摘 要：在對空氣循環(huán)制冷設(shè)備工作原理深入研究的基礎(chǔ)上，將故障樹分析法和專家系統(tǒng)引入到該設(shè)備的故障診斷中，設(shè)計了該設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)。具體給出了系統(tǒng)的理論依據(jù)和設(shè)計方法,并詳細(xì)介紹了知識庫和推理機的設(shè)計。該系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地確定故障部位，提高維修效率。 關(guān)鍵詞：空氣循環(huán)制冷設(shè)備;故障樹;知識庫;推理機 Abstract: Based on the deep research of the air circulating refrigeration equipment’s working principle, Fault tree and expert system are introduced to air circulating refrigeration equipment fault diagnosis. Fault diagnosis expert system of that equipment is designed successfully. This paper introduces the basic scheme and designing theory and gives a detailed description of the design of knowledge base and inference engine. The system can find the fault part quickly and accurately, then improve the efficiency of engineering maintenance. Keywords: air circulating refrigeration equipment; fault tree; knowledge base; inference engine 1 引言 　　空氣循環(huán)制冷設(shè)備用于在飛機發(fā)動機停機狀態(tài)下，在地面通電檢查和維修飛機電器電子設(shè)備時，給飛機設(shè)備艙提供干燥而潔凈的給定溫度和濕度的冷風(fēng)、熱風(fēng)和通風(fēng)，以達(dá)到控制飛機電器電子設(shè)備工作環(huán)境條件的目的。該設(shè)備采用空氣壓縮和膨脹技術(shù)實現(xiàn)制冷和加熱，與近年來一些新型飛機的機上環(huán)境控制系統(tǒng)的原理相似，不同之處在于機上環(huán)控系統(tǒng)采用飛機發(fā)動機壓縮空氣作引氣，而該設(shè)備采用空壓機壓縮空氣為空氣動力源[1]。 　　由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境嚴(yán)酷，造成設(shè)備故障的原因繁多?，F(xiàn)場分析、判斷和處理故障，往往依賴維修人員對設(shè)備故障機理的把握程度和經(jīng)驗，具有一定的主觀性。這就難免由于經(jīng)驗不足而導(dǎo)致失誤，延誤維修時間。建立空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，可大大減少修理的盲目性，提高經(jīng)濟性和安全性，具有重要的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。 　　本文將故障樹分析法和專家系統(tǒng)相結(jié)合并引入到空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障診斷中，既發(fā)揮了專家系統(tǒng)的診斷快速有效的特點，又利用故障樹解決了診斷知識獲取的瓶頸問題，從而保證了診斷知識的完整性。 2 空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的組成 　　2.1 基于故障樹的故障診斷專家系統(tǒng)的優(yōu)點[2-6] 　?。?） 可以根據(jù)故障樹最小路集和最小割集，確定系統(tǒng)全部正常工作模式和故障模式。 　　（2） 可以根據(jù)底事件發(fā)生概率，求出每個故障模式發(fā)生概率的大小，故障模式按發(fā)生概率大小排序，可以確定造成系統(tǒng)故障的各個故障模式影響大小。 　?。?） 邏輯性強，不易遺漏故障原因，從故障樹頂事件開始，經(jīng)過邏輯嚴(yán)密的逐級分析，凡是能夠引起該故障的原因都能找到，并提供維修意見。 　?。?） 引起故障的原因一目了然，引起故障的各個因素都可以從故障樹獲取，可避免排除故障時的盲目性，提高效率。 　　（5） 利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特點，可以快速的修改及瀏覽知識庫，方便專家檢查和更新知識;采用模塊化設(shè)計，容易實現(xiàn)知識庫、推理機及應(yīng)用程序的分離，有助于維護(hù)整個專家系統(tǒng)。 　　2.2 故障診斷專家系統(tǒng)的組成 　　空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)包括人機界面、知識庫、推理機、知識獲取子系統(tǒng)、解釋子系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)庫等部分。圖1所示為該專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 [align=center] 圖1 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[/align] 　　空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)就是用該設(shè)備的專家知識來求解那些在實際中需要專家才能有效解決的問題。系統(tǒng)的構(gòu)建中，知識庫和推理機的設(shè)計顯得尤為重要。 3 故障診斷專家系統(tǒng)知識庫 　　知識庫主要用來存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑念I(lǐng)域知識，是整個專家系統(tǒng)中的重要組成部分。它 　　擁有知識的數(shù)量和質(zhì)量是衡量專家系統(tǒng)性能好壞及問題求解能力大小的重要因素。 　　3.1 知識獲取 　　擁有知識是專家系統(tǒng)有別于其他計算機軟件系統(tǒng)的重要標(biāo)志，而知識的質(zhì)量和數(shù)量有是決定專家系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，如何使專家系統(tǒng)獲得高質(zhì)量的知識，正是知識獲取要解決的問題。 　　知識獲取采用故障樹的構(gòu)建方式，故障樹具有標(biāo)準(zhǔn)化的知識結(jié)構(gòu)，若利用故障樹知識生成專家系統(tǒng)知識庫，不僅可以極大地降低系統(tǒng)知識獲取的難度，又能通過求解最小割集，使生成的知識庫盡可能的簡化，降低冗余，便于推理的進(jìn)行。在構(gòu)建本系統(tǒng)的知識庫之前，首先將內(nèi)容豐富且復(fù)雜的故障診斷知識建成故障樹，然后分析各故障現(xiàn)象和原因之間的關(guān)系，將其反映到規(guī)則中去。 　　在故障樹構(gòu)建上，以空氣循環(huán)制冷設(shè)備故障為根結(jié)點，以24種常見故障如異常響聲、電動閥門不工作等事件為二級結(jié)點構(gòu)成第一棵故障樹，即總樹（圖2），對應(yīng)事件列表見表1.然后再以這24種常見故障為根結(jié)點構(gòu)成24棵子故障樹。在這24棵子故障樹上的葉結(jié)點（與基本事件相對應(yīng)）的排序上，盡量把容易檢查的事件放在前面，以便達(dá)到與工人師傅的思維一致，達(dá)到盡量提高匹配效率的目的。對應(yīng)事件列表見表1。 [align=center] 圖2 總樹示意圖[/align] 　　表1總樹事件代碼 　　故障診斷的程序是先定位到故障現(xiàn)象所對應(yīng)的子故障樹，然后把排序最先的事件提交給維修人員進(jìn)行判斷，若判斷結(jié)果為基本事件，無法再展開，診斷停止;若不是基本事件，根據(jù)提示繼續(xù)進(jìn)行判斷。在診斷的過程中，故障樹給出相應(yīng)的測試指南或診斷判別數(shù)據(jù)，最后給出維修策略及相應(yīng)的故障樹診斷軌跡。 　　3.2 知識表示 　　知識表示就是知識的符號化和形式化的過程。在一個專家系統(tǒng)中，知識表示模式的選擇不僅對知識的有效存儲有關(guān)，也直接影響著傳統(tǒng)知識獲取能力和知識的運用效率，因而知識表示是知識工程中最基本的問題之一。 　　由于本專家系統(tǒng)的故障診斷知識庫是基于故障樹分析法建立起來的，知識一般具有經(jīng)驗性、因果性的特點。知識庫中的結(jié)論知識之間具有故障樹所獨有的層次關(guān)系，也就是說，知識庫中得一個結(jié)論性知識有可能是另一個結(jié)論知識的前件，非常適用產(chǎn)生式規(guī)則來組織知識庫。因此本系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示故障診斷知識，表示形式為 　　IF E THEN H （CF（H，E）） 　　其中，E是知識的前提條件，它既可以是單個條件，也可以是用and 或or 連接起來的復(fù)合條件;H是結(jié)論，它可以是單個結(jié)論，也可以是多個結(jié)論。CF（H，E）是該條知識的可信度，稱為可信度因子。CF（H，E）在[-1，1]上取值，它指出當(dāng)前提條件E所對應(yīng)的證據(jù)為真時，它對結(jié)論為真的支持程度，通常由領(lǐng)域?qū)＜抑苯咏o出。值越大表示相應(yīng)的知識越為真。當(dāng)CF的值為1時，表示相應(yīng)的知識為真;當(dāng)CF的值為-1時，表示相應(yīng)的知識為假。 　　3.3 知識庫的管理 　　知識庫的管理就是對知識進(jìn)行組織、管理和維護(hù)。根據(jù)實際使用情況，不斷擴充新的知識，刪除無用的知識，修改有錯誤的知識，逐步提高知識庫的質(zhì)量和系統(tǒng)的水平。主要包括對知識的增加、刪除、編輯、檢索和一致性、完整性檢查等管理和維護(hù)工作，來保持知識庫的一致性和完整性。 　　實際應(yīng)用中，管理人員通過專家系統(tǒng)的增加知識功能輸入需要增加的領(lǐng)域知識，包括故障現(xiàn)象、故障原因和排除方法。然后，系統(tǒng)將輸入知識轉(zhuǎn)換成知識庫默認(rèn)的知識規(guī)則格式，然后校檢。知識的校檢主要包括冗余性校檢和矛盾性校檢。冗余性校檢是檢查所輸入的新知識的前提或結(jié)論同知識庫中已有知識的前提或結(jié)論是否存在相同情況。矛盾性校檢是查看是否存在輸入的領(lǐng)域知識的前提同知識庫中已有的知識規(guī)則的前提相同，但結(jié)論不同或相反的情況。經(jīng)過校檢后，正確的知識將存入知識庫，反之系統(tǒng)彈出錯誤對話框。數(shù)據(jù)庫的查詢、刪除等功能的具體實現(xiàn)將在系統(tǒng)設(shè)計中詳細(xì)介紹。 4.推理過程與實現(xiàn) 　　推理方法有3種：正向推理、反向推理和混合推理。正向推理是最常用的方法，本系統(tǒng)應(yīng)用正向推理。正向推理又稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動策略或前向推理，這種控制的基本思想是：從問題已有的事實開始，正向使用知識，當(dāng)與已有事實匹配時，該知識為可用知識，然后通過沖突消解，在可用的多個待匹配的知識中選擇一條啟用規(guī)則，啟用規(guī)則的使用導(dǎo)致上下文的改變，從而引起新的規(guī)則的匹配，如此地循環(huán)往復(fù)，直至到達(dá)一個問題狀態(tài)沒有可用知識或求得了所要求的解為止。其推理過程如圖3所示： [align=center] 圖3推理流程圖[/align] 　　其中待匹配規(guī)則的概念為：規(guī)則a是規(guī)則庫中任意一條規(guī)則，若觀察到的故障征兆的條件包含在規(guī)則a的條件部分中，則稱規(guī)則a是待匹配規(guī)則。匹配規(guī)則的概念為：規(guī)則a是規(guī)則庫中任意一條規(guī)則，若觀察到的故障征兆的條件與規(guī)則條件部分包含的內(nèi)容完全相等，則稱規(guī)則a是匹配規(guī)則。 5.結(jié)語 　　本文主要介紹了空氣循環(huán)制冷設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)知識庫的建立與推理機的設(shè)計，在對空氣循環(huán)制冷設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理的深入研究的基礎(chǔ)上，將故障樹引入知識庫的結(jié)構(gòu)中，然后成功構(gòu)建了一個功能完善的飛機地面空調(diào)車的故障診斷專家系統(tǒng)。該專家系統(tǒng)能起到部分代替專家指導(dǎo)現(xiàn)場檢修的作用，對延長空氣循環(huán)制冷設(shè)備及飛機的壽命，降低其維護(hù)、維修費用及保證實驗的可靠性和安全性均有重要意義。 　　本文創(chuàng)新點在于針對空氣循環(huán)制冷設(shè)備的特點，構(gòu)建該設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)。將故障樹分析法引入專家系統(tǒng)中，有效解決了知識獲取的瓶頸問題，保證診斷知識的完整性同時也發(fā)揮了專家系統(tǒng)故障診斷快速有效的特點。利用故障樹建立的專家系統(tǒng)可靠性高，分析故障全面，充分利用了長期以來專家對空氣循環(huán)制冷設(shè)備的維修經(jīng)驗。尤其是本系統(tǒng)構(gòu)建的故障樹本身就是一種形象化的技術(shù)資料，對維修人員是一種十分有效的直觀教學(xué)資料和維修指南，且與人類專家的思維相一致，易于理解和掌握。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 李軍.飛機地面空調(diào)車智能化故障診斷系統(tǒng)設(shè)計[D]. 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