故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)

1、7. 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),一、專(zhuān)家系統(tǒng)概述定義：能以人類(lèi)專(zhuān)家級(jí)水平進(jìn)行故障診斷的智能計(jì)算機(jī)程序。發(fā)展專(zhuān)家系統(tǒng)的必要性 1）知識(shí)結(jié)構(gòu)的需要 2）故障診斷應(yīng)用上的需要 系統(tǒng)復(fù)雜性及故障復(fù)雜性所決定3. 專(zhuān)家系統(tǒng)所能解決的問(wèn)題 機(jī)械系統(tǒng)診斷中的復(fù)雜問(wèn)題；能達(dá)到專(zhuān)家水平,4. 專(zhuān)家系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）應(yīng)用范圍廣 2）診斷水平高 3）診斷效率高

2、5. 專(zhuān)家系統(tǒng)的組成 一般由五部分組成：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋程序和知識(shí)獲取程序。 實(shí)用的專(zhuān)家系統(tǒng)還有其它中間環(huán)節(jié)。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),實(shí)用的專(zhuān)家系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)管理,數(shù)據(jù)庫(kù),推理機(jī),知識(shí)庫(kù),知識(shí)表示,知識(shí)庫(kù)管理,任務(wù)管理,工況分析,工況報(bào)表,動(dòng)態(tài)黑板,診斷結(jié)果,診斷結(jié)果解釋,知識(shí)獲取,診斷實(shí)例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),6.專(zhuān)家系統(tǒng)分類(lèi),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),(1)

3、 解釋型(Interpretation)專(zhuān)家系統(tǒng)：這類(lèi)系統(tǒng)通過(guò)分析所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)而闡明這些數(shù)據(jù)的真實(shí)含義，如由質(zhì)譜數(shù)據(jù)解釋化合物分子結(jié)構(gòu)的DENDRAL系統(tǒng)、由聲納信號(hào)識(shí)別艦船的HASP／SIAP系統(tǒng)、語(yǔ)音理解系統(tǒng)HEARSAY等。(2) 預(yù)測(cè)型(Prediction)專(zhuān)家系統(tǒng) ：這類(lèi)系統(tǒng)根據(jù)處理對(duì)象過(guò)去和現(xiàn)在的情況去推測(cè)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，如各種氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)、軍事預(yù)測(cè)系統(tǒng)I&W等。,(3) 診斷型(Diagnosis)專(zhuān)家系

4、統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)根據(jù)輸入信息推斷出處理對(duì)象中可能存在 的故障，如計(jì)算機(jī)硬件故障診斷系統(tǒng)DART、核反應(yīng)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(jī)械故障診斷系統(tǒng)EXPLORE-EX、透平機(jī)械故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)TUBMAC等。(4) 調(diào)試型(Debugging)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)給出已確認(rèn)故障的排除方案，如石油鉆探機(jī)械故障診斷與排除系統(tǒng)Drilling Advisor等。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),(5) 維修型(

5、Repair)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)制定并實(shí)施糾正某類(lèi)故障的規(guī)則，如診斷排除內(nèi)燃機(jī)故障的DELTA系統(tǒng)、電話電纜維護(hù)系統(tǒng)ACE等。(6) 規(guī)劃型(Planning)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)能根據(jù)給定的目標(biāo)制訂行動(dòng)計(jì)劃，如電子線路布線系統(tǒng)PROTEL等。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),(7)設(shè)計(jì)型(Design)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)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(jì)算機(jī)總體配置系統(tǒng)XCON。 (8)監(jiān)測(cè)型(Monit

6、oring)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)多用于完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)，如REACTOR 系統(tǒng)和高危病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)VM等。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),(9) 控制型(Control)專(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)能自動(dòng)控制系統(tǒng)的全部行為，通常用手生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制，如維持鉆機(jī)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(zhuān)家系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)能診斷并糾正學(xué)生的行為，主要用于教學(xué)和培訓(xùn)，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(zhuān)家系統(tǒng),二、知識(shí)庫(kù)1. 定義：專(zhuān)家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及書(shū)本知識(shí)的存儲(chǔ)器2. 知識(shí)表示1）對(duì)知識(shí)表示的基本要求（三個(gè)基本要求）①表示方案應(yīng)便于知識(shí)的修改和擴(kuò)充；②表示方案應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易懂；③ 表示方法應(yīng)清晰明確。因?yàn)閷?zhuān)家系統(tǒng)的建造過(guò)程是一個(gè)不斷擴(kuò)充和完善的過(guò)程，因此，便于修改和擴(kuò)充的知識(shí)表示方案對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的，它直接關(guān)系到專(zhuān)家系統(tǒng)的成敗。實(shí)現(xiàn)這一要求的有效

8、手段是把知識(shí)與使用知識(shí)偽程序相分離，即把知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)相分離。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),人工智能研究者們已提出了許多種知識(shí)表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、邏輯性表示、對(duì)象—屬性—值三元組表示、過(guò)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(diǎn)和最適用的領(lǐng)域。,綜合數(shù)據(jù)庫(kù)(GlobalDatabase)和規(guī)則解釋器(RuleInterpreter)這三個(gè)基本部分組成；,規(guī)則解釋器,,,規(guī)則庫(kù),綜合數(shù)據(jù)

9、庫(kù),2) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本組成 一個(gè)典型的產(chǎn)生式專(zhuān)家系統(tǒng)通常由規(guī)則庫(kù)(RuleBase)、,故障診斷專(zhuān)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(shí)表示方法，如產(chǎn)生式表示、框架式表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、邏輯性表示、對(duì)象—屬性—值三元組表示、過(guò)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(diǎn)和最適用的領(lǐng)域。,如：出現(xiàn)異常振動(dòng)則振幅大。對(duì)于復(fù)雜的故障用樹(shù)枝狀表示。,振動(dòng)峰值大,基頻振動(dòng),低頻振動(dòng),二倍頻振動(dòng),廣諧振動(dòng),不平衡,熱彎曲,油膜渦動(dòng),油膜震蕩,支承問(wèn)題,軸裂紋,不對(duì)中,摩擦,聯(lián)軸器問(wèn)題,,,,,,,,,,,,,,……,……,注：與事故樹(shù)類(lèi)似,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),產(chǎn)生式表示的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):① 模塊化 ；② 自然性 ；一致性。主要缺點(diǎn)：① 推理效率低 ；② 非

11、通用性；③ 依賴(lài)于已有的經(jīng)驗(yàn)。,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),3.不確定知識(shí)表示1）隨機(jī)性知識(shí)2）模糊性知識(shí)3）未確知性知識(shí)三、知識(shí)的獲取知識(shí)獲取的方法：有*機(jī)械式、條件反射式、*傳授式、演繹式、歸納式、猜想證實(shí)式、*反饋修正式、類(lèi)比式、聯(lián)想式、靈感與偶發(fā)式等，,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),四、推理機(jī)制1.推理分類(lèi)2.推理控制策略3.推理搜索策略4.似然推理,故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),五、應(yīng)用,美國(guó)西屋公

12、司從開(kāi)發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)GenAID開(kāi)始，現(xiàn)已在佛羅里達(dá)州的奧蘭多發(fā)電設(shè)備本部建立了一個(gè)自動(dòng)診斷中心，對(duì)各地西屋公司制造的汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)診斷。診斷對(duì)象從汽輪發(fā)電機(jī)逐步擴(kuò)大到汽輪機(jī)、鍋爐和輔機(jī)。西屋公司和卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)合作研制了一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)監(jiān)控用專(zhuān)家系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)視德州三家主要發(fā)電廠的七臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組的全天工作狀況。此專(zhuān)家系統(tǒng)能快速、精確地分析儀表送來(lái)的信號(hào)，然后立即告訴操作人員應(yīng)采取什么措施。,我國(guó)故障診斷工作者

13、也積極探索專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用研究，國(guó)家在“七·五”和“八．五”期間也列有這方面的攻關(guān)課題，取得了—些進(jìn)展，但目前總的情況是實(shí)驗(yàn)室研究較多，現(xiàn)場(chǎng)條件下的實(shí)際應(yīng)用、特別是成功的應(yīng)用實(shí)例并不多見(jiàn)。,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一、概述1.定義及特點(diǎn)2.目前的應(yīng)用情況二、基本原理1.神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模型 x1~xn輸入 w1~wn權(quán)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(zhuān)家系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),各參數(shù)之間的關(guān)系為：特性函數(shù)主要有還有符號(hào)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(hào)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(zhuān)家系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（神經(jīng)元

15、聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)）1）不含反饋的前向網(wǎng)絡(luò) 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(guò)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(luò)即為此模型。,,,,,,,,xn,x2,x1,,,,,,,,,,,,y1,yn,單層前向網(wǎng)絡(luò),,,,,,,,,,x1,x2,xn,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多層前向網(wǎng)絡(luò)