎo)致上述間題的主要原因有兩方面，一是檢驗(yàn)參數(shù)不全，故障診斷技術(shù)溶后經(jīng)研究，為了實(shí)現(xiàn)空調(diào)故障診斷問題全覆蓋，需要監(jiān)控的檢驗(yàn)參數(shù)有13個(gè)，如表1所示，通過信息化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動提取和上傳，并用于標(biāo)準(zhǔn)制定和故障診斷；如何讓檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)合理有效，一方面需要商檢測試工裝可以主動控制空調(diào)運(yùn)行[2][3]另一方面需要尋找先進(jìn)、合理的故障診斷技術(shù)。

故障診斷技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，到目前為止已經(jīng)出現(xiàn)了基于各種不同原理的眾多方法。按照周東華、翁正新[4]對故障診斷技術(shù)論述，和國際故障診斷權(quán)威Paul M． Frank教授[5]的觀點(diǎn)，所有的故障診斷方法可以劃分為基于數(shù)學(xué)模型（基于解析模型的方法）和不依賴數(shù)學(xué)模型（包含基于信號處理和基于知識表述兩種方法）兩大類，整理故障論斷方法分類見圖2。

圖1 商檢測試界面

表1 商檢測試檢驗(yàn)參數(shù)

圖2 故障診斷方法分類

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對象的精確數(shù)學(xué)模型很難得到，這就極大地限了基于模型的過程監(jiān)控方法的使用范圍。而基于知識表述的方法不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型，因此該方法具有較強(qiáng)的生命力。近年來，基于知識表述的專家系統(tǒng)（ES）多用于空調(diào)產(chǎn)品自身的故障檢測，比如吳昊[6]等將專家系統(tǒng)用于制冷空詞故障分析，陳煥新[7]等將專家系統(tǒng)用于客車空調(diào)機(jī)組故障冷斷，但在空商檢測試方面的應(yīng)用鮮有報(bào)逆因此，本文以空調(diào)外機(jī)商檢測試為對象研究通過專家系統(tǒng)，解決商檢測試定值標(biāo)準(zhǔn)無法滿足多樣化產(chǎn)品測試需求導(dǎo)致產(chǎn)能損失問題的可行性。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)由管理層系統(tǒng)、執(zhí)行層系統(tǒng)和控制層系統(tǒng)三部分組成：①管理層系統(tǒng)：提供對基礎(chǔ)信息、工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、測試流程、功能判斷邏輯集中管理；②執(zhí)行層系統(tǒng)：從管理層中自動獲取與當(dāng)前被測空調(diào)最匹配的工藝標(biāo)準(zhǔn)、測試流程、功能判斷邏輯進(jìn)行對應(yīng)的控制判斷，并將整個(gè)測試過程數(shù)據(jù)記錄及測試結(jié)果上傳給管理系統(tǒng)；③控制層系統(tǒng)：根據(jù)執(zhí)行層的控制指令對空調(diào)及測試系統(tǒng)硬件進(jìn)行控制動作，同時(shí)采集相關(guān)參數(shù)提供給執(zhí)行層。

信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空調(diào)外機(jī)商檢測檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)獲取并實(shí)現(xiàn)自動測試、測試數(shù)據(jù)自動提取并上傳數(shù)據(jù)庫；專家系統(tǒng)為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)削定和故障診斷提供知識庫和推理方法，有效提高故障檢驗(yàn)完整性、降低結(jié)果判斷誤報(bào)率。于專家系統(tǒng)的商檢測試總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 商檢測故障類別

隨著廣大民眾消費(fèi)能力和對品質(zhì)要求的提升，企業(yè)在空調(diào)新品開發(fā)力大逐年加大，生產(chǎn)線單班產(chǎn)量和切換產(chǎn)品頻次跟著逐年遞增，通過檢驗(yàn)員手工記錄故障問題再匯總分析的方法已不能滿足產(chǎn)品過程質(zhì)量控制需求。信息化系統(tǒng)的使用有效改善這一問題，通過掃描MES條碼將機(jī)型信息、檢驗(yàn)參數(shù)等與條碼關(guān)聯(lián)并存儲到信息化系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析可以快速有效找到故障類別，如圖4所示。

統(tǒng)計(jì)某空調(diào)組裝車間2016年空調(diào)外機(jī)商檢測試故障分布，壓力異常問題最為突出，占了全部異常數(shù)量的96 %，如圖5所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息化

1）工藝參數(shù)（檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)）信息化

圖3 基于專家系統(tǒng)的商檢測試總體結(jié)構(gòu)

圖4 信息化系統(tǒng)分析商檢測試數(shù)據(jù)

空調(diào)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)行環(huán)境相關(guān)，而不同的生產(chǎn)基地、生產(chǎn)車間的環(huán)境條件及設(shè)備硬件（如系統(tǒng)設(shè)計(jì)）存在差異。為了能夠使測試系統(tǒng)不受各因素的影響，需要針對各種環(huán)境條件下制定相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，因此在管理系統(tǒng)需要提供對工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的精確集護(hù)管理。為了達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)精細(xì)化，對每介工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)增加展屬性，指明標(biāo)準(zhǔn)適用范圍，包括適用地點(diǎn)、環(huán)境溫度范圍等。執(zhí)行端系統(tǒng)通過自身的測試系統(tǒng)信息和環(huán)境溫度自動選擇對應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，完全擺脫環(huán)境及設(shè)備因素的制約。

2）數(shù)據(jù)應(yīng)用處理

信息化離不開數(shù)據(jù)的處理，空調(diào)商檢測試系統(tǒng)對試過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集存儲，提供對產(chǎn)品檢驗(yàn)過程及結(jié)果的追溯，另外還提供了測試過程重要參數(shù)的曲線還原見圖6，對應(yīng)機(jī)型時(shí)間段各主要參數(shù)的整體分布散點(diǎn)圖，參數(shù)平均值統(tǒng)計(jì)，從而從中快速分析出對應(yīng)機(jī)型的規(guī)律，使故障診斷結(jié)果精準(zhǔn)、可靠。

3.2 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)的開發(fā)包含三種方式：①采用般的高級程序語言，如C、C++、JAVA等；②采用人工智能語言LISP、 PROLOG等；③采用專家系統(tǒng)工具（或成為專家系統(tǒng)開發(fā)工具）。這三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，從方便、簡易、利于縮短研制周期等角度評價(jià)，采用專家系統(tǒng)工具有較大優(yōu)點(diǎn)；另外，目前還沒有商檢測試空調(diào)故障的數(shù)學(xué)模型，但檢驗(yàn)人員及空調(diào)工程師有著豐富經(jīng)驗(yàn)，這種領(lǐng)域使用專家系統(tǒng)最為合適。本文的專家系統(tǒng)主要包含測試數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)知識庫和測試故障診斷系統(tǒng)三部分。

本系統(tǒng)中的知識分為兩類：事實(shí)和啟發(fā)性知識。事實(shí)是指從書本或日常的實(shí)踐中獲得，也包含一些一般性常識，如“空調(diào)外機(jī)沒有充注冷媒是不會制冷”等。這類知識容易獲得有時(shí)對處理問題能起到關(guān)鍵作用。啟發(fā)性知識是從實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來的，條理性差，但易理解，用范圍俱想澂有效。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)從數(shù)據(jù)庫總?cè)〕鏊璧臄?shù)據(jù)，按照一定的方式進(jìn)行推理分析，最終得出結(jié)論空調(diào)外機(jī)商檢測試常見故障可以分為四大類：溫度異常、壓力異常、電流異常和其它異常，如圖7所示；通過知識庫中的知識及推理機(jī)制，得到故障診斷系統(tǒng)，如圖8所示。

4 結(jié)論

空調(diào)故障診斷專家系統(tǒng)的知識表示和推理機(jī)制很多，使知識易于獲取、推理機(jī)制便于理解和實(shí)現(xiàn)是專家系統(tǒng)兩個(gè)重要評價(jià)指標(biāo)。本研究在系統(tǒng)工程思想指導(dǎo)下，采用知識工程的方法和手段，利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，將空調(diào)外機(jī)商檢測試故障診斷專家的知識、經(jīng)驗(yàn)和解決問題的方法系統(tǒng)化，并通過與專家系統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，開發(fā)了基于專家系統(tǒng)（ES）的空調(diào)商檢測試平臺。無論從空調(diào)角度，還是計(jì)算機(jī)角度，都采用了較為先進(jìn)的技術(shù)，起到了部分代替專家泛指導(dǎo)現(xiàn)場故障排查的作用，對提高空調(diào)產(chǎn)品檢驗(yàn)精度和降低故障對生產(chǎn)帶來的產(chǎn)能損失具有一定的理論和實(shí)踐意義。

圖5 2016年空調(diào)外機(jī)商檢測試故障分布

圖6 產(chǎn)品商檢測試性能曲線

圖7 空調(diào)外機(jī)商檢測試檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)知識庫

圖8 空調(diào)外機(jī)商檢測試故障診斷系統(tǒng)