一種電子設備故障庫的設計

摘要：故障庫是專家系統(tǒng)的核心，體現著專家系統(tǒng)水平的高低。從故障庫技術結構，構建方法出發(fā)，對電子設備多故障診斷信息進行歸納、總結，針對某電子設備構建了一種故障庫并對其推理過程進行設計。該方法為電子裝備故障診斷快速性和準確性上提供了一條有效途徑。
關鍵詞：專家系統(tǒng)；故障庫；診斷信息；推理機

0 引言
故障診斷專家系統(tǒng)是診斷領域引人注目的發(fā)展方向之一，也是研究最多、應用最廣的一類智能診斷技術，主要用于那些沒有精確數學模型或很難建立數學模型的復雜系統(tǒng)。大致經歷了兩個發(fā)展階段，即基于淺知識的第一代故障診斷專家系統(tǒng)和基于深知識的第二代故障診斷專家系統(tǒng)。基于淺知識(人類專家的經驗知識)的故障診斷系統(tǒng)是以領域專家和操作者的啟發(fā)性經驗知識為核心，通過演繹推理或產生式推理來獲取診斷結果。基于深知識(診斷對象的模型知識)的故障診斷系統(tǒng)要求診斷對象的每一個環(huán)節(jié)具有明確的輸入輸出表達關系，診斷時首先通過診斷對象的實際輸出與期望輸出之間的不一致，生成引起這種不一致的原因集合，然后根據診斷對象領域中的第一定律知識(具有明確科學依據的知識)及其內部特定的約束關系，采用一定的算法，找出可能的故障源。在故障診斷專家系統(tǒng)中，故障庫是專家系統(tǒng)的核心，體現著專家系統(tǒng)水平的高低，但故障庫的建造或故障知識的獲取也成為建立專家系統(tǒng)的瓶頸問題。

1 故障庫建造步驟
故障庫的設計是建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務。初始知識庫的設計包括問題知識化、知識概念化、概念形式化、形式規(guī)則化和規(guī)則合法化。問題知識化，即辨別所研究問題的實質；知識概念化，即概括知識表示所需要的關鍵概念及其關系；概念形式化，即確定用來組織知識的數據結構形式；形式規(guī)則化，即編制規(guī)則，把形式化了的知識變換為由編程語言表示的可供計算機執(zhí)行的語句和程序；規(guī)則合法化，即確認規(guī)則化了的知識的合理性，檢驗規(guī)則的有效性。
故障庫的建立首先是通過知識工程師從測試設備領域專家那里獲得或者通過在診斷過程中從用戶那里獲得知識，然后通過知識獲取模塊把知識送到知識庫。知識獲取的主要困難在于如何恰當地把握領域專家所使用的概念、關系和問題的求解方法。根據專家提供的經驗知識和測試設備的特點，通過直接獲取方式、交互獲取方式獲取有價值的診斷信息。
故障庫的建立是一個相當復雜的過程，所以必須要按照一定的方法和步驟。通常情況下按照如圖1所示的步驟從現有的設計資料中提取有關原理的定性知識，并將這些知識歸納成規(guī)則形式。下面對圖1所示的各步驟分別加以說明：
(1)功能，結構層次分解。由于現代的產品設計的模塊化設計思想，所以電子產品在功能和結構上具有明顯的層次性，因此要提取電子設備的故障診斷知識，對系統(tǒng)進行分解是必要的。
(2)建立部件正常功能描述。對于每一個上面劃分的部件，有必要對其正常工作邏輯進行定性說明。
(3)確定各部件的測試點集。測點分為部件輸入測點和部件輸出測點，在對某個部件P進行診斷時，只有其全部輸入信號都正常，才可以根據輸出來判斷該部件是否故障。
(4)確定部件可能故障集。對以上劃分的單元分別進行故障分析，對于部件，首先要確定其有可能出現的故障類型，部件P的可能故障集的確定可以根據經驗、FMEA分析結果以及器件資料等多方面搜集。
(5)建立定性影響關系網絡。對于部件P，先確定每一故障e所帶來的輸出表征，即輸出測點數據的一種組合。然后，對部件P的所有測點數據進行分類，一類表示部件自身故障所測試的數據，記為PSO；非自身故障引起(由輸入異常引起)的故障歸到另一類，記為PUO。當測試數據W∈PSO時，故障診斷結果可以確定就是部件P；當測試數據W∈PUO時，需要對部件P的輸入進行測試，由于部件P的輸入又是其他部件的輸出，因此，可以逐級推理，直至將故障定位在某一個或幾個部件上。