【正文】 .7致 謝 ...................................................................7南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 1 前 言 專 家 系 統(tǒng) 能 夠 匯 集 和 管 理 來 自 不 同 渠 道 、 學(xué) 科 和 眾 多 專 家 的 經(jīng) 驗 ， 適 和 用來 解 決 大 量 知 識 和 經(jīng) 驗 才 能 解 決 的 問 題 。 目 前 ， 專 家 系 統(tǒng) 在 各 行 各 業(yè) 運(yùn) 用 的 非常 良 好 ， 本 文 研 究 機(jī) 床 故 障 方 面 的 專 家 系 統(tǒng) 。通 過 研 究 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 方 法 ， 采 用 myeclispse 開 發(fā) 工 具 ， 使 用Navicat for MySQL 來 連 接 管 理 數(shù) 據(jù) 庫 ， 設(shè) 計 開 發(fā) 出 基 于 WEB 的 故 障 診 斷 專家 系 統(tǒng) 。 通 過 不 同 的 用 戶 ， 設(shè) 置 了 不 同 的 登 錄 界 面 ， 普 通 用 戶 可 以 實 現(xiàn) 故 障 的查 詢 ， 翻 閱 機(jī) 床 故 障 歷 史 紀(jì) 錄 ， 管 理 員 用 戶 可 以 實 現(xiàn) 知 識 庫 、 歷 史 庫 等 信 息 的增 加 、 刪 除 、 查 詢 。本 系 統(tǒng) 側(cè) 重 的 功 能 是 故 障 查 詢 模 塊 ， 所 以 不 涉 及 員 工 信 息 管 理 等 模 塊 ， 該系 統(tǒng) 能 提 供 故 障 查 詢 ， 機(jī) 床 歷 史 故 障 信 息 查 詢 等 功 能 。 并 能 對 知 識 庫 部 分 進(jìn) 行有 效 的 管 理 ， 保 證 軟 件 的 能 夠 與 時 俱 進(jìn) 。由 于 本 課 題 研 究 的 是 機(jī) 床 廠 故 障 診 斷 ， 所 以 有 必 要 介 紹 一 下 故 障 診 斷 這 門技 術(shù) 的 發(fā) 展 歷 史 和 現(xiàn) 狀 ， 而 課 題 研 究 的 內(nèi) 容 是 機(jī) 床 廠 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) ， 所以 在 開 篇 部 分 分 別 從 故 障 診 斷 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 專 家 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 兩 個 方 面 來 分 析 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 2 第 一 章 緒 論 故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展及分類 故障診斷技術(shù)發(fā)展的過程故 障 診 斷 技 術(shù) 是 現(xiàn) 代 生 產(chǎn) 發(fā) 展 的 產(chǎn) 物 ， 早 在 20 世 紀(jì) 60 年 代 末 ， 美 國 國 家宇 航 局 （ NASA） 就 創(chuàng) 立 了 美 國 機(jī) 械 故 障 預(yù) 防 小 組 MFPG（ Machinery Fault Prevention Group） 。 其 后 ， 由 于 診 斷 技 術(shù) 應(yīng) 用 所 產(chǎn) 生 的 巨 大 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 ， 從 而得 到 快 速 的 發(fā) 展 。 如 美 國 Bechtel 電 力 公 司 開 發(fā) 了 火 電 廠 機(jī) 械 設(shè) 備 診 斷 用 專 家系 統(tǒng) （ SCOPE， 1987） ； 美 國 Radial 公 司 也 在 此 時 開 發(fā) 了 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 振 動 診斷 用 的 專 家 系 統(tǒng) （ Turbomac 1987） ； 美 國 西 屋 電 氣 公 司 (WHEC)首 先 將 網(wǎng) 絡(luò) 技術(shù) 應(yīng) 用 于 汽 輪 故 障 診 斷 ， 建 立 故 障 診 斷 中 心 ， 將 分 布 在 各 地 電 站 的 多 臺 機(jī) 組 實行 遠(yuǎn) 程 診 斷 ； 美 國 Bently 公 司 對 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 故 障 診 斷 及 傳 感 器 的 研 究 都 進(jìn) 行 了 比較 深 入 的 研 究 。當(dāng) 故 障 診 斷 技 術(shù) 在 美 國 迅 速 發(fā) 展 的 同 時 ， 在 西 歐 國 家 也 得 到 了 相 應(yīng) 的 發(fā) 展 。英 國 在 1971 年 成 立 了 機(jī) 械 保 健 中 心 （ Mechanical Health Monitoring） ,促進(jìn) 了 各 類 機(jī) 械 工 廠 機(jī) 械 設(shè) 備 性 能 檢 測 和 維 修 水 平 的 提 高 ； 法 國 電 力 部 門 從1978 年 起 就 在 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 上 安 裝 了 振 動 監(jiān) 測 裝 置 ， 20 世 紀(jì) 90 年 代 又 提 出了 監(jiān) 測 與 振 動 支 援 站 的 設(shè) 想 ； 還 有 瑞 士 的 ABB 公 司 、 德 國 的 西 門 子 公 司 、 丹 麥的 Bamp。K 公 司 等 都 開 發(fā) 了 有 關(guān) 診 斷 系 統(tǒng) 及 信 號 監(jiān) 測 裝 置 。在 亞 洲 ， 日 本 針 對 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 壽 命 監(jiān) 測 和 故 障 診 斷 進(jìn) 行 了 很 多 研 究 ，1987 年 東 芝 電 氣 公 司 開 發(fā) 了 大 功 率 汽 輪 機(jī) 軸 系 診 斷 系 統(tǒng) ， 20 世 紀(jì) 90 年 代 又開 發(fā) 了 機(jī) 器 壽 命 診 斷 的 專 家 系 統(tǒng) ； 日 立 公 司 于 1982 年 開 發(fā) 了 汽 輪 組 壽 命 診 斷裝 置 ， 并 逐 步 形 成 了 一 套 完 整 的 機(jī) 器 壽 命 診 斷 方 法 ； 三 菱 公 司 在 20 世 紀(jì) 80年 代 也 研 制 了 能 自 動 進(jìn) 行 異 常 征 兆 監(jiān) 測 并 能 診 斷 其 原 因 的 診 斷 系 統(tǒng) [1]。由 上 述 分 析 可 知 ， 各 國 家 有 關(guān) 故 障 診 斷 技 術(shù) 的 研 究 和 診 斷 系 統(tǒng) 的 研 制 大 多 是從 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 開 始 ， 其 原 因 ： 1） 電 力 系 統(tǒng) 對 國 民 經(jīng) 濟(jì) 建 設(shè) 和 人 民 生 活 均 十 分重 要 ， 影 響 面 廣 ； 2） 在 連 續(xù) 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 中 ， 發(fā) 電 機(jī) 、 空 氣 壓 縮 機(jī) 都 是 動 力 源 ， 如南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3 果 一 臺 機(jī) 組 產(chǎn) 生 故 障 ， 不 僅 影 響 其 本 身 效 率 的 發(fā) 揮 ， 還 會 影 響 整 個 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 的正 常 運(yùn) 行 ； 3） 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 的 生 產(chǎn) 過 程 是 連 續(xù) 的 旋 轉(zhuǎn) 過 程 ， 振 動 信 號 拾 取 和 信號 處 理 的 處 理 的 方 法 相 對 其 他 方 法 而 言 比 較 成 熟 ， 在 生 產(chǎn) 條 件 下 容 易 實 現(xiàn) 。 故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀近 十 年 來 ， 國 內(nèi) 外 故 障 診 斷 方 法 與 技 術(shù) 的 發(fā) 展 主 要 集 中 在 三 個 方 面 ， 一 是 故障 診 斷 策 略 與 模 式 的 研 究 ， 如 分 布 式 監(jiān) 測 診 斷 模 式 、 基 于 inter 的 遠(yuǎn) 程 分布 式 監(jiān) 測 診 斷 模 式 等 ； 二 是 智 能 診 斷 方 法 與 技 術(shù) 的 研 究 ， 如 基 于 行 為 的 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 診 斷 方 法 、 基 于 多 智 能 體 （ 即 多 代 理 ） 的 診 斷 方 法 等 ； 三 是 故 障 特 征 分 析 與特 征 量 提 取 的 研 究 ， 如 小 波 分 析 和 時 頻 分 析 方 法 的 應(yīng) 用 [2]。 故障診斷方法按診斷方法的原理可以分為1).頻 域 診 斷 法 應(yīng) 用 頻 譜 分 析 技 術(shù) ， 根 據(jù) 頻 譜 特 征 變 化 ， 判 別 機(jī) 器 的 運(yùn) 行 狀 態(tài) 及故 障 形 成 的 原 因 。2).時 域 分 析 法 應(yīng) 用 時 間 序 列 模 型 及 有 關(guān) 的 特 性 函 數(shù) ， 判 別 機(jī) 器 工 況 狀 態(tài) 的 變 化 。3).統(tǒng) 計 分 析 法 應(yīng) 用 概 率 統(tǒng) 計 模 型 及 其 有 關(guān) 的 特 性 函 數(shù) ， 實 現(xiàn) 機(jī) 器 的 工 況 狀 態(tài)監(jiān) 視 與 故 障 診 斷 。4).非 平 穩(wěn) 信 號 分 析 法 機(jī) 械 設(shè) 備 的 測 試 信 號 常 常 是 非 平 穩(wěn) 的 ， 可 應(yīng) 用 Wigner分 部 、 小 變 換 和 時 —頻 分 析 等 方 法 進(jìn) 行 研 究 并 提 取 特 征 量 ， 判 別 故 障 性 質(zhì) 。5).信 息 理 論 分 析 法 應(yīng) 用 基 于 信 息 理 論 建 立 的 某 些 特 性 函 數(shù) ， 如 Kullback信 息 數(shù) 、 J 散 度 等 機(jī) 器 運(yùn) 行 過 程 中 的 變 化 ， 進(jìn) 行 機(jī) 器 的 工 況 狀 態(tài) 分 析 與 故 障 診 斷 。6).人 工 智 能 方 法 如 模 式 識 別 、 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 、 專 家 系 統(tǒng) 等 。 由 于 人 工 智 能 技術(shù) 的 發(fā) 展 而 提 出 來 的 診 斷 方 法 。 隨 著 計 算 機(jī) 和 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 分 布 式 人 工 智能 方 法 的 提 出 ， 近 年 來 又 提 出 多 代 理 協(xié) 作 診 斷 方 法 等 [2]。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 4 專家系統(tǒng)的發(fā)展專 家 系 統(tǒng) 是 一 個 智 能 計 算 機(jī) 程 序 系 統(tǒng) ， 其 內(nèi) 部 含 有 大 量 的 某 個 領(lǐng) 域 專 家 水 平的 知 識 與 經(jīng) 驗 ， 能 夠 利 用 人 類 專 家 的 知 識 和 解 決 問 題 的 方 法 來 處 理 該 領(lǐng) 域 問 題 。也 就 是 說 ， 專 家 系 統(tǒng) 是 一 個 具 有 大 量 的 專 門 知 識 與 經(jīng) 驗 的 程 序 系 統(tǒng) ， 它 應(yīng) 用 人工 智 能 技 術(shù) 和 計 算 機(jī) 技 術(shù) ， 根 據(jù) 某 領(lǐng) 域 一 個 或 多 個 專 家 提 供 的 知 識 和 經(jīng) 驗 ， 進(jìn)行 推 理 和 判 斷 ， 模 擬 人 類 專 家 的 決 策 過 程 ， 以 便 解 決 那 些 需 要 人 類 專 家 處 理 的復(fù) 雜 問 題 ， 專 家 系 統(tǒng) 是 一 種 模 擬 人 類 專 家 解 決 領(lǐng) 域 問 題 的 計 算 機(jī) 程 序 系 統(tǒng) [2]。1965 年 ， 根 鮑 姆 等 人 在 總 結(jié) 通 用 問 題 求 解 系 統(tǒng) 的 成 功 與 失 敗 經(jīng) 驗的 基 礎(chǔ) 上 ， 結(jié) 合 化 學(xué) 領(lǐng) 域 的 專 門 知 識 ， 研 制 了 世 界 上 第 一 個 專 家 系dendral， 可 以 推 斷 化 學(xué) 分 子 結(jié) 構(gòu) 。 20 多 年 來 ， 知 識 工 程 的 研 究 ， 專 家 系 統(tǒng) 的理 論 和 技 術(shù) 不 斷 發(fā) 展 ， 應(yīng) 用 滲 透 到 幾 乎 各 個 領(lǐng) 域 ， 包 括 化 學(xué) 、 數(shù) 學(xué) 、 物 理 、生 物 、 醫(yī) 學(xué) 、 農(nóng) 業(yè) 、 氣 象 、 地 質(zhì) 勘 探 、 軍 事 、 工 程 技 術(shù) 、 法 律 、 商 業(yè) 、 空 間技 術(shù) 、 自 動 控 制 、 計 算 機(jī) 設(shè) 計 和 制 造 等 眾 多 領(lǐng) 域 ， 開 發(fā) 了 幾 千 個 的 專 家 系 統(tǒng) ，其 中 不 少 在 功 能 上 已 達(dá) 到 ， 甚 至 超 過 同 領(lǐng) 域 中 人 類 專 家 的 水 平 ， 并 在 實 際 應(yīng) 用中 產(chǎn) 生 了 巨 大 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 [3]。專 家 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 已 經(jīng) 歷 了 3 個 階 段 ， 正 向 第 四 代 過 渡 和 發(fā) 展 。 第 一 代 專 家系 統(tǒng) （ dendral、 macsyma 等 ） 以 高 度 專 業(yè) 化 、 求 解 專 門 問 題 的 能 力 強(qiáng) 為 特 點(diǎn) 。但 在 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 完 整 性 、 可 移 植 性 等 方 面 存 在 缺 陷 ， 求 解 問 題 的 能 力 弱 。 第 二代 專 家 系 統(tǒng) （ mycin、 cas、 prospector、 hearsay 等 ） 屬 單 學(xué) 科 專 業(yè) 型 、應(yīng) 用 型 系 統(tǒng) ， 其 體 系 結(jié) 構(gòu) 較 完 整 ， 移 植 性 方 面 也 有 所 改 善 ， 而 且 在 系 統(tǒng) 的 人 機(jī)接 口 、 解 釋 機(jī) 制 、 知 識 獲 取 技 術(shù) 、 不 確 定 推 理 技 術(shù) 、 增 強(qiáng) 專 家 系 統(tǒng) 的 知 識 表示 和 推 理 方 法 的 啟 發(fā) 性 、 通 用 性 等 方 面 都 有 所 改 進(jìn) 。 第 三 代 專 家 系 統(tǒng) 屬 多 學(xué) 科綜 合 型 系 統(tǒng) ， 采 用 多 種 人 工 智 能 語 言 ， 綜 合 采 用 各 種 知 識 表 示 方 法 和 多 種 推理 機(jī) 制 及 控 制 策 略 ， 并 開 始 運(yùn) 用 各 種 知 識 工 程 語 言 、 骨 架 系 統(tǒng) 及 專 家 系 統(tǒng) 開發(fā) 工 具 和 環(huán) 境 來 研 制 大 型 綜 合 專 家 系 統(tǒng) 。 在 總 結(jié) 前 三 代 專 家 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 方 法 和實 現(xiàn) 技 術(shù) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 已 開 始 采 用 大 型 多 專 家 協(xié) 作 系 統(tǒng) 、 多 種 知 識 表 示 、 綜 合知 識 庫 、 自 組 織 解 題 機(jī) 制 、 多 學(xué) 科 協(xié) 同 解 題 與 并 行 推 理 、 專 家 系 統(tǒng) 工 具 與 環(huán)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 5 境 、 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 知 識 獲 取 及 學(xué) 習(xí) 機(jī) 制 等 最 新 人 工 智 能 技 術(shù) 來 實 現(xiàn) 具 有 多 知識 庫 、 多 主 體 的 第 四 代 專 家 系 統(tǒng) [3]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近 十 年 來 ， 無 論 在 理 論 上 還 是 在 系 統(tǒng) 開 發(fā) 方 面 ， 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng) 的 研 究 工作 都 有 了 較 大 的 發(fā) 展 。 最 初 人 們 研 制 出 來 的 專 家 系 統(tǒng) ， 幾 乎 都 只 能 用 于 實 驗 室 ，有 些 系 統(tǒng) 只 是 到 了 近 幾 年 才 在 性 能 上 有 所 擴(kuò) 展 ， 并 有 效 的 應(yīng) 用 到 實 際 中 。 認(rèn) 識到 這 一 點(diǎn) 后 ， 人 工 智 能 領(lǐng) 域 和 工 程 領(lǐng) 域 的 研 究 人 員 轉(zhuǎn) 而 降 低 研 究 對 象 的 復(fù) 雜 程度 ， 去 研 制 一 些 基 礎(chǔ) 問 題 和 簡 單 系 統(tǒng) 及 復(fù) 合 系 統(tǒng) 的 診 斷 專 家