專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械制造與自動化技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的機群工程機械故障診斷系統(tǒng)。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)是一門以設(shè)備及其群體為對象，建立在檢測技術(shù)、信息傳輸、信號處理、識別理論、人工智能、預(yù)報決策等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合性交叉學(xué)科。
機群智能化工程機械以高等級公路施工工程為對象，采用無線電通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)等，研究由瀝青拌和設(shè)備、攤鋪機、振動壓路機、裝載機和自卸汽車等單機所組成機群的智能化監(jiān)測控制和施工控制調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)和國際先進水平的機群智能化控制系統(tǒng)，提高機群的智能化程度，在高等級公路施工過程中，同步實現(xiàn)施工資源優(yōu)化配置、最佳過程質(zhì)量、最高工作效率的目的。
機群智能化工程機械故障診斷系統(tǒng)的主要任務(wù)是對施工機群實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，判斷故障原因，提供維修處理意見；評定故障類型及故障嚴重程度，為機群設(shè)備狀態(tài)分析提供依據(jù)；預(yù)測停機維修時間，為機群動態(tài)施工調(diào)度提供依據(jù)。
(2)電子監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)工況監(jiān)測、故障報警，并可存儲數(shù)據(jù)，事后與便攜式微機(中繼機)進行通訊，實現(xiàn)離線故障分析診斷。
(3)基于知識的故障診斷專家系統(tǒng)，事先用工程機械設(shè)備故障模式、征兆和原因之間的關(guān)系形成的標準規(guī)則、專家經(jīng)驗知識等構(gòu)造成可推理的診斷專家系統(tǒng)。應(yīng)用于設(shè)備檢修場所，通過人機交互的形式，專家系統(tǒng)獲取故障征兆，進行離線分析診斷。
(4)應(yīng)用于施工場所的監(jiān)測車，可實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和智能故障診斷，監(jiān)診系統(tǒng)的功能可以得到較大提高，實施監(jiān)測診斷時，施工設(shè)備需要停止工程作業(yè)。
上述研究成果用于移動作業(yè)機群存在的幾個問題和主要難度是(1)電子監(jiān)測器方式。僅能對單機的狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測和超限報警。不能存儲數(shù)據(jù)；不能做進一步的分析處理；監(jiān)測器不能采集到更多的設(shè)備狀態(tài)信息。
(2)便攜式微機(中繼機)的形式。將電子監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入到中繼機，需要人工攜帶中繼機到辦公室分析處理。是一種離線的診斷方式，實時性差，且設(shè)備施工作業(yè)中出現(xiàn)的傳感器不可測的重要信息不能進入分析系統(tǒng)，降低了診斷功能。
(3)基于知識的微機診斷專家系統(tǒng)方式。影響施工作業(yè)，不適宜在施工現(xiàn)場工作；不能直接監(jiān)測機械設(shè)備的狀態(tài)信息，難以實現(xiàn)對機械故障的預(yù)報。
(4)工程機械監(jiān)測維修車方式。監(jiān)測診斷時需要停車安裝監(jiān)測設(shè)施，影響施工進程；且不能實現(xiàn)施工過程在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視；監(jiān)測維修車成本高，難以推廣。
(5)上述研究成果只針對單機，缺乏遠距離在線監(jiān)視和機群狀態(tài)的第一手資料，難以對機群進行科學(xué)的管理和實時調(diào)度。
面向具體工程任務(wù)，對施工機群實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，判斷故障類型、原因、部位、嚴重程度，為施工機群調(diào)度管理提供依據(jù)等方面的研究是狀態(tài)檢測、故障診斷領(lǐng)域前沿性課題。其研究開發(fā)的主要難度(瓶頸)在于工程機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、故障成因的復(fù)雜性、作業(yè)的移動性、工作環(huán)境的惡劣性以及對監(jiān)診系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，使建立基于大型數(shù)據(jù)庫的實時智能監(jiān)診系統(tǒng)的工作難以實現(xiàn)。
智能故障診斷是當前故障診斷的發(fā)展方向，在機械智能故障診斷方法研究與開發(fā)應(yīng)用方面，目前多采用基于專家系統(tǒng)(ES)的方法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的方法等。由于工程機械故障的多樣性、突發(fā)性、成因的復(fù)雜性和進行故障診斷所需要的知識對領(lǐng)域?qū)＜覍嵺`經(jīng)驗和診斷策略的依賴，智能化的故障診斷系統(tǒng)對工程機械尤為重要。智能診斷系統(tǒng)，是由人(尤其是領(lǐng)域?qū)＜?、現(xiàn)代模擬腦功能的硬件及其必要的外部設(shè)備、各種傳感器以及支持這些硬件的軟件所組成的系統(tǒng)。
機群智能化診斷專家系統(tǒng)最為關(guān)鍵的工作是構(gòu)造基于網(wǎng)絡(luò)的故障診斷專家系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和對復(fù)雜的工程機械知識的獲取和表達。在專家系統(tǒng)體系構(gòu)造方面，目前針對工程機械單機的專家系統(tǒng)已有一些的開發(fā)和應(yīng)用，但對于基于網(wǎng)絡(luò)面向工程機械機群的大規(guī)模復(fù)雜故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)尚未見有報道。
在知識獲取和表達方面，目前基于知識的監(jiān)控與診斷專家系統(tǒng)可大致分為基于淺知識(人類專家經(jīng)驗知識)的診斷推理系統(tǒng)；基于深知識(診斷對象的模型，原理知識)的診斷推理系統(tǒng)；深淺知識結(jié)合的混合診斷推理系統(tǒng)等。
基于淺知識的故障診斷系統(tǒng)是以領(lǐng)域?qū)＜液筒僮髡叩膯l(fā)性經(jīng)驗知識為核心，通過演繹推理或產(chǎn)生式推理來獲取診斷結(jié)果，其目的是尋找一個故障集合使之能對一個給定的征兆(包括存在的和缺席的)集合產(chǎn)生的原因做出最佳解釋。在其推理過程中，一般要用到兩類知識，一類是表達故障與征兆之間聯(lián)系的因果性符號知識；一類是反映故障與征兆間因果關(guān)系成立程度的數(shù)值性知識(模糊性度量、信任度、可能度等)。一般用產(chǎn)生式規(guī)則來表達淺知識，基于淺知識的診斷推理具有知識表達直觀、形式統(tǒng)一、模塊性強、推理速度快等優(yōu)點。但是，由于設(shè)備的復(fù)雜性和故障的特點，這種方法很難完整表示診斷對象的故障診斷領(lǐng)域知識，導(dǎo)致知識集不完備，致使診斷難以得出準確的結(jié)論，有時甚至得不到結(jié)論。
基于深知識的故障診斷系統(tǒng)是指在專家系統(tǒng)中引入深知識模型的概念，所謂深知識，是使用診斷對象的結(jié)構(gòu)、性能和功能的知識，利用沖突檢測和候選產(chǎn)生技術(shù)，求出故障發(fā)生的部位。由于深知識刻劃了專門領(lǐng)域內(nèi)原理性和功能性的知識，更深刻地了解領(lǐng)域?qū)ο蠛蛯ο笾g的相互作用，所以在遇到末料到的新情況時，能夠根據(jù)豐富的定性知識來解決問題，至少不至于使推理完全失敗。另外，它能給人們提供更為令人信服的解釋，一般用框架或語義網(wǎng)絡(luò)等表達知識。但是這種知識模型也有其缺點，由于硬件條件的限制，基于深知識的推理效率不很高，常常不能滿足人們的要求。由于要進行深層的知識描述，結(jié)合故障的特點和層次，知識體十分龐大復(fù)雜，在這樣的知識庫中搜索是十分耗費時間的。
上述兩種模型各有其優(yōu)點，也有其不足之處，如果把這兩種模型結(jié)合起來，使之能夠發(fā)探各自的優(yōu)點，克服其缺點，相互取長補短，人們開始采用混合知識推理策略。一般情況下，領(lǐng)域?qū)＜沂紫仁褂脺\知識，找到診斷問題的近似解，然后使用診斷對象的深知識，獲得診斷問題的精確解。在復(fù)雜設(shè)備故障診斷中，只有將診斷對象的基本原理與專家的經(jīng)驗知識相結(jié)合才能更好地解決診斷問題。用這種方法提高診斷的質(zhì)量和效率，已經(jīng)被更多的專家系統(tǒng)所采用。
由于工程機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性(機、電、液、儀一體化)，施工載荷的不確定性(載荷瞬態(tài)變化、沖擊振動、整機變速移動作業(yè))，工作環(huán)境條件的惡劣性(振動、噪聲、濕度、溫度、粉塵)，造成工程機械故障的多樣性、突發(fā)性、成因的復(fù)雜性，同時機群智能化診斷系統(tǒng)各工程機械單機之間還存在協(xié)同調(diào)度等問題，使得工程機械故障診斷系統(tǒng)對領(lǐng)域?qū)＜覍嵺`經(jīng)驗知識和診斷策略的表達提出了更高的要求，單一知識表達方法難以滿足要求。
機群工程機械智能化診斷系統(tǒng)主要包括兩部分內(nèi)容單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)、機群監(jiān)測中心診斷子系統(tǒng)。
(1)單機智能監(jiān)診子系統(tǒng) 機群智能化工程機械的每臺單機上都配備單機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備三項功能，一是利用各種傳感器對單機的主要動態(tài)參數(shù)(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、液壓油溫、制動氣壓、履帶轉(zhuǎn)速)信號進行在線實時檢測。它是整個故障檢測與診斷系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，要求實時、準確地獲得各參數(shù)的真實信號。對于單機上的一些簡單參數(shù)，當單機控制器檢測到信號異常時，立即將警示燈點亮進行報警，同時將此信息傳至機群故障診斷系統(tǒng)。二是單機控制系統(tǒng)具備故障自診斷功能，即實時檢測單機控制器本身的傳感器、數(shù)據(jù)接口及電子控制部分的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)異常和故障時通過警示燈報警，同時將此信息傳至機群故障診斷系統(tǒng)。三是完成人工故障信息的輸入與傳輸。即當操作者通過感官和經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)故障時，可通過單機控制器將故障信息輸入，然后將此信息傳至機群故障診斷系統(tǒng)。對于有經(jīng)驗的操作者，人工參與診斷，可以收到事半功倍的效果。
(2)機群監(jiān)測中心診斷子系統(tǒng) 當單機控制器將故障信息傳至機群故障診斷專家系統(tǒng)后，專家系統(tǒng)需要完成四項工作一是對故障信息進行分析處理，判斷故障原因，提出處理意見，預(yù)測停機時間；二是將故障原因及處理意見傳至單機控制器，指導(dǎo)操作者作業(yè)；三是根據(jù)發(fā)生故障的機種在機群中的權(quán)值、故障部位在單機上的權(quán)值以及故障嚴重程度的權(quán)值判斷該故障對整個機群施工的影響，并將此信息傳至機群調(diào)度系統(tǒng)，便于調(diào)度系統(tǒng)及時做出調(diào)整；四是當專家系統(tǒng)無法做出故障原因及處理意見的判斷時，及時將此信息傳至機群遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，請求支援。
單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)和機群監(jiān)診中心診斷子系統(tǒng)通過GSM/GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)、單機移動通訊模塊、上層系統(tǒng)移動通訊模塊來實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)、進行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成分布分層式監(jiān)診系統(tǒng)。如

圖1所示。
本發(fā)明具體技術(shù)方案(一)故障診斷專家系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)基于GSM/GPRS公用移動通訊網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合移動作業(yè)機群的施工管理和機械設(shè)備的操作、維護特點，提出了機群智能化工程機械故障診斷專家系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在每臺單機上需要配置微處理器、單機故障信息錄入器、單機控制器間接傳感器、單機智能監(jiān)診器傳感器、故障征兆狀態(tài)信息實時緩存器、故障信息發(fā)送/接收GSM端口、單機故障信息解碼器/編碼器以及單機移動通訊模塊等硬件。這部分構(gòu)成單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)。
機群監(jiān)測中心故障診斷系統(tǒng)則由微處理器(專家系統(tǒng)推理機)、上層系統(tǒng)移動通訊模塊、上層系統(tǒng)故障信息解碼器/編碼器、機群設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視緩存器、機群設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲器、知識庫存儲器等硬件組成。
單機故障診斷子系統(tǒng)和機群監(jiān)測中心故障診斷專家系統(tǒng)通過GSM/GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)、單機移動通訊模塊、上層系統(tǒng)移動通訊模塊進行信息傳遞，構(gòu)成分布分層式故障診斷專家系統(tǒng)。
單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)硬件的具體實施是通過基于嵌入式微處理器的以人機共棲方式構(gòu)造單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)的硬件平臺。參照圖3。在嵌入式微處理器上連接
實現(xiàn)與GSM/GPRS模塊串行通訊的RS-232/CANbus接口；實現(xiàn)工程機械狀態(tài)參數(shù)傳感器信號變換的I/O接口；實現(xiàn)與工程機械單機控制器數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃ANbus總線；實現(xiàn)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)上載/下傳的USB端口；實現(xiàn)人機共棲故障征兆錄入、接收上層監(jiān)診系統(tǒng)指令信息的小鍵盤、顯示器LCD及其接口監(jiān)診系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)庫的存貯器及硬盤。
(二)診斷系統(tǒng)知識表示與推理本發(fā)明針對工程機械故障診斷知識的特點，開發(fā)了基于面向?qū)ο蟮闹R表達方法，并應(yīng)用于機群智能化故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)中，面向?qū)ο笾R表達語言以對象為知識表達的基本單元，將多種單一的知識表達方式如規(guī)則、框架、過程等，按面向?qū)ο蟮乃枷虢M成一種混合模式。這種方法能有效地描述深淺知識，并把它們有機的結(jié)合在一起，實現(xiàn)對故障的診斷。推理時，淺知識推理采用基于規(guī)則的推理，它支持正向、反向和混合推理控制策略，以提高推理的效率。深知識推理采用基于框架的推理和基于實例的推理?？蚣鼙硎痉ㄗ钔怀龅奶攸c是善于表達結(jié)構(gòu)性的知識，且具有良好的繼承性和自然性，利用框架可以完成槽值的多重繼承，所以可以將其用于表述各種的故障形式以及故障之間的層次關(guān)系。實例推理完成事例的搜索和匹配，輔助故障診斷的推理。
1.診斷知識的分類故障診斷涉及多方面的因素，其中既包括設(shè)備方面的知識，也含有人的經(jīng)驗知識，同時與診斷系統(tǒng)的設(shè)計也是分不開的。一個領(lǐng)域的知識一般可分為兩大類共性知識和個性知識。共性知識包括領(lǐng)域內(nèi)與問題有關(guān)的定義、事實和各種理論、方法，這種知識已為領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員共同同意和一致接受，它屬于問題求解的常識性和原理性的知識。而個性知識主要是指人類專家，結(jié)合設(shè)備故障診斷的特點，利用共性知識解決問題的啟發(fā)性知識(它包括人類專家的認識能力和實際故障診斷的經(jīng)驗)，本系統(tǒng)將診斷知識的范圍分為以下幾類1)設(shè)備知識設(shè)備知識主要是指設(shè)備的型號、結(jié)構(gòu)組成及其工作環(huán)境等。設(shè)備結(jié)構(gòu)知識是指設(shè)備的構(gòu)成和系統(tǒng)的連接。對于工程機械施工機群來講，設(shè)備知識是指裝載機、攪拌站、攤鋪機、壓路機等單機的型號、結(jié)構(gòu)組成以及它們之間的布置方式，它們的工作環(huán)境又總是和其功能密不可分的，這些復(fù)雜的關(guān)系和特性體現(xiàn)在功能知識內(nèi)。
2)故障機理知識故障機理是指設(shè)備故障形成和發(fā)展的規(guī)律。一般來講，設(shè)備故障機理往往要涉及到設(shè)備發(fā)生故障的原因、故障帶來的后果及發(fā)生故障前后設(shè)備表現(xiàn)出的特征。有些情況下還涉及到應(yīng)采取什么樣的措施，以預(yù)防此類故障發(fā)生。
3)算法知識(過程算法知識)
算法知識是指通過數(shù)學(xué)運算，結(jié)合設(shè)備特征，從而實現(xiàn)特征提取、參數(shù)識別等方面的知識。具體地講，是將測量儀表、分析儀器所獲取的數(shù)據(jù)(信號)進行參數(shù)變換處理，從而能夠進行設(shè)備故障診斷。
4)人的經(jīng)驗知識經(jīng)驗知識是指領(lǐng)域?qū)＜一蜻\行人員在長期的故障診斷實踐中積累起來的，關(guān)于如何運用觀察到的行為特征(故障征兆)來對故障進行猜測、判斷、識別、驗證和消除等正反兩個方面的知識。也可說是一種動態(tài)知識，它說明了怎樣運用已有的數(shù)據(jù)和靜態(tài)知識(領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)的原理、定義、事實和關(guān)系等)來解決問題，或達到問題的求解。它是一種個性推理知識，或者稱為個性化的啟發(fā)性知識。
5)背景知識背景知識是指與設(shè)備故障診斷、監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)的當前和過去所有特定環(huán)境因素。如設(shè)備制造、安裝、大修情況等，還有設(shè)備的病歷(曾發(fā)生的故障和相應(yīng)處理結(jié)果)等方面的知識。
6)元級知識元級知識是指“關(guān)于知識的知識”。也就是指在診斷過程中如何有效地運用各類知識的知識，它主要是用來協(xié)調(diào)和控制不同類型的知識的利用策略，即問題求解的推理方法。它是人類認識活動(記憶、推理、理解、學(xué)習(xí))的核心。
2.故障診斷知識的表達面向?qū)ο蟮闹R表達方法提供了將描述性知識和過程性知識作為一有機整體進行表達的機制。在本發(fā)明開發(fā)的專家系統(tǒng)知識表達中，以故障診斷對象為中心組織知識庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以對象為知識表達的基本單元，將多種單一的知識表達方式如規(guī)則、框架、過程等，按面向?qū)ο蟮乃枷虢M成一種混合模式，即以對象為中心，將其屬性、動態(tài)行為和處理過程等有關(guān)知識封裝在對象的結(jié)構(gòu)中，對象以框架形式出現(xiàn)，其屬性則用框架槽來表示，如圖4所示。
在工程機械機群智能故障診斷系統(tǒng)中，知識的表達采用面向?qū)ο罂蚣苤R表達語言表達。各類診斷知識的表達如下，其中背景知識、故障機理知識主要表達在屬性槽內(nèi)，功能知識和經(jīng)驗知識主要表達在產(chǎn)生式規(guī)則槽內(nèi)，而過程算法知識和元級知識則通過方法槽中診斷推理和控制策略進行表達。
(三)診斷系統(tǒng)推理過程診斷推理與診斷知識表示是密切相關(guān)的，不同的知識表示方法，對應(yīng)著不同的診斷推理方式。在故障診斷專家系統(tǒng)中，知識的表達主要采用面向?qū)ο罂蚣苤R表達語言表達，相應(yīng)的診斷推理形式為基于框架的推理、基于規(guī)則的推理、基于實例的推理機和基于方法的推理。
診斷知識的運用體現(xiàn)在故障診斷的推理過程中，一般來講，故障診斷的基本過程包括測點狀態(tài)參數(shù)的提取、信號檢測、數(shù)據(jù)通訊、參數(shù)超限報警處理、征兆提取、故障診斷、原因分析及處理措施等。
基于GSM/GPRS網(wǎng)機群智能化工程機械專家系統(tǒng)的推理如圖5所示為(1)監(jiān)診中心的計算機監(jiān)診系統(tǒng)按巡回掃描方式對機群中的單機施行監(jiān)測診斷流程如下①當選通設(shè)備i時，即通過GMS端口接收該設(shè)備的狀態(tài)與故障征兆信息即上行數(shù)據(jù)；②系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)鏈協(xié)議標準進行解碼后，送診斷專家系統(tǒng)，進行診斷、推理、分析；③專家系統(tǒng)調(diào)用知識庫、數(shù)據(jù)庫，人機交互，對信息分析診斷，得出診斷結(jié)果數(shù)據(jù)；④診斷結(jié)果一路送監(jiān)視器顯示，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鏈協(xié)議編碼后送到第i個單機GMS端口上，指導(dǎo)該設(shè)備運行，完成了該設(shè)備的監(jiān)診任務(wù)；⑤計數(shù)器自動加1，指向下一臺設(shè)備，重復(fù)①～④過程，直至遍歷機群全部n臺設(shè)備為止，從而完成了一個監(jiān)診周期的工作。
⑥按時鐘周期重復(fù)①～⑤過程，循環(huán)往復(fù)、周而復(fù)始，實現(xiàn)了移動作業(yè)機群狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷任務(wù)。
⑦在系統(tǒng)運行過程中，上層管理者可以隨時干預(yù)，選定關(guān)心的某臺設(shè)備i，對該臺設(shè)備進行重點狀態(tài)監(jiān)視。監(jiān)診主系統(tǒng)在后臺運行。
(2)底層單機故障診斷子系統(tǒng)功能工作流程如圖6所示①單機設(shè)備工況監(jiān)測和故障報警在多任務(wù)實時操作系統(tǒng)(RTOS)下，底層系統(tǒng)主控程序讀取直接監(jiān)測到的傳感器信號和來自于RS232或CANbus總線的間接監(jiān)測信號，在屏幕上顯示這些狀態(tài)參數(shù)，并與本機數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)正常狀態(tài)參數(shù)值比較，若超過規(guī)定范圍，則啟動故障報警程序，實現(xiàn)聲光、文字、圖像報警，提醒操作者；②采用人機共棲方式，獲取設(shè)備狀態(tài)信息；人—操作者、機—傳感器協(xié)作共同獲取設(shè)備狀態(tài)信息的方式，操作者故障征兆錄入由顯示屏、幾個特殊操作鍵組成的小鍵盤、手寫輸入器、征兆選擇錄入模塊組成；故障征兆選擇錄入模塊由錄入程序和故障征兆數(shù)據(jù)庫組成；考慮操作者的方便、快捷、準確，錄入程序和故障征兆數(shù)據(jù)庫均按照機械設(shè)備層次結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)、部件、元件組成；當操作者發(fā)現(xiàn)設(shè)備不正常時，觸動監(jiān)診器小鍵盤按鈕，系統(tǒng)在監(jiān)測過程中，不斷掃描小鍵盤，接收到人工輸入指令時，啟動“故障征兆錄入程序”，調(diào)“故障征兆數(shù)據(jù)庫”，按照樹狀結(jié)構(gòu)的形式顯示可能的故障征兆。供操作者判斷、選擇、確認；對數(shù)據(jù)庫中尚未錄入的故障，采用手寫輸入的方式，現(xiàn)場臨時輸入；對于這種新故障征兆，底層系統(tǒng)傳到上層后，將由領(lǐng)域?qū)＜曳治鰵w納出新的知識，添加到專家系統(tǒng)知識庫中，同時更新“故障征兆數(shù)據(jù)庫”；
③設(shè)備狀態(tài)信息的GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送根據(jù)上層系統(tǒng)管理者的要求，確定上下行數(shù)據(jù)的時鐘周期T；按此時鐘，系統(tǒng)將啟動“GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送程序”，把經(jīng)過監(jiān)測程序完成的來源于三方面的狀態(tài)信息，按照上底層間數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)碼，由GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送程序通過發(fā)送端口送往向上層系統(tǒng)。
④接收上層故障診斷系統(tǒng)傳來的處理結(jié)果底層系統(tǒng)在實時監(jiān)測過程中，不斷掃描GSM/GPRS數(shù)據(jù)接收端口，當有觸發(fā)信號時，系統(tǒng)將啟動“GSM/GPRS數(shù)據(jù)接收程序”接收上層發(fā)來的信息，再按照數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，通過“監(jiān)診結(jié)果數(shù)據(jù)庫”轉(zhuǎn)換成字符串文本，在顯示器上顯示，指導(dǎo)現(xiàn)場人員對設(shè)備進行維修、調(diào)整。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果機群智能化工程機械故障診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)對施工機群的實時監(jiān)測和智能故障診斷，通過診斷系統(tǒng)隨時給出施工機械設(shè)備的完好率、預(yù)防性維修計劃及其維修策略，提高設(shè)備的利用率，降低設(shè)備的維護成本，提高施工效率，減少施工機械故障停機給施工企業(yè)造成的巨大損失。
系統(tǒng)易于構(gòu)造，實用性強，實現(xiàn)了故障診斷專家系統(tǒng)在移動作業(yè)機械上的推廣應(yīng)用。利用GSM/GPRS公用移動通訊網(wǎng)實現(xiàn)機械狀態(tài)信息的遠距離無線通訊，解決了移動作業(yè)機械狀態(tài)信息的傳輸。該網(wǎng)覆蓋面廣、開放性強、成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸率高。利用計算機大容量、高速度、多功能的特點，建立機群故障診斷專家系統(tǒng)，實現(xiàn)機群設(shè)備狀態(tài)的集中診斷、分析。一個施工工程的數(shù)十臺設(shè)備，只需要一套集中的診斷專家系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用基于GSM/GPRS網(wǎng)的分布分層式的體系結(jié)構(gòu)，把診斷分為上下兩層結(jié)構(gòu)，把復(fù)雜的監(jiān)測及診斷任務(wù)先分解到多個智能子系統(tǒng)中，由子系統(tǒng)完成各自的相應(yīng)任務(wù)，然后由上層診斷系統(tǒng)再綜合判斷，做出相應(yīng)的決策，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。
在故障診斷方法上，系統(tǒng)采用了基于規(guī)則、基于框架、基于實例和基于方法的多種推理策略，并提供數(shù)據(jù)信息的交流、傳輸，增強了系統(tǒng)求解問題的能力。
系統(tǒng)的設(shè)計采用了面相對象的機制和模塊化結(jié)構(gòu)的方法，使系統(tǒng)的功能擴充更加容易、方便。在不需要更改程序結(jié)構(gòu)的情況下，很容易增加新的功能。
本發(fā)明雖針對道路施工工程機械機群的設(shè)備診斷而開發(fā)，但其技術(shù)內(nèi)容與道路施工工程沒有關(guān)系，僅與施工機械的結(jié)構(gòu)、性能、智能監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)。本發(fā)明完全適用于其他移動作業(yè)施工的機群(如土石方施工工程機械、建筑機械、礦山機械等)。
圖1是基于GSM/GPRS機群集中監(jiān)診分布系統(tǒng)構(gòu)成；圖2是機群智能化工程機械故障診斷專家系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)；圖3是單機底層智能監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)；圖4是面向?qū)ο笾R表達模型；圖5是基于GSM機群網(wǎng)絡(luò)分布分層監(jiān)診系統(tǒng)運行流程；圖6是底層檢測診斷系統(tǒng)工作流程；圖7是機群智能化工程機械故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成；圖8是攤鋪機單機子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能；圖9是裝載機單機子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能；圖10是壓路機單機子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能；圖11是專家系統(tǒng)構(gòu)造工具；圖12是知識源文件管理系統(tǒng)；圖13是知識庫結(jié)構(gòu)瀏覽；圖14是系統(tǒng)運行界面及運行實例；圖15是知識庫的組成結(jié)構(gòu)。
1.機群智能化工程機械故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成機群智能化工程機械故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖7所示。
機群監(jiān)診中心專家系統(tǒng)和各單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)之間，在整體布局和功能上將系統(tǒng)構(gòu)造成分布式結(jié)構(gòu)，各單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)重點完成設(shè)備狀態(tài)信息(故障特征信號)的獲取，監(jiān)診中心專家系統(tǒng)重點執(zhí)行單機狀態(tài)和故障信息的集中再處理。
從機群管理者、單機操作者的實際需要出發(fā)，將機群監(jiān)診系統(tǒng)從性能上分成兩個層次，即上層(監(jiān)診中心專家系統(tǒng))和底層(各單機智能監(jiān)診子系統(tǒng))。上層滿足管理者要求，可隨時監(jiān)視各單機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，分析、診斷、預(yù)報各單機故障發(fā)生情況，并向單機操作者發(fā)出調(diào)度指令，或提供設(shè)備維修、調(diào)整措施的建議。底層滿足操作者要求，實時監(jiān)視單機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，異常情況下向操作者發(fā)出報警指示，并接受操作者感知到的異常狀況(故障征兆)。進一步，接收機群監(jiān)診中心(管理者)發(fā)出的調(diào)度指令或建議。上層需要強大的分析功能，底層需要快速反應(yīng)功能。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中考慮上層的處理周期為分鐘級(如1～2分鐘)可在較經(jīng)濟的計算機配置和移動通訊速率下滿足管理者要求，底層的處理周期為幾十毫秒級。
在故障診斷信息傳遞方面，從專家系統(tǒng)的需求來說，理論上監(jiān)測的信息越多越好，但現(xiàn)場實現(xiàn)和成本因素不允許這樣做。本發(fā)明考慮單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)用傳感器和非傳感器(人的感知)的方法獲取以下三方面的信息，提供給診斷專家系統(tǒng)。
(1)利用移動作業(yè)機械設(shè)備的控制用監(jiān)測信號，工程機械電子監(jiān)控系統(tǒng)針對諸如發(fā)動機、液壓系統(tǒng)進行。這些用于控制的參數(shù)能反映系統(tǒng)一部分工作狀況。
(2)增加各系統(tǒng)中易于測取的、表征機器異常情況的特征參數(shù)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等。
(3)某些重要故障征兆可以用經(jīng)驗來判斷，如發(fā)動機冒黑煙，變速箱尖叫聲，作業(yè)效率降低等現(xiàn)象，設(shè)備操作者能及時直觀地感知到，而用傳感器監(jiān)測則比較困難。本發(fā)明充分利用現(xiàn)場操作者的感官感知到的故障征兆，作為設(shè)備狀態(tài)分析、故障診斷的另一部分狀態(tài)信息。
單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)要實時監(jiān)視單機的各參數(shù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，異常情況下向操作者發(fā)出報警指示。同時，還要能接收機群監(jiān)診中心(管理者)發(fā)出的調(diào)度指令。單機智能監(jiān)測子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能如圖8，9，10所示。
2.知識獲取和管理維護專家系統(tǒng)建立的關(guān)鍵在于知識的獲取和知識存貯管理。知識資源合理化，知識資源簡化、標準化和規(guī)范化，建立有效的知識管理系統(tǒng)，便于知識的存貯、查詢和獲取，實現(xiàn)知識資源的共享。由知識庫源文件編輯器、編譯器和項目知識庫器、知識庫查詢和瀏覽器構(gòu)成。
知識庫管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖11所示，包括知識庫源文件編輯器、編譯器和項目管理器、外部過程程序管理器。
1)知識庫源文件編輯器為用面向?qū)ο罂蚣苷Z言形式描述知識庫源文件提供知識編輯器(圖12)。
2)知識庫源文件編譯器把以面向?qū)ο罂蚣苷Z言形式描述的外部知識庫源文件編譯成內(nèi)部以二叉樹表達的知識庫。
3)項目管理器對多個框架對象(知識單元)的管理和維護，包括知識單元的增加、刪除和修改。通過框架連接器可以把單個的知識單元連接成可以利用的知識庫整體。通過系統(tǒng)提供的外部程序接口，還可以把外部過程連接起來，供推理使用。
4)外部過程程序管理器外部過程程序管理器負責知識庫查詢和瀏覽，知識查詢功能包括靜態(tài)查詢與動態(tài)查詢。以樹狀方式描述知識庫結(jié)構(gòu)，提供知識庫結(jié)構(gòu)瀏覽(圖13)。
3.系統(tǒng)運行及實現(xiàn)功能當施工機械產(chǎn)生故障后，通過單機上的故障報警裝置或人工故障提示將故障信息傳送到機群中央施工實時監(jiān)測系統(tǒng)，然后啟動機群工程機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)，如圖14所示為系統(tǒng)運行界面，在界面的左側(cè)為系統(tǒng)運行控制區(qū)域，可以對施工機械單機及單機構(gòu)成子系統(tǒng)知識庫進行管理，對推理過程進行控制，右側(cè)為系統(tǒng)運行區(qū)域。
下面通過一個實例說明系統(tǒng)的運行過程，當裝載機發(fā)動機出現(xiàn)不能啟動故障時，如圖12所示選中裝載機，下面彈出一個子菜單，包括發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電器系統(tǒng)。點擊發(fā)動機，右側(cè)第一個窗口會列出發(fā)動機可能會出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象，根據(jù)機群施工實時監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控到的故障現(xiàn)象，選擇“不能啟動”，在第二個窗口會出現(xiàn)對故障原因的初步判斷，進一步選擇故障現(xiàn)象，通過框架推理機、規(guī)則推理機、模糊推理機和方法推理機的綜合運用，推出結(jié)果，即故障原因及相應(yīng)解決方法。
系統(tǒng)故障診斷結(jié)果通過中央控制系統(tǒng)返回發(fā)生故障的單機，現(xiàn)場工作人員根據(jù)診斷的結(jié)果對故障進行排除。當有兩臺以上設(shè)備同時發(fā)生故障時，故障會依次傳給機群工程機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)，經(jīng)診斷后，傳給機群施工調(diào)度控制子系統(tǒng)，通過機群施工調(diào)度控制子系統(tǒng)協(xié)調(diào)后，把協(xié)調(diào)結(jié)果傳給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)依次向故障現(xiàn)場發(fā)出診斷結(jié)果和調(diào)度結(jié)果，供工作人員選擇。當機群工程機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)無法對收到的故障現(xiàn)象推斷出原因時，將把該信息傳給遠程網(wǎng)絡(luò)診斷中心，遠程網(wǎng)絡(luò)診斷中心診斷后，傳回結(jié)果給機群工程機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)把結(jié)果加入系統(tǒng)的知識庫，再發(fā)給故障發(fā)生現(xiàn)場。
目前診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)對裝載機、壓路機、攤鋪機等組成的機群的故障診斷，其中裝載機包括發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和電器系統(tǒng)子系統(tǒng)；壓路機包括發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和行走裝置子系統(tǒng)。知識庫的組成結(jié)構(gòu)如圖15所示。用戶進行故障診斷時，依次從兩個列表框選擇故障現(xiàn)象和故障現(xiàn)象分類，系統(tǒng)會自動推出故障原因及解決方法。用戶根據(jù)得到的結(jié)論，對故障進行相應(yīng)的解決和排除。
系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，運用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)，系統(tǒng)易于擴充、維護。因此系統(tǒng)可以隨時將機群中的各種單機的知識加入到知識庫，并可對已有的知識進行修改、擴充，隨著知識獲取的進行，知識庫中的知識不斷豐富，系統(tǒng)的診斷功能也會越來越強。
下面以壓路機的發(fā)動機、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)故障診斷為例具體介紹面向?qū)ο笾R表達方法的實現(xiàn)。其它單機的知識表達方法可以以此類推。
<pre listing-type="program-listing">液壓系統(tǒng)故障診斷知識表達實例GLOBE液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)類；END/*框架描述開始*/Unit液壓系統(tǒng)類in液壓系統(tǒng)類.fra；/*unit框架名in知識庫名*/　　　　Memberslot名稱from液壓系統(tǒng)類；/*名稱槽的一般結(jié)構(gòu)*/　　　　InheritanceOVERRIDE；/*槽繼承屬性側(cè)面*/　　　　Valueclassstring；/*槽類型側(cè)面*/　　　　Values″液壓系統(tǒng)類″；/*槽值側(cè)面*/　　　　end slot；　　　　Memberslot代號from液壓系統(tǒng)類；/*代號槽的一般結(jié)構(gòu)*/　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　ValueGlassstring；　　　　Values″LY″；　　　　end slot；　　　　Memberslot編碼from液壓系統(tǒng)類；/*代號槽的一般結(jié)構(gòu)*/　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Values″AD9000A″；　　　　end slot；/*故障現(xiàn)象，故障原因及解決方法*/MemberSlot故障現(xiàn)象from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；MemberSlot故障現(xiàn)象取值from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Values″刮板停轉(zhuǎn)″；end slot；MemberSlot故障現(xiàn)象分類from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；MemberSlot故障現(xiàn)象分類取值from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；&lt;dp n="d17"/&gt;　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；memberslot故障現(xiàn)象分類取值規(guī)則from液壓系統(tǒng)類；/*規(guī)則槽*/inheritanceoverride；valueclassrules；values/*規(guī)則*/　　　　{　　　　rule 10　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″接通電磁閥電路時，振動輪不振動″　　　　then_frame.故障現(xiàn)象分類取值＝″液壓馬達的壓力回路沒有接通″；　　　　rule 20　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″振動壓路機振動時，感覺振動力不如初始″　　　　then_frame.故障現(xiàn)象分類取值＝″油泵效率和傳輸效率降低″；　　　　rule 30　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″切斷液壓馬達的電磁回路時，壓路機的振動輪仍振動″　　　　then_frame.故障現(xiàn)象分類取值＝″液壓馬達油路沒有切斷″；　　　　}end slot；MemberSlot產(chǎn)生原因from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；MemberSlot診斷方法from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；MemberSlot解決方法from液壓系統(tǒng)類；　　　　InheritanceOVERRIDE；　　　　Valueclassstring；　　　　Valuesunknown；end slot；memberslot故障原因及解決方法from液壓系統(tǒng)類；/*規(guī)則槽*/ inheritanceoverride； valueclassrules； values/*規(guī)則*/　　　　 {&lt;dp n="d18"/&gt;　　　　rule 10　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″接通電磁閥電路時，振動輪不振動″　　　　and_FRAME.故障現(xiàn)象分類＝″液壓馬達的壓力回路沒有接通″　　　　then_frame.產(chǎn)生原因＝″(1)電磁閥的電源電路斷路或電磁線圈損壞(2)換向閥滑閥被機械雜質(zhì)卡死在關(guān)閉位置″；　　　　 _frame.診斷方法＝″″；　　　　 _frame.解決方法＝″對癥排除″；　　　　rule 20　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″振動壓路機振動時，感覺振動力不如初始″　　　　and_FRAME.故障現(xiàn)象分類＝″油泵效率和傳輸效率降低″　　　　then_frame.產(chǎn)生原因＝″油泵泄漏，傳輸管道泄漏或堵塞″；　　　　_frame.診斷方法＝″″；　　　　_frame.解決方法＝″維修″；　　　　rule 30　　　　fact_FRAME.故障現(xiàn)象＝″切斷液壓馬達的電磁回路時，壓路機的振動輪仍振動″　　　　and_FRAME.故障現(xiàn)象分類＝″液壓馬達油路沒有切斷″　　　　then_frame.產(chǎn)生原因＝″(1)彈簧彈力小于滑閥的摩擦阻力(2)電磁閥短路(3)油液中的機械雜質(zhì)將滑閥卡在油路導(dǎo)通位置″；　　　　_frame.診斷方法＝″″；　　　　_frame.解決方法＝″維修″；　　　　}　　　　end slot；　　　　 Memberslot故障現(xiàn)象選擇from液壓系統(tǒng)類；/*方法槽*/　　　　 Inheritancemethod；　　　　 valueclassmethods；　　　　 Values液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象選擇方法；/*方法名*/　　　　 end slot；　　　　end Unit；/*框架描述完畢*/　　　　method 液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象選擇方法(故障現(xiàn)象選擇keyword)　　　　var　　　　 x1，x2，xreal；　　　　begin　　　　 _FRAME.故障現(xiàn)象＝select(″故障現(xiàn)象″，″鏟斗為全負荷時動臂上升較原始速度緩慢″，″鏟斗翻轉(zhuǎn)緩慢″，″油溫超過規(guī)定值，有時感覺舉升和鏟斗翻轉(zhuǎn)無力″，″工作時，液壓系統(tǒng)有噪音″)；　　　　 if(_FRAME.故障現(xiàn)象＝″鏟斗為全負荷時動臂上升較原始速度緩慢″)then　　　　begin　　　　 _FRAME.故障現(xiàn)象分類＝select(″故障現(xiàn)象分類″，　　　　 ″液壓泵影響″，″液壓工作裝置系統(tǒng)泄露的影響″，″堵塞的影響″，″流量轉(zhuǎn)換閥的影響″，″阻&lt;dp n="d19"/&gt;力過大″，″油箱儲油不足″，″液壓油泵進出口油管接反″)；　　　　 end；　　　　 if(_FRAME.故障現(xiàn)象＝″鏟斗翻轉(zhuǎn)緩慢″)then　　　　 begin　　　　 _FRAME.故障現(xiàn)象分類＝select(″故障現(xiàn)象分類″，　　　　″故障發(fā)生在早期″，″故障發(fā)生在正常使用期″，″故障發(fā)生在接近大修期″)；　　　　 end；　　　　if(_FRAME.故障現(xiàn)象＝″油溫超過規(guī)定值，有時感覺舉升和鏟斗翻轉(zhuǎn)無力″)then　　　　 begin　　　　_FRAME.故障現(xiàn)象分類＝select(″故障現(xiàn)象分類″，　　　　″液壓油泵磨損″，″控制閥影響″，″油路堵塞″，″阻力過大″，″散熱能力衰退″)；　　　　end；　　　　 if(_FRAME.故障現(xiàn)象＝″工作時，液壓系統(tǒng)有噪音″)then　　　　 begin　　　　_FRAME.故障現(xiàn)象分類＝select(″故障現(xiàn)象分類″，　　　　″氣穴引起噪聲″，″系統(tǒng)內(nèi)壓力波動的影響″，″機械振動的影響″)；　　　　end；　　　　reason(_FRAME，″故障原因及解決方法″)；　　　　end</pre>
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)，包括基于GSM/GPRS網(wǎng)的分布分層式的移動作業(yè)機群設(shè)備監(jiān)診系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)平臺；在施工現(xiàn)場的統(tǒng)一管理與單機操作、控制、維修、調(diào)整分散作業(yè)之間，構(gòu)造集中監(jiān)視、診斷分析與分散監(jiān)視、操作相結(jié)合的機群設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)；設(shè)置智能監(jiān)診的單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)，單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)連接單機移動通訊模塊；在每臺單機上需要配置微處理器、單機故障信息錄入器、單機控制器間接傳感器、單機智能監(jiān)診器傳感器、故障征兆狀態(tài)信息實時緩存器、故障信息發(fā)送/接收GSM端口、單機故障信息解碼器/編碼器以及單機移動通訊模塊；設(shè)置包括專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的機群上層計算機的機群監(jiān)診中心，機群監(jiān)診中心連接上層系統(tǒng)移動通訊模塊；機群監(jiān)測中心的故障診斷系統(tǒng)由微處理器專家系統(tǒng)推理機、上層系統(tǒng)移動通訊模塊、上層系統(tǒng)故障信息解碼器/編碼器、機群設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視緩存器、機群設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲器與知識庫存儲器構(gòu)成；單機故障診斷子系統(tǒng)和機群監(jiān)測中心故障診斷專家系統(tǒng)通過GSM/GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)、單機移動通訊模塊、上層系統(tǒng)移動通訊模塊進行信息傳遞，構(gòu)成分布分層式故障診斷專家系統(tǒng)；各臺單機共享機群監(jiān)診中心同一套診斷專家系統(tǒng)，和不同的數(shù)據(jù)庫，使機群設(shè)備的管理和單機操作實現(xiàn)實時監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，并得到設(shè)備的維護處理措施；單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)要實時監(jiān)視單機的各參數(shù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，異常情況下發(fā)出報警指示；同時，還要能接收機群監(jiān)診中心發(fā)出的調(diào)度指令；所述的單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)硬件是基于嵌入式微處理器的以人機共棲方式構(gòu)造的單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)的硬件平臺；在嵌入式微處理器上連接實現(xiàn)與GSM/GPRS模塊串行通訊的RS-232/CANbus接口；實現(xiàn)工程機械狀態(tài)參數(shù)傳感器信號變換的I/O接口；實現(xiàn)與工程機械單機控制器數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃ANbus總線；實現(xiàn)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)上載/下傳的USB端口；實現(xiàn)人機共棲故障征兆錄入、接收上層監(jiān)診系統(tǒng)指令信息的小鍵盤、顯示器LCD及其接口；監(jiān)診系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)庫的存貯器及硬盤；其特征在于所述的專家系統(tǒng)完成下述基本程序(1)對故障信息進行分析處理，判斷故障原因，提出處理意見，預(yù)測停機時間；(2)將故障原因及處理意見傳至單機控制器，指導(dǎo)操作者作業(yè)；(3)根據(jù)發(fā)生故障的機種在機群中的權(quán)值、故障部位在單機上的權(quán)值以及故障嚴重程度的權(quán)值判斷該故障對整個機群施工的影響，并將此信息傳至機群調(diào)度系統(tǒng)，便于調(diào)度系統(tǒng)及時做出調(diào)整；(4)當專家系統(tǒng)無法做出故障原因及處理意見的判斷時，及時將此信息傳至機群遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，請求支援。所述的專家系統(tǒng)包括獲取知識與管理故障診斷知識庫設(shè)備知識、故障機理知識、過程算法知識、人的經(jīng)驗知識、背景知識與元級知識；故障診斷知識表達采用面向?qū)ο罂蚣苤R表達語言表達，背景知識、故障機理知識主要表達在屬性槽內(nèi)，功能知識和經(jīng)驗知識主要表達在產(chǎn)生式規(guī)則槽內(nèi)，而過程算法知識和元級知識則通過方法槽中診斷推理和控制策略進行表達；故障診斷推理基于框架的推理、基于規(guī)則的推理、基于實例的推理和基于方法的推理。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)，其特征在于所述的專家系統(tǒng)包括框架推理機、規(guī)則推理機、實例推理機與模糊推理機組成的專家系統(tǒng)推理機，連接；輪式裝載機知識、瀝青攪拌站知識、自卸汽車知識、瀝青攤鋪機知識與振動壓路機知識組成的庫；以及輪式裝載機、瀝青攪拌站、自卸汽車制界面連接，機群故障診斷專家系統(tǒng)控制界面和單機故障診斷子系統(tǒng)n、瀝青攤鋪機與振動壓路機組成的數(shù)據(jù)庫；專家系統(tǒng)推理機與機群故障診斷專家系統(tǒng)控制界面連接，單機故障診斷子系統(tǒng)n控制界面又連接故障征兆數(shù)據(jù)庫、人工故障信息發(fā)送系統(tǒng)、單機工況故障報警系統(tǒng)與單機狀態(tài)參數(shù)標準值數(shù)據(jù)庫；所述的人工故障信息發(fā)送系統(tǒng)包括操作者感覺器官感知機械設(shè)備故障信息；所述的單機工況故障報警系統(tǒng)包括各種傳感器自動監(jiān)測信號。
3.按照權(quán)利要求2所述的基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)，其特征在于所述的知識庫的管理包括(1)設(shè)立知識庫源文件編輯器為用面向?qū)ο罂蚣苷Z言形式描述知識庫源文件提供知識編輯器；(2)知識庫源文件編譯器把以面向?qū)ο罂蚣苷Z言形式描述的外部知識庫源文件編譯成內(nèi)部以二叉樹表達的知識庫；(3)項目管理器對多個框架對象即知識單元的管理和維護，包括知識單元的增加、刪除和修改，通過框架連接器可以把單個的知識單元連接成可以利用的知識庫整體，通過系統(tǒng)提供的外部程序接口，還可以把外部過程連接起來，供推理使用；(4)外部過程程序管理器外部過程程序管理器負責知識庫查詢和瀏覽，知識查詢包括靜態(tài)查詢與動態(tài)查詢，以樹狀方式描述知識庫結(jié)構(gòu)，提供知識庫結(jié)構(gòu)瀏覽。
4.權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)的診斷方法，其特征在于按下述內(nèi)容構(gòu)建方法的專家系統(tǒng)故障診斷知識信息庫；故障診斷知識表達以對象為知識表達的基本單元，將多種單一的知識表達方式如規(guī)則、框架、過程，以對象為中心組成一種混合模式，將其屬性、動態(tài)行為和處理過程有關(guān)知識封裝在對象的結(jié)構(gòu)中，對象以框架形式出現(xiàn)，其屬性則用框架槽來表示；故障診斷程序測點狀態(tài)參數(shù)的提取、信號檢測、數(shù)據(jù)通訊、參數(shù)超限報警處理、征兆提取、故障診斷、原因分析及處理措施；故障診斷推理；監(jiān)診中心的計算機監(jiān)診系統(tǒng)按巡回掃描方式對機群中的單機施行診斷步驟為(1)當選通設(shè)備i時，即通過GMS端口接收該設(shè)備的狀態(tài)與故障征兆信息即上行數(shù)據(jù)；(2)系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)鏈協(xié)議標準進行解碼后，送診斷專家系統(tǒng)，進行診斷、推理、分析；(3)專家系統(tǒng)調(diào)用知識庫、數(shù)據(jù)庫，人機交互，對信息分析診斷，得出診斷結(jié)果數(shù)據(jù)；(4)診斷結(jié)果一路送監(jiān)視器顯示，一路經(jīng)數(shù)據(jù)鏈協(xié)議編碼后送到第i個單機GMS端口上，指導(dǎo)該設(shè)備運行，完成了該設(shè)備的監(jiān)診任務(wù)；(5)計數(shù)器自動加1，指向下一臺設(shè)備，重復(fù)(1)～(4)過程，直至遍歷機群全部n臺設(shè)備為止，從而完成了一個監(jiān)診周期的工作；(6)按時鐘周期重復(fù)(1)～(5)過程，循環(huán)往復(fù)、周而復(fù)始，實現(xiàn)了移動作業(yè)機群狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷任務(wù)；(7)在系統(tǒng)運行過程中，上層管理者可以隨時干預(yù)，選定關(guān)心的某臺設(shè)備i，對該臺設(shè)備進行重點狀態(tài)監(jiān)視，監(jiān)診主系統(tǒng)在后臺運行。
5.按照權(quán)利要求4所述的基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)的診斷方法，其特征在于所述的單機故障診斷子系統(tǒng)功能工作流程為(1)單機設(shè)備工況監(jiān)測和故障報警在多任務(wù)實時操作系統(tǒng)(RTOS)下，底層系統(tǒng)主控程序讀取直接監(jiān)測到的傳感器信號和來自于RS232或CANbus總線的間接監(jiān)測信號，在屏幕上顯示這些狀態(tài)參數(shù)，并與本機數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)正常狀態(tài)參數(shù)值比較，若超過規(guī)定范圍，則啟動故障報警程序，實現(xiàn)聲光、文字、圖像報警，提醒操作者；(2)采用人機共棲方式，獲取設(shè)備狀態(tài)信息；人—操作者、機—傳感器協(xié)作共同獲取設(shè)備狀態(tài)信息的方式，操作者故障征兆錄入由顯示屏、幾個特殊操作鍵組成的小鍵盤、手寫輸入器、征兆選擇錄入模塊組成；故障征兆選擇錄入模塊由錄入程序和故障征兆數(shù)據(jù)庫組成；錄入程序和故障征兆數(shù)據(jù)庫均按照機械設(shè)備層次結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)、部件、元件組成；當操作者發(fā)現(xiàn)設(shè)備不正常時，觸動監(jiān)診器小鍵盤按鈕，系統(tǒng)在監(jiān)測過程中，不斷掃描小鍵盤，接收到人工輸入指令時，啟動故障征兆錄入程序，調(diào)故障征兆數(shù)據(jù)庫，按照樹狀結(jié)構(gòu)的形式顯示可能的故障征兆，供操作者判斷、選擇、確認；對數(shù)據(jù)庫中尚未錄入的故障，采用現(xiàn)場臨時手寫方式輸入；對于這種新故障征兆，底層系統(tǒng)傳到上層后，將由領(lǐng)域?qū)＜曳治鰵w納出新的知識，添加到專家系統(tǒng)知識庫中，同時更新故障征兆數(shù)據(jù)庫；(3)設(shè)備狀態(tài)信息的GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送；根據(jù)上層系統(tǒng)管理者的要求，確定上下行數(shù)據(jù)的時鐘周期T；按此時鐘，系統(tǒng)將啟動GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送程序，把經(jīng)過監(jiān)測程序完成的來源于三方面的狀態(tài)信息，按照上底層間數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)碼，由GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)發(fā)送程序通過發(fā)送端口送往向上層系統(tǒng)；(4)接收上層故障診斷系統(tǒng)傳來的處理結(jié)果；底層系統(tǒng)在實時監(jiān)測過程中，不斷掃描GSM/GPRS數(shù)據(jù)接收端口，當有觸發(fā)信號時，系統(tǒng)將啟動GSM/GPRS數(shù)據(jù)接收程序接收上層發(fā)來的信息，再按照數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，通過監(jiān)診結(jié)果數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換成字符串文本，在顯示器上顯示，指導(dǎo)現(xiàn)場人員對設(shè)備進行維修、調(diào)整。
6.按照權(quán)利要求4所述的基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)的診斷方法，其特征在于所述的監(jiān)測故障信息的方法是使用單機智能監(jiān)診子系統(tǒng)用的傳感器和非傳感器即人的感知的方法獲取以下三方面的信息，提供給診斷專家系統(tǒng)(1)利用移動作業(yè)機械設(shè)備的控制用監(jiān)測信號，工程機械電子監(jiān)控系統(tǒng)針對諸如發(fā)動機、液壓系統(tǒng)進行，這些用于控制的參數(shù)能反映系統(tǒng)一部分工作狀況；(2)增加各系統(tǒng)中易于測取的、表征機器異常情況的特征參數(shù)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速；(3)某些重要故障征兆可以用經(jīng)驗來判斷，如發(fā)動機冒黑煙，變速箱尖叫聲，作業(yè)效率降低現(xiàn)象，設(shè)備操作者能及時直觀地感知到，而用傳感器監(jiān)測則比較困難，充分利用現(xiàn)場操作者的感官感知到的故障征兆，作為設(shè)備狀態(tài)分析、故障診斷的另一部分狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明是基于網(wǎng)絡(luò)移動作業(yè)機群工程機械故障智能化診斷系統(tǒng)。它對故障信息進行分析，判斷故障原因，提出處理意見，預(yù)測停機時間；將故障原因及處理意見傳至單機控制器，指導(dǎo)操作者作業(yè)；根據(jù)發(fā)生故障的機種在機群中的權(quán)值、故障部位在單機上的權(quán)值以及故障程度的權(quán)值判斷該故障對機群施工的影響，并將此信息傳至機群調(diào)度系統(tǒng)。單機上配置智能監(jiān)診子系統(tǒng)并連接移動通訊模塊；機群配置上層監(jiān)診中心故障診斷系統(tǒng)，并連接移動通訊模塊；通過GSM/GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成分布分層式智能化診斷系統(tǒng)。本發(fā)明易于構(gòu)造，成本低廉，實用可靠，能全面、準確、實時的報告移動作業(yè)機群運行狀態(tài)；解決了在移動作業(yè)設(shè)備上利用故障診斷專家系統(tǒng)的難題。
文檔編號H04B7/26GK1417961SQ0214886
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者牛占文, 王樹新, 鄭尚龍, 吳國祥, 李學(xué)忠, 王福山, 陳永亮, 傅宗元 申請人:天津大學(xué)