1貝葉斯網路及其在故障診斷過程中的作用
1.1貝葉斯網路簡介
貝葉斯網路是基於概率分析、圖論的一種不確定性知識的表達和推理的模型。它用具有網路結構的有向圖表達各個資訊要素之間的關聯關係及影響程度,用節點變量表達各個資訊要素,用連線節點之間的有向邊表達各個資訊要素之間的關聯關係,用條件概率表來表達各個資訊要素之間的影響程度。
目前,貝葉斯網路作為不確定性知識表達和推理領域最有效的理論模型之一,已經在軍事決策、智慧機器人、醫學上的病理診斷等很多領域得到了廣泛的應用。同時,貝葉斯網路能夠有效地進行多源資訊表達與融合,使其在故障診斷領域得到了成功的應用。典型的應用例項如工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、惠普公司的列印系統故障診斷決策支援系統等圈。
1.2汽車故障診斷系統的`貝葉斯網路模型
以汽車引擎的故障診斷為例,使用微軟開發的貝葉斯網路建模工具MsBNx來構建汽車引擎故障診斷的貝葉斯網路模型。在該模型中,通過貝葉斯網路因果關係的特點,可以容易的發現:l)電池的使用期限會影響電池的壽命;2)幼交流發電機、風扇皮帶及cDLealc都會影響發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影響電池的電力,而電池的電力則會影響收音機、車燈、油表的顯示及引擎的運轉等是否正常,此外,啟動器與EOTLealc也會影響引擎的正常運轉;約火花塞、分配器、引擎的運轉、汽油、油管都會影響引擎是否可以啟動,汽油油量也會影響油表的顯示。
2基於案例的推理及其在故障診斷中的作用
2.1CBR簡介
基於案例推理(cBR,case一aBsedeRasonln)是一種基於經驗知識的推理方法,適用於沒有完整、精確的數學模型,而有豐富經驗和大量歷史記錄的領域,如設計、診斷等,尤其對於複雜的、非結構化的決策問題具有顯著優勢曰。由於汽車製造公司在售後服務過程中記錄了大量排故案例,積累了豐富的維修經驗,因此,將cBR方法應用於汽車故障診斷和維護,可以避開規則難以提取、知識獲取困難的瓶頸;同時,將歷史記錄中難以規則化的知識和經驗隱含在案例中,以案例形式表達,直觀容易理解,能夠反映故障的總體概貌,有利於現場人員參考。
2.2CBR模型在汽車故障診斷系統中的應用
本系統將每次由貝葉斯網路診斷所得問題發生的原因及其可能發生的概率當成案例,因此每個案例都會包含causel,causeZ,…,causen的可能發生概率,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,一種是由基於案例推理系統自動新增,另一種由專業領域的專家提供,本系統中採用後者構建案例庫。
3)相似案例檢索:通過與資料庫相結合,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,使用資料庫標準查詢語言搜尋案例庫中所有具有相似問題原因的案例。
3系統設計
3.1系統功能設計
系統的使用者分為客戶、維修人員和管理員3種類型,並賦予不同的許可權。系統利用使用者登入認證來識別其型別,並區分其可訪問的資料範圍和使用的功能層次。從功能體系上,系統包括使用者資訊管理、汽車故障診斷、線上報修和維修進度查詢等幾大部分。
l)汽車故障診斷模組。該模組是系統核心,其設計過程分為故障原因診斷和故障排除兩個階段。其中故障原因診斷分為五個步驟執行,每個步驟根據貝葉斯網路中存在的因果關係依序詢問使用者汽車發生故障的情況,回答完問題後,進人故障排除階段,使用者可以通過選擇故障發生的原因來查詢汽車維修的辦法。其它功能還包括:預估維修費用、儲存診斷結果和列印診斷圖等。
2)線上報修模組。該模組的主要任務是記錄客戶所報修的內容,並提供多種送修方式以及多種維修費用的付款方式供使用者選擇。
3)維修負荷查詢模組。該模組提供維修廠的總維修能力、目前維修廠的負荷情況以及目前維修廠所剩下的可用維修能力等資訊作為使用者選擇維修廠的依據。
4)維修進度查詢模組。使用者將有故障的汽車送維修廠維修後,應該能夠隨時監控目前汽車的維修進度,因此本系統包括了維修進度查詢模組,該模組要求維修廠的工作人員嚴格詳細的記錄每一階段汽車的維修狀況,大致分為:運送汽車至維修廠中、汽車人庫待修中、汽車修復中、汽車修復人庫、汽車送回使用者途中及汽車送回使用者等階段。
3.2系統架構及其元件
由於系統負載能力有限,為了提高系統的安全性和訪問效率,整個系統採用WEB展示層、邏輯事務層和資料服務層三層式體系結構進行開發,系統實現採用平臺部署,結構靈活,可任意擴充套件且效能更佳。系統在WEB展示層使用Jvaascr1tP、Fhotoshop、Flash等技術美化使用者介面;在伺服器端利用技術實現汽車故障診斷系統的全部功能,並藉助於進行資料庫操作;資料的儲存選擇關係型資料庫sQLserVer2000。
1)WEB展示層(FresentatlonLayer):wEB展示層主要通過接受使用者的請求以及資料,為客戶端提供應用程式的訪問。在中,該層包括sApx頁面、使用者控制、伺服器控制以及某些與安全相關的類和物件。
2)幼邏輯事務層(BuslnessLoglcTler):邏輯事務層是系統核心部分,擔當主要的應用處理任務,包括處理介面的HT釋請求以及與資料庫伺服器的連線和互動。通常該層被劃分成業務邏輯層子層和資料訪問層子層。在中,該層包括使用SQLCllent或oLEDB從sQLserver或AcceSS資料庫取資料、更新資料及刪除資料,並把取得的資料放到aDtaReader或aDtaset中返回給WEB展示層。
3)資料服務層(DataservlceTler):資料層位於低層,以和ODBC為介面,主要處理邏輯事務層對資料的請求,包括檔案資料儲存服務和資料庫儲存服務,實現在標準化基礎上建立的資料資源高效訪問。汽車故障診斷資料庫是實施汽車故障診斷的基礎,也是系統建設過程中的核心步驟,汽車故障診斷資料庫主要包括使用者資訊庫、故障原因庫和故障案例庫。
4結語
本文提出了一種將貝葉斯網路和基於案例的推理技術結合用於汽車故障診斷的方法,先利用貝葉斯網路的柔性推理機制得出診斷結果,然後利用cBR技術從故障案例庫中檢索出故障維修方法。:種方法相結合實現了優勢互補,一方面利用貝葉斯網路能更正確的診斷故障原因,另一方面利用cBR技術能夠彌補貝葉斯網路在維修方法查詢上的不足。研究表明,該方法的引人能使汽車在故障診斷的精度和速度上有明顯的提高,為汽車故障診斷系統的建模提供了依據,具有較好的實用價值。
