某型飞机发动机故障诊断专家系统的研制

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1、某型飞机发动机故障诊断专家系统的研制潘全文，刘琪（沈阳飞机设计研究所,沈阳110035）摘要：该故障诊断专家系统建立在某型飞机发动机系统ATE的基础上，参照IEEE1232AI－ESTATE（ArtificialIntelligenceExchangeandServiceTietoAllTestEnviroments）国际标准，采用CLIPS专家系统开发工具和VisualBasic6.0混合编程，实现了多策略诊断推理的某型航空发动机故障诊断专家系统。关键词：故障诊断；专家系统；组件对象某型；CLIPS飞机发动机是飞机的“心脏”，是全机安全保障的重点，随着高新

2、技术的应用，发动机性能不断提高的同时其原理和结构也更加复杂，因此发动机的维护与故障诊断的难度愈来愈大，这是军用武器的后勤保障面临的一个巨大挑战。随着人工智能技术发展，70年代末专家系统开始用于工程领域，国内外也取得了一些较为成功的应用，如用于感染性疾病的MYCIN系统，用于探矿的PROSPECTOR系统等。专家系统被广泛应用于那些非结构化问题的求解，对于那些难以建立准确的数学模型或由于问题的复杂性难以在时域内得到较为精确的数值解或存在无法用算法求解的某类问题，构建专家系统是一个有效的解决途径。某飞机发动机系统正是这样一个系统，目前由于尚未建立该发动机的准确的

3、数学模型，因此我们组织开发了某发动机故障诊断专家系统。1开发背景图1AI-ESTATE标准体系结构的概念模型IEEE于1990年制订AI-ESTATE（ArtificialIntelligenceExpertSystemTietoAllTestEnviroments）标准并于1996年重命名为ArtificialIntelligenceExchangeandServiceTietoAllTestEnviroments，来规范智能诊断系统的知识表述和服务，使诊断推理系统相互兼容和独立于测试过程，测试诊断知识可移植、重用和共享。AI-ESTATE标准体系结构的概

4、念模型如图1分为：诊断推理机、应用执行、测试与维修信息管理、测试控制和用户界面等独立的模块/组件。AI-ESTATE的应用实现可以是上述功能模块的各种组合。本系统参照AI-ESTATE标准，由ATE对发动机进行实时检测和全面的数据采集，完成测试控制功能。飞机发动机系统ATE采用现代流行的VXI总线技术实现，符合军方通用化、系列化、模块化的要求，基于虚拟仪器的设计思想，系统硬件方便扩充，系统功能实现灵活。专家系统可通过数据共享或网络通讯的方式获取ATE测试数据库的数据，调用诊断知识库中的知识和规则进行推理完成发动机的故障诊断，原理如图2所示。应用执行GUI数据

5、库接口组件专家系统诊断推理机组件诊断知识库测试数据库测试控制设备驱动VXI/GPIB测试仪器开关矩阵接口适配器UUT图2某型航空发动机诊断测试系统结构2专家系统的设计实现专家系统的结构通常包括知识库、数据库、推理机、解释程序和知识获取程序五部分。智能活动的过程就是获得并应用知识的过程，因此着重介绍发动机故障诊断专家系统的知识表示和推理以及系统实现的方法。2.1知识获取和诊断推理方法在航空发动机诊断专家系统中知识来源于两个方面：1）发动机的相关文献，包括技术说明书、故障模式及危害度分析、使用说明书、安装调试记录以及常见故障合排除方法等；2）领域专家的经验包括领

6、域专家在问题求解过程中所利用的结构知识、因果知识、行为知识等。诊断知识可以分为结构与功能知识和专家启发式经验知识两个主要方面，即所谓的深知识（DeepKnowledge）和浅知识（ShallowKnowledge）。前者主要包括发动机的结构层次、功能层次和相互间的输入、输出行为关系以及发动机本身的工作原理等；后者主要包括表示故障、征兆和原因等直接相联系的一些规则。在解决了知识的来源之后，知识的表示是构建专家系统的又一关键问题。所谓知识的表示就是一种人类智能行为在计算机上的表示形式。在选取知识表示模式时应考虑到知识表示的充分性，能有利于知识的利用以及具有合适的

7、数据结构等方面。目前应用较多的知识表示方法传统的有逻辑表示、语义网络表示、产生式规则表示、框架表示法等，还有面向对象的知识表示法，神经网络的知识表示法等。每一种方法都有优缺点，但对待航空发动机的诊断我们选择基于规则的推理和基于案例推理方法。1、产生式规则（ProductionRulesReason）产生式规则是专家系统中用的最多的一种知识表示，通常用于表示具有因果关系的知识。对于各事实之间的关系常用树状结构来表示。在产生式表示法中，一条规则可表示为：RULE=（<规则名>（IF<事实1>；若事实1成立且…<事实2>；事实2成立且<事实n>；事实n成立（THE

8、N<结论1>；则结论1成立且<结论2>；结论2成立且