基于知识导航的汽车维修诊断方法研究*

方晓汾,罗方赞,郑丽辉

(衢州职业技术学院机电工程学院,浙江衢州 324000)

基于知识导航的汽车维修诊断方法研究*

方晓汾,罗方赞,郑丽辉

(衢州职业技术学院机电工程学院,浙江衢州 324000)

汽车高效维护是影响客户对汽车售后服务企业满意度的重要指标,然而汽车维修过程是一个根据故障现象不断迭代寻找解决方案的过程,传统方法基本都是基于人工经验,此过程消耗的时间较长。通过将汽车维修经验知识与维修过程集成,建立知识库与推理库模型,开发了基于知识导航的汽车维修诊断系统,有效缩短汽车维修时间,降低维修复杂度,从而实现快速维修与高效服务的目的。

知识管理;汽车维修;推理;维修诊断系统

0 引 言

随着中国汽车工业迅猛发展,汽车维修品牌种类增多,诊断维修难度相应增大。在汽车售后服务环节中,汽车维修质量与效率是影响客户满意度的主要因素[1-2]。目前汽车故障诊断的方法依然主要以人工经验法和仪器设备诊断法[3-5]。相应地,在汽车维修管理过程中,提升维修品质与效率显得至关重要,所以急需一种可以指导维修汽车的专家查询和指导系统[6]。基于知识导航的汽车维修与诊断系统能在维修过程中,轻松地将维修数据、标准、设备、工具和工艺技术要求以及操作流程知识送至维修人员手中。

传统的汽车故障诊断系统大致可以分为两类,一类是针对汽车某个子系统开发的,如直喷发动机、自动变速器通过故障码识别达到快速诊断维修的目的;第二类是通过故障诊断流程图,从推理方式获取维修信息,达到指导汽车维修的目的[7-12]。这类方法基本只能处理流程图里涉及到的故障,与实际维修过程相差较大,使用价值不高。

基于知识导航的维修诊断系统是搜集尽可能全的维修诊断信息与专家经验知识,使得各个环节不同阶段都得到系统的在线支持[13]。建立基于知识、数据库与web技术,借助汽车故障诊断树建立动态知识库和推理库。在汽车维修工作中,此系统不断将知识推送到前端,使得维修人员更为高效地查询和运用。

1 基于知识的汽车维修诊断系统模型

1.1 基于知识的专家系统

专家系统(Expert System)是一个计算机程序,在某些领域,能以专家水平解决问题。专家系统一般将其应用领域的知识单独分开组成一个知识库的实体,知识库的处理是通过独立于知识库的易识别控制策略进行,维修专家系统有一个巨大的知识库,知识的组成分为数据级、知识库级和控制库级。知识库存储着汽车故障诊断方面的知识,系统控制级通常表达推理规则。整个系统是从知识库出发,通过控制推理,得到所需的结论,见图1。

图1 基于规则的汽车维修专家系统模型

专家系统一般结构是以MYCIN系统为代表的基于规则的专家系统[14-15],包括知识库、推理机、综合数据库、人机接口、解释程序和知识库获取程序。基于知识的汽车维修诊断系统采用这类结构,依据汽车故障树诊断推理规则建立动态知识库、推理库。通过web技术建立数据库引擎与良好的人机界面,在计算机提示下,维修人员得以轻松快捷地进行维修工作。

1.2 维修诊断系统的知识模型

在建立故障诊断专家系统时,先根据故障特点进行分类,将每一类都尽量地细分,然后建立汽车故障诊断流程图。知识模型的任务就是将一棵棵相互独立或关联的故障树变成计算机能识别并能存储和查询的形式。这需要利用数据库对知识节点进行编码,尽最大可能避免知识之间的交叉冲突,做到知识结构树从根到叶的畅通,见图2所示。

图2 汽车诊断维修故障树层次

定义维修知识节点为四元组KN={KL,KT,Ko, Kc}。其中:KL为知识层次,{父节点,子节点,相近节点};KT为知识类别,{流程型知识,概念型知识,选择型的规则知识};Ko为知识节点编码,{存储知识节点编码,流程节点对应编码};Kc为可能冲突的知识节点,{父节点,子节点,相近节点}。

将每一个知识节点定义为一个类,在汽车诊断故障树知识存储系统中,我们采用网络本体语言OWL (Web Ontology Language)语言来表示知识的结构,知识库由多个OWL文档构成,而OWL作为XML文档,是一种树形状态文件,树的每一个节点都是一个XML元素。元素与元素之间的关系为父子关系或者是兄弟关系。将知识节点与知识节点之间关系定义为一个矩阵,例如,有n个知识节点,那他们之间的关系可以表示为:

节点之间为强耦合状态,则表明两个知识节点存在强关系;相应的,如果节点之间关系是中耦合程度,则表明两个知识节点之间存在中关系;若两个节点存在弱耦合,则表明两知识节点为弱关系。

1.3 维修系统的知识获取、扩充、更新

知识库和综合数据库建立后,需要将专家经验知识和规则不断地加入到数据库,使用者应能实时地获取维修知识,并在实践中验证、反馈,在一定权限和机制控制下进行扩充和更新,见图3所示。

图3 汽车诊断维修知识库获取、更新与升级

当维修人员将自己的隐性知识升级为系统中的某一个知识节点的时候,在系统中添加某一节点或者完善某一节点的内容。整个知识数据库随着如此不断进行升级和进化之后,基于知识导航的汽车故障诊断系统才能更有效地将相关的知识推送至汽车维修过程节点。

2 基于知识导航汽车维修诊断系统应用

汽车维修人员在选择相应的知识模块对汽车进行维修诊断过程中,只需要通过推送来的知识节点就可以完成简单的维修操作。通过CAD软件对汽车构造进行可视化的建模,以及使用J2EE建立知识库查询人机交互Web界面,使用MySQL作为其结构化知识的数据库。

例如,系统在识别出汽车点火系常见故障现象时。选择相应车型后进入基于知识导航的汽车维修专家系统诊断界面,如图4所示,使用者可根据故障部位、现象或自定义查询,按“Repair Navigate”,在系统中的提示下逐步进行诊断,同时系统逐步推送相应的知识,指导使用和维修人员进行维修操作。维修人员将维修经验更新到专家系统,以扩充维修知识库,通过一定次数升级与进化后,可正式成为系统的基本知识节点数据,使得汽车维修系统专家系统就有了自我学习功能和扩充、更新能力。

实践证明本系统形象直观,维修针对性强,开放性好。该系统的进一步开发,可以替代原来的维修手册,从而提高维修服务质量和生产效率。

图4 基于知识的汽车维修诊断系统界面

3 结 论

基于知识导航的汽车维修与诊断系统主要在下列几个方面做出了创新。

(1)利用现有的知识库,建立知识规则,对知识进行推送,有效地提高汽车维修效率。

(2)汽车维修与诊断系统是一个开放式的系统,它具有自我进化的能力,知识经过不断地更新和完善,使用越来越具有便捷性。

(3)在汽车维修行业,所涉及的多学科知识很多,有效地使用KMS,将经验知识进行分类与管理,有效地提升企业的软实力。

基于知识导航的汽车维修与诊断系统未来可从以下几方面进一步进行完善。

(1)将知识进行有效地分类,使用数据挖掘,分析其中的规律与规则,建立更有效地知识推送技术。

(2)将管理过程的知识和流程节点进行整合,建立基于流程的知识推送方法。

(3)使用本体技术,将知识进行本体化,有效分割,从而有效地建立知识节点的划分。

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Research on Methods of Vehicle Repair Diagnosis System Based on Knowledge Navigation

FANG Xiao-fen,LUO Fang-zan,ZHENG Li-hui
(Mechanic and Electronic Engineering,Quzhou College of Technology,Quzhou Zhejiang 324000,China)

Customer satisfaction of the automobile after-sale service enterprises is under the influence of auto efficient maintenance.However,the car repair is one iterative process of finding a solution according to the fault phenomena.The traditional methods which are basically based on the artificial experience consume long time.It is required to establish the knowledge base model and the inference base model as well as to develop the knowledge-based auto repair diagnostic system through the integration of the auto repair experience and the repair process.Afterwards,the repair time can be shortened and the repair complexity can be reduced.Then,the rapid repair and the efficient service will be achieved.

knowledge management;vehicle maintenance;inference;repair diagnostic system

G642

A

1007-4414(2015)05-0056-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.018

2015-07-06

方晓汾(1985-),男,浙江衢州人,硕士,研究方向:企业信息化、数字化设计等。