某型飞机电气设备故障诊断专家系统 日期：08-04-01 14:31:16 作者：维 修与工程 郭 创 余 晋空军工程大学工程学院 冯金刚93801 部队运用 Dephi7.0 语言开发的某型飞机电气设备故障诊断专家系统，故障情况收集 全面，诊断准确、有效和快速，软件设计可靠性高、扩展性强，专家 知识库维护升级简 便。 航空电气设备一旦发生故障，轻则造成巨大的经济损失，重则造成机毁人亡的重大 事故。应用某型飞机电气设备故障诊断专家系统，可帮助机务维修人员迅速准确地排除故 障，减轻工作量；降低维修成本，缩短机务人员培训周期，节约培训经费,对 提高该型 飞机仪电专业地勤人员科学维修水平和飞行训练质量、飞行安全具有重要意义。某型飞机电气设备故障简介某型飞机电气设备故障分类如图 1 所示，主要包括发动机起动电气控制系统、发动 机综合电子调节控制系统、进气道自动调节系统、飞机操纵电气控制系统、飞 机环境控 制系统、机载检测告警系统等 8 个子系统的故障。 故障诊断技术的主要方法故障诊断技术发展至今，已提出了大量的方法。一般将其划分基于解析模型的方法、 基于信号处理和基于知识的方法三种。图 2 给出故障诊断各种方法的分类。当可以建立比较准确的诊断对象的数学模型时，基于解析模型的方法是首选的方法， 它主要是应用于线性系统。当难以建立诊断对象的解析数学模型时，基于信 号处理的方 法是非常实用的，它回避了抽取对象的数学模型的难点，而直接利用信号模型。基于知 识的方法与基于信号处理的方法类似，也不需要系统的定量数学模 型，它引入了诊断对 象的许多信息，特别是可以充分利用专家诊断知识，是一种很有前途的方法。基于知识的方法可以分为基于症状的方法和基于定性模型的方法。其中，基于症状 的方法包括专家系统、模糊推理方法等。 某型飞机电气设备故障诊断专家系统的实现1. 专家系统该专家系统是一个具有丰富的专门领域知识的程序，它应用人工智能技术，根据专 家提供的知识及其推理能力，模拟人类专家作出决策的思维过程，来解决原需 要由专家 才能解决的复杂问题。专家系统包含下述三个要点:具有该领域内的专家一样丰富的知 识和经验；仿照专家运用自身的知识和经验，通过推理对所要解 决的实际问题作出判 断和决策的能力；一个专用的计算机系统。专家系统主要由知识库、推理机、知识获 取、人机交互界面、解释器等几个部分组成，结构框图如 图 3 所示。2.系统具体实现系统开发软件选择与 Windows 系统有着良好兼容性以及界面友好的可视化编程语言 Dephi7.0 作为开发平台，它具有方便的数据库访问技术，提供 了 ODBC、ADO 数据对象 技术，强大的控件支持以及方便的调试环境，大大减少了工作量和开发周期，并且增强 了系统的可靠性。系统总体设计采用模块化结构，如图 4 所示。主控程序负责流程控制和用户的操作 管理。系统主要包括故障信息录入系统、故障信息查询系统、帮助三大模块。 故障信息 录入系统是进行专家知识库的建立、维护等；故障信息查询是推理系统，可以根据故障 现象，由推理机按照知识库中的知识对信息进行处理，给出诊断结 果；也可以根据设备、 分系统、机型、日期等进行诊断，此外，系统还具有任意指定时间区间、机型和系统的 故障统计、报表、打印功能等。由功能和推理过程可以 看出某型飞机电气设备故障诊断 专家系统基本上具备了诊断系统的启发性、透明性和灵活性三个特点。（1） 系统知识库模块在专家系统中，知识的表达是数据结构和解释过程的结合。依据电气设备分类，系 统的知识库划分为八大模块，细分为 98 个功能小模块。系统优化了产生式规 则的知识 表达方法，采用了“模块+单元+产生式规则“的知识表达方法。由若干个规则组成一个单 元，由若干个单元组成一个模块，再由若干个模块组成知识库。根据电气设备的故障特点，故障知识可分为确定性知识和非确定性知识。对于确定 性知识，根据故障现象可直接确定系统的故障原因；对于非确定性知识，则由 故障现象 不能直接定位故障原因，一般只能根据发生故障设备的失效率来进行判断。（2） 基于规则的推理系统故障诊断专家系统采用基于规则的推理系统。这种推理是前提与结论之间有必然联 系的推理形式，这种联系可由一般的蕴含表达式直接表示，成为知识的规则， 利用规则 进行演绎的系统。常用的方法有正向推理、逆向推理和双向推理。本系统采用正向推理。其推理流程图如图 5 所示。推理机在本软件中主要是由数据库的查询功能实现。系 统在推理过程中搜索知识库中的规则，进行相应的匹配。如果知识库中的规则 数目较多， 则就会形成“组合爆炸“，导致诊断效率很低。本系统对知识库进行合理的划分，以大大 缩小搜索的空间，在规则匹配过程中，只搜索那些与诊断部位有 关的规则。（3） 系统运行情况电气设备故障诊断专家系统的故障信息录入维护子模块主要包括编号、机号、机型、 故障发生时间、时机、判明方法、故障现象、所属部件、所属系统、原因分 析以及故障 排除方法等。故障诊断系统子模块则完成故障信息的查询诊断，它的查询方法主要有按 机号、机型、时机、发生时间以及判明方法等 5 种，同时可对查询 方法进行单一查询诊 断或组合查询诊断。 结论某型飞机电气设备故障诊断系统包含近千种外场维修和排除故障经验，收集的故障 情况全面，诊断准确、快速，系统设计时很好地体现了可靠性高、通用扩展性 强等特点， 专家知识库维护升级简便，并且故障诊断的准确率将随着使用时间的增长而增高，它对 提高该型飞机仪表电气专业地勤科学维修水平具有重要意义。目前，在航空领域应用的故障诊断专家系统方面国内成功的例子较少，该系统为部 队机务维修保障提供一种新的思路和方法，对其他类似专家系统开发有着很强 的借鉴作 用。