一种故障诊断系统的通用平台设计
【摘要】采用规则推理、数据库技术、模糊识别理论相结合的方法，对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
整个故障诊断系统采用模块化结构设计，主要由系统管理模块、知识库管理模块、信息获取模块、诊断推理模块和诊断解释模块构成，在实际使用中取得良好效果。
【关键词】数据库；模糊识别；故障诊断
1.引言
随着科学技术的飞速发展，对水上交通安全助航设施的可靠性和安全性的要求越来越高。
水上交通安全助航设施的功能也越来越完善，自动化、数字化程度也越来越高，为保证水上交通安全助航设施系统安全、稳定、经济运行，其故障诊断和寿命预测也越来越重要。
因此，需要对水上安保系统的状态进行监控，确保每一个状态都属于其正常范围之内。
结合项目的特点及实际的项目开发经验，采用规则推理、数据库技术、模糊识别理论相结合的方法，对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现整个水上安保系统的状态监控。
2.系统的整体设计
专家系统故障诊断法是指计算机在诊断过程中不断从综合数据库中搜索被诊断对象的信息，并综合运用知识库中的经验规则进行推理判断，从而快速地找到系统可能出现的故障[1]-[2]。
专家系统故障诊断法不依赖于系统的数学模型，而是根据人们长期的实践经验和大量的故障信息知识，设计出一套智能计算机程序，以此来解决复杂系统的故障诊断问题。
因此，结合实际情况，本文采用产生式的知识表示方法、模糊的推理机制，实现了模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
整个故障诊断系统采用模块化结构设计，其构成如图1所示，主要包括五个模块部分：系统管理模块、知识库管理模块、信息获取模块、诊断推理模块、诊断解释模块。
（1）系统管理模块
系统管理包括用户管理和专家管理。
规则库是专家系统的核心数据库，只有专家能够更改该数据库中的内容[3]。
系统将用户分为专家用户和普通用户两种，专家可进行规则库的查找、修改、增添、删除、更新等操作，普通用户只能对规则库进行查询。
（2）知识库模块
知识库用来存放领域专家提供的领域相关的知识，其中包括专家领域凭经验得到的试探性知识、书本知识和常识性知识等[4]。
其包括规则库管理和维护库管理，规则库管理包括规则条件，规则结论，规则可信度等管理；维护库管理包括诊断对象、诊断终端ID、维修建议等管理。
（3）信息获取模块
在专家系统开发中，信息获取是很重要的一个模块，通过人机交互方式获取有关信息，其包括设备的配置参数、时间范围等，并将其转化为适合于计算机的形式并送入综合数据库，或从综合数据库获取相关的诊断信息；同时也负责综合数据库的修改、扩充、删除、检索、查询和更新等。
人机界面：实现系统与用户交互的模块，使用户可以通过菜单选择和屏幕提示，方便地进行诊断、咨询，直观地了解诊断的情况。
综合数据库：专家系统中用于存储各类数据的“场所”，包括设备的配置参数、
实时状态数据、用户输入的事实等。
（4）诊断推理模块
在专家系统开发中，诊断推理模块是最重要的一个模块，其主要功能是对用户提供的证据进行推理，并且最终对用户所提出的特定问题做出回答。
采用规则推理、模糊识别的方式对水上安保系统的状态进行故障诊断，负责完成终端设置参数的分析、终端灯质的分析、终端电源报警的分析等功能。
（5）诊断解释模块
在完成数据的故障诊断后，诊断解释模块会告诉用户当前故障或解决故障的建议，用户也可通过解释模块得知与推理相关或不相关的知识，如推理过程或系统配置等。
3.知识的表示
3.1 知识的获取
系统采用最简单、最直接的知识获取方法，即通过领域工程师获取知识。
领域工程师通过与领域专家接触、交流，并在专家的指导下对实例知识以及必要的书本知识进行提炼与截取，然后把专家的经验知识以一种合适的计算机内部表示方式存入知识库。
3.2 模糊关系的表示
系统以产生式规则的模糊关系来描述知识：
IF C THEN R
其中C代表一组条件或状态，R代表一组结论或状态；其含义是：如果条件C得以“满足”，即为“真”，则可以得出结论R。
在进行故障诊断的推理时，先从初始的事实出发，用模糊匹配技术寻找合适的产生式规则的模糊关系，如果匹配成功，则这条产生式规则的模糊关系被激活，并导出新的事实；以此类推，直到得出故障结果[5]。
4.数据库的接口系统
系统采用VC++6.0开发的Windows应用程序，知识库利用小型数据库Access，通过ODBC机制方便地实现对数据库的操作。
采用VC++6.0开发专家系统具有以下优点：计算能力强，运行速度快，可处理工程领域专家系统中较复杂的问题；具有丰富的软件包和窗口图形软件，可设计出友好的、图文并茂的用户界面；应用面向对象开发方式，尤其是诊断推理模块的设计，易于系统的重构和扩充。
ODBC（open data base connectivity）可以使应用程序独立于具体的数据库，提供一个为各种数据库厂家支持的较一致的应用开发界面，有利于信息交换。
5.系统的实现
水上安保系统的故障原因众多，有确定的故障现象和故障原因，也有不确定的测量数据和试验结果，针对这一客观事实，采用基于规则推理、模糊识别的方式进行故障诊断，其总体推理流程如图2所示，需确定诊断的对象，若为终端信息的分析、终端数据分析，则用模糊识别进行信息的匹配，直到数据库中的所有相关信息搜索完毕，再将诊断结果入库并提供给界面显示；若为终端超时分析、终端报警分析，则用规则推理的方法进行数据的故障诊断，从数据库表中查询相关的规则并进行推理，直到规则匹配结束，然后，将诊断结果入库并提供给界面显示，必要时可提出相关的维修意见。
例如，电源过充/欠压分析的推理流程如图3所示，从数据库相应的表中读取需要进行诊断的数据值，与配置表中设置好的阀值进行比较，若出现异常，则记录并存入数据库中。
6.结束语
本文对Windows环境下通过VC++6.0与数据库Access相结合，实现对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
参考文献
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[2]CHEN Wei，HU guang rui，Knowledge acquisition in a expert system for fault diagnosis of certain spacecraft[J].Journal of Shanghai Jiao tong university，2000，34（6）：845-847.
[3]史慧，王伟，高戈.智能故障诊断专家系统开发平台[J].计算机测量与控制2005（11）：1167.
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[5]王仲生.智能故障诊断与容错控制[M].西安：西北工业大学出版社，2005：192-193.
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[8]张华，王崇骏，叶玉坤.辅助诊断专家系统的设计和实现[J].计算机工程与应用，2004（18）：217-219.
资助项目：江西科技学院校级自然科学项目（编号：XYKT2011014）。