故障診斷專家系統(tǒng)

1、7. 故障診斷專家系統(tǒng),故障診斷專家系統(tǒng),一、專家系統(tǒng)概述定義：能以人類專家級水平進行故障診斷的智能計算機程序。發(fā)展專家系統(tǒng)的必要性 1）知識結(jié)構的需要 2）故障診斷應用上的需要 系統(tǒng)復雜性及故障復雜性所決定3. 專家系統(tǒng)所能解決的問題 機械系統(tǒng)診斷中的復雜問題；能達到專家水平,4. 專家系統(tǒng)的特點 1）應用范圍廣 2）診斷水平高 3）診斷效率高

2、5. 專家系統(tǒng)的組成 一般由五部分組成：知識庫、推理機、數(shù)據(jù)庫、解釋程序和知識獲取程序。 實用的專家系統(tǒng)還有其它中間環(huán)節(jié)。,故障診斷專家系統(tǒng),實用的專家系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理,數(shù)據(jù)庫,推理機,知識庫,知識表示,知識庫管理,任務管理,工況分析,工況報表,動態(tài)黑板,診斷結(jié)果,診斷結(jié)果解釋,知識獲取,診斷實例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,故障診斷專家系統(tǒng),6.專家系統(tǒng)分類,故障診斷專家系統(tǒng),(1)

3、 解釋型(Interpretation)專家系統(tǒng)：這類系統(tǒng)通過分析所采集到的數(shù)據(jù)進而闡明這些數(shù)據(jù)的真實含義，如由質(zhì)譜數(shù)據(jù)解釋化合物分子結(jié)構的DENDRAL系統(tǒng)、由聲納信號識別艦船的HASP／SIAP系統(tǒng)、語音理解系統(tǒng)HEARSAY等。(2) 預測型(Prediction)專家系統(tǒng) ：這類系統(tǒng)根據(jù)處理對象過去和現(xiàn)在的情況去推測其未來發(fā)展趨勢，如各種氣象預報系統(tǒng)、軍事預測系統(tǒng)I&W等。,(3) 診斷型(Diagnosis)專家系

4、統(tǒng) 這類系統(tǒng)根據(jù)輸入信息推斷出處理對象中可能存在 的故障，如計算機硬件故障診斷系統(tǒng)DART、核反應堆故障診斷系統(tǒng)REACTOR、感染病診 斷與治療系統(tǒng)MYCIN、旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)EXPLORE-EX、透平機械故障診斷專家系統(tǒng)TUBMAC等。(4) 調(diào)試型(Debugging)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)給出已確認故障的排除方案，如石油鉆探機械故障診斷與排除系統(tǒng)Drilling Advisor等。,故障診斷專家系統(tǒng),(5) 維修型(

5、Repair)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)制定并實施糾正某類故障的規(guī)則，如診斷排除內(nèi)燃機故障的DELTA系統(tǒng)、電話電纜維護系統(tǒng)ACE等。(6) 規(guī)劃型(Planning)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能根據(jù)給定的目標制訂行動計劃，如電子線路布線系統(tǒng)PROTEL等。,故障診斷專家系統(tǒng),(7)設計型(Design)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能根據(jù)給定的要求形成所需要的方案或圖樣， 如DEC公司的計算機總體配置系統(tǒng)XCON。 (8)監(jiān)測型(Monit

6、oring)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)多用于完成實時監(jiān)測任務，如REACTOR 系統(tǒng)和高危病人監(jiān)護系統(tǒng)VM等。,故障診斷專家系統(tǒng),(9) 控制型(Control)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能自動控制系統(tǒng)的全部行為，通常用手生產(chǎn)過程的實時控制，如維持鉆機最佳鉆探流特征的MUD系統(tǒng)、MVS操作系統(tǒng)的監(jiān)督控制系統(tǒng)YES／MVS等。 (10) 教育型(1nstruction)專家系統(tǒng) 這類系統(tǒng)能診斷并糾正學生的行為，主要用于教學和培訓，多為診斷

7、型和調(diào)試型的結(jié)合體，如GUIDON和STEAMER等。,故障診斷專家系統(tǒng),二、知識庫1. 定義：專家知識、經(jīng)驗及書本知識的存儲器2. 知識表示1）對知識表示的基本要求（三個基本要求）①表示方案應便于知識的修改和擴充；②表示方案應盡量簡單易懂；③ 表示方法應清晰明確。因為專家系統(tǒng)的建造過程是一個不斷擴充和完善的過程，因此，便于修改和擴充的知識表示方案對專家系統(tǒng)來說是非常重要的，它直接關系到專家系統(tǒng)的成敗。實現(xiàn)這一要求的有效

8、手段是把知識與使用知識偽程序相分離，即把知識庫和推理機相分離。,故障診斷專家系統(tǒng),故障診斷專家系統(tǒng),人工智能研究者們已提出了許多種知識表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語義網(wǎng)絡表示、邏輯性表示、對象—屬性—值三元組表示、過程表示和面向?qū)ο蟮谋硎镜?，這些不同的表示方法各有其優(yōu)缺點和最適用的領域。,綜合數(shù)據(jù)庫(GlobalDatabase)和規(guī)則解釋器(RuleInterpreter)這三個基本部分組成；,規(guī)則解釋器,,,規(guī)則庫,綜合數(shù)據(jù)

9、庫,2) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本組成 一個典型的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)通常由規(guī)則庫(RuleBase)、,故障診斷專家系統(tǒng),3）產(chǎn)生式表示(或規(guī)則表示） 其一般形式為 P Q（即IF … THEN…) 左部分表示前提（條件或狀態(tài)），右部分表示若干結(jié)論,,人工智能研究者們已提出了許多種知識表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語義網(wǎng)絡表示、邏輯性表示、對象—屬性—值三元組表示、過程表示和面向?qū)ο?/p>

10、的表示等，這些不同的表示方法各有其優(yōu)缺點和最適用的領域。,如：出現(xiàn)異常振動則振幅大。對于復雜的故障用樹枝狀表示。,振動峰值大,基頻振動,低頻振動,二倍頻振動,廣諧振動,不平衡,熱彎曲,油膜渦動,油膜震蕩,支承問題,軸裂紋,不對中,摩擦,聯(lián)軸器問題,,,,,,,,,,,,,,……,……,注：與事故樹類似,故障診斷專家系統(tǒng),產(chǎn)生式表示的優(yōu)缺點優(yōu)點:① 模塊化 ；② 自然性 ；一致性。主要缺點：① 推理效率低 ；② 非

11、通用性；③ 依賴于已有的經(jīng)驗。,故障診斷專家系統(tǒng),故障診斷專家系統(tǒng),3.不確定知識表示1）隨機性知識2）模糊性知識3）未確知性知識三、知識的獲取知識獲取的方法：有*機械式、條件反射式、*傳授式、演繹式、歸納式、猜想證實式、*反饋修正式、類比式、聯(lián)想式、靈感與偶發(fā)式等，,故障診斷專家系統(tǒng),四、推理機制1.推理分類2.推理控制策略3.推理搜索策略4.似然推理,故障診斷專家系統(tǒng),故障診斷專家系統(tǒng),五、應用,美國西屋公

12、司從開發(fā)汽輪發(fā)電機專家系統(tǒng)GenAID開始，現(xiàn)已在佛羅里達州的奧蘭多發(fā)電設備本部建立了一個自動診斷中心，對各地西屋公司制造的汽輪發(fā)電機進行遠距離自動診斷。診斷對象從汽輪發(fā)電機逐步擴大到汽輪機、鍋爐和輔機。西屋公司和卡內(nèi)基·梅隆大學合作研制了一臺汽輪發(fā)電機監(jiān)控用專家系統(tǒng)，用來監(jiān)視德州三家主要發(fā)電廠的七臺汽輪發(fā)電機組的全天工作狀況。此專家系統(tǒng)能快速、精確地分析儀表送來的信號，然后立即告訴操作人員應采取什么措施。,我國故障診斷工作者

13、也積極探索專家系統(tǒng)的應用研究，國家在“七·五”和“八．五”期間也列有這方面的攻關課題，取得了—些進展，但目前總的情況是實驗室研究較多，現(xiàn)場條件下的實際應用、特別是成功的應用實例并不多見。,人工神經(jīng)網(wǎng)絡,一、概述1.定義及特點2.目前的應用情況二、基本原理1.神經(jīng)元結(jié)構模型 x1~xn輸入 w1~wn權值 閔值Xi神經(jīng)元求和輸出， Oi輸出F神經(jīng)元特性函數(shù),,,,,,,,,f,,Oi,Xi,,-

14、1,x1 w1,x2 w2,xn wn,,Si,故障診斷專家系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡,各參數(shù)之間的關系為：特性函數(shù)主要有還有符號型、S型、雙曲正切型和高斯函數(shù)型等。,,,,,,,,1,f(x),f(x),x,x,線性,階躍,,,,,1,-1,,,,,,,,,,,a,-a,符號型,斜坡型,,,,,0.5,1,S型,,,,雙曲正切型,1,,,,,,c,,1,高斯函數(shù),故障診斷專家系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡,2.網(wǎng)絡拓撲結(jié)構（神經(jīng)元

15、聯(lián)結(jié)結(jié)構）1）不含反饋的前向網(wǎng)絡 神經(jīng)元分層排列，組成輸入層、隱層（可有若干）和輸出層。每一層的神經(jīng)元只接受前一層的神經(jīng)元輸出作為輸入。輸入模式經(jīng)過各層的順次處理后得到輸出層輸出。誤差反向傳播算法（Bp法）的網(wǎng)絡即為此模型。,,,,,,,,xn,x2,x1,,,,,,,,,,,,y1,yn,單層前向網(wǎng)絡,,,,,,,,,,x1,x2,xn,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多層前向網(wǎng)絡