基于案例的飞机故障专家智能诊断系统研究

基于案例的飞机故障专家智能诊断系统研究

肖波 李树强 卢磊

空军航空大学 辽宁锦州 121000

摘要：航空维修质量是保证飞机完好率的重要因素，是提高部队战斗力的关键。针对目前航空装备维修保障过程中存在的问题，设计了一种基于案例的飞机故障智能诊断系统。该系统用已有案例和维修人员的经验建立知识库，维修保障人员可以通过系统查询训练中出现的故障，得出合适的解决方案，可以大大提高维修保障效率，降低维修人员的工作强度，提高了航空装备的效能。

关键词：航空装备；专家系统；故障诊断；

随着科学技术的飞速发展，新型航空武器装备大量涌现，科技含量也不断提高，这给维修人员的保障水平和能力提出了更大的挑战，要求他们能在最短时间排除存在的故障和隐患，从而发挥装备的最大效能，提高部队的战斗力，在战场中保持高效的维修水平和保障能力尤为重要。但是，随着飞机等航空装备越来越复杂化和多样化，要求快速而有效的解决突然出现的问题故障给维修人员带来很大难度，承受很大的工作强度和心理压力，为此，采用人工智能手段，研制开发一种快速、高效的故障智能诊断系统成为研究人员关注的重点。

飞机故障专家智能诊断系统将历史发生的故障案例和维修专家的经验输入到计算机，形成知识库。维修人员可以根据当前故障现象、部位等指标通过系统进行查询，系统则根据相关规则和算法进行分析与判断，给维修人员提供最佳的解决方案。该专家系统能够帮助维修人员快速解决保障过程中存在的问题隐患，减少了保障人员的工作强度，使维修速度和维修质量大幅提高，保证了航空装备的作战效能。

2 基于案例的故障诊断系统设计

飞机是一个复杂、多变量的系统，难以建立正确的数学模型，所以基于当前一些较为复杂的数学算法适用性不强。同时，几十来以来，部队保存了大量的飞机设备故障诊断事例，大批机务维修专家也积累了很多维护经验，所以为了更加有效、快捷的排除故障隐患，本文采用基于案例的方法建立一种飞机故障专家诊断系统。

2.1系统结构

飞机由多个系统构成，针对不同系统结构和故障现象进行系统功能设计。该系统主要分为故障信息查询模块、知识库管理模块、诊断推理机制、自学习模块等几部分。

（1）故障信息查询模块

一个飞机故障可能关联了多个系统和现象，很难一次性提供出所有的故障信息和解决方案，需要在诊断过程中根据问题采用逐步咨询的方式来不断获取有关诊断信息。维修人员想通过人机交互界面获取到的诊断信息，可以通过故障现象、故障部位或者故障所涉及的系统等指标进行信息查询。

（2）知识库管理模块

专家系统中的案例库主要由历史案例组成，知识库中的每一个案例都包括以前问题的一般描述和求解方案。一个新方案录入案例库时，同时也建立了关于这个案例主要特征的索引。

(1) 案例库管理模块的分类

案例是知识表示的一种模式，它将专家的知识与经验用描述案例的数据结构表示出来，实际就是专家求解问题的一种方式。一个诊断系统的案例越多，则其拥有的知识越丰富。案例的分类方法可以有多种形式，为了符合维修保障人员的工作习惯，本文按照系统结构分类的组织形式设计故障案例库，即把案例库按飞机上的操纵系统、发动机系统、仪表系统、液压系统等结构进行分类，如图1所示。

图2 案例库管理模块的组织形式

(2) 知识库管理模块的描述

知识表示是案例推理的数据基础，是对故障的具体情况尽可能详细的描述，以便获得完整的故障资料，包括故障现象、故障部位、解决方案等。目前，较为常用的知识表示方法有框架表示法、过程表示法以及面向对象表示法等多种方法,其中框架表示法应用比较广泛。本文采用框架的案例表示法,如表1所示。

表1 案例库的表示方法

（3）诊断推理流程

诊断推理是整个系统的核心功能。根据用户输入的信息，在知识库对进行查询，检索出相似的案例与之匹配，若案例完全相同，则直接调出历史案例的解决方案作为当前问题的解决办法；若案例相似，则须调整这个旧案例的解法，以适应当前问题。诊断推理流程主要包括故障录入、查询推理、诊断方案等步骤，如图2所示，

图3 基于案例的推理过程

（4）自学习模块

所设计的专家系统具有自学习功能，可以在应用的过程中，学习到更多的知识和经验，使其问题求解能力和学习能力得到提高和完善。学习能力使系统的工作效率得以提高，不断增加知识库数据信息，并可以对以往的案例进行修改和充实，每一次对新问题的求解都是在以前的问题求解经验的基础上进行的，节省了系统的求解时间。

3 结论

针对航空装备维修保障实际特点，为提高维修效率，提出一种基于案例的飞机故障诊断方法。利用历史事故案例和专家经验建立知识库，为保障人员提供维修决策，并能根据实际不断对自身数据进行修正和补充。该系统可以大幅减少保障人员的工作强度，提高了维修效率和装备效能。

参考文献

1. 薛锋,郭伟,王培淞.飞机机械故障诊断智能专家系统研究[J].科技风,2019(16):10.

2. 肖俊峰.飞机故障排除专家辅助系统的设计与开发[J].航空维修与工程,2014(02):77-79.