专家系统的结构

故障诊断专家系统 2009-02-06 16:33:53
    专家系统的基本结构主要包括四个组成都分,如图9-1所示。

图9-1   专家系统的基本结构


    1) 知识库(Knowledge Base,简称KB)
    2) 推理机(hiference Engine)
    3) 工作存储器(Working Memory)
    4) 人机接口(Man-Machine Interface)。
    其中,知识库和推理扒称为专家系统的核心。建立知识库的关键问题是采用什么知识表示方法能准确地表达领域知识;推理机的主要问题是确定不精确推理方法;人机接口是一个用户窗口,一应能处理各种咨询问题。工作存储器是一个“黑板”,用于记录推理过程中的中间假设和结论。
    上面给出的只是一个专家系统的基本结构,一个实用的设备故障诊断专家系统,除了包括上述四个组成部分外,一般还应包括设备数据库征兆事实库、信号分析程序、征兆获取程序、知识获取程序和故障处理程序等,如图9-2所示。

图9-2   设备故障诊断专家系统结构


    下面分别介绍一下设备故障诊断专家系统中各个组成部分的功能。
    1.设备参数库
    用于存放与诊断设备有关的结构和功能参数及设备过去运行情况的背景信息。
    2.征兆事实库
    用于存放系统推理过程中需要和产生的所有征兆事实,征兆事实是故障诊断的主要依据。
    3.诊断知识库
    用于存放领域专家的各种与设备故障诊断有关的知识,包括设备征兆、控制知识、经
验知识、对策知识和翻译词典等。这些知识是由知识工程师和领域专家合作获取到的,并通过知识获取模块按一定的知识表示形式存入到诊断知识库中。诊断知识库是设备故障诊断专家系统的核心。
    4.征兆获取模块
    采用时域和频域的分析方法,对设备数据库中的数据进行分析并绘制各种特征图形,获取征兆事实,、征兆事实一般有两种获取方式:即自动获取和对话获取。自动获敢方式不需要用户参与,主要用于可通过特征数值计算获取的征兆事实。例如,如果己经知道某个通道振动信号的幅值,则可通过具体的隶属度函数由计算机自动计算模糊征兆“振动幅值大”隶属度。对话获取方式则需要有用户的参与,主要用于获取计算机无法自动获取的,而现场操作人员可以通过观察和分析掌握的征兆事实。例如,对于旋转机械,“轴心轨迹为香蕉形”这一征兆常常需要采用对话的方式来获取。
    5.推理机
    推理机是一组程序,用于控制整个系统的运行。它负责利用诊断知识库中的知识,并根据征兆事实按着一定的问题求解策略,进行推理诊断,最后给出诊断结果。诊断推理模块是设备故障诊断专家系统的关键部分。它一般可提供两种推理诊断方式:即自动诊断和对话诊断。自动诊断方式不需要人工干预,由系统自动地完成诊断任务,它仅仅利用了能够自动获取的征兆事实;对话诊断方式除利用自动获取的征兆事实外,还需要向用户提出一些问题,以便获取更多的征兆事实,进行更详细更精确的诊断。
    6.解释程序
    解释程序负责回答用户提出的各种问题,它是实现专家系统透明性的关键部分。
    7.故障对策程序
    故障对策程序能针对推理机给出的诊断结果向用户提供故障对策。
    8.知识获取
    知识获取程序负责对知识库进行管理和维护,包括知识的输入、修改、删除和查询等管理功能及知识的一致性、冗余性和完整性检查等维护功能。这些功能为领域专家提供了很大方便,使得他们不必知道知识库中知识的表示形式即可建立知识库并对其进行修改和扩充,大大提高了系统的可扩充性。
    9.人机接口模块
    用于用户、领域专家或知识工程师与诊断系统的交互作用。它负责把用户输入的信息转换成系统能够处理的内部表示形式。系统输出的内部信息也由人机接口负责转换成用户易于理解的外部表示形式(如自然语言、图形、表格等)显示给用户。
    专家系统的知识库与推理机是完全分离的,即解决问题所需的知识和使用知识进行推理的程序相分离,这是专家系统区别于传统程序的一个基本特点。它使得知识库和推理机的修改可以相互独立地进行,互不影响。
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[责任编辑:花间一壶酒]