案例推理技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用

徐美健　黃越

摘? 要：建立故障診斷系統(tǒng)，利用以往故障診斷信息，可以縮短發(fā)動(dòng)機(jī)排故時(shí)間，提高排故效率。文章分析了故障案例數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，以V2500發(fā)動(dòng)機(jī)航線故障診斷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了發(fā)動(dòng)機(jī)故障描述信息部分的標(biāo)準(zhǔn)化在建立發(fā)動(dòng)機(jī)排故系統(tǒng)的應(yīng)用，并研究了K近鄰的案例匹配算法，開(kāi)發(fā)了基于案例推理的故障診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：故障診斷;案例推理;案例匹配

中圖分類號(hào)：V263.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0182-02

Abstract： The establishment of fault diagnosis system and the use of previous fault diagnosis information can shorten the engine troubleshooting time and improve the troubleshooting efficiency. In this paper， the characteristics of fault case database are analyzed， and based on the fault diagnosis data of V2500 engine route， the application of standardization of engine fault description information in the establishment of engine troubleshooting system is studied. The case matching algorithm of K-nearest neighbor is studied， and a fault diagnosis system based on case-based reasoning is developed.

Keywords： fault diagnosis; case-based reasoning; case matching

1 概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型復(fù)雜，可以分為性能故障、強(qiáng)度振動(dòng)故障及附件系統(tǒng)故障。在以預(yù)防為主的時(shí)代，采用了計(jì)劃定時(shí)的維修方式，這樣可以起到較好的故障預(yù)防作用，但是由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件多，拆裝困難，維修工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。并且計(jì)劃定時(shí)維修缺少靈活性，很容易導(dǎo)致維修不足或過(guò)度維修，既不經(jīng)濟(jì)，又不合理。這使得航空公司在發(fā)動(dòng)機(jī)維修成本控制和安全平衡方面比較頭疼。隨著基于發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)監(jiān)控的視情維修思想的出現(xiàn)，上述問(wèn)題得到了有效的解決。而視情維修的實(shí)現(xiàn)，需要大量的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和人工智能手段的支持。

基于案例推理是一種先進(jìn)的人工智能方法，將其應(yīng)用在航空維修中，目的在于建立飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)將過(guò)往的雜亂無(wú)章的維修故障信息，統(tǒng)一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再錄入案例庫(kù)，當(dāng)輸入一個(gè)新的故障特征時(shí)，能夠通過(guò)智能匹配算法得出相似案例。

2 基于案例推理的故障診斷方法

案例推理技術(shù)是從源案例到目標(biāo)案例的類比推理技術(shù)，能夠?qū)@取的新知識(shí)再次作為源案例學(xué)習(xí)，不斷增量案例，這個(gè)過(guò)程可以看成是案例檢查、案例重用、案例修改調(diào)整和案例學(xué)習(xí)的循環(huán)。案例推理的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

（1）案例表示，案例表示是基礎(chǔ)，是將以往的實(shí)例采用一定的格式或表示方法存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，即計(jì)算機(jī)接受的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而形成符合案例庫(kù)的索引案例或者檢索案例，整個(gè)推理系統(tǒng)以案例表示作為初始案例。

（2）案例檢索與匹配，這是最關(guān)鍵的一步，案例檢索的作用是找出與當(dāng)前案例在特征值上相似，并對(duì)當(dāng)前故障的診斷有指導(dǎo)性意義的案例，形成候選案例集;通過(guò)對(duì)候選案例集的聚類與分類，計(jì)算相應(yīng)的相似性指標(biāo)，最終選擇出最有價(jià)值且數(shù)量最少的案例。

（3）案例的修改調(diào)整，運(yùn)用專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和人為干預(yù)對(duì)檢索得出的案例進(jìn)行調(diào)整與修改，形成適合于當(dāng)前故障的案例，得出診斷結(jié)論。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

在研究的航空維修故障系統(tǒng)中，一個(gè)案例具有兩部分信息，一是對(duì)案例問(wèn)題的描述信息，二是故障問(wèn)題的解決方案。對(duì)案例問(wèn)題的描述作用在于為用戶提供了檢索信息，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有的案例庫(kù)中各種案例進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃饕?。故障?wèn)題的解決方案是用戶最終所需要的新案例解決方案的答案。在本案例中，問(wèn)題描述部分信息是“機(jī)型、機(jī)號(hào)、發(fā)生日期、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件、故障描述”八個(gè)部分。

為了算法實(shí)現(xiàn)的方便，當(dāng)有一條新的案例時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)案例匹配，必須進(jìn)行故障案例的描述標(biāo)準(zhǔn)化。為了編程方便，機(jī)型、機(jī)號(hào)、發(fā)生日期、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件都是設(shè)計(jì)成可選項(xiàng)，能夠選擇案例庫(kù)中已有的選項(xiàng)。

4 算法匹配

4.1 案例匹配算法

目前大多數(shù)采用最鄰近法計(jì)算案例間的相似度，具體的要領(lǐng)算法有K近鄰。它的原理是，假定所有案例的特征矢量是n維空間的點(diǎn)，在這些點(diǎn)上建立一個(gè)特殊的近鄰查找結(jié)構(gòu)，使得當(dāng)給定一個(gè)問(wèn)題描述（也是空間的一個(gè)點(diǎn)）時(shí)，能迅速找到與之取得最佳匹配的點(diǎn)。最鄰近法是基于距離量度的相似性方法，利用特征加權(quán)來(lái)評(píng)價(jià)新案例與舊案例的相似度。近鄰法檢索認(rèn)為兩個(gè)案例的特征集是一樣的，且同一特征在不同的案例中具有相同的權(quán)重。

4.2 算法描述

針對(duì)民用航空維修的故障診斷系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)故障案例的存儲(chǔ)形式，擬定采用基于特征屬性的計(jì)算方式計(jì)算相似度，其定義為：

當(dāng)有n個(gè)案例與輸入案例進(jìn)行比較，即為矩陣比較，比較方法不變。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于本課題進(jìn)行的案例描述信息標(biāo)準(zhǔn)化，采用了將故障案例的信息描述部分分為八個(gè)子部分，每個(gè)子部分看作一個(gè)整體，其中文描述形式統(tǒng)一，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的目的，供后臺(tái)案例存儲(chǔ)。對(duì)于本課題的算法，對(duì)時(shí)間相似度的計(jì)算，省略了在最后乘以一個(gè)權(quán)重值矩陣。能夠?qū)崿F(xiàn)1至12月份的循環(huán)，其中1月份與12月份及2月份同樣接近。算法將案例描述部分每個(gè)子部分看作一個(gè)整體進(jìn)行比較，避免了逐個(gè)屬性的比較。

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