一种面向对象的实时故障诊断系统的设计doc-基于Visu

一种面向向对象的的实时故故障诊断断系统的的设计陈毓生，赵赵兴盛，姜姜海泉（第二炮炮兵雷达达所，北北京 10224888）摘要：文文章从分分析传统统专家系系统入手手，把WWINDDOWSS下的可可视化技技术和面面向对象象技术引引入到人人工智能能程序设设计中来来。讨论论了故障障树模型型的面向向对象表表示方法法及其推推理算法法。根据据雷达故故障诊断断中的典典型故障障树，给给出了一一个基于于Vissuall Baasicc语言的的故障诊诊断专家家系统设设计实例例。关键词：Visuual Bassic；故障诊诊断；专专家系统统；面向向对象1 前前言传统的专专家系统统开发一一般有两两种方法法：一种种是采用用专用的的人工智智能设计计语言，如如逻辑处处理语言言PROOLOGG和列表表语言LLISPP，可以以方便地地编写出出人工智智能的程程序；另另一种是是人工智智能的外外壳程序序，如著著名的专专家系统统MYCCIN所所开发的的专家系系统外壳壳工具DDMYCCIN，利利用它只只需要按按其格式式填入相相应的知知识库，就就可以开开发出具具有一定定水平的的专家系系统。但但是随着着计算机机软件技技术的日日益发展展，这两两种工具具都难以以满足专专家系统统的需要要，主要要问题有有：（11）实时时性差，两两种工具具主要是是完成逻逻辑推理理过程，不不具备数数学处理理能力，也也不进行行数学运运算，开开发的应应用程序序的局限限性大，无无法结合合数据采采集处理理程序形形成实时时的诊断断系统；（2）开开放性差差，在WWINDDOWSS平台上上，无法法利用其其通用性性和开放放性。Visuual Bassic（以以下简称称VB）语语言开发发人工智智能程序序有很大大的优势势。其作作为一种种面向对对象的语语言，不不仅界面面设计方方便，可可以把主主要精力力集中于于专家系系统的核核心程序序开发上上，在短短期内迅迅速开发发出具有有专业水水平的软软件。同同时VBB具有高高级的接接口函数数，适应应性好，虽虽然其低低层控制制能力比比较差，但但是它能能通过高高级APPI函数数实现各各种接口口功能，也也能连接接WINNDOWWS下的的动态连连接库（DDLL），功功能大大大扩展。另外，VVB可与与多种数数据库连连接，它它提供的的开放式式数据库库功能，使使专家系系统中的的知识库库、事实实库等许许多数据据库的建建立与管管理都变变得容易易。2 面面向对象象的故障障树模型型2.1 故障障树模型型的面向向对象表表示故障树分分析就是是当系统统运行在在某种不不期望状状态时，对对系统进进行分析析，利用用故障树树提供的的数据、信息，找找到所有有可能使使不期望望状态发发生的途途径。不不期望事事件或故故障事件件是根节节点，引引起这一一事件的的原因是是子节点点。在对对树的每每一枝节节进行分分析时，若若某个节节点无法法继续分分析（即即无子节节点），该该节点称称为目标标节点，它它是引起起故障的的基本事事件，也也是诊断断的目标标。代号：A2内容：硬件失效类型：目标节点父节点：A1子节点：对顶重要性：0.14代号：A1内容：系统失效类型：一般节点父节点：A0子节点：A2，A3对顶重要性：0.4对每个故故障树节节点事件件用一个个对象表表示（如如图1）其其成员数数据表中中包括该该节点的的代号、内容、类型、指向父父、子节节点的指指针、路路由选择择以及所所代表故故障事件件的细节节。路由由选择为为在多个个子节点点的情况况下的路路径选择择原则。故障事事件的细细节有该该事件的的对顶重重要性及及其它描描述等。事件对顶顶重要性性是指该该节点事事件的发发生对父父节点事事件的发发生的重重要程度度，它反反映了该该节点事事件及其其子树各各节点事事件对父父节点事事件发生生的相对对责任。显然，根根节点没没有对顶顶重要性性，而目目标节点点的子节节点指针针项为空空指针。图1 故障树节点对象示例2.2 故障树树模型的的诊断算算法故障树节节点对象象具有封封装性，可可以用框框架结构构来表示示。诊断断时，所所有节点点对象都都存放于于一个表表中，对对应事件件位置在在表中固固定，对对象指针针指向对对象所在在的位置置，这样样安排可可以使系系统尽快快根据故故障信息息找到故故障对象象，并根根据指针针遍历故故障树。在诊断过过程中，从从根节点点的不期期望事件件（即故故障事件件）出发发，根据据路由选选择方案案选择子子节点，并并由对象象指针指指引遍历历故障树树，直至至找到目目标节点点，系统统停止诊诊断，得得出诊断断结果。故障树树中每一一个节点点对象只只表示一一个故障障事件，从从而根据据事件对对象的父父节点指指针可以以找到以以该事件件为前因因的所有有事件。同样，一一个事件件的所有有前因事事件都可可以在该该事件对对象的子子节点表表中找到到。如果诊断断系统未未发现任任何基本本故障事事件，而而的确有有较高层层故障事事件发生生，说明明所建故故障树尚尚不完善善，需要要对其进进行补充充：找到到该较高高层故障障事件，在在其子节节点组中中加入一一基本故故障事件件。由于于故障树树用面向向对象的的表示，所所要进行行的操作作只是加加入新节节点并改改动与之之相关的的几个指指针即可可。3 建造实例例通常，在在电子装装备的故故障诊断断过程中中，专家家往往是是依照对对电路拓拓扑结构构的分析析和信号号的实际际处理过过程，以以由前到到后或由由后到前前的顺序序来逐级级压缩故故障。把把专家诊诊断的过过程表达达出来，就就可以形形成故障障树。雷雷达诊断断中的典典型故障障树如图图2所示示。3.1 知识内内部表示示对这种知知识内部部采用结结构的形形式来表表示，可可以采用用一个nnodee结构：Typee noodemyIDD Ass Inntegger 本节点点标示符符发射机不工作电源指示灯亮吗？吹风机FS转码？高压灯ZD1亮吗？其他情况1电源指示灯坏2保险丝坏3电源变压器坏1保险丝坏2电机线接触不良1指示灯ZD1坏2延时电路故障2电机线接触不良13YY5Y7N 2N 4N 6图2 雷达诊诊断中的的典型故故障树nexttIDYY Ass InnteggernexttIDNN Ass Innteggerstattemeentss Ass Sttrinng *2000 节点说说明answwerYY Ass Inntegger Y支路路节点类类型quesstioonY(2) As Strringg*2000 expllainnY (2) As Strringg*2000 answwerNN Add InnteggerquesstioonN(2) As Strringg*2000expllainnN(22)Ass Sttrinng*2200nodeeexpplaiin AAs SStriing*2000 推理解解释End Typpe这就是故故障树模模型的一一个面向向对象表表示。在在这里设设置了IID标示示符号，也也可以说说是节点点号。每每一个节节点有两两条分支支路，即即YESS和NOO不同的的回答。路由选选择即针针对不同同的回答答寻找不不同的子子节点。对于提提问和解解释设置置不同的的字段，以以输入足足够的信信息。3.2 知识识库的建建立对于任意意一种故故障树，将将其转化化为标准准知识库库的方法法和步骤骤是：（1）标标定节点点号。从从1开始始，如图图2所示示，可以以不连续续，但必必须唯一一，不能能重复。（2）确确定目标标节点和和中间节节点。目目标节点点表明诊诊断完毕毕，不用用再搜索索其下一一节点，以以1标示示，如节节点2、4、66；否则则以0标标示，继继续搜索索，节点点1、33、5均均为此种种情况。（3）输输入知识识。在系系统提供供的节点点知识获获取环境境中完成成知识输输入。例如，对对图2中中节点11，转换换为内部部结构为为：myIDD=1； neextIIDY=3； neextIIDN=2stattemeentss=“电源灯灯亮吗？”answwerYY=0； annsweerN=1quesstioonN(0)= “电源指示灯坏。”expllainnN(0)=“更换，修修理。”quesstioonN(1)=“保保险丝坏坏。”expllainnN(11)=“更换。”quesstioonN(2)=“变压器器坏。”expllainnN(2)=“更换。”quesstioonY(0)=“”expllainnY(00)= “”Y取nodebase取第一个节点询问是目标节点吗？继续吗？取相应之节点号调指针结束YNN图3 推理算算法3.3 推理理策略推理过程程实际上上就是咨咨询过程程，通过过用户对对问题的的回答，进进行路由由选择并并推理，交交互完成成诊断，其其算法如如图3。诊断时，把把知识库库读入动动态数组组，以节节点号为为标志，先先在内存存中形成成所有节节点的列列表，再再按节点点号搜索索节点信信息，找找到后显显示（即即询问），根根据用户户回答找找下一节节点并重重新搜索索列表。在程序中中，myyID是是该记录录的标志志节点点号，而而nexxtIDDY和nexxtIDDN则分分别是用用户回答答Yess或No时所所对应的的不同节节点标志志。程序序中提供供的核心心函数为为shoow-nnb()，其中中关键的的是指针针reccorddnumm的调整整，它由由用户对对问题的的回答来来决定，根根据其nnexttID调调整，然然后递归归调用sshoww-nbb（）函函数，从从而使查查询进行行下去，直直至目标标节点为为止。调调用方式式如下：showw-nbb(nooderrecoord(currrenntIDD).nnexttIDYY)或showw-nbb(nooderrecoord(currrenntIDD).neextIIDN)在shoow-nnb()函数中中加入如如下搜索索过程For j=11 Too reecorrdnuumIf nnodeereccordd(j).myyID=i Thhena = noddereecorrd(jj).sstattemeentssb = noddereecorrd(jj).nnodeeexpplaiincurrrenttID=jEnd IfNextt j4 结结束语在故障诊诊断领域域中，故故障树分分析技术术应用非非常普遍遍。把这这种故障障树模型型采用面面向对象象的形式式表示，并并采用WWINDDOWSS特性的的Vissuall Baasicc语言来来建造，把把每一个个节点的的信息封封装到对对象中，既既使故障障知识的的维护与与修改变变得简单单方便，也也将推理理机和知知识库分分开，用用户可以以进行二二次开发发，对不不同的故故障树，按按照本文文提供的的方法即即可迅速速建立不不同类型型的专家家系统。专家系统统作为人人工智能能的分支支之一，对对其用面面向对象象技术进进行改造造很有意意义。而而且，在在整个人人工智能能设计领领域，采采用面向向对象技技术、可可视化技技术、多多媒体技技术实现现人机交交互，也也是未来来发展的的趋势。参考文献献1 Jauume D，Verrge M, A mmodeel-bbaseed ddiaggnossis in macchinne ttoolls: apppliccatiion to thee miilinng ccutttingg prroceess，EASSAM&CANNM，19990.2 查建中中. 智能能工程. 北京京：机械械工业出出版社，119922.3 蔡自兴兴，徐光光佑. 人工智智能及其其应用(第2版版). 北北京：清清华大学学出版社社，19996.4 周民光光. VVisuual Bassic forr Wiindoows语语文参考考详解. 北京航航空航天天大学出出版社，119955.