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1、北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：垒良 T H E N ( ) ，规则表现形式简单。基于任务的诊断专家系统采用面向对象的知识表示方式，采用继承、抽象和重载的方法解决规则通用性问题，并为规则的个性化定制提供了基础。( 2 ) 基于任务的推理技术。基于规则的诊断专家系统在诊断过程中需要对工作存储内所有的规则都进行遍历操作找到
2、需要的规则，影响诊断效率；而基于任务的诊断专家系统根据不同的机组设备类型选择不同的诊断任务，诊断过程中只有部分规则参与，大大提高诊断效率。( 3 ) 多样化的事实交互形式。基于任务的诊断专家系统知识库中事实的交互可以有多重方式，既可以通过系统自动设置也可以采用人机交互的方式完成。5 2 3 基于任务的诊断专家系统的发展瓶颈基于任务的诊断专家系统和基于规则推理的诊断专家系统的使用都依赖于诊断知识库中的诊断规则及诊断逻辑。随着机械设备故障诊断技术的飞速发展，设备故障越来越复杂，专家系统知识库越来越大，诊断规则之间的推理逻辑越来越复杂，面对日益复杂的故障以往的知识获取与维护管理方法已经表现出明显的局
3、限性。知识获取方面：知识库中知识的数量和质量直接决定了诊断系统的故障诊断能力，知识库中知识越多、知识质量越高则诊断专家系统诊断能力越强。但是目前知识的获取方式单一，只能通过诊断专家或知识工程师根据诊断专家经验，结合第五章基于任务的诊断专家系统规则配置管理方法的研究与规则树软件的设计开发工业现场诊断案例进行分析归纳，然后整理分类并验证得到最终的诊断知识。得到诊断知识后，需要通过知识录入系统进行人工输入，实现知识库的更新。按照这种方式获取知识更新知识库存在很大的弊端：首先是一条诊断知识从故障产生到最终归纳总结出诊断知识的过程很长，产生效率很低；其次是很多诊断经验很难进行语言表述，或者由于缺少故障诊
4、断实例等情况而很难形成诊断知识闱。知识库维护方面：基于任务的诊断专家系统知识库分为六个部分：规则库、故障库、事实库、属性库、维修建议库和任务库。不同的库存储于数据库不同的数据表中，各个表之间的关系紧密而繁杂。对知识库的操作通过对数据库的操作来实现，对知识库的每一次操作都要影响其他数据表的更改，工作量很大。并且现有知识库规则维护管理方式非常死板和复杂，对维护人员的专业知识要求很高，非常容易出错从而导致诊断结果出错。5 3 专家系统知识库规则配置管理研究基于任务的诊断专家系统知识库存储了大量的诊断知识，是诊断专家系统的核心。实现专家系统知识库的高效管理对提高专家系统诊断效率有着重要的意义，知识库的
5、管理的难点又主要体现在规则的管理，本节主要讨论针对专家系统知识库规则的配置管理方法的研究。5 3 1 基于任务的诊断专家系统知识库的设计基于任务的诊断专家系统知识库分为六个部分，包括规则库、故障库、事实库、属性库、维修建议库和任务库。六个库之间的关系如图5 3 所示。图5 1 3 知识库关系图F i g 孓3K n o w l e d g eL i b r a r yr e l a t i o nd i a g r a m北京化工大学硕士学位论文1 规则库规则库用于存储专家系统中所有规则。每条规则的属性由规则I D 、规则名称、规则前提条件集、规则成立时的后果集、规则不成立时的后果集、设备类型
6、等元素构成。规则的设备类型属性是为了面向对象知识表示使用的字段。后果集可以包含对故障、规则、事实、维修建议等知识的操作。2 故障库故障库用于存储专家系统中所有故障。每条故障的属性由故障I D 、名称、编码、设备类型、部位名称、模式名称、解释规则I D 等元素构成。故障解释规则I D是对该故障如何维修，进行推理的启动规则I D 。3 事实库事实库用于存储专家系统中的设备故障征兆值，即事实或征兆事实。每条事实的属性由事实I D 、事实名称、属性D 、设备类型等元素构成。4 属性库属性库用于存储专家系统中定义的各种属性。属性是指事实的属性或者类型，每条属性由属性I D 、属性名称、属性的描述一值集合
7、等元素构成。例如，一条属性I D 为“T r e n d C h g T y p e “ ，名称为“趋势变化”，属性的描述- 值集合：突变0 、升高1 、下降2 、不确定3 。如果诊断过程中需要一个温度变化情况，则可以定义一个事实为温度变化，温度变化的属性就使用“趋势变化“ 来定义，即温度变化这条事实的属性I D 为“T r e n d C h g T y p e ”。5 维修建议库维修建议库用于存储专家系统中针对各种故障的维修建议。维修建议由故障诊断专家或者现场人员根据经验和理论知识的结合而总结出来的，指导用户对设备进行维修。每条维修建议由维修建议I D 、维修建议描述、维修需要工机具、设备
8、类型等元素构成。6 任务库任务库用于存储专家系统各种诊断任务。每条任务就是具体设备专家诊断功能在专家系统中的入口，即每次启动专家诊断的初始操作。每条任务都是由任务I D 、任务名称、任务的后果集组成的。任务的后果集可以包含对故障、规则、事实等知识的操作。5 3 2 知识库规则维护难点分析专家系统诊断是基于任务的诊断，诊断人员或用户根据诊断专家总结出来的诊5 6第五章基于任务的诊断专家系统规则配置管理方法的研究与规则树软件的设计开发断思路和故障诊断逻辑推理图进行规则录入与规则维护管理。现有的规则录入和规则维护管理是通过专家系统软件来实现的。专家系统中的规则以列表形式存在，不能直观的反应出规则的组
9、成及规则之间的推理过程，并且规则列表和规则信息以及前后件的管理集中于一个操作界面，不便于操作，规则维护非常困难。现有的专家系统知识库规则维护界面如图5 4 所示。图5 - 4 专家系统规则维护界面F i g 5 - 4M a i n t e n a n c ei n t e r f a c eo f e x p e r ts y s t e mr u l e s 总结现有专家系统软件规则维护模块的使用心得，发现规则维护困难主要体现在以下三个方面：添加新规则步骤繁琐、规则维护逻辑不合理和规则维护系统的不稳定。使用现有的专家系统软件向专家系统知识库添加新的规则需要首先将规则的基本信息( 规则I D
10、 、名字、别名、描述和规则类型) 输入到图5 - 4 所示界面的左下方，然后点击“添加规则”按钮进行规则添加，此时上方规则列表中多了一条刚添加的新规则，然后选中规则，对规则的前件、条件成立后的操作和条件不成立后的操作进行添加。添加操作步骤繁琐，尤其是对于添加规则的前后件管理，很容易出现错误。规则的维护也同样是在图5 - 4 中完成的，由于规则以列表的形式存在，并不知道规则之间的逻辑关系，维护的过程中很容易出错，从而造成诊断结果的错误。现有的规则维护过程在需要修改前件规则( 前件规则存在一条或多条后件规则)的时候，需要先将前件规则的所有后件规则都删除，然后对前件规则进行修改，修改完成后再重新添加
11、后件规则，这种维护方式工作量极大，而且很容易在操作的过程中出现误操作，导致规则推理逻辑的错误而影响诊断结果。当前的专家系统软件规则维护模块还存在不稳定的问题，经常发生规则错乱、北京化工大学硕士学位论文规则丢失等随机性的错误，对于知识库规则的管理与维护和正确诊断构成了很大的阻碍。5 3 3 知识库规则配置管理方法研究针对专家系统规则维护模块存在的问题，对规则的维护与管理配置过程进行了深入的研究，发现规则维护之所以存在很多困难主要是由于知识库规则繁多，规则相似性很高，规则之间的逻辑关系非常不明确，以列表的形式实现对规则管理非常混乱。要解决规则维护与管理配置问题，首先需要直观的显示出规则之间的逻辑推
12、理关系。基于任务的诊断专家系统规则的一般形式是：I f T h e n E l s e 。对于选定的诊断任务，诊断过程中规则之间的逻辑关系可以通过树型拓扑图显示出来，直至最终得出故障诊断结果。树型拓扑图可以直观的显示选定任务的规则推理过程，反应规则之间的逻辑关系，如图5 5所示。在树型拓扑图上直接对规则进行维护和管理配置非常直观、简单明了，提高规则维护的效率和准确性，克服现有知识库规则维护的难点。图5 5 规则树型图F i g 5 - 5R u l e st r e ed i a g r a m第五章基于任务的诊断专家系统规则配置管理方法的研究与规则树软件的设计开发根据已有经验采用软件开发技术
13、开发设计一款组态配置工具软件实现图形化的规则维护与配置管理，来实现对知识库规则的高效管理与维护，提高专家系统整体工作效率。5 4 图形化规则配置管理软件规则树的研究与开发针对专家系统现有的规则维护模块的分析研究，本课题提出设计研发图形化规则配置管理软件规则树来辅助专家系统解决现有的专家系统知识库规则维护困难的问题。图形化规则配置管理软件规则树的开发主要用于解决知识库中规则库以及相关知识库的配置与维护问题，通过直观的人机图形界面实现对知识库规则的高效维护，提高规则维护效率，降低知识库的维护成本。本节重点介绍图形化规则配置管理软件规则树的设计与研发过程，通过规则配置管理实现诊断专家系统的规则维护，
14、在选定任务下对规则进行配置管理，包括为已选任务添加规则、对任务激活规则的维护和规则的删除等多种操作，以及规则推理结果故障的管理与显示。5 4 1 软件开发环境及组件本系统基于N e tV i s u a lS t u d i o2 0 1 0 开发平台采用C 撑语言进行软件的开发，专家系统知识库的存储采用S Q L i t e 3 数据库来实现。开发中采用W i n F o r m s 图表开发组件M i n d f u s i o n 来实现，M i n d F u s i o nW i n d o w s窗体包提供了先进的流图表、报告、图表和调度组件，可以很容易地集成到任何W i n F
15、o r m s 应用程序中。近3 0 种组件满足用户的各方面功能需求。M i n d f u s i o n 控件的编程模型包括超过5 0 0 种方法、属性和事件。并且可以通过辅助开发实现定制控制。M i n d f u s i o n 控件最新版本5 0 支持V i s u a lS t u d i o2 0 0 8 及以上版本。M i n d f u s i o n 控件提供了超过1 0 0 个预定义的盒子形状、多种表和箭头形式，并允许自定义设计。盒子允许分组，并可以实现节点之间的互联形成更加复杂的图形结构。节点中可以放图像和文本，外观可以进一步通过设置字体、颜色和画笔样式等实现节点定制。
16、M i n d F u s i o n D i a g r a m m i n g 维持树型布局次序，当在父节点下部署子节点时，可以设置T r e e L a y o u t 的B a l a n c e 属性，以保持最初的几何顺序，这样可以将树型布局在水平或垂直方向上以特定的顺序进行展示。5 9北京化工大学硕士学位论文5 4 2 软件系统总体设计图形化规则配置管理软件规则树软件系统分为客户端和数据库两大模块，客户端通过图形化界面实现知识库规则的配置管理与维护，数据库用于存储专家系统知识库并为客户端提供数据支持。客户端即图形化规则配置管理软件系统，用于显示规则树界面，响应用户在规则维护界面上的各种操作，显示选定任务的规则推理流程及诊断故障结果，允许用户对规则进行实时配置管理，可以为任务添加推理规则，对现有规则属性进行修改，删除规则等。对于添加规则的方式也提供了两种方式，更加自由。以及对规则更深层次的管理，包括规则前件、前件成立条件下的后件和前件不成立条件下的后件的管理等多个配置管理界面的实现，同时也可以完成对
