摘 要 为了准确快速地对飞机电源系统故障进行诊断和排除，在分析某型飞机电源系统的失效模式和故障机理的基础上，建立故障树，采用基于规则的故障树分析技术对故障模型进行分析，引入正向推理和反向推理两种推理机制，研究了基于数据库技术的知识库的构建方法，设计某型飞机电源故障诊断专家系统 结果表明，该故障诊断系统的推理结果符合实际情况，提高了飞机电源系统故障诊断的智能化水平
关键词 专家系统 电源系统 故障树 故障诊断
引 言
随着航空科学技术的发展，大量先进的机载设备装备在飞机上，使飞机的综合化自动化程度日益提高 这些机载设备完全依靠电力工作，使得飞机机载电源类型繁多，配电网络结构复杂，对飞机电源系统的可靠性安全性和维修性提出了更高的要求［，］准确快速的故障诊断和故障排除，使电气设备恢复到良好工作状态，对提高飞机出勤率和战备完好率及保障飞行安全具有重要的意义
为提高飞机电源故障诊断的可靠性智能性，本文针对某型飞机电源系统中多发性典型性故障，建立了电源系统故障树模型，并采用基于知识规则的故障树分析技术进行故障诊断
系统设计
飞机电源系统故障专家诊断系统结构如图 所示，本系统中用户知识工程师和电气领域的专家通过人机交互式界面与系统进行信息交换，知识工程师和领域专家通过人机接口进行知识库的维护，用户通过接口将故障数据输入到动态数据库中;推理模块是诊断专家系统的核心，由推理机和解释机组成，推理机采用故障树方法进行，以故障事件作为起点，采用正向推理和反向推理相结合的方法，若事件完全匹配规则，找出故障和引起故障的部件，并给出故障诊断结论和维修建议; 动态数据库是存储用户通过人机接口输入的故障数据; 知识管理模块主要用于对知识库中的规则及故障树进行添加删除和修改等各种操作;知识获取模块是专家系统和领域专家知识工程师的接口，本系统使用的知识获取方式是，首先由知识工程师从领域专家或有关技术文献那里获取知识，然后再由知识工程师将获取的知识用知识表示语言表示称为可被系统接受的形式［］图 飞机电源系统故障专家诊断系统结构
电源系统故障树的建立
系统知识库中的知识来源于故障树［，］，某型飞机电源系统常遇故障有发电机不供电发电机供电电压不稳定发电机供电电压过高飞机蓄电池不供电二次电源不供电地面电源不供电等，其中发电机不供电故障发生次数较多且危害较大，特别是发生在空中，会直接危及飞行安全 下面以发电机供电系统故障为例，建立其故障树如图 所示图 发电机供电系统故障树其中: 表示顶事件; 表示中间事件，表示 底 事 件 该系统中 表示发电机发电不输出故障，表示发电机不发电故障，表示发电机电压过高故障，表示发电机输出电路故障，表示控制输出的电门电路部分故障，表示发电机励磁线圈故障，表示过压保护器故障，表示调压器炭柱故障，表示 保险丝熔断，表示反流割断器故障，表示系统中断路故障，表示电压失调故障，表示发电机接线柱短路故障，表示调压器工作点选择不当故障树模型分析根据串并联系统确定故障树结构函数的方法，可以直接写出图 的结构函数为:( )但是，这样的结构函数的缺点是不便于定性分析，更不便于定量计算 为了能方便地进行故障树的定性分析和定量分析，引入最小割集 可用下行法( 算法) 或上行法［］本系统采用下行法来求解最小割集 由于飞机电源系统故障树中绝大 部 分 是 或的 关 系，故障树的最小割集即为: { } ，{ } ， ，{ } ，故用几个相容事件概率公式来计算顶事件发生概率［］( ) ( ) ( )［ ( ) ( ) ( ) ］ ( )其中，代表顶事件 当最小割集的不可靠度相对很小，而顶事件发生的概率计算结果收敛很快时，顶事件发生的概率可近似为:( ) ( ) ( )则所有最小割集 ( ，，，) 的重要度 可表示为:( )( )( )( )( )面向故障树的专家系统规则库规则库的建立就是将故障树转化为知识库中的规则 由于飞机电源系统的故障诊断是一种模糊知识，不具有精确定义和严肃分析，往往存在多果多因的现象，因此，本文中的规则描述采用文献［］的产生式规则来反映故障树中模块间的逻辑结构，表示飞机电气系统中故障原因和故障结果之间的关系 产生式规则的一般表达式为: ( ，) ，其中，表示规则号，部分是故障的各种表现( 事实) ， 部分是产生这些表现的原因 为规则的权值，表示 对结论的支持程度，取值范围在［，］之间 这种表示方法接近人类的思维和会话形式，并易于理解，也能够有效地表达知识知识库的设计基于故障树的专家系统知识库的建立，实际上就是将故障树模式转换成数据库形式，并从数据表中获得规则 根据对故障树与专家系统的分析，结合 匹配原则［］，运用 关系数据库模型设计了 张相关联的数据表，即规则参数表( 表)故障树表( 表) 及诊断结论表( 表) 主要以故障现象的编号为关键字进行知识的查询，建立 张数据表之间的联系表 规则参数表表 故障树表表 诊断结论表中 为规则编号，为故障编号; 故障模式现象， 引 起 故 障 原 因; 该 故 障 规 则 是 否 被 执 行;表示规则被执行的次数表 用来存储故障模式，表示故障编号编号， 为故障现 象; 表 示 权 重， 表示故障的描述;表示维修建议表 存储最终提供给用户的故障结论，表示最终专家系统给出的故障原因的编号; 表示故障结论的具体文字描述; 表示连接该故障结论的规则号; 存储了对该故障的维修建议表，表，表，分别列出了以故障树的树枝为例的知识库的构造过程，知识库在设计上借鉴了 匹配算法，主要以号作为索引，建立了 个数据库之间的联系推理机的设计推理机是专家系统的核心，在本系统的知识库的设计中，已将故障树知识转化成了基于规则的专家系统知识，故采用正反向及混合推理相结合进行故障诊断 具体诊断流程为: 先系统初始化，结合电源故障诊断专家的经验，根据故障树结合的重要度设备重要度及故障紧急程度等因素，确定故障树中各事件的重要度，即权重值; 然后通过人机接口获取故障现象并读入，通过检索条件表中的记录是否包含存在故障事实，进行规则匹配，寻找故障 原 因 如 果 在 诊 断 时，有多条规则同时匹配成功时( 此情况称为冲突) ，采用权重最大化策略，即规则表中选择权重大的规则; 诊断完毕后，给出诊断结论和维修建议 其主程序流程如图 所示［］图 推理机主流程图系统开发与实现系统开发本系 统 采 用 作为软件开发工具，是一种可视化面向对象和调用事件驱动方式的结构化高级程序设计，功能强大且效率高 具有人工智能语言的某些特征，它能进行关系逻辑运算，有较强的符号处理能力，可以直接访问编辑多类型的数据库，也可直接创建及维护数据库，利用事件驱动的编程机制新颖易用的可视化设计工具，使用内部的应用程序接口( ) 函数，以及动态链接库( )动态数据交换( ) 开放式数据访问( ) 等技术，可以高效快速地开 发 出 环境下图形界面丰富的应用软件系统系统知识库采用 数据库的形式，分为事实库和规则库，事实库用于存储静态或动态的事实，规则库用于存储静态的规则 推理进行所需的所有事实存放于事实库中，这是一个动态库，它将随着推理的进行不断更新添加和删除事实 用规则不仅可以表达事实，而且可以附上权重表示对事实的相信程度，这就实现了专家系统中的非精确推理对于电源系统大的故障类型，可依据发电机故障信号灯的亮灭 电压表的指示值 大功率用电设备工作情况三条规则来判定，具体判定方法如表 所示表 电源系统故障类型判定方法发电机故障灯 电压表指示 大功率设备发电机供电 灭 发电机电压 伏 工作蓄电池供电 亮 蓄电池电压低于 伏 不工作地面电源供电 亮 地面电源电压 伏 工作若飞行状态下，发电机故障信号灯亮 电压表指示低于伏大功率用电设备( 如电台) 不工作，则可判定为发电机供电故障 对于发电机供电系统故障，可用反流割断器 点电压这一规则来进一步分类，电压 伏 伏 伏和 伏伏这三条事实分别对应 发电机不发电故障 发电机发电不输出故障 发电机电压过高( 过压保护器动作) 三类故障 目前，知识库中共有 条规则， 余条事实，可实现电源系统常遇故障的分析与判断系统实现系统用户界面主要由故障诊断系统知识系统设备参数知识库维护等模块组成，故障诊断部分的界面如图 所示图 故障诊断界面在故障诊断界面下完成电源系统故障现象描述与匹配故障诊断 诊断结论与维修建议等功能当输入故障现象并点击确认后，系统采用模糊匹配查询规则，显示详细的故障描述，用户选择相应的故障后，系统会根据故障代码在知识库内找出具体的诊断方法，根据故障的不同并请用户给出诊断测试的结果后，判断故障所在，用户可根据故障判断进行维修，最后进行检验图 以发电机电门接触不良导致的发电机发电不输出故障为例，说明系统诊断推理过程图 系统推理过程实例
结 语
以某型飞机电气维修资料作为电源故障诊断的主要知识来源，把故障诊断知识通过故障树的形式直观 明了地显示出来，再转换成计算机能够识别的诊断知识库 通过人机界面与用户交流，采用正反向和混合推理方式相结合的方法确定最终的故障源，并给出诊断结论和维修建议 该系统诊断结果与故障事实基本相符，提高了飞机电源故障诊断自动化与智能化水平该诊断系统也适用于其他机型电源系统，只需建立相应的知识库，即可实现对多种机型电源系统的故障诊断，具有较好的通用性和扩展性
参 考 文 献［］ ，［］ ，［］胡波，张 明 友基于故障树的压力容器失效诊断专家系统研究［］武汉理工大学学报: 信息与管理工程版， ，( )［］［］ ， ( ) :［］汪子皓基于二叉树的机车故障模糊诊断专家系统［］武汉理工大学机电工程学院，［］李岩，范书 义基于故障树的诊断知识库设计［］兵 工 自 动 化，，( ) :［］ ，［］， ，: ( ) :［］ ，［］， ， ，［］许化东基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统的研究［］合肥: 合肥工业大学，［］王效国，肖明清一个基于模糊规则的专家系统［］计算机测量与控制，
