论文《一种开发故障诊断专家系统的新方法》
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2008-03-03
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一种开发故障诊断专家系统的新方法
张 鹏
α
张维竞
α
罗蛟龙
摘 要 本文探讨了采用
CL IPS
语言及
V isual C
+ + 语
言混合编程的方法, 来开发动力装置故障诊断的专家系统, 用
CL IPS
语言编制了专家系统的知识库和推理机; 用
V isual C
+ + 实现专家系统的数据通讯、数据存取和数据实时处理以
及人机交互界面部分, 并给出了两种语言接口技术的设计。
关键词 专家系统 故障诊断
CL IPS
V isual C
+ +
一、研究背景
人工智能技术近二十几年来得到了很大发展, 特别是专
家系统、知识工程发展得更为迅速。近几年来, 这些研究成果
被广泛应用于设备诊断领域, 这是适应大中型复杂设备的故
障分析诊断和保证设备可靠高效运行的必然结果。
专家系统的开发当前主要有三种方式, 一种是采用高级
程序语言, 如
PA SCAL
、
FOR TRAN
、
C
+ + 等, 一种是采用人
工智能语言, 如
L ISP
、
PROLO G
; 再一种是采用专家系统工
具, 如
O PS
5、
CL IPS
等等。专家系统工具也叫专家系统开发工
具或专家系统建造工具, 是专为开发专家系统而创建的程序
设计语言或其他辅助工具。 这三种方式各有优缺点, 但从方
便、简易、利于缩短研制周期等角度看, 采用专家系统工具来
开发专家系统有较大的优点, 而近几年, 随着面向对象的程序
设计方法的发展,
V isual C
+ + .
V isualBasic
等面向对象的可
视化编程工具成为广大科技工作者熟悉和喜爱的开发工具,
因此, 在故障诊断专家系统领域中引入面向对象的方法, 以及
大量可视信息的表达机制具有十分重要而现实的意义。
二、
CL IPS
语言简介和特点
CL IPS
是美国航空航天管理局
(
NA SA
)
于 1985 年推出
的一种专家系统工具, 它是一种知识工程语言, 其名字是
CL anguage Integrates P roduct System
的缩写, 最初的
CL IPS
是一种产生式语言, 具有大量产生式系统的基本特征, 随着
NA SA
的不断开发, 现有的
CL IPS
(
6. 0 版本
)
已经具有产生
式系统
(
基于规则
)
、框架结构、面向对象和过程式编程数种知
识表达方式, 功能相当强大。它具有如下特点:
·兼容性好
多数知识工程语言都是在
L ISP
、
PROLO G
语言上开发
的, 而
CL IPS
是在
C
语言的基础上开发的, 这就使得
CL IPS
具有非常 好的兼 容性, 经测试, 在
IBM PC
、
MA CTO SH I
、
SUN
3g260 和
VAX
机器上不要改变源码就可以直接运行, 在
任何与
AN S I
兼容的
C
语言编译器上都可以编译。
·运行效率高, 集成性能好
由于其宿主语言
C
的特点,
CL IPS
运行效率非常高, 在同
类型的工具中, 其性能指标远远超过
AR T
、
KES
等著名商业
软件, 而 且
CL IPS
可以 比 较 容 易 地 作 为 子 函 数 嵌 入
C
、
FOR TRAN
等高级语言, 也可以通过调用规则来调用高级语
言编写的子函数, 具有极好的集成性能。
·知识表达方式灵活
CL IPS
具有产生式规则、框架结构、面向对象、过程编程
等数种表达方式。此外
CL IPS
语言还具有模糊推理能力, 对
于发展模糊诊断是很有利的。
·可免费使用且可靠性高
CL IPS
语言一 个 更 重要的特点是免费 提 供 源 代码。
NA SA
允许
CL IPS
的使用者免费下载
CL IPS
源代码和执行
程序。使用者可以根据自已的需要修改源代码, 这对根据需求
再次开发
CL IPS
是非常有利的, 而且
CL IPS
是由政府支持的
软件, 不同于一般的自由免费软件, 其可靠性是有充分的保证
的。
从 80 年代以来,
CL IPS
在高等学校, 科研机构和产业界
已经受到了广泛的重视和应用, 并且已经出现了在
CL IPS
基
础上集成的开发环境, 如美国
IL IG
公司的
RUL ES
系统和北
京理工大学开发的
GEST
系统。
三、混合编程的优越性
我们所研究的项目是开发舰用
CODDG
联合动力装置实
时故障诊断专家系统, 其目的在于探索基于动力装置热工参
数故障诊断的可行性和技术途径, 由于经费原因, 不可能购买
大型的商业专家系统开发工具, 如果直接使用高级语言开发
此专家系统的话, 不仅难度很高, 难以按时完成课题, 而且系
统的可扩展性能比较差, 起不到验证原理与技术手段可行性
的作用, 故直接用高级语言开发本项目的故障诊断部分是不
合适的。
CL IPS
语言与传统的人工智能语言的书写习惯和运行特
点非常接近, 具有产生式系统语言的全部特征, 用它可以方
便地编写出高质量高效率的专家系统。它是在
C
语言的基础
上开发的, 故把用
CL IPS
编写的专家系统嵌入到高级语言开
发的程序中去, 或者将其彻底改写成
C
语言都很方便。
L ISP
是为人工智能设计的, 对数据的处理不是它的技术优势, 用来
编制符合现代软件工程要求的用户界面更加不可能, 而
VC
·54·
M icrocomputer Applications Vol
. 16,
No
. 7, 2000 开发应用 微型电脑应用 2000 年第 16 卷第 7 期
α
α
张维竞 上海交通大学动力与能源工程学院 副教授 上海 200030
张 鹏 上海交通大学动力与能源工程学院 硕士研究生 上海 200030
morre
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