基于实例推理的柴油机故障诊断与维修

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1、基于实例推理的柴油机故障诊断与维修白士红!沈阳理工大学，沈阳李海平（北京理工大学，北京）【摘要】根据柴油机维修领域的专家知识和实践经验，运用实例推理，对柴油机的故障采取故障征兆和原因相结合的综合分析方法进行推理机制的设置，进而建立能确定维修方案的推理系统，并结合诊断实例加以说明。关键词：实例推理；故障诊断；维修方案；柴油机引言柴油机作为工程机械设备的主要动力设备，一旦出现故障，需要及时排除，否则将无法正常运转，甚至影响工程进度如期完成，造成巨大的经济损失。故障成因排除是一个有效的故障排除方法，但有时候无法在很短的时间内给出可靠度较

2、高的诊断结果（如缺乏必要的精密诊断设备和有丰富经验的工程技术人员），故障征兆和故障原因存在一定的因果关系，借助诊断案例进行故障诊断是一种行之有效的方法。本思想是把待求问题与已往成功解决类似问题的实例进行类比分析，找出与待求问题最相近的实例，从而得到解决当前问题的方案，其思想较好的体现了信息的关联性，能够表达复杂的综合性知识，很适应故障诊断领域中专家知识和经验的表示。应用已往故障实例的经验知识进行推理决策，将为柴油机的故障诊断提供一条新途径，其推理过程一般分为：（1）待诊故障任务标准化，并从标准化故障任务中提取故障特征集。（2）故障

3、匹配检索。（3）实例修正，形成故障任务的解决方案。（4）新实例评价以及实例库的更新。其工作流程如图所示：FigureCBRworkflowing2柴油机实例推理系统（CBRS）Figure2Dieselenginecasebasedreasoningsystem实例库是CBRS的基本组成部分，用于存储成功诊断过的旧实例，其设计在下面一部分进行介绍。实例推理机制是CBRS的核心部分，主要包括实例索引，实例匹配，相似度分析等。通过管理员编辑界面管理员可以访问实例库，实现对实例的更新，修改，组织。系统的组成如图2所示。3实例库的设计3.

4、1实例表达通常故障实例由三个部分组成：征兆/现象、故障原因、解决措施。在众多的知识表达形式中，框架结构在实例表示中能体现故障知识的层次性。框架(frame)是槽元的集合，槽元(slot)是表征实例对象信息的基本单元，表征不同信息的槽元组织成模板而构成框架。如图3所示，实例名是实例对象的标识；Slotinput表示框架的输入，包括故障征兆、数目；Slotdescription描述故障的部位，原因；Slotdescription说明故障的排除方法或维修建议。这样就将故障故障征兆、部位、故障原因和维修建议等集成在一块[1]。3.2实例库

5、的组织设C是系统中故障全求解空间，通过对系统全部故障模式聚类，将C划分为若干子空间，每个子空间对应一故障原型。设待聚类故障样本集合为m为样本容量。每个样本的征兆向量为：其中n代表所以可能的征兆数。的值表示当故障发生时，对应征兆发生的可能性，。由此通过m个故障间的征兆向量可以构成故障间的关联矩阵。,为故障样本间的相关度；，其中，根据故障的关联矩阵，采用最大树法将故障样本连接成树，选择适当的相关度算子，求得最大树的水平截集，得到互不相连的几棵子树，每棵子数为一类，即可将故障分类。这样就可以将实例库分解成故障原型集，故障原型，其中s为典

6、型特征征兆数目。4实例匹配检索和实例库的更新4.1实例匹配算法令为待求故障特征征兆向量，为聚类后的故障实例特征征兆向量，计算当，取为1否则取为0，计算，则相似度，预设阀值，若相似度A小于阀值，则匹配失败，否则，找出相似度最大值所对应的故障实例即为所求实例。4.2实例库的更新实例库是不断丰富实例、提高系统诊断智能的过程。若待求故障匹配相似度或者匹配检索失败，当待求故障确定后，则一律将待求故障作为新实例存人实例库中。5诊断实例设聚类后柴油机某一故障原型负时排烟量过大，功率不足或功率损失3，其对应的故障搜索子空间如表1所示。表中为发动机

7、不易起动或起动不着，为发动机缺火，为怠速时排烟量过大，为功率不足或功率损失，为出气量不足，为燃油消耗量过大，为润滑油压力过低，为润滑油消耗过大，为负荷时排烟量过大；为空气系统进气不畅，为排气背压过高，为蜗轮增压压缩机过脏，为喷油嘴喷孔塞住，为喷油嘴紧固不良，为活塞环断裂或磨损，发动机到大修期限[1]在某次故障诊断中，故障征兆为：FrameInputInput-1.symptom负荷时排烟量过大Input-2.symptom功率不足或功率损失Input-3.symptom出气量不足Input-4.symptom燃油消耗量过大EndF

8、rame将以上故障现象和搜索子空间中每个故障特征征兆集相匹配，根据相似度计算公式可得表2。表中，m表示待诊断故障征兆数目，Y为匹配征兆数目，A为相似度。由以上计算可知，和相似度最大，即为检索结果。由以上可以确诊为空气系统进气不畅或蜗轮增压压缩机过脏