舰艇装备故障诊断专家系统设计＊

（92270部队 威海 264309）

1 引言

舰艇装备是技术密集型的组织合体，特别是现代化战舰更是集高、精、尖技术于一体，为装备全寿命保障提出了很高的要求。目前我国海军处于跨越式发展时期，一批批新型舰艇不断入列，但由于国情和国防发展战略限制，新型舰艇并不是成系统、成规模的配备部队，装备保障一直是难题，且装备设计时重作战性能而保障性考虑不足的现象还没能从根本上得到解决，预防性检修和事后修理仍然是装备维修的主要方式，舰员级修理是此种方式的执行主体之一。我海军舰艇装备型号多，来源复杂以及配备至舰艇的资料少，经验交流及留存机制不完善是制约舰员级修理和装备使用管理的主要瓶颈，本文从建立装备故障诊断专家系统的角度，并结合笔者从事装备管理的一些实践对解决这一问题作初步探讨。

2 专家系统原理

2.1 专家系统的定义

专家系统的名称于1982年由Feighbaum 正式提出，其定义为：专家系统（Expert System 简称ES）是一种智能的计算机程序，使用知识与推理过程，求解那些需要专家知识才能求解的高难度问题［1］。

2.2 专家系统结构与运行原理

从定义我们不难看出，专家系统的应用与发展是建立在计算机技术基础之上，基本原理是应用计算机对专家知识进行整理建库，应用检索、推理、知识更新等技术按用户的要求提供服务，结构与运行原理见图1。

图1 专家系统结构与运行原理

2.2.1 知识获取系统

知识获取是专家系统的重点，也是关键难点问题，从获取知识的方式可以分为如下几种：

1）非自动型知识获取，主要是指从书本或专家的知识积累，通过一定的编辑方式录入知识库。

2）全自动知识获取，是指利用智能技术对所处的环境利用电脑知识自动识别、推理、得出结论，并将结论自动录入知识库。

3）神经网络，是指利用神经网络算法，通过样本推理训练得到新的知识。

2.2.2 知识的表示方法

1）逻辑表示法，如：is＿a（car ford）＝Car is a ford；teach（smith tom）＝Smith teach tom 这种表示法对于小型知识库可以适用，大型知识库因编辑量太大，不适用这种表示法。

2）关键词表示法。

3）产生式表示法，如：IF ｛（fuel＿Consume＿large）AND（Black＿Smoke）AND （Exhaust＿Pipe＿Blowant）｝THEN｛（Ignitian＿Ahead＿Time＿Small）｝。

2.2.3 知识推理

1）正向推理，由已知事实与规则的前提条件，匹配该知识块的结论。

2）反向推理，先从知识库中选择一个结果作假设，寻找支持假设的证据或事实，若用户信息与所需证据匹配，则成功。

3 舰艇装备故障诊断专家系统设计

3.1 系统的网络构成

图2 专家系统网络结构

网络结构是以编队监测室为中心，数据库置于编队数据中心服务器，以便专人维护，并与基地数据中心联接，通过基地数据中心与其他编队服务器联接，实现数据共享。节点是指各大队设的节点服务器，以便于各舰艇用户数据的查询或录入。

3.2 知识库的建立

知识库的来源有书本知识、厂家资料、专家知识和故障排除的实践积累。故障知识以文本的形式，说明某种故障的部位、现象、原因、排除方法等，必要时配上图片说明，这种完整的故障说明称为知识库中的一条知识，用关键词为索引［2］，类似于论文库。初建库时要通过一定的行政手段，由各个用户按一定的规则，组织文字材料，由用户端的录入界面录入，编队数据中心适时组织专家对每一条知识进行审查修改。每次的故障排除实践也要进行总结录入，作为知识库的补充。

3.3 查询方式

1）树状查询法［3］，其过程是：

这种查询方式适用于已知故障部位，查询故障排除方法的情况。

2）联想查询法［4～5］，这是一种扩散式查询，其过程如图3所示

图3 联想查询法

这种查询方式适用于已知故障现象，但并没有确定故障原因及部位，系统采取联想提示的方式，由查询人根据掌握的情况进一步判断故障可能原因及部位。或进行反向推理，选择一个可能故障原因，由此故障的现象描述匹配已知的现象，匹配成功则判断正确。

3）关键词查询法，通过一个查询窗口，输入一个或多个关键词进行查询。这种方式应用于用户对关键词较熟且准确的情况，优点是查询速度快，不足是查询的结果有限。

4）专家咨询法，通过聊天窗口与在线专家进行交流，也可通过聊天窗口传送图文资料进行在线诊断。

3.4 开发软件

支持大型数据库操作的软件很多，VC、VB、FOX 等，但从界面设计方便性以及对数据库操作的效率来看，VB是较好的开发软件，其开发的数据库程序通读性好，易修改和移植。需要的关键技术有界面开发、网络开发、数据库SQL技术。数据库的建立可以利用微软Office组件中的Access，该类型的数据库对软件支持性好，既可以独立直接操作也可以通过程序界面操作，对数据库的维护与更新极为方便［6］。

4 难点分析

海军网络软、硬件建设与发展已达到相当的层次，建立舰艇装备故障诊断专家系统已具备条件，目前存在的困难是网络保密问题，舰艇装备故障专家系统涉及的秘密非常多，而网络保密又是一难题，使得故障诊断专家系统迟迟不能建立，仅有部分小型数据库在内部使用，体现不了信息化和数据共享的优势，目前可能的解决方法是利用现有网络进行加密传输。另一个难点就是专家系统知识库的建立，这是一项人力物力投入较大的工作，当前海军新型装备不断入列给原始资料的积累带来了最佳时期，解决的方法是利用行政手段进行原始资料的积累。

5 结语

舰艇装备故障诊断专家系统是装备信息化发展工作的一部分，为舰员级故障诊断、修理和信息交流、学习提供了一个实用的平台。随着监测诊断理论与技术的发展，装备故障诊断可以由定性到定量转变，专家系统就可以综合油液监测、振动监测［7］、红外监测等手段，通过人工智能算法［8～9］，利用监测数据直接判断出故障的部位、性质、故障发展程度以及寿命期望值并给出处理方案［12］。

通信技术的发展，无线传输效率的提高，远程支援将得以普遍应用，装备故障诊断专家系统可以综合多方资源，进行远程在线支援，实现海军装备保障真正意义上的信息化。

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