基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)

吳一帆

（北京飛機(jī)維修工程有限公司成都分公司 成都 610200）

基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)

吳一帆

（北京飛機(jī)維修工程有限公司成都分公司 成都 610200）

民航客機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)故障是不可避免的，為了保證客機(jī)運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)故障的診斷是十分必要也是十分重要的。科技故障有著困難性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，其涉及到的排故知識(shí)眾多?；谝陨希疚氖紫确治隽嘶谥R(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并探討了主要開(kāi)發(fā)內(nèi)容，旨在提升民航客機(jī)故障診斷效率，保證民航客機(jī)運(yùn)營(yíng)安全。

知識(shí)；民航客機(jī)；故障診斷；專家系統(tǒng)

前言

民航客機(jī)是航線運(yùn)輸?shù)闹髁姡湓谶\(yùn)行的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障，這就需要及時(shí)診斷科技故障，保證科技運(yùn)營(yíng)安全。傳統(tǒng)的客機(jī)故障診斷系統(tǒng)有著一定的局限性，其只能夠?qū)我辉O(shè)備進(jìn)行診斷，難以保證診斷的全面性。因此，本文提出了一種基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)。

1 基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，知識(shí)庫(kù)是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，主要包括數(shù)字字典表、規(guī)則庫(kù)和案例庫(kù)。系統(tǒng)能夠?qū)⒒趯＜抑R(shí)的符號(hào)推理與信號(hào)處理和特征分析相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)客機(jī)故障的診斷，下面進(jìn)行具體分析：

1.1 數(shù)據(jù)字典表

數(shù)據(jù)字典表能夠?qū)⑺袟l件和結(jié)論進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而得到一個(gè)符號(hào)，將知識(shí)庫(kù)中所有記錄都用符號(hào)表示，從而表示出相應(yīng)的條件和結(jié)論，如果知識(shí)庫(kù)中的數(shù)據(jù)量龐大，則可以通過(guò)有效索引的建立來(lái)實(shí)現(xiàn)快速查詢和推理，通過(guò)簡(jiǎn)單的符號(hào)來(lái)代替大量文字信息，能夠有效節(jié)省存儲(chǔ)空間，便于SQL語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)。

1.2 規(guī)則庫(kù)

對(duì)排故手冊(cè)、維修手冊(cè)、可靠性報(bào)告以及維修大綱等材料進(jìn)行綜合性的考慮，對(duì)科技系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及故障機(jī)制和故障特征進(jìn)行分析，以逆向推理為基礎(chǔ)，將推理目標(biāo)和推理前提之間的規(guī)則建立為樹(shù)型結(jié)構(gòu)，將子系統(tǒng)故障描述為樹(shù)樁邏輯結(jié)構(gòu)[1]。在規(guī)則庫(kù)知識(shí)的表示過(guò)程中，采用與其特點(diǎn)相適應(yīng)的產(chǎn)生方式表示法來(lái)完成，基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的核心就是規(guī)則表，即知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則庫(kù)。

1.3 案例庫(kù)

案例推理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)就是案例庫(kù)中的安利表示，以對(duì)診斷信息的理解為基礎(chǔ)，遵循相關(guān)原則，用可是別的模型或語(yǔ)言來(lái)解釋和描述案例，從而形成案例范式結(jié)構(gòu)。案例代表的是具體問(wèn)題求解整個(gè)過(guò)程的表達(dá)，其能夠描述相關(guān)問(wèn)題的環(huán)境、狀態(tài)以及解決方案。對(duì)于故障案例來(lái)說(shuō)，其知識(shí)表示過(guò)程就是提取故障特征的過(guò)程，盡可能全面、詳盡的描述故障發(fā)生情況，獲取完整故障信息，從而生成查詢案例作為案例檢索起點(diǎn)。

合理的安利表示方法對(duì)于提升案例檢索精度和效率有著重要作用，一般來(lái)說(shuō)，民航客機(jī)故障案例由兩部分組成：①故障描述：主要包括對(duì)故障客機(jī)的機(jī)型、故障現(xiàn)象、故障位置、故障發(fā)生時(shí)間以及故障代碼的描述[2]；②解決方案：主要包括客機(jī)故障解決方案的編號(hào)、描述、故障發(fā)生原因以及具體排除方法和參考經(jīng)驗(yàn)的描述。以當(dāng)前故障案例的描述為基礎(chǔ)，從案例庫(kù)中檢索與其特征屬性相似、且對(duì)當(dāng)前故障有指導(dǎo)意義的案例，從而形成候選案例集，為之后的故障診斷提供依據(jù)。

2 基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)內(nèi)容

2.1 知識(shí)獲取

知識(shí)獲取主要指從外部知識(shí)源中抽取出人類(lèi)已有的知識(shí)，并將其表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠理解的形式，在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其知識(shí)獲取主要包括兩種方式：①直接獲取：專家向系統(tǒng)提供一定數(shù)量的資料或數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)資料按照一定格式和機(jī)制進(jìn)行整理，從而完成知識(shí)獲取，形成知識(shí)庫(kù)；②間接獲取：領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^(guò)書(shū)面或語(yǔ)言等形式來(lái)整理自身知識(shí)，之后與工程師相互配合，對(duì)整理好的知識(shí)進(jìn)行分析和總結(jié)，之后簡(jiǎn)化知識(shí)，使其成為能夠被計(jì)算機(jī)理解的形式，最后借助知識(shí)編輯器等工具將簡(jiǎn)化后的知識(shí)輸入到系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中。

2.2 知識(shí)表示

知識(shí)表示指的是描述世界的約定，本質(zhì)上來(lái)講是知識(shí)符號(hào)化的過(guò)程，在人腦存儲(chǔ)和處理模擬信息的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以此來(lái)講獲取的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)代碼的形式化表示出來(lái)，并進(jìn)行合理的描述，最后進(jìn)行存儲(chǔ)。在知識(shí)符號(hào)化之后，專家系統(tǒng)就能夠?qū)@些知識(shí)加以利用，從而進(jìn)行推理，做出相關(guān)決策。知識(shí)表示是專家系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其對(duì)系統(tǒng)推理效率和知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充能力都有著重要的影響。

2.3 推理機(jī)制

①推理機(jī)以當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)模型庫(kù)中的數(shù)學(xué)公式調(diào)用，并進(jìn)行分析和計(jì)算，并匹配知識(shí)庫(kù)中規(guī)則的條件；②將匹配成功的規(guī)則結(jié)論作為新的事實(shí)，將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；③利用更新之后的數(shù)據(jù)庫(kù)事實(shí)來(lái)重復(fù)上述兩個(gè)步驟，直到?jīng)]有新的事實(shí)產(chǎn)生為止，從而得出推理結(jié)論。

2.4 診斷信息獲取

2.4.1 案例交互式信息獲取

以人機(jī)交互為基礎(chǔ)，在專家系統(tǒng)對(duì)民航客機(jī)故障診斷的過(guò)程中，利用逐步咨詢的方式，以問(wèn)題需要為依據(jù)來(lái)獲取診斷信息。用戶通過(guò)人機(jī)交互界面向系統(tǒng)提出問(wèn)題或回答問(wèn)題，并提供原始數(shù)據(jù)和相關(guān)事實(shí)，列出故障案例庫(kù)中的故障案例，用戶將故障案例與故障現(xiàn)象進(jìn)行比對(duì)，選擇與故障現(xiàn)象觀察結(jié)果相符的故障案例，從而獲取故障原因、位置以及發(fā)生故障時(shí)間等信息，并將其在系統(tǒng)中錄入[3]。列出規(guī)則庫(kù)中的樹(shù)樁邏輯結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，用戶對(duì)與觀察結(jié)果相符的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇。

2.4.2 智能獲取

以計(jì)算機(jī)信息融合技術(shù)和數(shù)學(xué)計(jì)算方法為基礎(chǔ)，分析民航客機(jī)故障特征，通過(guò)信號(hào)分析模型來(lái)分析故障數(shù)據(jù)，提取故障特征，從而實(shí)現(xiàn)故障診斷信息的智能獲取。

3 結(jié)論

綜上所述，本文簡(jiǎn)要分析了基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并探討了知識(shí)獲取、知識(shí)表示、故障診斷推理機(jī)制以及診斷信息獲取等主要開(kāi)發(fā)內(nèi)容，旨在推進(jìn)基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。

[1]劉 熊.民航飛機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的研究[J].內(nèi)江科技，2009，04：41.

[2]徐新海，周紅，左洪福.基于知識(shí)的民航客機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)[J].科技信息，2009，35：29～30.

[3]李國(guó)勝.TCAS故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，2009.

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