故障诊断专家系统的应用研究

闫慧敏

摘   要：故障诊断专家系统可实现对领域专家推理过程开展故障诊断及定位的有效模拟，并提出故障解决方案，使设备故障诊断表现出智能化、自动化特征。故障诊断专家系统在高速动车组、内燃机车、电力设备等方面实现广泛的应用。文章通过阐述故障诊断专家系统的内涵特征，对故障诊断专家系统的实践应用展开探讨研究，以期为故障诊断专家系统的科学合理应用提出必要参考依据。

关键词：故障诊断;专家系统;应用;发展

随着信息技术的不断发展，故障诊断专家系统在航空航天、交通运输、机械电子等诸多领域得到推广，并创造了良好的经济效益。近年来常用的故障诊断专家系统涵盖了人工神经网络故障诊断专家系统、实例累积故障诊断专家系统及基于规则的故障诊断专家系统等[1]。如何将专家系统科学合理地应用于各类故障诊断维修工作中，对减少维修成本、提升维修效率有着十分重要的现实意义。

1    专家系统相关介绍

1.1  专家系统

专家系统作为综合性智能计算机应用程序，是处于不同领域的专业技能知识数据库与历史信息数据库，能够模拟人类专家所设计的人工智能领域产品。专家系统知识库可以容纳不同领域丰富的知识理论与实践经验，并且通过代码的形式存储在计算机中。计算机可以利用其中数据来应对不同领域中技术问题，以解决生产生活问题，同时，还能够显著改善解决方案的稳定性。当前，专家系统已在诸多行业领域得到推广，诸如航空航天、交通运输、电子设备、医疗卫生等。对于专家系统的特征优势而言，主要表现为：首先，专家系统可视为大量领域专家的合成体，所以专家系统的诊断是属于专家级别的诊断，并且其诊断水平远超单个人类专家，对故障的甄别能力是独立人类专家难以媲美的。另外，故障诊断专家的理论知识与诊断经验十分丰富，并且可以不断累积补充，从而展现自身优势[2]。其次，专家系统基于计算机存储传承知识可以长久保存宝贵理论知识与实践经验。计算机运行可不受时空限制，有效避免像人类专家一样受到外界环境的干扰，避免人类专家出现突发情况，弥补人类专家工作的缺陷，从而解决由于信息丢失导致的风险。

1.2  故障诊断专家系统

诊断型专家系统近年来在国内外诸多行业领域得到推广，诸如航空航天、交通运输、电子设备、医疗卫生等。对于诊断型专家系统的建设而言，需要深入分析系统的结构原理、各模块的功能及故障原因相互间的相关关系。利用综合分析探索来挖掘故障情况以及相关影响因素，探索内在逻辑联系，属于专家系统与诊断推理学相互有机融合所建立起的一个学科分支，可将其称作基于知识规则的诊断推理学，该学科旨在研究诊断过程中的知识架构建立、知识处理转化、诊断系统建立等相关理论问题。结合近年来发展应用实际而言，故障诊断专家系统已然转变成一大热门的诊断系统。

2    故障诊断专家系统的实践应用

2.1  故障诊断专家系统在高速动车组中的实践应用

为实现故障高效处理及事故主动预防，确保高速动车的安全有序运行，高速动车广泛应用故障诊断技术。高速动车组故障诊断系统总体架构如图1所示，其故障诊断对象主要包括设备类、功能类及安全类3部分。首先，设备类。其诊断对象主要由子系统部件、空气开关、传感器、继电器等组成。设备类故障应当诊断至最小可更换单元，从而保证检修维护效率。其次，功能类。功能类诊断旨在保证控制功能的完整性、实效性。依据系统各项功能，功能类诊断主要可划分成低压系统、中压系统及高压系统。低压系统故障诊断主要作用于对空气开关、继电器等状态的检测诊断;中压系统故障诊断主要作用于接地检测、负载启动管理诊断及功率过载检测诊断等;高压系统故障诊断主要作用于高压系统部件检测、过压过流检测诊断等。最后，安全类。安全类诊断涵盖列车运行、检修维护对应的安全点，以期增强车辆系统的安全性;且主要作用于轴承类温度检测、安全环路状态检测、转向架失稳检测等[3]。

高速动车组依托列车控制管理系统对列车各子系统设备开展状态监测及故障诊断。列车控制管理系統可对整车诸如门、制动、牵引等一系列微机控制系统进行总线连接，实现信息交互共享。而未有总线能力的设备或者部件可经由模数转换器（Analog to Digital Converter，A/D）采集模块、输入输出端口（Input/Output，I/O）采集模块及PT100温度采集模块开展设备状态监测。依托列车通信总线（Train Communication Network，TCN）总线将监测获取的信息数据实时传输至中央控制单元，中央控制单元是故障诊断的重要部件之一，将接收的信息数据通过数据处理及逻辑计算，得出当前列车故障状态信息，并依托列车显示屏实现故障呈现，警示相关人员制定并采取相关故障解决措施。

2.2  故障诊断专家系统在内燃机车中的实践应用

内燃机车的应用发展是现代铁路及相关行业的一大趋势，铁路部门在使用度方面的占比可达到约50%，凭借其便捷、舒适等优势，使我国使用内燃机车的运转率实现了长足发展。然而在一些特殊情况下，内燃机车在使用时会引发相关故障，为了确保信息及处理信息的有效性，有研究人员结合相关知识理论解决故障的知识和系统，通过对内燃机车故障的全面分析，从对应结构、功能中了解其中的问题，为内燃机车的有序运行提出解决方法。

首先，内燃机车系统总体结构较为复杂，在故障诊断中通常实施细节诊断，即从故障数据库中采集信息，将推理机车有效应用于实际数据中，依托整合数据库的知识进行处理，并将各个环节有效与接机口进行连接，实现板块设计和相关功能，对其予以补充，在板块思路上通常会对内燃机车系统总体结构开展思路规划，再调节板块的适用性。在总体结构调节满意后，可确立板块的最佳优势，在该种情况下通常可结合内燃机在先进技术使用优势方面，对程序进行有效划分，这是尤为重要的细节部分。其次，在利用模块化中要对程序修改方案及程序编制进行有效采集，进一步实现对内燃机车信息数据、知识库的有效整理。最后，结合内燃机车专家设计风格开展评定，各板块均设置自身独特的结构，为了进一步确立优势，应当从引导控制程序中找出有利条件，开展板块分析[4]。

2.3  故障診断专家系统在电力设备中的实践应用

专家系统迅猛发展，全球众多国家均对其展开了全面、广泛研究，进而研制出一系列高性能的系统，这些系统可解决不同行业领域的诸多复杂问题。但传统专家系统同样存在诸多不足：（1）知识获取存在瓶颈，因为专家系统通常针对某一专业领域，要求该专业领域的工程师与软件工程师协同对知识信息进行总结梳理，转化成计算机语言存在不小难度。（2）规则要求人工提取。专业内的规则要求人工提炼，且倘若所需处理的问题复杂，则不仅规则提取难度会加大，规则库规模也会显著扩大，并且还会对实际诊断的判断工作及计算效率带来极大挑战。（3）专家系统从经验中进行自我学习的能力有限，对知识库的调整改进要求工程师、程序员协助开展，所以会加大设计及维护的工作量。针对传统专家系统存在的问题，由研究人员以检测算法为前提，设计推出电力设备故障诊断专家系统。

和传统专家系统相比，本系统有效借助检测算法，推进检测知识库、推理机与检测算法的有机融合，以此降低了系统的设备及维护难度，提高了系统的适应能力。本系统主要包括电力设备检测、电力设备诊断两大功能。和传统专家系统相比，本系统主要由检测子系统、诊断子系统组成，各部分涉及不同内容，并实现不同功能。其中，检测子系统的功能主要为检测待识别对象并开展定位，具体功能包括检测数据库、绝缘子检测系统以及高压套管检测系统。绝缘子检测系统和高压套管检测系统则涵盖可独立完成检测的相关算法、模型。诊断子系统的功能主要为评定设备发热部位及程度，为诊断提供依据。诊断子系统主要由诊断数据库、知识库、推理机以及解释器等组成。子系统运行以检测子系统结果为重要基础，以该结果为输入数据，结合红外图像、知识库对电力设备开展诊断。诊断数据库主要由电力设备红外图像、配准图像等组成;知识库涉及设备相关故障信息;推理机作用于对知识、规则开展推理;解释器作用于提供检测结果并制定检修建议[5]。

3    结语

随着信息技术的不断发展成熟，专家系统的性能将进一步提高，故障诊断效率及准确性也会不断提升，系统将会更为智能。因此，相关人员务必须要加大研究力度，提高对专家系统内涵特征的有效认识，不断推进故障诊断专家系统的科学合理应用，进一步促进我国社会经济的健康稳定发展。

[参考文献]

[1]于彬.浅析高速动车组故障诊断系统[J].中国战略新兴产业，2018（12）：172.

[2]年昭华，韩威.基于移动设备的远程故障诊断专家系统的研究[J].数码世界，2018（4）：207.

[3]吕龙.高速动车组故障诊断专家系统总体设计[J].城市轨道交通研究，2018（2）：99-101.

[4]汤志华.汽车发动机故障诊断专家系统的研究[J].时代农机，2017（8）：95.

[5]陈晨，陈景亮，张金石.面向操作的计算机故障诊断专家系统研究[J].电脑知识与技术，2017（24）：251-252.

Research on application of fault diagnosis expert system

Yan Huimin

（Gansu Iron and Steel Vocational Technical College， Jiayuguan 735100， China）

Abstract：The fault diagnosis expert system can realize the effective simulation of fault diagnosis and location of domain expert reasoning process， and propose fault solutions to make equipment fault diagnosis show intelligent and automatic features. The fault diagnosis expert system realizes wide applications in high-speed EMUs， diesel locomotives， and power equipment. This paper expounds the connotation characteristics of the fault diagnosis expert system， and discusses the practical application of the fault diagnosis expert system， in order to provide the necessary reference for the scientific and rational application of the fault diagnosis expert system.

Key words：fault diagnosis; expert system; application; development