某防空武器系统综合电气故障诊断专家系统设计方法
引 言
综合电气系统是某防空武器系统的神经中枢，直接影响装备作战效能的发挥。一旦综合电气系统出现故障，整个装备将无法正常运行。因此在短时间内完成综合电气系统故障的检测和维修，对提高武器系统的战斗效率是非常重要的。传统的依靠维修人员的个人经验对某防空武器系统进行故障诊断和维修，已经无法满足当前信息化战场的作战效能。只有立足于该领域专家的知识与经验，建立越来越强大完善的专家系统，才能在战场上迅速定位故障源并及时排障。
1 总体设计
该专家系统的结构如图1所示。
专家系统知识库用于存储和管理专家系统的原理性知识与专家经验知识（即启发式知识）。在知识库设计中建立基于专家经验的故障树，采用“基于故障树结点表示法”提取故障树所有结点事件，转化成知识信息存入知识库。推理机根据故障信息从知识库中提取搜索策略，并以用户反馈信息为依据沿故障树脉络进行正向推理;解释模块在必要时对运算推理过程作出简明易懂的文字解释，记录下故障诊断每步推理状态，并以流程图形式将整个推理过程显示到人机交互界面。这些模块彼此配合，互递信息，共同完成故障定位、排除和维修提示等任务。
2 故障诊断系统的实现
2.1 系统简介
用户通过人机接口将故障现象提交给主控程序，主控程序将故障信息送入推理机。推理机以用户信息为依据沿故障树脉络进行正向推理，逐步缩小故障范围，直至完成故障源定位。
2.2 知识库设计
知识是专家系统的核心，知识表示形式水平的高低直接影响推理机的效率和知识库维护的方便性。针对该防空武器系统综合电气系统的结构特点，采用故障树分析法将所有故障流程建立成故障树模型。故障树模型是一个基于研究对象结构、功能特征的行为模型，是一种定性的因果模型，以系统最不希望事件为顶事件，以可能导致顶事件发生的其他事件为中间事件和底事件，并用逻辑门表示事件之间关联的一种倒树状结构的逻辑图。如图2所示。
故障知识的表示方法有多种，如产生式表示法、语义网络表示法、框架表示法、面向对象表示法等。知识表示模式的选定目前还没有统一的准则和标准，在选择知识表示模式时应视实际情况而定。本系统的知识表示采用“基于故障树结点知识表达方式”，即故障树模型上每个结点对应一条知识。在知识表示时，将故障树模型中每一个结点的结点号、子结点、故障说明、故障询问等信息，作为一条知识存入数据库里。其抽象关系如图3所示。
2.3 推理机设计
推理机是专家系统的组织控制机构，用于解决不同状态下如何控制知识的选择和运用的问题。系统的诊断推理机制以用户反馈信息为依据沿故障树脉络进行正向推理，该机制的设计思路是故障树每一个结点都以一条知识的形式存储在故障知识库中，并编以唯一编号作为“故障结点代号”，推理机的推理决策也存储在每条知识信息中。推理机从第一条知识记录开始(故障结点代号为1)，根据用户反馈信息提取出对应的“下级故障结点代号”(假设其内容为x)，则推理机进入到“故障结点代号”为x的知识记录中。如此沿着代号向下运行，直至到达为“结点性质”为“底事件”的知识记录。图4是故障诊断推理机制示意图。该机制方便了用户故障诊断的进行，提高了推理的效率。
3 具体实现
以“联锁电路”故障类中的故障现象“车长舱门或驾驶员舱门打开时舱门指示灯不亮”为例建立故障树模型，如图5所示。
系统故障知识库使用关系型数据库形式，并采用Microsoft Access 2003数据库实现。关系型数据库是指一些相关的表和其他数据库对象的集合。关系型数据库里所有的信息(数据)都被存放在二维表格中。一个关系型数据库包含多个二维表格，每一个二维表格又包含若干行和若干列。行被称为记录，列被称为字段，表被称为关系。
系统基于故障树结点知识表达方式建立数据库。实现思路是将故障树模型中每一个结点信息作为一条知识存入数据库的一条数据记录里（知识中每项信息对应记录里的一个字段）。将故障树中所有结点信息提取出来组成一棵故障树的数据表，所有故障树对应的故障数据表组成故障数据库。其抽象过程对应关系如图6所示。
按照“基于故障树节点信息知识表示”提取故障树的节点信息建立专家系统知识库故障表：
CREATE TABLE舱门指示灯不亮故障
(
故障结点代号int NOT NULL PRIMARY KEY，
故障状态名称char(100)，
结点性质char(20)，
下级故障结点数int
维修措施char(500)，
测试内容及方法char(500)，
测试反馈x int，
下级故障结点代号int
)
解释模块负责对系统诊断推理过程给出必要的文字解释，为用户了解推理过程及向系统学习提供方便。解释模块还包含了一个图形模块，用于将故障现象、用户选择、诊断过程及诊断结果这些数据用流程图的方式显示出来，以便用户操作和观察，并以此作为记录诊断过程的方法。
系统设计了人性化的人机界面，图7所示为该防空武器系统专家系统人机交互界面，用户可以通过菜单选择和屏幕提示，方便地进行诊断、咨询，并通过流程图直观地了解诊断的情况。
4 结 论
本应用系统采用Borland Delphi7. 0进行开发，建立友好的人机交互界面，操作简便，易学易用。系统设计过程中，采用故障树分析法建立故障树模型，并使用“基于故障树结点知识表达方式”将故障知识存入知识库中。这种表达方式直观自然，便于推理。推理机以用户反馈信息为依据沿故障树脉络进行正向推理。系统采用模块化的结构设计方案，为系统的进一步开发打下了基础。
