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淺析基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò )和CRB的汽車(chē)故障診斷系統研究論文
1貝葉斯網(wǎng)絡(luò )及其在故障診斷過(guò)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的表達和推理的模型。它用具有網(wǎng)絡(luò )結構的有向圖表達各個(gè)信息要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及影響程度,用節點(diǎn)變量表達各個(gè)信息要素,用連接節點(diǎn)之間的有向邊表達各個(gè)信息要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,用條件概率表來(lái)表達各個(gè)信息要素之間的影響程度。
目前,貝葉斯網(wǎng)絡(luò )作為不確定性知識表達和推理領(lǐng)域最有效的理論模型之一,已經(jīng)在軍事決策、智能機器人、醫學(xué)上的病理診斷等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。同時(shí),貝葉斯網(wǎng)絡(luò )能夠有效地進(jìn)行多源信息表達與融合,使其在故障診斷領(lǐng)域得到了成功的應用。典型的應用實(shí)例如工ntel公司的微處理器故障診斷系統、美國通用電氣公司的輔助汽輪機故障診斷系統、惠普公司的打印系統故障診斷決策支持系統等圈。
1.2汽車(chē)故障診斷系統的貝葉斯網(wǎng)絡(luò )模型
以汽車(chē)引擎的故障診斷為例,使用微軟開(kāi)發(fā)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò )建模工具M(jìn)sBNx來(lái)構建汽車(chē)引擎故障診斷的貝葉斯網(wǎng)絡(luò )模型。在該模型中,通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò )因果關(guān)系的特點(diǎn),可以容易的發(fā)現: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、風(fēng)扇皮帶及cDLealc都會(huì )影響發(fā)電機是否可以正常充電;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、車(chē)燈、油表的顯示及引擎的運轉等是否正常,此外,啟動(dòng)器與EOTLealc也會(huì )影響引擎的正常運轉;約火花塞、分配器、引擎的運轉、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)驗知識的推理方法,適用于沒(méi)有完整、精確的數學(xué)模型,而有豐富經(jīng)驗和大量歷史記錄的領(lǐng)域,如設計、診斷等,尤其對于復雜的、非結構化的決策問(wèn)題具有顯著(zhù)優(yōu)勢曰。由于汽車(chē)制造公司在售后服務(wù)過(guò)程中記錄了大量排故案例,積累了豐富的維修經(jīng)驗,因此,將cBR方法應用于汽車(chē)故障診斷和維護,可以避開(kāi)規則難以提取、知識獲取困難的瓶頸;同時(shí),將歷史記錄中難以規則化的知識和經(jīng)驗隱含在案例中,以案例形式表達,直觀(guān)容易理解,能夠反映故障的總體概貌,有利于現場(chǎng)人員參考。
2.2CBR模型在汽車(chē)故障診斷系統中的應用
本系統將每次由貝葉斯網(wǎng)絡(luò )診斷所得問(wèn)題發(fā)生的原因及其可能發(fā)生的概率當成案例,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設計流程如下所示:
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自動(dòng)新增,另一種由專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)家提供,本系統中采用后者構建案例庫。
3)相似案例檢索:通過(guò)與數據庫相結合,以字串比對的方式從案例庫中搜索與目前案例相似的案例,使用數據庫標準查詢(xún)語(yǔ)言搜索案例庫中所有具有相似問(wèn)題原因的案例。
3系統設計
3.1系統功能設計
系統的用戶(hù)分為客戶(hù)、維修人員和管理員3種類(lèi)型,并賦予不同的權限。系統利用用戶(hù)登錄認證來(lái)識別其類(lèi)型,并區分其可訪(fǎng)問(wèn)的數據范圍和使用的功能層次。從功能體系上,系統包括用戶(hù)信息管理、汽車(chē)故障診斷、在線(xiàn)報修和維修進(jìn)度查詢(xún)等幾大部分。
l)汽車(chē)故障診斷模塊。該模塊是系統核心,其設計過(guò)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)步驟執行,每個(gè)步驟根據貝葉斯網(wǎng)絡(luò )中存在的因果關(guān)系依序詢(xún)問(wèn)用戶(hù)汽車(chē)發(fā)生故障的情況,回答完問(wèn)題后,進(jìn)人故障排除階段,用戶(hù)可以通過(guò)選擇故障發(fā)生的原因來(lái)查詢(xún)汽車(chē)維修的辦法。其它功能還包括:預估維修費用、儲存診斷結果和打印診斷圖等。
2)在線(xiàn)報修模塊。該模塊的主要任務(wù)是記錄客戶(hù)所報修的內容,并提供多種送修方式以及多種維修費用的付款方式供用戶(hù)選擇。
3)維修負荷查詢(xún)模塊。該模塊提供維修廠(chǎng)的總維修能力、目前維修廠(chǎng)的負荷情況以及目前維修廠(chǎng)所剩下的可用維修能力等信息作為用戶(hù)選擇維修廠(chǎng)的依據。
4)維修進(jìn)度查詢(xún)模塊。用戶(hù)將有故障的汽車(chē)送維修廠(chǎng)維修后,應該能夠隨時(shí)監控目前汽車(chē)的維修進(jìn)度,因此本系統包括了維修進(jìn)度查詢(xún)模塊,該模塊要求維修廠(chǎng)的工作人員嚴格詳細的記錄每一階段汽車(chē)的維修狀況,大致分為:運送汽車(chē)至維修廠(chǎng)中、汽車(chē)人庫待修中、汽車(chē)修復中、汽車(chē)修復人庫、汽車(chē)送回用戶(hù)途中及汽車(chē)送回用戶(hù)等階段。
3.2系統架構及其組件
由于系統負載能力有限,為了提高系統的安全性和訪(fǎng)問(wèn)效率,整個(gè)系統采用WEB展示層、邏輯事務(wù)層和數據服務(wù)層三層式體系結構進(jìn)行開(kāi)發(fā),系統實(shí)現采用.NET平臺部署,結構靈活,可任意擴展且性能更佳。系統在WEB展示層使用Jvaascr1tP、Fhotoshop、Flash等技術(shù)美化用戶(hù)界面;在服務(wù)器端利用ASF.NET技術(shù)實(shí)現汽車(chē)故障診斷系統的全部功能,并借助于DAo.NET進(jìn)行數據庫操作;數據的存儲選擇關(guān)系型數據庫sQLserVer2000。
1)WEB展示層(FresentatlonLayer):wEB展示層主要通過(guò)接受用戶(hù)的請求以及數據,為客戶(hù)端提供應用程序的訪(fǎng)問(wèn)。在A(yíng)SF.NET中,該層包括sApx頁(yè)面、用戶(hù)控制、服務(wù)器控制以及某些與安全相關(guān)的類(lèi)和對象。
2)幼邏輯事務(wù)層(BuslnessLoglcTler):邏輯事務(wù)層是系統核心部分,擔當主要的應用處理任務(wù),包括處理接口的HT釋請求以及與數據庫服務(wù)器的連接和交互。通常該層被劃分成業(yè)務(wù)邏輯層子層和數據訪(fǎng)問(wèn)層子層。在sAF.NET中,該層包括使用SQLCllent或oLEDB從sQLserver或AcceSS數據庫取數據、更新數據及刪除數據,并把取得的數據放到aDtaReader或aDtaset中返回給WEB展示層。
3)數據服務(wù)層(DataservlceTler):數據層位于低層,以DAO.NET和ODBC為接口,主要處理邏輯事務(wù)層對數據的請求,包括文件數據存儲服務(wù)和數據庫存儲服務(wù),實(shí)現在標準化基礎上建立的數據資源高效訪(fǎng)問(wèn)。汽車(chē)故障診斷數據庫是實(shí)施汽車(chē)故障診斷的基礎,也是系統建設過(guò)程中的核心步驟,汽車(chē)故障診斷數據庫主要包括用戶(hù)信息庫、故障原因庫和故障案例庫。
4結語(yǔ)
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)結合用于汽車(chē)故障診斷的方法,先利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò )的柔性推理機制得出診斷結果,然后利用cBR技術(shù)從故障案例庫中檢索出故障維修方法。:種方法相結合實(shí)現了優(yōu)勢互補,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)能夠彌補貝葉斯網(wǎng)絡(luò )在維修方法查詢(xún)上的不足。研究表明,該方法的引人能使汽車(chē)在故障診斷的精度和速度上有明顯的提高,為汽車(chē)故障診斷系統的建模提供了依據,具有較好的實(shí)用價(jià)值。
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