基于VC6_0的武器系统故障诊断专家系统实现

第26卷第3期弹箭与制导学报基于VC6.0的武器系统故障诊断专家系统实现*刘白林1,刘 震2(1西安工业大学,西安710032;2中国兵器工业第203研究所,西安710065) [摘要]介绍使用M FC(M icrosoft fo undat ion Class)和AD O(ActiveX Data O bject)数据库访问技术,开发可视化武器系统故障诊断专家系统的方法。

探讨了使用面向对象、数据库技术和图形图像技术实现故障诊断可视化的技术途径。

着重介绍了面向对象知识表示、推理过程可视化的对象式框架知识模型实现。

实践表明这种方法是有效的,具有良好的实用价值。

[关键词]M F C;可视化;故障诊断专家系统;知识模型[中图分类号]TP182 [文献标识码]ARealization of Visual Fault Diagnostic Expert System forWeapon System Based on VC6.0LIU Ba-i lin1,L IU Zhen2(1Xi an T echnolog ical U niv ersity,Xi an710032,China;2N o.203R esear ch Institute of China Or dinance Indust ry,Xi an710065,China)Abstract:T he method applying M F C and ADO in developing v isual fault diagnostic ex pert sy st em is intr oduced.T ech-niques combining o bject-or ientat ion,database,imag es and g r aphics applied to implement vfdes are discussed.Know-l edge r epr esentatio n,visual inference implement methods ar e mainly discussed.A pplicatio n of the method testified its high perfo rmance and show s it is helpful fo r fault diag nosing.Key words:M F C;visualization;fault diag nostic ex per t system;know ledg e model1 引 言随着科学技术的发展,武器系统构成越来越复杂,涉及的技术越来越多,功能越来越强。

主要呈现以下几个特征:(1)综合多学科技术;(2)具有分层多级结构;(3)操作流程复杂,难以掌握;(4)系统的部件种类和数量繁多,人工管理困难。

第一个特征涉及到知识获取的方法和范围,第二个特征涉及到故障诊断专家系统中知识的表示和诊断推理策略问题,第三个特征涉及到武器系统的操作培训、学习、掌握问题,第四个特征涉及到设备的备件管理问题。

传统的故障诊断专家系统的核心实现一般只解决了前面两个特征的问题,包括知识库与推理机部分。

针对武器装备的实际情况和特点,使用VC++ 6.0,实现了一个可视化故障诊断专家系统,该系统已经投入实际使用。

文中主要介绍该系统中原理诊断的可视化知识表示和推理过程的具体实现。

2 可视化的原理诊断系统的设计思想是将人类的思维能力、系统的组成结构和数学模型有机地结合,更好地表征系统各个状态,在和专家交流获取专家知识的基础上,采用对象式框架知识模型[1]表示、优化、学习、调整,创建原理知识库,使系统具有较好的适应性。

原理知识库是知识的存储机构,用于存储故障诊断的专家知识,知识库的质量代表了专家的水平,直接影响专家系统的性能。

对象式框架知识模型主要采用故障分离树和分层结构原理实现,便于知识的获取和故障的诊断推理。

283*收稿日期:2006-01-24作者简介:刘白林(1971 ),男,江苏溧水人,副教授,博士研究生,研究方向:面向对象技术、人工智能、图像处理、可视化。

弹箭与制导学报2006年2.1 层次诊断模型依照设备的结构分层原理,将复杂系统分为若干层次,按层次逐一确定故障的部位和原因,直到要求的深度(在本系统二级维修的要求下,电子设备到插件板,机械设备到战场二级维修可更换的部件或单体)。

在每一层次上,故障诊断可分为故障检测、假设故障源、假设验证、故障分离几个步骤。

检测可确认故障和故障类型;然后提出下级故障位置和故障类型的假设;最后验证其中哪些为真假设,哪些为假假设,依次进行,父子结点相连,搜索故障源层层深入,直到叶子结点(故障源)。

在每一层次的诊断中,可用征兆分析法,功能分析法,综合信号分析法等方法来分析上下级间故障的因果关系。

用故障征兆作为条件来驱动由上层往下层的深入分析。

层次诊断模型将一个复杂武器系统的诊断分解为一个个分层、分系统,变成若干个较简单的问题分别进行诊断,这种分析方法对复杂系统的故障诊断有明显的效果。

图1 设备的层次化模型2.2 对象式框架知识模型图2 对象式框架知识的分层表示在原理诊断过程中[1],将故障层次分离树中的每一结点知识都用对象式框架来表示知识。

对象式框架用如下的对象表示,形成对象式框架知识模型。

一个对象式框架有唯一的编号,由状态知识项、测试知识项、规则知识项、维修知识项、图表知识项构成,每个子对象的结点编号是与对象式框架编号相同的。

图2是对象式框架知识的分层表示。

2.3 可视化推理机诊断推理采用深度优先搜索,由系统故障的根结点开始,在图形图像的位置提示及标准值的确认下,通过观察或检测获得故障征兆,进行规图3 可视化推理则匹配,逐步分离。

在有多故障的情况下,回溯到功能相对独立的结点,继续分离,直到诊断出所有可能的故障。

如图3所示,可视化推理部分表示当前故障诊断分离到121结点,诊断路径为1->12->121,诊断过程很直观。

3 系统软件设计与实现关系数据库具有很强的数据操作功能,查询、添加、删除、修改非常方便。

VC++6.0是面向对象的可视化开发工具,具有强大的图形图像处理能力,而且提供了强大的数据库访问功能[2]。

系统原理知识库采用Access 2000数据库建立,与对象式框架知识模型一致,对应知识项设计了事实表、测试表、维修表、图形图像表,用VC++6.0开发实现了故障诊断专家系统软件。

3.1 知识表示和推理对象式框架模型是故障诊断专家系统的关键部分,知识表示和可视化推理主要是通过使用封装的对象式框架模型类CFdesBaseM odel 来完成的。

对象式框架模型类CFdesBaseM odel 聚集事实类CFdesState 、测试类CFdesTest 、规则类CFdesRule 、维修类CFdesRepair 和图形图像类CFdesDiagram,这些类继承对象式框架基类CFdesItem,作为ADO 数据库访问引擎封装类CAdoA ccessM db 的友元,用其实现知识库(数据库)的访问,对于每一个具体的知识项继承类,除了相应的静态属性外,基类实现的接口必须重载。

由此实现了知识访问接口的统一性,方便了知识库的操作一致性。

另外,在推理诊断过程中,诊断路径、诊断所输入的故障征兆数据、检测位置、检测结果值等中间数据,采用链表结构存储。

设计封装了CFdesBaseNode 双向链表类,并聚集到对象式框284第26卷第3期基于V C6.0的武器系统故障诊断专家系统实现 刘白林等架模型类CFdesBaseM odel 中。

链表拥有一个结点数组存储子结点的基本信息;一个结点的子结点由子结点数组中选出一个结点作为它的子结点。

双向链表保存结点信息,子结点和子结点数组共用内存块节省内存的使用,也减少了结点信息的重复,保持结点数据信息的一致性。

这种双向链表的设计符合诊断推理时每一层只要一个结点被展开,显示诊断路径的特殊要求,如图3可视化推理部分所示。

链表设置成双向的目的是便于在推理过程中如有多故障诊断时回溯。

图4是双向链表实现的推理堆栈。

图4 推理堆栈对象式框架模型类CFdesBaseM odel 还聚集了推理机控制部分,并和基于MFC 实现的视图类CW SFdesView 交互通信,在CWSFdes -V iew 中用图形显示当前诊断的信息,获取当前用户的检测数据输入和操作命令,将其传递给CFdesBaseM odel 推理机控制部分或解释机构。

CFdesBaseM odel 负责知识读取,并存贮到推理堆栈中,推理机根据故障征兆,控制规则匹配,分离故障到下一层,并将下一层信息传递给CWS -FdesV iew 显示。

如此反复直到故障源,显示故障维修信息。

系统还实现了故障诊断信息的打印和数据库存贮功能,便于以后设备维护或维修的参考,同时也有利于故障诊断经验知识的收集和整理。

3.2 应用实例以某武器系统火控部分故障为例,说明故障诊断的过程。

在故障诊断界面视图窗口,每个故障名称用方框标明,当前检测分离结点和诊断路径由红线高亮度标出,由上往下显示的是从火控部分逐步分离到当前的绿色显示结点的诊断路径,左边窗口显示当前故障结点信息(包括结点代号,状态名称,结点类型,规则,下层结点以及附图个数等,如果是维修结点,还有维修信息显示)。

故障诊断步骤:(1)在故障诊断界面视图窗口,系统从根结点开始,已经展开分系统;(2)鼠标双击当前检测分离结点进入故障的检测分离窗口;(3)根据观察或检测结果逐步进行故障的检测分离。

a.如果能够直接判断当前的结果,直接输入测试结果,然后确定,分离到下层;否则,在检测分离窗口界面,根据测试条件,按照所提示的测试方法和步骤进行必要的测试,并收集测试结果。

用户仅需点击选项输入观测或检测结果,获得故障征兆,将数据传递给推理机控制部分,进行规则匹配推理,进一步分离故障。

在检测分离时,如有检测位置点或原理图等图像或多媒体文件,也可点击显示或播放提示。

b.比较测试值和标准值,输入测试结果,然后确定,分离到下层;(4)如果分离到维修结点,则显示维修措施,提示维修。

否则,转步骤2;(5)维修完后,进行多故障检测诊断,直到所有的故障都排除。

系统故障进行检测分离,从火控系统故障→地面控制系统故障→弹上仿真器故障→直流电源可疑→系统功能故障→仿真功能故障→控制板可疑,一直到控制板故障,对系统进行维修,一次故障诊断过程结束。

在诊断过程中,从火控系统故障开始,当前检测分离结点和诊断路径由红线高亮度标出,由上往下显示的是从火控部分逐步分离到当前的绿色显示结点的诊断路径。

诊断过程和诊断结果都一目了然,而且用户所需操作也非常的简单。