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1、计算机科学2 0 0 6 V 0 1 3 3 N o 8 ( 增刊)基于模型推理的系统修复与重用设计研究S y s t e mR e p a i ra n dR e d e s i g nU s i n gM o d e l - b a s e dR e a s o n i n g李占山1 2王涛3孙吉贵1 2寇飞宏1 2( 吉林大学计算机科学与技术学院长春1 3 0 0 1 2 ) 1( 吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室长春1 3 0 0 1 2 ) 2( 长春工业大学计算机科学与工程学院长春1 3 0 0 1 2 ) 3A t l s t 髓c tB a s e do nt h
2、eM o d e l - b a s e dd i a g n o s i st h e o r i e s ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h ed i a g n o s e sa n dc o n f l i c t si nt h es y s t e mb e i n gd i a g n o s e da n dt h er e p l a c e dc o m p o n e n ts y s t e m ，i n v e s t i g a t e st h er e
3、p l a c e m e n tr e p a i ra n dr e c o n f i g u r a t i o n ，p r o p o s e st h ec o n c e p t so fr e p l a c e m e n tr e p a i ra n dr e c o n f i g u r a t i o nf o rt h es y s t e mb e i n gd i a g n o s e d ，t h e n ，m a k e st h eb e s tu s eo ft h ee f f e c t so fc o m p o n e n tr e p l
4、 a c e m e n tu p o nt h eo b s e r v a t i o n so ft h es y s t e mb e i n gd i a g -n o s e dt oc h a r a c t e r i z et h er e p a i r sa n dr e c o n f i g u r a t i o n s B a s e do nt h o s er e s u l t sd e s c r i b e da sa b o v e ，t h ep a p e rf u r t h e re x p l o r e st h ea p p l i c
5、a t i o no fm o d e l - b a s e dd i a g n o s i st Op r o d u c td e s i g n ，p r o p o s e st h ec o n c e p t so fs y s t e mr e d e s i g nd i a g n o s i sa n ds y s t e mr e d e s i g na n dS Oo n K e D v o r f l sM o d e l - b a s e dd i a g n o s i s ，C o m p o n e n tr e p l a c e m e n t ，
6、R e p a i r ，S y s t e mr e d e s i g n1引言基于模型的诊断是近年来人工智能领域一个十分活跃的研究方向之一，其正确性、完备性及可维护性等特点能够克服传统诊断系统的缺陷，因而显示出充满生机的诱人前景 1 3 | 。近年来，国外的一些研究人员把基于模型的诊断方法应用于重新配置问题 4 3 。其主要思想是把对系统新的功能要求看作约束条件或诊断中的观测值，利用已建立的系统模型求解需要改进的部分，但是这些工作局限于系统内部属性值的重新赋值，不能处理系统元件或结构需要改变的情况。本文使用元件替换的方法进行系统修复与重新配置问题研究，得到了一些结果。另外，制造领域的产品
7、设计时，常常存在一个某种程度上类似要设计的产品作为进行新的设计的基础，因此设计过程常常是一个重用设计的过程。对于此问题虽有相关文献进行了描述r 4 ，但并没有进行形式化描述工作，本文在诊断的框架下对此问题进行了探索，得到一些结果，提出了重用诊断、重用设计等相关概念，希望对产品的设计工作有所帮助。2 系统的冲突与诊断系统诊断的最终目的是恢复或重新配置系统，由于替换的双重作用，我们可以把系统的修复、替换测试与重新配置结合起来进行研究。定义2 1设( S D ，C O M P S ) 是一系统，d 为 ( S D ，C O M P S ) 的一替换，H Y P 是对( S D ，C O M P S
8、，O B S ) 的候选诊断。当一d 时，我们称此替换为相对的完全替换。当口只含有一个元素时，我们称为单元替换。定义2 2设( S D ，C O M P S ) 是一系统，d 为 ( S D ，C O M P S ) 的一替换，H Y P 是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。如果相对于的替换测试( d ，o ) 的结果是O ，那么我们就把替换口称为相对于的修复替换。定义2 3对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断预测替换测试( d ，o ) 的结果是O 当且仅当S D * Ul N U A B ( c ) IC 一o U ( - 7 A
9、 B ( e ) Ie C O M P S “一( 一口) ) o ，也就是，假设中的元件是系统所有故障元件，而系统中所有其他元件正常，在相同输入下替换系统的输出行为O 一定成立( 由于空间限制以下定理证明过程省略了) 。定理2 1如果C O M P S 是预测替换测试( d ，o ) 的结果是0 的候选诊断，那么一。也是换元系统( S 口，C O M P S “ ，o ) 的候选诊断。 定理2 2 令是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。那么预测替换测试( d ，o ) 的结果是O 当且仅当一仃与每一个从替换结果O 生成的对换元系统( S D ，C O M P
10、S 。，o ) 的极小冲突有交。定理2 3如果c 0 M P S 是预测- 7 0 的对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断，那么C O M P S 一是对( S l Y ，C O M P S a ，o ) 从0 推出的一个冲突。从0 推出的对( S I Y ，C O M P S 。，o ) 的每个极小冲突是C O M P S 一的一个子集，其中预测换元系统( S l Y ，C O M P S a ) 的输出结果是一。的对( S D ，3 19 C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。定理2 4 令P 是对( S D ，C O M P S ，O B S )
11、的极小冲突集。当P n o 巾时，若与P 相关的系统输出 o P 互O 异常，那么P 是从O 推出的对( S l Y ，C O M P 9 ，o ) 某极小冲突的严格超集；当P N 仃一夺时，P 是对( S l Y ，C O M P S a ，o ) 的极小冲突集；若与P相关的系统输出o P o 正常，那么P n o c ；是原系统中故障元件。 定理2 5 对( S p ，M p S o ，o ) 的任意极小冲突集是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的极小冲突集或是从O 推出的对( S I Y ，C O M p S 。，o ) 的极小冲突集。给定定理3 4 和3 5 ，我们
12、就会想知道对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的极小冲突集和对( S l Y ，C O M P 9 ，o ) 的极小冲突集之间存在的关系。推论2 1令C 1 是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的极小冲突集族，C 2 是对( S l Y ，C O M P S 4 ，o ) 的极小冲突集族。那么c l 可划分为C 和c 1 ，C 2 可划分为C “和C 2 t ，其中C ”是C 的子集；C 2 ，是从O 推出的对( S l Y ，C O M P 9 ，o ) 的极小冲突集族且对任意的c C 1 1 ，c 是C 2 1 中某c 的严格超集。定义2 4设( S
13、D ，C O M P S ) 是一系统，H Y P 是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。d 是相对于的完全替换。如果相对于的替换测试( 口，o ) 的结果是o ，那么我们就把此替换仃称为相对于的完全修复替换。 _ 7 A B ( x ) IX C O M P S 一 I = - 7 A B ( c i ) 。定义3 2设( S D ，C O M P S ) 是一系统，H Y P 是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。d 是相对于的重新配置替换，( S D ，C O M P S ，o ) 的一个冲突集是集合 c l ，c k ) A
14、，使得S D U I N U O U A B( c 1 ) ，A B ( c k ) ) U - 7 A B ( x ) Ix 6 C O M P S 一 不可满足。( S D ，C O M P S ，o ) 的冲突集是极小的，当且仅当它不含冲突真子集。 定理3 2 设( S D ，C O M P S ) 是一系统。d 至是相对于的重新配置替换，当且仅当d 使得一d是( S D ，C O M P S ，o ) 非冲突集的极小集。定义3 3 E 5 设C 是集合族，C 的一个碰集( h i t t i n gs e t ) 是集合( U s c - c S ，使得对于VS C ，仃nS 夺。一个
15、碰集是极小的，当且仅当它不含碰集真子集。定理3 3 设( S D ，C O M P S ) 是一系统。口是相对于的重新配置替换，当且仅当a 是对( S D ，C O M P S ，o ) 冲突集的极小碰集。修复是在假定中元件发生故障条件下进行的一般修理，而重新配置是在假定中元件发生故障条件下至少修理哪些元件才能使换元系统的输出达到特定的目标。利用上面的结果我们就可以指导系统的修复或重新配置。事实上，我们可以把上述方法进行推广，当系统没有故障时可以把这一思想应用于产品的升级换代设计上。3系统的重新配置4 基于模型诊断框架下的产品重用设计，前面我们讨论了当系统发生故障时，通过替换测试能够使系统恢复
16、正常。但在实际生产过程中，由于条件限制或者修理成本等因素，我们希望系统进行修复后能够实现特定的目标，这时我们有必要 研究系统的重新配置问题。与修复类似，重新配置问题中也是在涉及的元件行为反常这一假设下，通过替换测试( d ，o ) 找到一个满足预期行为的极小集合o 。其中相对于的替换测试( d ，o ) 中的O 是换元系统的预期行为或可接受行为的一阶谓词公式的集合，因此可以如下定义相对于的重新配置替换。定义3 1设( S D ，C O M P S ) 是一系统，d 为 ( S D ，C O M P S ) 的一替换，H Y P 是对( S D ，C O M P S ，O B S ) 的候选诊断。我们把d 称为相对于的重新配置替换，当且仅当d 是极小的替换集合使得S 驴U I N U A B ( x ) Ix 6 一o U _ 7 A Bi
