基于本体的汽轮机虚拟检修知识管理系统研究

基于本体的汽轮机虚拟检修知识管理系统研究

孙波

满洲里达赉湖热电有限公司 内蒙古满洲里市 021410

摘要：本文提出了一种基于本体的汽轮机虚拟维修知识表示框架，该框架根据维修文件包的内容和电厂汽轮机虚拟维修领域相关设备信息源知识的特点，对维修知识进行了整理，建立了检修文件包，对内容进行了合理分类，并进行了模块化处理。分别建立了事件过程本体状态本体引发本体维护本体和维修决策本体的五种领域本体模型，对维修内容进行了合理分类，为装备虚拟维修提供了良好的语义检索和知识表达功能，提高了企业维修效率。

关键词：虚拟检修；检修文件包；本体

1本体与虚拟检修领域知识表达

1.1设计思想

汽轮机本身具有产品结构说明书、设备工艺以及设备检修规程等文件。检修工艺知识中还包括设备历史维修数据，同时企业与专业检修队伍在工作过程中积累了大量的维修经验，这些经验对指导设备检修具有重要意义。

通过建立本体知识库，知识库内包含各个子本体，表示各个模块之间的关系。根据设备检修文件包，提炼出检修步骤，将设备的检修内容模块化，构建本体知识库具有良好的逻辑性和灵活性。基于本体的虚拟检修知识管理设计框架如图1所示。

1.2本体的构成

本体的组成包括5个要素，可用O={C，R，F，A，I}的五元组进行表示，即类或概念、关系、函数、公理、和实例。

合理的构建虚拟检修本体模型是虚拟检修知识管理的基础。通过对检修知识的整理与分析，将检修工艺知识本体以"五元组"的形式表示为

图1基于本体的知识管理框架

式中∶O为检修工艺知识本体；C为检修实体本体；Ac为检修事件过程本体；S为状态监测本体；I为检修决策本体；R为检修原因本体。

通过虚拟检修工艺知识具体内容得归纳整理，将检修工艺流程知识划分成不同的模块，并建立了对应的子知识库，在子知识库的基础上构建了大型汽轮机虚拟检修工艺知识本体。子知识库包含了事件过程本体、检修实体本体、状态本体、原因本体、与检修决策本体5个本体模型。这些子本体之间互有关联，共同构成了虚拟检修知识体系。

2虚拟检修本体模型的构建

2.1本体模型的构建

本体的定义是一个客观存在的系统的解释和说明，随着计算机技术的不断发展，本体这一概念越来越多用于科技信息领域。对于传统的发电行业，汽轮机的虚拟检修维护过程涉及的知识复杂，内容繁多。并且检修工艺步骤要求严格。分析处理程度高。检修知识整体上是围绕设备维修的基本知识进行的。针对汽轮机虚拟检修知识库的构建，首先对检修知识进行分析整理，然后列举汽轮机检修基本知识，最后对基本知识进行分类和模块化处理。

构建汽轮机三维模型领域本体，抽象出检修工艺流程中检修步骤和零件关系。将汽轮机三维模型、设备维修信与本体相结合，比如汽轮机的设计图纸、检修规程、待检修设备的历史维修数据、需要做出的维修调整、检修指导等知识。在建立设备模型过程中，除了使用3DMax等建模软件建模，还需要归纳整理出所有构件的材料材质信息，具体到每一个零件的材质。

根据以上对虚拟检修知识表示模型的设计思想和检修工艺知识自身的特点，本文采用本体编辑工具Protegé来构建本体知识库。Protegé完全开源，且可视化界面进行操作，便于学习和使用。

2.2知识查询的实现

OWL文档采用XML格式保存，采用Qt中的DOM方式进行XML解析。DOM把XML文档作为树结构来查看，能够通过DOM树来访问所有元素。

由于软件界面和OWL文档解析采用Qt框架进行开发，Qt框架基于C++语言，所以首先要实现OWL本体文件到C++面向对象的转换。首先，需要对OWL文档中的各个节点进行分类整理，将不同类型的节点所包含的信息对应到C++中的类或者相关变量中，完成对象类的设计。

汽轮机虚拟检修知识表示模型包含设备三维模型、检修工艺流程信息、检修实例信息、设备相关的设计文件、设备零件查询、材料查询、检修预案查询、维修历史数据、检修工艺流程卡等信息。

解析出来的OWL本体模型主要包括五个部分，分别为事件过程本体、原因本体、检修实体本体，检修决策本体和状态本体。分别对应C++的五个类。

其中检修实体本体类作为父类，类内主要包括使用3DMax建立好的汽轮机组模型的文件，为三维模型的静态属性文件，包含设备的静态特性，如设备贴图、模型渲染等、模型材质等信息。事件过程本体类继承于父类再包含设备静态信息的基础上，还包含代表设备三维模型的动态属性文件，如设备的位置信息、动作信息和过程信息。原因本体类主要包括检修工艺流程包内的检修原因。检修决策本体类继承于原因本体类和事件过程本体类，代表整合检修活动，其中包括检修过程中的所有相关信息。状态本体作为决策本体类内属性表示设备的相关参数信息。

以高压转子轴径杨度测量检修方案为例，当输入关键字完成检修方案查询，确定检修计划后，结合汽轮机三维数字化检修平台，检修人员可以通过鼠标、键盘等交互方式显示设备的维护过程，并且界面右侧对应设备的维修计划等。

该模型提高了虚拟检修领域知识的利用效率，检索维修设备名称寻找对应的设备信息、维修解决方案和维修历史记录以及维修需要的工器具、人员信息、维修前准备等一系列信息，缩短了汽轮机检修的周期，提高了企业检修的工作效率。

结语

本文对汽轮机虚拟维修文件包的知识进行了定义和分类，集成了设备规范、技术标准、维修预案、历史维修记录和经验数据等信息。分别建立了事件过程本体、状态本体、原因本体、维修本体和维修决策本体五种领域本体模型，为虚拟维修知识提供了快速检索功能，通过搜索维修设备的名称，可以找到相应的维修解决方案和维修历史记录，以及必要的工具、人员信息、维修前准备等，为维修过程和维修过程标准的虚拟现实表示提供了技术支持。缩短了汽轮机大修周期，提高了大修效率。

参考文献

[1]梁殷.汽轮机虚拟检修培训考核专家系统的设计与开发[D].华北电力大学,2018.

[2]高龙,李少华,车德勇,吴葛.基于虚拟现实的火电站设备管理系统设计研究[J].计算机仿真,2014,31(12):116-120+191.