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故障监测专家系统集成开发平台

阅读:703发布:2021-05-18

专利汇可以提供故障监测专家系统集成开发平台专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种故障监测 专家系统 集成开发平台,包括:可支持混合编程的底层编码工具,用于进行专家系统模 块 化 支撑 功能构件设计与开发,完成对监测对象的物理 信号 提取、数字滤波、压缩封装、数据分发、静态统计特征计算、任务管理和图形显示工作;基于监测目标本体管理子系统,用于针对具体的监控对象建立可支持面向对象设计的监测目标本体系统实例;基于产生式故障监测规则处理子系统,用于建立可配置、裁剪、定制、重构的专家系统推理机工作框;基于专家系统 软件 实例生成子系统,用于将各个功能构件进行统一封装,生成故障监测专家 系统软件 原型 框架 ,生成试用版故障监测专家系统软件。本 发明 应用范围较宽、功能丰富、灵活性较好、交互性良好。,下面是故障监测专家系统集成开发平台专利的具体信息内容。

1.一种故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述集成开发平台包括: 可支持混合编程的底层编码工具,用于进行专家系统模支撑功能构件设计与开发,完成对监测对象的物理信号提取、数字滤波、压缩封装、数据分发、静态统计特征计算、任务管理和图形显示工作; 基于监测目标本体管理子系统,用于针对具体的监控对象建立可支持面向对象设计的监测目标本体系统实例,作为专家系统推理计算的物理载体,在此基础上开发相应的本体编辑接口,提升用户在系统开发、维护调试过程中的人机功效; 基于产生式故障监测规则处理子系统,用于建立可配置、裁剪、定制、重构的专家系统推理机工作框架,在此基础上加载故障监测推理规则管理算法,设计面向用户的二次开发接口; 基于专家系统软件实例生成子系统,用于将各个功能构件进行统一封装,针对具体的需求分析结果,生成故障监测专家系统软件原型框架,并将封装的功能构件逐步嵌入,进而生成试用版故障监测专家系统软件。
2.如权利要求1所述的故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述的可支持混合编程的底层编码工具,提供面向过程设计与面向对象设计混合编程接口,支持类继承、进程/线程管理、公共外部函数与模板函数;通过THIS指针传递对象实例当前资源,实现混合编程过程的对象实例属性同步;通过进程间通信方法实现各系统模块内部的信息交互与模块之间的数据通信。
3.如权利要求1或2所述的故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述的监测目标本体管理子系统包含监测目标群体部分与监测目标属性部分,所述的监测目标群体部分包含监测目标设备本身、其它对等监测设备、配套生产设备、辅助仪器仪表、生产车间、企业控制中心网络服务器与数据服务器;所述的监测目标属性部分包含设备物理参数、设备运行状态物理信号以及基于上述数据耦合形成的监测目标故障树。
4.如权利要求1或2所述的故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述的监测目标本体管理子系统,首先,将监测目标群体部分与监测目标属性部分进行规格化处理,按照面向对象设计要求进行封装定义,确定其类属性、静态性质参数、动态调用方法,生成目标本体实例;其次,根据监测目标本体的上下级继承关系与相互交互关系组成目标本体实例系统;再次,按照可扩展标记语言规范设计可兼容产生式推理规则的本体编辑接口,通过该接口,将生成的目标本体实例系统保存为可扩展描述语言文本文件,供故障监测专家系统其它功能模块访问、调用、修改、维护;最后,用户通过本体编辑接口访问、解析目标本体实例系统文件,根据当前应用需求对本体文件进行回写操作,即在线修改与更新,实现监测目标本体系统的敏捷管理。
5.如权利要求1或2所述的故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述的产生式故障监测规则处理子系统,首先,根据机电液一体化设备工作特点,将监测目标作如下分类定义:当工作状态物理信号数据流量大于IMB/s为易变目标,当工作状态物理信号数据流量在lkB/s到IMB/s之间为缓变目标,当工作状态物理信号数据流量小于lkB/s为稳定目标;其次,基于上述定义,以监测目标本体系统为物理载体,建立可支持顺序、跳转、选择、循环推理的产生式规则框架,并提供规则编辑接口;第三,针对不同的监测目标属性需求,基于先验知识规则与在线无导师学习算法,对生成的产生式规则框架进行知识填充与知识点延拓处理,进而形成面向故障监测推理的知识点网络有向图;第四,基于遗传算法对当前规则集合进行进化计算,并结合贪吃算法进行最优推理路径搜索,提高推理过程的实时性与有效性;第五,将经过优化处理的规则集合进行版本定义,并将其保存为可扩展描述语言文本文件。
6.如权利要求1或2所述的故障监测专家系统集成开发平台,其特征在于:所述的专家系统软件实例生成子系统,将底层功能构件、目标本体实例系统、产生式规则推理机进行统一细化、封装,针对具体的应用需求,生成试用版故障监测专家系统软件,工作流程为:a)基于子构件设计方法,解析本体系统文本文件与推理规则文本文件,将故障监测专家系统所涉及功能模块进行拆分、分类、重组,使划分后的模块具有高度内聚性,并生成可选择处理列表;b)针对不同的监测目标属性需求,生成可定制软件设计导向接口,结合用户的当前需求,对上一步处理的软件模块进行功能集成,建立模块间数据依赖关系,并完成相应的控制参数初始化操作;c)针对不同的操作系统运行平台,生成符合可扩展标记语言规范的编译引导文本;d)基于上述编译引导文本,编译生成故障监测专家系统软件实例,并根据既定测试案例进行自顶向下测试;e)所生成的软件实例若能达到需求规格文档所涉及的功能,则结束生成过程,软件实例即为试用版故障监测专家系统软件;f)所生成的软件实例若未能达到需求规格文档所涉及的功能,则退回至步骤b),进行重新组合、配置、编译,直到所生成软件实例满足设计要求。

说明书全文

故障监测专家系统集成开发平台

技术领域

[0001]本发明涉及工业过程监测与仪器仪表领域,尤其是涉及面向一种故障监测专家系统集成开发平台。

背景技术

[0002]专家系统是利用人工智能机器学习技术,对人类知识活动进行推理模拟的信息技术手段。专家系统它能在一个范围相对较窄的、存在疑难问题的专业领域中有效地工作,达到人类专家处理问题的能平。但专家系统在其开发及应用过程中主要存在开发周期长、人力成本高、维护难度大、投入实际应用困难等问题。
[0003]专家系统开发平台是进行专家系统开发的有效手段,可以大幅度的减小专家系统开发过程中的人力成本。当前应用比较广泛的专家系统集成开发平台主要有EMYCIN、0PSS、CLIPS、LISP、PR0L0G等。上述集成开发平台可以针对不同的用户需求,开发相应的专家系统应用实例,但存在应用范围较窄、功能单一、灵活性差、交互性差等问题。
[0004]故障监测专家系统是对状态监测技术的智能升级与延伸,是当前应用最为广泛的专家系统之一。故障监测专家系统接收传感器采集的监测对象实时物理信号,基于相关判断规则识别监测目标的当前运行状态,并给出相应的故障原因与初步解决方案。
[0005]故障监测专家系统具有专业性强、算法难度高、推理过程复杂、识别精度高等特点,这给故障监测专家系统的开发提出了较高的技术要求。如前所述,利用EMYCIN、0PSS等平台进行故障监测专家系统开发在效率、功能方面都很难达到要求,所以搭建一种开发周期短、交互性好、高效的故障监测专家系统开发环境非常有必要。

发明内容

[0006]为了解决当前故障监测专家系统存在的应用范围较窄、功能单一、灵活性差、交互性差等问题,本发明提供一种应用范围较宽、功能丰富、灵活性较好、交互性良好的故障监测专家系统集成开发平台。[0007 ]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] —种故障监测专家系统集成开发平台,所述集成开发平台包括:
[0009]可支持混合编程的底层编码工具,用于进行专家系统模支撑功能构件设计与开发,完成对监测对象的物理信号提取、数字滤波、压缩封装、数据分发、静态统计特征计算、任务管理和图形显示工作;
[0010]基于监测目标本体管理子系统,用于针对具体的监控对象建立可支持面向对象设计的监测目标本体系统实例,作为专家系统推理计算的物理载体,在此基础上开发相应的本体编辑接口,提升用户在系统开发、维护调试过程中的人机功效;
[0011]基于产生式故障监测规则处理子系统,用于建立可配置、裁剪、定制、重构的专家系统推理机工作框架,在此基础上加载故障监测推理规则管理算法,设计面向用户的二次开发接口 ;
[0012]基于专家系统软件实例生成子系统,用于将各个功能构件进行统一封装,针对具体的需求分析结果,生成故障监测专家系统软件原型框架,并将封装的功能构件逐步嵌入,进而生成试用版故障监测专家系统软件。
[0013]进一步,所述的可支持混合编程的底层编码工具,提供面向过程设计与面向对象设计混合编程接口,支持类继承、进程/线程管理、公共外部函数与模板函数;通过THIS指针传递对象实例当前资源,实现混合编程过程的对象实例属性同步;通过进程间通信方法实现各系统模块内部的信息交互与模块之间的数据通信。
[0014]再进一步,所述的监测目标本体管理子系统包含监测目标群体部分与监测目标属性部分,所述的监测目标群体部分包含监测目标设备本身、其它对等监测设备、配套生产设备、辅助仪器仪表、生产车间、企业控制中心网络服务器与数据服务器;所述的监测目标属性部分包含设备物理参数、设备运行状态物理信号以及基于上述数据耦合形成的监测目标故障树。
[0015]更进一步,所述的监测目标本体管理子系统,首先,将监测目标群体部分与监测目标属性部分进行规格化处理,按照面向对象设计要求进行封装定义,确定其类属性、静态性质参数、动态调用方法,生成目标本体实例;其次,根据监测目标本体的上下级继承关系与相互交互关系组成目标本体实例系统;再次,按照可扩展标记语言规范设计可兼容产生式推理规则的本体编辑接口,通过该接口,将生成的目标本体实例系统保存为可扩展描述语言文本文件,供故障监测专家系统其它功能模块访问、调用、修改、维护;最后,用户通过本体编辑接口访问、解析目标本体实例系统文件,根据当前应用需求对本体文件进行回写操作,即在线修改与更新,实现监测目标本体系统的敏捷管理。
[0016]所述的产生式故障监测规则处理子系统,首先,根据机电液一体化设备工作特点,将监测目标作如下分类定义:当工作状态物理信号数据流量大于IMB/s为易变目标,当工作状态物理信号数据流量在lkB/s到IMB/s之间为缓变目标,当工作状态物理信号数据流量小于lkB/s为稳定目标;其次,基于上述定义,以监测目标本体系统为物理载体,建立可支持顺序、跳转、选择、循环推理的产生式规则框架,并提供规则编辑接口;第三,针对不同的监测目标属性需求,基于先验知识规则与在线无导师学习算法,对生成的产生式规则框架进行知识填充与知识点延拓处理,进而形成面向故障监测推理的知识点网络有向图;第四,基于遗传算法对当前规则集合进行进化计算,并结合贪吃算法进行最优推理路径搜索,提高推理过程的实时性与有效性;第五,将经过优化处理的规则集合进行版本定义,并将其保存为可扩展描述语言文本文件。
[0017]所述的专家系统软件实例生成子系统,将底层功能构件(信号采集、预处理、压缩封装、数据分发、特征计算、任务管理、图形显示)、目标本体实例系统、产生式规则推理机进行统一细化、封装,针对具体的应用需求,生成试用版故障监测专家系统软件,工作流程为:a)基于子构件设计方法,解析本体系统文本文件与推理规则文本文件,将故障监测专家系统所涉及功能模块进行拆分、分类、重组,使划分后的模块具有高度内聚性,并生成可选择处理列表;b)针对不同的监测目标属性(易变、缓变、稳定)需求,生成可定制软件设计导向接口,结合用户的当前需求,对上一步处理的软件模块进行功能集成,建立模块间数据依赖关系,并完成相应的控制参数初始化操作;c)针对不同的操作系统运行平台,生成符合可扩展标记语言规范的编译引导文本;d)基于上述编译引导文本,编译生成故障监测专家系统软件实例,并根据既定测试案例进行自顶向下测试;e)所生成的软件实例若能达到需求规格文档所涉及的功能,则结束生成过程,软件实例即为试用版故障监测专家系统软件;f)所生成的软件实例若未能达到需求规格文档所涉及的功能,则退回至步骤b),进行重新组合、配置、编译,直到所生成软件实例满足设计要求。
[0018]本发明的有益效果主要表现在:I)本发明所涉及的若干工具未有特殊专业限定,支持开放源码项目,易于实现,构造成本低;
[0019] 2)提供了一种有效的本体一推理机实现机制,提供了多种面向用户的二次开发接口,增强了开发过程的交互性,提高了开发效率;
[0020] 3)支持构件化设计,内聚性高,可根据具体的用户需求进行配置、裁减,重用性好;
[0021] 4)可耦合丰富的先验知识规则、知识规则管理算法、信号处理算法与故障诊断算法,为专家系统功能扩展提供有力支持。附图说明
[0022]图1是系统功能构架与工作机制示意图;
[0023]图2是本体系统构架与产生式规则系统交互示意图;
[0024]图3是故障监测专家系统应用实例生成流程图

具体实施方式

[0025]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0026]参照图1〜图3,一种故障监测专家系统集成开发平台,面向机电液一体化设备(水栗、压缩机、大型机床、抽油机、中央空调机、大型制冷机)状态监测与故障诊断需求,提供专家系统功能框架构建与二次开发接口。该平台主要由可支持混合编程的底层编码工具、监测目标本体管理子系统、产生式故障监测规则处理子系统、专家系统软件实例生成子系统组成,如附图1所示。
[0027]本发明所涉及的故障监测专家系统集成开发平台,其工作机制流程如附图1所示,其具体实现步骤如下:
[0028]①通过可支持混合编程的底层编码工具,如C/C++,进行专家系统模块化支撑功能构件设计与开发,完成对监测对象的物理信号提取、数字滤波、压缩封装、数据分发、静态统计特征计算、任务管理、图形显示等工作,作为专家系统功能的基础支撑。
[0029]②针对具体的监控对象,如水栗、压缩机、大型机床、抽油机等,基于监测目标本体管理子系统建立可支持面向对象设计的监测目标本体系统实例,作为专家系统推理计算的物理载体,在此基础上开发相应的本体编辑接口,提升用户在系统开发、维护调试过程中的人机功效,缩短开发周期。
[0030]③基于产生式故障监测规则处理子系统建立可配置、裁剪、定制、重构的专家系统推理机工作框架,可适应包括嵌入式系统在内的各类计算机平台与体系结构,具有良好的系统适用性。在此基础上加载故障监测推理规则管理算法,设计面向用户的二次开发接口,提高故障监测专家系统的开发效率。
[0031]最后,将上述三步工作形成的各个功能构件进行统一封装,针对具体的需求分析结果,基于专家系统软件实例生成子系统生成故障监测专家系统软件原型框架,并将封装的功能构件逐步嵌入,进而生成试用版故障监测专家系统软件。
[0032]可支持混合编程的底层编码工具,为面向过程设计与面向对象设计编码语言的优化组合,如C/C++、PASCAL/DELPH1、BASIC/VB等。上述组合编码工具,可提供面向过程设计与面向对象设计混合编程接口,支持类继承、虚基类、进程/线程管理、公共外部函数与模板函数,通过THIS指针传递对象实例当前资源,实现混合编程过程的对象实例属性同步;通过进程间通信方法实现各系统模块内部的信息交互与模块之间的数据通信。
[0033]监测目标本体管理子系统,包含监测目标群体部分与监测目标属性部分。监测目标群体部分包含监测目标设备本身、其它对等监测设备、配套生产设备、辅助仪器仪表、生产车间、企业控制中心网络服务器与数据服务器;所述的监测目标属性部分包含设备物理参数(设备号、出厂时间、额定功率、常规噪声水平)、设备运行状态物理信号(电压电流、振动、压力、流量、开关量)以及基于上述数据耦合形成的监测目标故障树。
[0034]本发明所涉及的监测目标本体管理子系统,采用可视化本体涉及工具Protege实现,如附图2所示,其具体工作流程如下:
[0035]①根据Protege本体设计规范,将监测目标群体部分与监测目标属性部分进行规格化处理,按照面向对象设计要求进行封装定义,确定其Slot参数,包含类属性、静态性质参数、动态调用方法,生成目标本体实例。
[0036]②根据监测目标本体的上下级继承关系与相互交互关系组成目标本体实例系统。
[0037]③按照可扩展标记语言(XML)规范设计可兼容产生式推理规则的本体编辑接口,并已插件(Plug-1n)形式进行封装,如附图2所示。通过该接口,将生成的目标本体实例系统保存为可扩展描述语言文本文件,即.XML文件,供故障监测专家系统其它功能模块访问、调用、修改、维护,提高本体设计过程的可移植性与适用性。
[0038]④用户通过本体编辑接口访问、解析目标本体实例系统.XML文件,根据当前应用需求对本体文件进行回写操作,即在线修改与更新,实现监测目标本体系统的敏捷管理,有效缩短开发周期。
[0039]产生式故障监测规则处理子系统,采用C语言集成产生式系统(CLIPS)实现,如附图2所示,其具体实现步骤可描述如下:
[0040]①根据机电液一体化设备工作特点,基于CLIPS对象处理规范,将监测目标作如下分类定义:易变目标(工作状态物理信号数据流量大于IMB/s )、缓变目标(工作状态物理信号数据流量在lkB/s到IMB/s之间)与稳定目标(工作状态物理信号数据流量小于lkB/s),并保存为CLIPS对象实例。
[0041]②基于上述定义,以监测目标本体系统为物理载体,建立可支持顺序、跳转、选择、循环推理的产生式规则框架,并提供规则编辑接口。
[0042]③针对不同的监测目标属性(易变、缓变、稳定)需求,基于先验知识规则与在线无导师学习算法,对生成的产生式规则框架进行知识填充与知识点延拓处理,进而形成面向故障监测推理的知识点网络有向图。
[0043] ④基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对当前规则集合进行进化计算,并结合贪吃算法(Greedy Alg0rithm,GA)进行最优推理路径搜索,如附图2所示,提高推理过程的实时性与有效性。
[0044]⑤将经过优化处理的规则集合进行版本定义,并将其保存为可扩展描述语言文本文件,S卩.XML文件。
[0045]专家系统软件实例生成子系统,采用跨平台集成开发工具Eclipse实现,如附图3所示,将底层功能构件(信号采集、预处理、压缩封装、数据分发、特征计算、任务管理、图形显示)、目标本体实例系统、产生式规则推理机进行统一细化、封装,针对具体的应用需求,生成试用版故障监测专家系统软件,其具体处理流程如下:
[0046]①基于子构件设计(Sub-component)方法,解析本体系统文本文件与推理规则文本文件,将故障监测专家系统所涉及功能模块进行拆分、分类、重组,使划分后的模块具有高度内聚性,并生成可选择处理列表;
[0047]②针对不同的监测目标属性(易变、缓变、稳定)需求,生成可定制软件设计导向接口,结合用户的当前需求,对上一步处理的软件模块进行功能集成,建立模块间数据依赖关系,并完成相应的控制参数初始化操作;
[0048]③针对不同的操作系统运行平台,生成符合可扩展标记语言规范的编译引导文本,即Makef i I e文件,如附图3所示。
[0049]④基于上述编译引导文本,编译生成故障监测专家系统软件实例,并根据既定测试案例进行自顶向下测试。
[0050]⑤所生成的软件实例若能达到需求规格文档所涉及的功能,则结束生成过程,软件实例即为试用版故障监测专家系统软件。
[0051]⑥所生成的软件实例若未能达到需求规格文档所涉及的功能,则退回至步骤②,进行重新组合、配置、编译,直到所生成软件实例满足设计要求。
[0052]最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
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