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基于Web的數(shù)控卷板機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng) |
| 發(fā)布時(shí)間：2018/12/29 |
基于Web的數(shù)控卷板機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)利用Web數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將故障診斷專家系統(tǒng)構(gòu)建于Web環(huán)境申，可以發(fā)揮Internet收集、共事知識和數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，改善診斷專家系統(tǒng)的性能，擴(kuò)展并增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，從而克服傳統(tǒng)液壓卷板機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)診斷規(guī)則收集困難、診斷能力低的弊端。
1．故障診斷專家系統(tǒng)的總體狀況
系統(tǒng)是基于Web、可視化、動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程的液壓故障診斷專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)由知識庫、推理機(jī)、解釋程序、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、人機(jī)接口和知識獲取6個(gè)部分組成，如圖1所示。
圖1專家系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫用于存放提取的過程特征數(shù)據(jù)以及診斷過程的記錄信息，如歷史數(shù)據(jù)表、臨時(shí)數(shù)據(jù)表、短期趨勢數(shù)據(jù)表、測點(diǎn)信息表等。知識庫用于存放故障診斷的故障樹、診斷規(guī)則庫、故障原因、檢測提示以及故障對策。推理機(jī)實(shí)施對問題的整個(gè)求解過程的控制，它根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前信息，將規(guī)則庫中的規(guī)則拿來匹配，然后利用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄍ扑愠鼋Y(jié)論。解釋程序?qū)φ麄€(gè)故障診斷過程做出合理解釋。知識獲取可以使專家系統(tǒng)通過人機(jī)接口直接建立和修改故障診斷規(guī)則、補(bǔ)充和完善整個(gè)故障診斷系統(tǒng)。人機(jī)接口使故障診斷專家系統(tǒng)通過窗口、菜單、圖形可以進(jìn)行形象的故障診斷。其中，知識庫和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫都存儲(chǔ)在Web上的數(shù)據(jù)服務(wù)器端。采用三層B／S結(jié)構(gòu)模式，用戶通過瀏覽器請求訪問服務(wù)器上的專家系統(tǒng)程序記憶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的數(shù)據(jù)。
2．系統(tǒng)知識庫
知識庫的主體是故障事實(shí)和故障規(guī)則。故障事實(shí)可看做短期信息，這種信息在與用戶互相作用時(shí)可能會(huì)發(fā)生改變；而故障規(guī)則是長期信息，能引導(dǎo)專家系統(tǒng)由已知的或新產(chǎn)生的事實(shí)推導(dǎo)出假設(shè)。專家系統(tǒng)的性能取決于知識庫的質(zhì)量，知識獲取過程的方法和可靠性也與知識庫密切相關(guān)。知識庫不同于常規(guī)的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中的信息具有一定的歷史性，而知識庫中的信息則既有過去的又有現(xiàn)在的。相比之下，知識庫中的事實(shí)是動(dòng)態(tài)的，知識庫中包含規(guī)則，卻總是在力圖填充缺少的信息。
1)診斷故障樹診斷故障樹也即故障事實(shí)庫。它是以部件為依據(jù)，通過分層列出部件的故障事實(shí)而形成的一種部件故障現(xiàn)象的樹形結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)按照機(jī)組主要構(gòu)成部件進(jìn)行分割，如攤鋪機(jī)可劃分為輸料系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、數(shù)控卷板機(jī)液壓系統(tǒng)、分料系統(tǒng)、液壓缸控制系統(tǒng)、自動(dòng)找平系統(tǒng)、振搗系統(tǒng)。對細(xì)分的構(gòu)件系統(tǒng)分別形成各自的故障樹結(jié)構(gòu)。
2)診斷規(guī)則庫
專家系統(tǒng)中知識表示的方式是產(chǎn)生式規(guī)則(Production Rules)。產(chǎn)生式規(guī)則是前因后果式表達(dá)模型，由兩個(gè)部分組成，前一部分稱為條件，如狀態(tài)、前提、原因等；后一部分則稱為結(jié)論，如活動(dòng)、后果等。前一部分語句用if(如果)做前綴，后一部分語句用then(則)做前綴，因此典型的產(chǎn)生式規(guī)則的格式如下：
if[premises]
then[action(s)]
舉一條發(fā)動(dòng)機(jī)診斷領(lǐng)域產(chǎn)生式規(guī)則的實(shí)例：
if[消耗過大，而且發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙，而且排氣管發(fā)出爆破聲]
then[發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前時(shí)間小]
規(guī)則的條件部分是本系統(tǒng)在向卷板機(jī)用戶提交問題時(shí)的提問部分，它存儲(chǔ)在知識數(shù)據(jù)庫中。同一規(guī)則可能有好幾個(gè)條件，而這些條件之間在專家系統(tǒng)內(nèi)部處理時(shí)采取的邏輯關(guān)系是“與”的關(guān)系。例如，上例中把條件分解為三個(gè)部分：消耗過大，發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙，排氣管發(fā)出爆破聲。只有這三個(gè)條件同時(shí)存在，導(dǎo)致的結(jié)果才是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前時(shí)間小。
每條單一規(guī)則的敘述是根據(jù)卷板機(jī)故障樹的節(jié)點(diǎn)層次來產(chǎn)生的，即每一故障樹節(jié)點(diǎn)都必須在規(guī)則庫中有相應(yīng)的規(guī)則與之對應(yīng)。故規(guī)則并不唯一，但樹節(jié)點(diǎn)是具有唯一性的。因?yàn)橥瑯拥墓?jié)點(diǎn)可能會(huì)有多個(gè)規(guī)則與之對應(yīng)；鑒于計(jì)算機(jī)程序的需要，每條規(guī)則都有相應(yīng)的自然數(shù)序號與之對應(yīng)。下面以某攤鋪機(jī)的行走系統(tǒng)為例做簡要闡述。如圖2所示是行走系統(tǒng)的故障樹結(jié)構(gòu)，根節(jié)點(diǎn)以統(tǒng)一的工作異常為基本故障。這樣做是為了保證在故障診斷過程中，總有一個(gè)診斷對象“壓人”專家系統(tǒng)的問題堆棧中。每個(gè)樹節(jié)點(diǎn)后面的數(shù)字即是規(guī)則條件的號碼。
圖2行走系統(tǒng)的故障樹結(jié)構(gòu)與圖2中故障樹節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的規(guī)則條件如下。
規(guī)則1條件：馬達(dá)速度出現(xiàn)急劇變化。
規(guī)則2條件：補(bǔ)油壓力不在2.5～2.8MPa之間。
規(guī)則3條件：輸入電信號不在0--5V之間。
規(guī)則4條件：兩側(cè)馬達(dá)速度差異達(dá)3倍。
規(guī)則5條件：電磁閥有動(dòng)作。
規(guī)則6條件：電磁閥無動(dòng)作。
規(guī)則7條件：補(bǔ)油壓力無或在1MPa以下。
規(guī)則8條件：泵和管路有發(fā)熱、振動(dòng)或異響。
規(guī)則9條件：補(bǔ)油壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2．8MPa。
3．系統(tǒng)推理機(jī)
本系統(tǒng)根據(jù)專家系統(tǒng)原理，以系統(tǒng)提出問題、卷板機(jī)用戶做出選擇的形式進(jìn)行診斷。
本系統(tǒng)按照專家系統(tǒng)邏輯推理機(jī)制，采用正向推理方式和深度優(yōu)先的搜索方式。深度優(yōu)先搜索就是按照深度越大、優(yōu)先級別越高的原則在樹形中搜索終止節(jié)點(diǎn)，基本思想是：從初始故障樹節(jié)點(diǎn)開始，在其子節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行考察，若該節(jié)點(diǎn)有一條以上規(guī)則滿足，并且向下搜索系統(tǒng)滿足條件，則再在該子節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)考察，一直如此向下搜索。直到到達(dá)某個(gè)子節(jié)點(diǎn)，該子節(jié)點(diǎn)中的任一規(guī)則都不滿足或向下搜索系統(tǒng)不滿足條件，才選擇其兄弟節(jié)點(diǎn)進(jìn)行考察。部件故障診斷的推理流程如圖3所示。
4．系統(tǒng)知識獲取
圖3部件故障診斷的推理流程
知識獲取部分包括故障樹和規(guī)則庫兩部分卷板機(jī)知識的添加、刪除和修改。本系統(tǒng)采用面向領(lǐng)域?qū)＜业囊环N直觀的知識獲取技術(shù)，在開發(fā)環(huán)境中建立了專門的編輯和輸入系統(tǒng)，它使領(lǐng)域?qū)＜铱梢灾苯雍鸵簤汗r故障診斷系統(tǒng)的知識庫打交道。隨著實(shí)際應(yīng)用的增加，該系統(tǒng)能夠不斷地積累液壓卷板機(jī)故障診斷的知識和經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)充和完善知識庫，從而在故障診斷的過程中不斷提高系統(tǒng)應(yīng)用的準(zhǔn)確性。 |
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