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        鐵通通信設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

        2020-12-03 01:54:50任佳
        數(shù)碼設(shè)計 2020年14期
        關(guān)鍵詞:故障診斷

        基金項(xiàng)目:本文是2016年度湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“鐵路通信線路與設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)”階段性研究成果(項(xiàng)目編號: 16C1056)

        摘要:本文針對鐵路通信設(shè)備日常維護(hù)檢修工作的實(shí)際需求和鐵路通信設(shè)備故障機(jī)理特點(diǎn),基于相關(guān)故障診斷和專家系統(tǒng)的理論與方法,設(shè)計了鐵路通信設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫和主要子模塊,實(shí)現(xiàn)了鐵路通信設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)基本的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),以期能在鐵路通信工進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)時能提供輔助決策支持。

        關(guān)鍵詞:鐵路通信設(shè)備;故障診斷;專家系統(tǒng);知識表示

        中圖分類號:U284.92文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-9129(2020)14-0064-02

        1引言

        我國軌道交通最近幾十年來得到了迅猛的發(fā)展,中國鐵路和城市軌道已經(jīng)趕超世界先進(jìn)水平,鐵路通信是指揮列車運(yùn)行,組織鐵路運(yùn)輸生產(chǎn),提高效率,保證安全,傳輸各種信息及公務(wù)聯(lián)絡(luò)的重要設(shè)施。如何保證光纖通信系統(tǒng)、現(xiàn)代交換設(shè)備、車載通信設(shè)備、光電纜線路等的無故障運(yùn)行是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的一個非常重要的環(huán)節(jié)。為了確保各種通信設(shè)備和線路在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過程中處于正常工作狀態(tài),各級鐵路運(yùn)行部門都制訂了各自的檢修程序,按照一定的時間規(guī)律對設(shè)備進(jìn)行日常檢修、定期輪修、重點(diǎn)整修,這為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的正常進(jìn)行奠定了基礎(chǔ),但是目前檢修程序并不完善,有時通信線路和設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障時才被發(fā)現(xiàn),這大幅度提高了鐵路維修的成本和難度。目前各種通信線路和設(shè)備的故障診斷,主要是現(xiàn)場的檢修人員利用現(xiàn)有的設(shè)備原理、維修手冊等資料和知識結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn),構(gòu)造出一個基于規(guī)則的診斷方案,但通信線路、設(shè)備種類和型號繁多,更新?lián)Q代快,故障多種多樣,維修人員很難迅速更新知識,總結(jié)新規(guī)則需要花費(fèi)一定時間,這樣會延誤維修時間,尤其出現(xiàn)了重大的問題后,不能及時的處理故障,會對整個行車產(chǎn)生很大的影響。而故障診斷專家系統(tǒng)是將信息技術(shù)、人工智能以及專業(yè)技術(shù)知識結(jié)合在一起形成的一個智能分析系統(tǒng),在知識表示、運(yùn)用、獲取上表現(xiàn)不錯,在開放性、開發(fā)時間及診斷效率上都具有優(yōu)勢。因此,將專家系統(tǒng)應(yīng)用于通信線路與設(shè)備的故障診斷,非常值得深入研究與探討。它為鐵路通信技術(shù)人員根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及時維修設(shè)備、分析排除各種復(fù)雜故障提供輔助決策的支持的作用,該系統(tǒng)的建立對提高我國鐵路通信線路與設(shè)備的維修水平以及確保行車安全具有一定的實(shí)際意義。

        2知識庫的建立

        知識庫不僅是專家系統(tǒng)中知識的存儲機(jī)構(gòu),還能為為推理機(jī)提供解決故障所需要的關(guān)鍵知識,是故障診斷系統(tǒng)的核心。推理機(jī)工作時調(diào)用知識庫中的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行推理,并將新的診斷方案添加到知識庫中,因此,知識庫一直在更新與完善,是一個動態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),應(yīng)具有知識的查詢、添加、刪除和修改功能。鐵路通信設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)知識庫的建立過程共分3步。

        (1)分析、收集與整理通信設(shè)備的故障知識。

        (2)采用產(chǎn)生式規(guī)則表示法表示設(shè)備故障知識。

        故障診斷專家系統(tǒng)常用的知識表示法有產(chǎn)生式規(guī)則表示法、狀態(tài)空間法、問題規(guī)約法、框架表示法、語義網(wǎng)絡(luò)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示法等。產(chǎn)生式規(guī)則使用規(guī)則序列形式描述知識,從初始事實(shí)出發(fā),用模式匹配的方式查找匹配的產(chǎn)生式規(guī)則。如果已知事實(shí)能夠使規(guī)則前提為真,則該規(guī)則被激活,推出新的事實(shí);否則,依次查找下一條規(guī)則,直到得到結(jié)論為止。產(chǎn)生式規(guī)則因其知識模塊化、易于理解、一致性較好,知識庫維護(hù)和操作方便,在故障診斷、醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

        由于鐵路通信設(shè)備的故障現(xiàn)象與故障原因之間存在大量的因果關(guān)系,本團(tuán)隊使用產(chǎn)生式規(guī)則表示法來表示故障知識,其表示形式為:

        規(guī)則編號 if (前提) then {結(jié)論}。

        前提是某規(guī)則能否采納的先決條件。前提可由一個或者多個事實(shí)進(jìn)行邏輯運(yùn)算構(gòu)成。結(jié)論是一組說明結(jié)論或操作。指出滿足指定前提的時候,應(yīng)該得出的結(jié)論或應(yīng)該進(jìn)行的操作。

        程控交換機(jī)的業(yè)務(wù)部分故障診斷的知識表示形式如下:

        If (摘機(jī)無饋電)

        then {話機(jī)線未插上用戶板的背板or 此話機(jī)線已斷或話機(jī)已損壞 or 此話機(jī)未正確地接在用戶板后面的插針or所接用戶板故障話機(jī)壞}

        (3)構(gòu)建知識庫,并將故障知識存入知識庫中。

        本文將收集到的故障診斷經(jīng)驗(yàn)知識以及系統(tǒng)涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫來存儲,其中一些關(guān)鍵表的結(jié)構(gòu)如下:

        系統(tǒng)用戶表(用戶編號、用戶名稱、用戶密碼、用戶權(quán)限)

        設(shè)備類型(ID、類型名稱)

        設(shè)備表(設(shè)備編號、設(shè)備類型ID、設(shè)備名稱、購買時間、維修次數(shù)、末? 次維修時間、地點(diǎn))

        故障表(故障編號、故障地點(diǎn)、故障時間、故障現(xiàn)象)

        知識表(知識編號、設(shè)備類型、故障現(xiàn)象、故障原因、解決方案)

        故障解決方案(方案編號、故障編號、解決方案、添加時間)

        3鐵路通信設(shè)備故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        3.1 專家系統(tǒng)故障診斷流程。鐵路通信故障診斷專家系統(tǒng)的故障診斷流程為:(1)描述故障現(xiàn)象,使用專家系統(tǒng)進(jìn)行分析;(2)將發(fā)生的故障與知識庫中的故障特征進(jìn)行比對,查詢是否有相同的故障記錄;(3)如果有相同記錄,則檢驗(yàn)相關(guān)規(guī)則,如果僅有一條規(guī)則匹配故障產(chǎn)生的條件,則啟用該規(guī)則,當(dāng)多條規(guī)則匹配成功時,選擇優(yōu)先級的那條的規(guī)則作為啟用規(guī)則。(4)如果沒有任何規(guī)則可以對應(yīng),輸出“沒有相關(guān)知識為您服務(wù)”。

        3.1 專家系統(tǒng)功能功能設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。鐵路通信故障診斷專家系統(tǒng)的基本功能和性能要求如下:

        (1)能夠?qū)崟r的存儲鐵路通信工等維護(hù)人員需要的各種數(shù)據(jù);能夠快速的提供給維護(hù)人員和管理人員使用,以便進(jìn)行輔助決策;將一段時間產(chǎn)生的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行備份以防止重要數(shù)據(jù)丟失。

        (2)能夠設(shè)定報警時間,及時提醒維護(hù)人員處理沒有被及時解決的故障,提升故障排除的效率。

        (3)能夠?qū)⑽刺幚淼墓收习磧?yōu)先級自動排序,方便維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)和排除優(yōu)先級高的故障。

        (4)能夠就典型故障為鐵路通信工提供檢修流程和解決方案,以供輔助決策。

        (5)具有查詢、統(tǒng)計等功能,方便進(jìn)行故障、知識庫、用戶等數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計。

        (6)具有友好的人機(jī)交互界面,方便系統(tǒng)各種用戶使用。

        本系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S結(jié)構(gòu))開發(fā)模式,選用VS2013、ACCESS作為軟件開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫管理工具,使用C#語言編程實(shí)現(xiàn)了鐵路通信設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的用戶管理模塊、登錄模塊、故障診斷模塊、知識庫管理模塊、工單模塊、數(shù)據(jù)庫備份模塊等,其中知識庫管理模塊的實(shí)現(xiàn)效果如圖1所示。

        4總結(jié)

        基于診斷和專家系統(tǒng)的理論與方法,本文分析了鐵路通信設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的必要性和可行性,設(shè)計了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和功能模塊,并實(shí)現(xiàn)了其基本功能,能為鐵路通信設(shè)備和通信線路的一些日常故障維護(hù)檢修、分析排除復(fù)雜故障提供輔助決策支持。該系統(tǒng)已經(jīng)在湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院與廣鐵集團(tuán)公司長沙電務(wù)段共建的鐵路通信信號實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),能有效提高鐵路通信工的維修水平,具有在較廣闊的應(yīng)用前景。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]季曉慧,叢望,張和林.船舶電力系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2002(6).

        [3]王蘭勇.鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)[D].吉林大學(xué),2015.

        [4]張躍東,齊昕,童一飛.基于專家系統(tǒng)的焊接機(jī)器人故障診斷[J].機(jī)床與液壓,2019,47(01):181-186.

        [5]劉宏偉,王瀅,姚壽廣.數(shù)據(jù)庫技術(shù)在船舶動力故障診斷專家系統(tǒng)知識表示中的應(yīng)用[C]//全國內(nèi)河船舶與航運(yùn)技術(shù)學(xué)術(shù)會議.2006.

        [6]張保銀,梁朝輝,李永燕.鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].鐵道通信信號,2010,046(009):26-28.

        作者簡介:任佳(1980.10-),女,漢族,湖南汨羅,博士,高級工程師,研究方向:鐵道通信與信息化技術(shù)。

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