故障診斷專家系統(tǒng)介紹課件

7.故障診斷專家系統(tǒng)7.故障診斷專家系統(tǒng)1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(jìn)行故障診斷的智能計算機(jī)程序。發(fā)展專家系統(tǒng)的必要性1）知識結(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.專家系統(tǒng)所能解決的問題機(jī)械系統(tǒng)診斷中的復(fù)雜問題；能達(dá)到專家水平故障診斷專家系統(tǒng)一、專家系統(tǒng)概述24.專家系統(tǒng)的特點1）應(yīng)用范圍廣2）診斷水平高3）診斷效率高5.專家系統(tǒng)的組成一般由五部分組成：知識庫、推理機(jī)、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)4.專家系統(tǒng)的特點故障診斷專家系統(tǒng)3實用的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫推理機(jī)知識庫知識表示知識庫管理任務(wù)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)數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫推理機(jī)知識庫知識表示知識庫管理任務(wù)管理工況分46.專家系統(tǒng)分類故障診斷專家系統(tǒng)(1)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(jìn)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(gòu)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(yù)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(yù)報系統(tǒng)、軍事預(yù)測系統(tǒng)I&W等。6.專家系統(tǒng)分類故障診斷專家系統(tǒng)(1)解釋型(Interp5(3)診斷型(Diagnosis)專家系統(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(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(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)DrillingAdvisor等。故障診斷專家系統(tǒng)(3)診斷型(Diagnosis)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)根據(jù)6(5)維修型(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(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)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)能根據(jù)給定的目標(biāo)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)(5)維修型(Repair)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)制定并實施7(7)設(shè)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(jī)總體配置系統(tǒng)XCON。

(8)監(jiān)測型(Monitoring)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)多用于完成實時監(jiān)測任務(wù)，如REACTOR系統(tǒng)和高危病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)VM等。故障診斷專家系統(tǒng)(7)設(shè)計型(Design)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)能根據(jù)給定的8(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(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)專家系統(tǒng)這類系統(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)(9)控制型(Control)專家系統(tǒng)這類系統(tǒng)能自動控9二、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(yīng)便于知識的修改和擴(kuò)充；②表示方案應(yīng)盡量簡單易懂；③

表示方法應(yīng)清晰明確。因為專家系統(tǒng)的建造過程是一個不斷擴(kuò)充和完善的過程，因此，便于修改和擴(kuò)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(guān)系到專家系統(tǒng)的成敗。實現(xiàn)這一要求的有效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(jī)相分離。故障診斷專家系統(tǒng)二、知識庫故障診斷專家系統(tǒng)10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(luò)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(lǐng)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)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)人工智能研究者們已提出了許多種知識表示方法，11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

PQ（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(luò)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(lǐng)域。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，12如：出現(xiàn)異常振動則振幅大。對于復(fù)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)如：出現(xiàn)異常振動則振幅大。對于復(fù)雜的故障用樹枝狀表示13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非通用性；③依賴于已有的經(jīng)驗。故障診斷專家系統(tǒng)產(chǎn)生式表示的優(yōu)缺點故障診斷專家系統(tǒng)14故障診斷專家系統(tǒng)3.不確定知識表示1）隨機(jī)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(jī)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)3.不確定知識表示15故障診斷專家系統(tǒng)四、推理機(jī)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)四、推理機(jī)制故障診斷專家系統(tǒng)16故障診斷專家系統(tǒng)五、應(yīng)用美國西屋公司從開發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)專家系統(tǒng)GenAID開始，現(xiàn)已在佛羅里達(dá)州的奧蘭多發(fā)電設(shè)備本部建立了一個自動診斷中心，對各地西屋公司制造的汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動診斷。診斷對象從汽輪發(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)合作研制了一臺汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(yīng)采取什么措施。我國故障診斷工作者也積極探索專家系統(tǒng)的應(yīng)用研究，國家在“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驗室研究較多，現(xiàn)場條件下的實際應(yīng)用、特別是成功的應(yīng)用實例并不多見。故障診斷專家系統(tǒng)五、應(yīng)用美國西屋公司從開發(fā)汽17人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一、概述1.定義及特點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)fOiXi-1x1w1x2w2xnwnSi故障診斷專家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一、概述fOiXi-1x1w1x2w2x18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)主要有還有符號型、S型、雙曲正切型和高斯函數(shù)型等。1f(x)f(x)xx線性階躍1-1a-a符號型斜坡型0.51S型雙曲正切型1c1高斯函數(shù)故障診斷專家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)之間的關(guān)系為：1f(x)f(x)xx線性階19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。xnx2x1y1yn單層前向網(wǎng)絡(luò)x1x2xn多層前向網(wǎng)絡(luò)y1y2yn故障診斷專家系統(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)元聯(lián)結(jié)結(jié)