淺析基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和CRB的汽車故障診斷系統(tǒng)研究論文
1貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及其在故障診斷過程中的作用
1.1貝葉斯網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于概率分析、圖論的一種不確定性知識(shí)的表達(dá)和推理的模型。它用具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有向圖表達(dá)各個(gè)信息要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及影響程度,用節(jié)點(diǎn)變量表達(dá)各個(gè)信息要素,用連接節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表達(dá)各個(gè)信息要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,用條件概率表來表達(dá)各個(gè)信息要素之間的影響程度。
目前,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為不確定性知識(shí)表達(dá)和推理領(lǐng)域最有效的理論模型之一,已經(jīng)在軍事決策、智能機(jī)器人、醫(yī)學(xué)上的病理診斷等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能夠有效地進(jìn)行多源信息表達(dá)與融合,使其在故障診斷領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。典型的應(yīng)用實(shí)例如工ntel公司的微處理器故障診斷系統(tǒng)、美國通用電氣公司的輔助汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)、惠普公司的打印系統(tǒng)故障診斷決策支持系統(tǒng)等圈。
1.2汽車故障診斷系統(tǒng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型
以汽車引擎的故障診斷為例,使用微軟開發(fā)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模工具M(jìn)sBNx來構(gòu)建汽車引擎故障診斷的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。在該模型中,通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)因果關(guān)系的特點(diǎn),可以容易的發(fā)現(xiàn):l)電池的使用期限會(huì)影響電池的壽命;2)幼交流發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇皮帶及cDLealc都會(huì)影響發(fā)電機(jī)是否可以正常充電;3)電池的好壞和充電是否正常都會(huì)影響電池的'電力,而電池的電力則會(huì)影響收音機(jī)、車燈、油表的顯示及引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)等是否正常,此外,啟動(dòng)器與EOTLealc也會(huì)影響引擎的正常運(yùn)轉(zhuǎn);約火花塞、分配器、引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)、汽油、油管都會(huì)影響引擎是否可以啟動(dòng),汽油油量也會(huì)影響油表的顯示。
2基于案例的推理及其在故障診斷中的作用
2.1CBR簡(jiǎn)介
基于案例推理(cBR,case一aBsedeRasonln)是一種基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的推理方法,適用于沒有完整、精確的數(shù)學(xué)模型,而有豐富經(jīng)驗(yàn)和大量歷史記錄的領(lǐng)域,如設(shè)計(jì)、診斷等,尤其對(duì)于復(fù)雜的、非結(jié)構(gòu)化的決策問題具有顯著優(yōu)勢(shì)曰。由于汽車制造公司在售后服務(wù)過程中記錄了大量排故案例,積累了豐富的維修經(jīng)驗(yàn),因此,將cBR方法應(yīng)用于汽車故障診斷和維護(hù),可以避開規(guī)則難以提取、知識(shí)獲取困難的瓶頸;同時(shí),將歷史記錄中難以規(guī)則化的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)隱含在案例中,以案例形式表達(dá),直觀容易理解,能夠反映故障的總體概貌,有利于現(xiàn)場(chǎng)人員參考。
2.2CBR模型在汽車故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用
本系統(tǒng)將每次由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)診斷所得問題發(fā)生的原因及其可能發(fā)生的概率當(dāng)成案例,因此每個(gè)案例都會(huì)包含causel,causeZ,…,causen的可能發(fā)生概率,案例表示法和cBR設(shè)計(jì)流程如下所示:
1)案例表示:
Cause1CauseZ…Causen
Case:1F(Causel)F(CauseZ)…F(Causen)
Case歇F(Causel)F(CauseZ)…F(Causen)
casel:F(causel)F(causeZ)…F(causen)
2)案例庫構(gòu)建:案例庫中案例的獲取有兩種方法,一種是由基于案例推理系統(tǒng)自動(dòng)新增,另一種由專業(yè)領(lǐng)域的專家提供,本系統(tǒng)中采用后者構(gòu)建案例庫。
3)相似案例檢索:通過與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合,以字串比對(duì)的方式從案例庫中搜索與目前案例相似的案例,使用數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)查詢語言搜索案例庫中所有具有相似問題原因的案例。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的用戶分為客戶、維修人員和管理員3種類型,并賦予不同的權(quán)限。系統(tǒng)利用用戶登錄認(rèn)證來識(shí)別其類型,并區(qū)分其可訪問的數(shù)據(jù)范圍和使用的功能層次。從功能體系上,系統(tǒng)包括用戶信息管理、汽車故障診斷、在線報(bào)修和維修進(jìn)度查詢等幾大部分。
l)汽車故障診斷模塊。該模塊是系統(tǒng)核心,其設(shè)計(jì)過程分為故障原因診斷和故障排除兩個(gè)階段。其中故障原因診斷分為五個(gè)步驟執(zhí)行,每個(gè)步驟根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中存在的因果關(guān)系依序詢問用戶汽車發(fā)生故障的情況,回答完問題后,進(jìn)人故障排除階段,用戶可以通過選擇故障發(fā)生的原因來查詢汽車維修的辦法。其它功能還包括:預(yù)估維修費(fèi)用、儲(chǔ)存診斷結(jié)果和打印診斷圖等。
2)在線報(bào)修模塊。該模塊的主要任務(wù)是記錄客戶所報(bào)修的內(nèi)容,并提供多種送修方式以及多種維修費(fèi)用的付款方式供用戶選擇。
3)維修負(fù)荷查詢模塊。該模塊提供維修廠的總維修能力、目前維修廠的負(fù)荷情況以及目前維修廠所剩下的可用維修能力等信息作為用戶選擇維修廠的依據(jù)。
4)維修進(jìn)度查詢模塊。用戶將有故障的汽車送維修廠維修后,應(yīng)該能夠隨時(shí)監(jiān)控目前汽車的維修進(jìn)度,因此本系統(tǒng)包括了維修進(jìn)度查詢模塊,該模塊要求維修廠的工作人員嚴(yán)格詳細(xì)的記錄每一階段汽車的維修狀況,大致分為:運(yùn)送汽車至維修廠中、汽車人庫待修中、汽車修復(fù)中、汽車修復(fù)人庫、汽車送回用戶途中及汽車送回用戶等階段。
3.2系統(tǒng)架構(gòu)及其組件
由于系統(tǒng)負(fù)載能力有限,為了提高系統(tǒng)的安全性和訪問效率,整個(gè)系統(tǒng)采用WEB展示層、邏輯事務(wù)層和數(shù)據(jù)服務(wù)層三層式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用.NET平臺(tái)部署,結(jié)構(gòu)靈活,可任意擴(kuò)展且性能更佳。系統(tǒng)在WEB展示層使用Jvaascr1tP、Fhotoshop、Flash等技術(shù)美化用戶界面;在服務(wù)器端利用ASF.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車故障診斷系統(tǒng)的全部功能,并借助于DAo.NET進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作;數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)庫sQLserVer2000。
1)WEB展示層(FresentatlonLayer):wEB展示層主要通過接受用戶的請(qǐng)求以及數(shù)據(jù),為客戶端提供應(yīng)用程序的訪問。在ASF.NET中,該層包括sApx頁面、用戶控制、服務(wù)器控制以及某些與安全相關(guān)的類和對(duì)象。
2)幼邏輯事務(wù)層(BuslnessLoglcTler):邏輯事務(wù)層是系統(tǒng)核心部分,擔(dān)當(dāng)主要的應(yīng)用處理任務(wù),包括處理接口的HT釋請(qǐng)求以及與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接和交互。通常該層被劃分成業(yè)務(wù)邏輯層子層和數(shù)據(jù)訪問層子層。在sAF.NET中,該層包括使用SQLCllent或oLEDB從sQLserver或AcceSS數(shù)據(jù)庫取數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)及刪除數(shù)據(jù),并把取得的數(shù)據(jù)放到aDtaReader或aDtaset中返回給WEB展示層。
3)數(shù)據(jù)服務(wù)層(DataservlceTler):數(shù)據(jù)層位于低層,以DAO.NET和ODBC為接口,主要處理邏輯事務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求,包括文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)服務(wù),實(shí)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上建立的數(shù)據(jù)資源高效訪問。汽車故障診斷數(shù)據(jù)庫是實(shí)施汽車故障診斷的基礎(chǔ),也是系統(tǒng)建設(shè)過程中的核心步驟,汽車故障診斷數(shù)據(jù)庫主要包括用戶信息庫、故障原因庫和故障案例庫。
4結(jié)語
本文提出了一種將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和基于案例的推理技術(shù)結(jié)合用于汽車故障診斷的方法,先利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的柔性推理機(jī)制得出診斷結(jié)果,然后利用cBR技術(shù)從故障案例庫中檢索出故障維修方法。:種方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),一方面利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能更正確的診斷故障原因,另一方面利用cBR技術(shù)能夠彌補(bǔ)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在維修方法查詢上的不足。研究表明,該方法的引人能使汽車在故障診斷的精度和速度上有明顯的提高,為汽車故障診斷系統(tǒng)的建模提供了依據(jù),具有較好的實(shí)用價(jià)值。
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