【正文】 征兆獲取模塊征兆事實(shí)庫(kù)機(jī)組參數(shù)庫(kù)知識(shí)獲取模塊診斷知識(shí)庫(kù) 工作存儲(chǔ)器推 理 機(jī)解釋模塊 故障決策模塊人機(jī)接口模塊領(lǐng)域?qū)＜?44 / 37最后給出診斷結(jié)果和診斷解釋。其是用戶了解診斷結(jié)果并對(duì)診斷結(jié)果可靠性進(jìn)行判斷的依據(jù)。（8）人機(jī)接口模塊：用于用戶、專(zhuān)家和知識(shí)工程師與機(jī)組診斷系統(tǒng)進(jìn)行交互。 專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)可以按照多種不同的方法進(jìn)行分類(lèi)。按照專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分類(lèi)，可分為醫(yī)療專(zhuān)家系統(tǒng)、勘探專(zhuān)家系統(tǒng)、石油專(zhuān)家系統(tǒng)、數(shù)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)、物理專(zhuān)家系統(tǒng)、化學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)、氣象專(zhuān)家系統(tǒng)、生物專(zhuān)家系統(tǒng)、工業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)、法律專(zhuān)家系統(tǒng)、教育專(zhuān)家系統(tǒng)等。按照知識(shí)表示技術(shù)分類(lèi)，可分為基于邏輯的專(zhuān)家系統(tǒng)（Logicbased Expert system） 、基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)（Rulebased Expert system） 、基于語(yǔ)義網(wǎng)的專(zhuān)家系統(tǒng)、基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)(Framebased Expert system) 等。按照專(zhuān)家系統(tǒng)所解決的問(wèn)題性質(zhì)分為：a) 解釋型。這個(gè)范疇包括語(yǔ)言理解、圖像處理、信息解釋和智能分析。這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是輸入數(shù)據(jù)包含許多干擾因素。根據(jù)輸入信號(hào)找出處理對(duì)象存在的故障，并給出排除故障方案的系統(tǒng)。例如，治療細(xì)菌感染的系統(tǒng) MYCIN，計(jì)算機(jī)硬件故障診斷系統(tǒng) DART，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)DIVA。c) 預(yù)測(cè)型。這個(gè)范疇包括天氣預(yù)報(bào)、人口預(yù)演、交通預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量估計(jì)和軍事預(yù)測(cè)等。 d) 設(shè)計(jì)型。這類(lèi)問(wèn)題包括線路設(shè)計(jì)、建筑物設(shè)計(jì)、財(cái)政方案設(shè)計(jì)等。e) 規(guī)劃型。這類(lèi)問(wèn)題包括自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人、線路、通訊、實(shí)驗(yàn)和軍事計(jì)劃等。f) 監(jiān)測(cè)型。這類(lèi)問(wèn)題包括核電站、機(jī)場(chǎng)調(diào)度、病人監(jiān)護(hù)等。這類(lèi)系統(tǒng)特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，要求及時(shí)收集處理對(duì)象以各種方式發(fā)出的有意義的信號(hào)，快速鑒別信號(hào)異常原因，并及時(shí)準(zhǔn)確地確定是否需要報(bào)警。是診斷型和調(diào)試型的結(jié)合，主要用于教學(xué)和培訓(xùn)任務(wù)。h) 調(diào)試型。i) 維修型。這類(lèi)問(wèn)題包括自動(dòng)化、航天控制系統(tǒng)等。完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，它們大多是監(jiān)測(cè)型與維修型的結(jié)合體。按照專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為單專(zhuān)家系統(tǒng)和群專(zhuān)家系統(tǒng)(亦稱(chēng)協(xié)同式多專(zhuān)家系統(tǒng)) 。對(duì)于確定的專(zhuān)家系統(tǒng)，可能屬于一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)，也可能屬于兩種或兩種以上。上述專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)只是為了更好地理解專(zhuān)家系統(tǒng)。 水電機(jī)組專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展與研究水電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)所采用的方法有模糊邏輯法、故障樹(shù)分析法、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。a) 適應(yīng)性強(qiáng)。b) 持久性。c) 低成本。d) 具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。專(zhuān)家系統(tǒng)可用于噪聲大的環(huán)境。迅速或?qū)崟r(shí)的響應(yīng)對(duì)某些應(yīng)用來(lái)講是必要的．依靠所使用的軟件或硬件，專(zhuān)家系統(tǒng)可以比專(zhuān)家反應(yīng)得更迅速和更有效．某些突發(fā)的情況需要響應(yīng)得比專(zhuān)家更迅速，因此實(shí)時(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)好的選擇。專(zhuān)家系統(tǒng)可增強(qiáng)運(yùn)行人員正確決策的信心。此外，專(zhuān)家系統(tǒng)還可協(xié)調(diào)多個(gè)專(zhuān)家的不同意見(jiàn)。如果專(zhuān)家沒(méi)有犯錯(cuò)誤的話，專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)該始終與專(zhuān)家意見(jiàn)一致。復(fù)合專(zhuān)家知識(shí)可以做到在一天之內(nèi)的任何時(shí)候同時(shí)和持續(xù)地解決某一問(wèn)題。i) 具有解釋、說(shuō)明功能。明確、詳細(xì)的解釋有利于用戶做出正確的決策。在實(shí)時(shí)和突發(fā)情況下，領(lǐng)域?qū)＜铱赡苡捎趬毫蚱诙荒芨咝У亟鉀Q問(wèn)題，甚至可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策。k) 智能知識(shí)庫(kù)。l) 知識(shí)系統(tǒng)化。這樣，對(duì)領(lǐng)域知識(shí)正確性、一致性和完整性的檢查，把知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)化。在水電機(jī)組故障診斷領(lǐng)域中，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究開(kāi)展得比較晚，而且開(kāi)發(fā)出來(lái)的專(zhuān)家診斷系統(tǒng)是非自主性，需要人為的參與和干涉。（1）故障機(jī)理的研究故障機(jī)理的研究就是研究故障發(fā)生的原因、故障傳播的途徑、故障發(fā)生的特征等。知識(shí)獲取是專(zhuān)家系統(tǒng)中最重要的研究課題。它不僅涉及到信息以何種方式存放于人類(lèi)大腦，而且研究大量知識(shí)在符號(hào)計(jì)算中以如何形式進(jìn)行描述。不確定推理是指依據(jù)不確定的證據(jù)和事實(shí)，利用不確定的知識(shí)、通過(guò)不確定的推理過(guò)程，推得不確定但近似合理的結(jié)論。（5）推理控制策略控制策略指推理按什么次序來(lái)進(jìn)行，其涉及到問(wèn)題求解領(lǐng)域的規(guī)劃與控制，涉及在解的過(guò)程中如何和何時(shí)選用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)。故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)隨著其它相應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也在不斷地發(fā)展。未來(lái)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等可以實(shí)現(xiàn)資源共享，從而加速了知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等的建造和維護(hù)。診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于知識(shí)處理，包括知識(shí)的獲取、表示和運(yùn)用三個(gè)核心環(huán)節(jié)。在故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中，知識(shí)表示模式的選擇不僅對(duì)知識(shí)的有效存儲(chǔ)有關(guān)，也直接影響著系統(tǒng)的知識(shí)獲取能力和知識(shí)的運(yùn)用效率，因而，知識(shí)表示是知識(shí)工程中最基本的問(wèn)題之一，也是專(zhuān)家系統(tǒng)研究的最熱門(mén)課題。機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的性能取決于系統(tǒng)所擁有知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量。（1）數(shù)據(jù) 知識(shí)處理中的數(shù)據(jù)比數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)具有更廣泛的含義。 例如，符號(hào) 10，12，1010，A 等都可表示數(shù)據(jù)“十” ，它既抽象地表示振動(dòng)幅值10（㎜） ，也可表示軸承溫度升高 10 度。信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋。反過(guò)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)是信息的載體。這說(shuō)明同樣一個(gè)“數(shù)據(jù)”在不同的場(chǎng)合可以有不同的解釋?zhuān)蛘哒f(shuō)負(fù)載著不同的信息。148 / 37例如， “水電機(jī)組頂蓋振動(dòng)劇烈”可描述為“物體：水電機(jī)組，部位：頂蓋，狀態(tài)：振動(dòng)，程度：劇烈” 。有了知識(shí)，人類(lèi)才可以處理各種問(wèn)題。b) 的認(rèn)為：知識(shí)＝事實(shí)十信念十啟發(fā)式。知識(shí)按照層次可分為：元知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)、信息、數(shù)據(jù)。領(lǐng)域知識(shí)是指故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)在進(jìn)行故障識(shí)別時(shí)所用的知識(shí)，主要是專(zhuān)家的啟發(fā)性經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，表示診斷對(duì)象的故障和故障識(shí)別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。元知識(shí)是關(guān)于如何有效地選擇和使用領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)，它是關(guān)于知識(shí)的知識(shí)。比如：設(shè)計(jì)有混流式、軸流式、貫流式水輪機(jī)時(shí)，診斷混流式水輪機(jī)時(shí)，就要選擇混流式知識(shí)庫(kù)。一類(lèi)是關(guān)于我們知道知識(shí)的知識(shí)，這類(lèi)知識(shí)刻劃了領(lǐng)域知識(shí)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的一般特征．如知識(shí)產(chǎn)生的背景、范圍、可信程度等等；另一類(lèi)是關(guān)于如何運(yùn)用知識(shí)的知識(shí)，如在問(wèn)題求解當(dāng)中所采用的推理方法，為解決一個(gè)特殊任務(wù)而必須完成的活動(dòng)的計(jì)劃、組織和選擇方面的知識(shí)．近年來(lái)，元知識(shí)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用逐漸引起了人們的重視。149 / 37知識(shí)可分為先驗(yàn)知識(shí)和后驗(yàn)知識(shí)。這種知識(shí)不依賴(lài)于感覺(jué)器官而獲得的知識(shí)。與先驗(yàn)知識(shí)相反的是由感覺(jué)器官所獲得的知識(shí)，即后驗(yàn)知識(shí)。知識(shí)可以進(jìn)一步劃分為過(guò)程性知識(shí)(Procedural knowledge) 、說(shuō)明性知識(shí)(Declarativeknowledge)和默認(rèn)性知識(shí)(Tacit knowledge)。說(shuō)明性知識(shí)是指知道某事是對(duì)的還是錯(cuò)的，它常用說(shuō)明語(yǔ)句的形式來(lái)表達(dá)知識(shí)，例如“機(jī)架振動(dòng)過(guò)大時(shí)，可調(diào)整出力” 。知識(shí)按其含義大致可分為：事實(shí)、規(guī)則、規(guī)律、推理方法。一般這種知識(shí)中不含任何變量，可以用一個(gè)值為“真”的命題來(lái)表達(dá)。規(guī)則是可分解為前提(或條件)和結(jié)論(或動(dòng)作 )兩部分的那種能表達(dá)因果關(guān)系的知識(shí)，一般形式為：如果 A 則 B，其中 A 表示前提，B 表示結(jié)論。在上述形式的規(guī)則里，根據(jù)其適用范圍，可細(xì)分為( 前提或結(jié)論中)不帶變量的規(guī)則和帶變量的規(guī)則兩種，我們一般把帶變量的規(guī)則稱(chēng)為規(guī)律，規(guī)則中的變量一旦被實(shí)例替換為一個(gè)具體值，規(guī)律就變成一條具體的不帶變量的規(guī)則。推理方法包括：演繹推理、歸納推理、聯(lián)想和類(lèi)比、綜合與分析、預(yù)測(cè)、假設(shè)與驗(yàn)證、直覺(jué)與靈感。確定性知識(shí)可以用經(jīng)典邏輯命題(有唯一真或假的陳述語(yǔ)句 )來(lái)描述，是一類(lèi) “非真即假”的知識(shí)。從知識(shí)的應(yīng)用范圍可分為一般知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)兩類(lèi)。這種知識(shí)為領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員一致接受、認(rèn)可，并且往往已收錄在教科書(shū)或參考書(shū)中。一個(gè)專(zhuān)家正是由于他具備了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，才使得遇到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)能夠做出高水平的分折、猜測(cè)、識(shí)別出有希望的求解途徑，并有效地處理不完全、不精確甚至有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，從而解決難題。知識(shí)按使用范圍可分為：公共知識(shí)（public knowledge）和私有知識(shí)(private knowledge)。私有知識(shí)是指只有專(zhuān)家自己經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐摸索積累的大量經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。私有知識(shí)使得專(zhuān)家系統(tǒng)的智能性更高。靜態(tài)知識(shí)主要指對(duì)象性知識(shí)，是關(guān)于問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)事物的事實(shí)、關(guān)系等，它包括了事物的概念、事物的分類(lèi)、事物的描述等。知識(shí)按表示的形式可分為：陳述性知識(shí)和過(guò)程性知識(shí)。過(guò)程性知識(shí)用于描述控制策略，說(shuō)明知識(shí)的使用過(guò)程，表示形式就是含150 / 37有一系列操作的計(jì)算機(jī)程序，知識(shí)描述是動(dòng)態(tài)的。a) 真假性。b) 相對(duì)性。在一定條件下或特定時(shí)刻為真的知識(shí)，當(dāng)時(shí)間、條件或環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可能變成假。知識(shí)往往是不完全的。d) 具有模糊性和不精確性。例如“水頭低了，水輪機(jī)的出力就小了” 。在知識(shí)處理中必須應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方法等來(lái)處理模糊的或不精確的知識(shí)。知識(shí)作為人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)存在于人腦之中，雖然不是一種物質(zhì)東西，但可以用各種方法表示出來(lái)。f) 可存儲(chǔ)性、可傳遞性和可處理性。g) 相容性。 知識(shí)表示知識(shí)表示法又稱(chēng)知識(shí)表示模式。什么是知識(shí)表示呢？一般認(rèn)為知識(shí)表示是描述客觀世界的一組約定，是知識(shí)的形式化或符號(hào)化的過(guò)程。知識(shí)表示方法的好壞對(duì)知識(shí)處理的效率和應(yīng)用范圍影響很大，對(duì)知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)機(jī)制的研究也有直接的影響。選擇合適的知識(shí)表示方法要考慮以下幾個(gè)方面的因素：a) 準(zhǔn)確性和一致性。b) 獨(dú)立性。c) 易理解性。d) 可訪問(wèn)性。151 / 37e) 可擴(kuò)充性。f) 完備性和弱完備性。近年來(lái)，知識(shí)表示作為人工智能領(lǐng)域中一個(gè)專(zhuān)門(mén)被研究的課題發(fā)展很快。陳述性表示法，把知識(shí)表示成為一個(gè)靜態(tài)的事實(shí)集合。過(guò)程性表示法，將一組知識(shí)表示成如何運(yùn)用這些知識(shí)的過(guò)程，粗略地說(shuō)，一個(gè)子程序或一個(gè)函數(shù)可以是某種知識(shí)的過(guò)程性表示。其缺點(diǎn)是：陳述性表示的知識(shí)不能直接執(zhí)行，需要其它程序解釋它的含義，因此執(zhí)行速度較慢。其缺點(diǎn)是：不易表達(dá)大量的知識(shí)，且表示的知識(shí)難于修改和理解；適合于表示確定性知識(shí)；適合于處理完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。 邏輯表示邏輯模式是最早廣泛用于知識(shí)表示的模式，它能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)作精確處理，其表現(xiàn)方式和人類(lèi)自然語(yǔ)言又非常接近。目前，使用邏輯表示法建造的專(zhuān)家系統(tǒng)還不多見(jiàn)，但隨著基于一階謂詞邏輯與歸結(jié)原理的 PROLOG(Programming in logic)語(yǔ)言的推廣，使用這種表示方法的專(zhuān)家系統(tǒng)逐漸多起來(lái)。所謂謂詞是刻劃個(gè)體的性質(zhì)或幾個(gè)個(gè)體間關(guān)系的模式。進(jìn)一步，我們可以用邏輯聯(lián)結(jié)詞∧( 合取) 、∨(析取)、￣ (非)、→(蘊(yùn)含)等把一些簡(jiǎn)單命題組合成復(fù)雜命題來(lái)表示復(fù)雜的知識(shí)或事實(shí)。邏輯表示法的表達(dá)能力是很強(qiáng)的，它所表達(dá)的范圍依賴(lài)于原子謂詞(不含任何聯(lián)結(jié)詞和量詞的謂詞)的種類(lèi)和語(yǔ)義，形式上任一謂詞合式公式都是由原子謂詞經(jīng)聯(lián)結(jié)詞的連接和兩種量詞的約束而組成的。b) 若 A 是謂詞合式公式，則 也是謂詞合式公式。152 / 37d) 只有有限次復(fù)合的合式公式才是謂詞合式公式。例如“立式機(jī)組的發(fā)電機(jī)在水輪機(jī)上面” 。ON( 在上) 是謂詞，用英文大寫(xiě)字母書(shū)寫(xiě)，表示 GENERATOR 和 TURBIN 的關(guān)系。邏輯模式的主要優(yōu)點(diǎn)可歸納以下幾點(diǎn)：a) 符號(hào)簡(jiǎn)單，描述易于理解。c) 具有嚴(yán)密的形式定義。其主要缺點(diǎn)是：a) 難于表示過(guò)程式知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí)。c) 由于弱證明過(guò)程，當(dāng)事實(shí)的數(shù)目增大時(shí)易產(chǎn)生組合爆炸。b） 在邏輯表示的形式上建立控制系統(tǒng)。 框架表示法框架表示法是 1975 年由美國(guó)麻省理工學(xué)院提出的，框架一經(jīng)提出后、得到了人工智能領(lǐng)域的廣泛重視與研究?？蚣苁前涯骋惶厥馐录?qū)ο蟮乃兄R(shí)存儲(chǔ)在一起的一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常用來(lái)描述具有固定形式的對(duì)象。一個(gè)槽可以由若干個(gè)側(cè)面（Faces）組成，每個(gè)側(cè)面可以有一個(gè)或多個(gè)值（Value） 。不同的框架網(wǎng)絡(luò)又可通過(guò)信息檢索網(wǎng)絡(luò)組成更大的系統(tǒng)，代表一次完整的知識(shí)。以混流式水輪機(jī)框架為例：該圖通過(guò)對(duì)混流式水輪機(jī)框架的構(gòu)造給出了構(gòu)造一般知識(shí)框架的過(guò)程和方法。b) 給定的狀況下，通過(guò)設(shè)計(jì)能決定其本身的可利用性或提供其它框架。其主要缺點(diǎn)：a) 許多實(shí)際情況與原型不符.b) 對(duì)新的情況不易適應(yīng)。上述兩種活動(dòng)均引起推理，其推理形式有：繼承推理，在框架網(wǎng)絡(luò)中，各框架通過(guò)范疇鏈構(gòu)成繼承關(guān)系。 產(chǎn)生式規(guī)則表示產(chǎn)生式規(guī)則表示是目前專(zhuān)家系統(tǒng)中使用最廣泛的知識(shí)表示法，采用這種表示法的專(zhuān)家系統(tǒng)稱(chēng)為基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。產(chǎn)生式表示法名稱(chēng)（name）： 水輪機(jī)（turbine）型號(hào)（type）： 混流式 （Francis） 總重（weight） 單位（unit）：噸（10 3Kg）值（Value）：未知（unknown）屬性（property）： 材料（material）：未知(unknown) 直徑(diameter)： 單位(unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown) 葉片數(shù)(vane number)：未知(unknown) 最大外徑高度：?jiǎn)挝?unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown)圖 66 混流式水輪機(jī)框架154 / 37是一種比較成熟的表示方法，許多著名的專(zhuān)家系統(tǒng)采用了這種表示法，如 MYCIN 系統(tǒng)等。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是一組描述過(guò)程處理對(duì)象的符號(hào)集合。例如，水電機(jī)組診斷維修問(wèn)題中，它可以記錄某個(gè)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)的癥狀、征兆、采集數(shù)據(jù)、診斷過(guò)程、診斷結(jié)果等數(shù)據(jù)和信息。對(duì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的組織、數(shù)據(jù)表示方法等，產(chǎn)生式系統(tǒng)沒(méi)有具體規(guī)定，一般根據(jù)問(wèn)題領(lǐng)域的特點(diǎn)選擇合適的表示方法，如集合、線性表、鏈表、樹(shù)結(jié)構(gòu)、圖等都可用于表示綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。規(guī)則庫(kù)是由一組產(chǎn)生式規(guī)則組成的，在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，一個(gè)規(guī)則的條件部分通常是