第六章机组故障诊断专家系统16734.docx

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1、第六章 故障诊断专家系统Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第六章 故障诊断专家系统6.1专家系统概述6.1.1专家系统的定义专家系统（EExpeert sysstemm简称EES）是是人工智智能的一一个分支支领域，在在自然科科学、社社会科学学、工程程技术的的各个领领域得到到了广泛泛的应用用，是人人工智能能领域中中最具有有吸引力力、最成成功的研研究领域域。20世纪660年代代中期，人人工智能能由追求求通用的的一般研研究转入入特定的的研究，产产生了以以专家系系统为代代表的基基于知识识的各类类人工

2、智智能系统统。19965年年，斯坦坦福大学学教授费费根鲍姆姆（E.A.FFeiggenbbaumm）开创创了基于于知识的的专家系系统这一一人工智智能研究究的新领领域。他他与别人人共同开开发的根根据化合合物的分分子式及及其质谱谱数据帮帮助化学学家推断断分子结结构的计计算机程程序系统统DENNDRAAL，标标志着专专家系统统的诞生生。专家系统的的发展可可以分为为孕育（119655年以前前）、产产生（11965519771）、成成熟（11972219777）和和发展（119788）四个个阶段25。在770年代代ES系系统的成成熟期，EES的概概念与观观点逐渐渐大众化化，先后后出现了了一批较较成熟的的

3、ES系系统，主主要是在在医学领领域，代代表性的的有MYYCINN、CAASNEET、PPROSSPECCTORR等ESS系统。这这一时期期的ESS系统与与第一代代系统相相比具有有：多数数使用自自然语言言对话，多多数系统统具有解解释功能能，采用用了似然然推理技技术。进入80年年代后，专专家系统统的应用用范围更更加广泛泛，已扩扩展到军军事、空空间技术术、建筑筑设计和和设备诊诊断等方方面。在在设备的的故障诊诊断领域域中，近近几年我我国也开开发了一一些专家家系统，主主要是针针对汽轮轮发电机机组开发发的故障障诊断专专家系统统。水电电机组的的结构与与运行原原理同汽汽轮发电电机组相相似，但但却有不不同之处处

4、，因此此水电机机组故障障诊断的的研究即即具有一一定的理理论基础础，又具具有很大大的必要要性。专家系统发发展到现现在，已已经得到到许多领领域专家家的认可可，但是是对于专专家系统统的定义义到目前前为止还还没有一一个统一一的说法法。一种种意见认认为：专专家系统统是利用用具有相相当量的的公认、权权威的知知识来解解决特定定领域中中的实际际问题的的计算机机程序系系统，可可以根据据人为提提供的数数据、事事实和信信息，结结合系统统中存储储的专家家经验或或知识，运运用一定定的推理理机制进进行推理理判断，最最后给出出一定的的结论和和用户解解释以供供用户决决策之用用。持有另一种种意见的的人则认认为：专专家系统统是一

5、个个具有知知识库和和具体计计算机的的系统，其其知识库库中的知知识来源源于某领领域专家家的技能能和经验验；可以以对某一一任务提提出建议议或给出出合理的的决策；能判断断自己的的推理路路线并以以简明的的形式显显示出来来；常采采用基于于规则的的程序设设计。第三种意见见认为：专家系系统是一一个使用用知识和和推理的的智能计计算机程程序，它它的目的的是解决决人类专专家很难难解决的的一些问问题；专专家系统统中的知知识由事事实和启启发式信信息构成成，其事事实构成成了共享享且为专专家认可可的知识识信息体体；专家家系统的的启发式式信息则则是一些些独特的的推理规规则，如如似然推推理规则则、优化化猜测规规则等。上述对专

6、家家系统的的理解都都有两个个概念知识、推推理和智智能程序序。因此此可以引引用专家家系统创创始人费费根鲍姆姆（E.A.FFeiggenbbaumm）的一一段话来来说明什什么是专专家系统统：“专家系系统是一一个智能能计算机机程序，它它利用知知识和推推理过程程来解决决那些需需要大量量的人类类专家知知识才能能解决的的复杂问问题。所所用的知知识和推推理过程程可认为为是最好好的领域域专家的的专门知知识的模模型”。一般而言，专专家系统统具有如如下特点点：a) 象人类专家家一样可可以解决决一些困困难问题题；b) 以知识为基基础；c) 用适当的方方式进行行人机交交流，包包括使用用自然语语言；d) 具有专家水水平

7、的专专门知识识。专家家系统所所具有的的知识面面可以很很窄，但但针对某某个特定定领域，必必须要有有专家的的水平；e) 具有符号处处理的能能力。专专家系统统能采用用符号准准确地来来表示领领域有关关的信息息和知识识，并对对其进行行各种处处理和推推理功能能，这里里用符号号表示的的知识和和信息超超越了数数据的范范畴；f) 具有一般问问题的求求解能力力。专家家系统具具有一种种公共的的智能行行为，能能做一般般的逻辑辑推理、目目标搜索索和常识识处理等等工作；g) 具有一定的的复杂度度与难度度。专家家系统所所处理的的知识都都是专门门的领域域知识。若若领域问问题不具具有一定定的复杂杂度与难难度，就就根本不不需要专

8、专家来解解决；h) 具有解释功功能。专专家系统统在解题题的过程程中，应应能解释释获得结结果的原原因。这这就是专专家系统统的透明明性；i) 具有获取知知识的能能力。与与人类专专家一样样能通过过学习不不断丰富富自己的的知识和和扩充知知识库，高高级专家家系统也也应有进进一步不不断获取取知识的的能力；j) 具有自学的的能力，能能从系统统运行的的经验中中不断总总结新知知识和更更新老知知识。目目前，该该能力还还是停留留在初级级阶段，还还没有找找到更好好地解决决学习问问题的方方法；k) 具有较好的的可扩充充性与可可维护性性，因为为专家系系统一般般都把程程序的控控制和推推理机构构与知识识分离，相相对地互互相独

9、立立；专家系统是是一种智智能的计计算机程程序，而而这种智智能计算算机程序序不同于于传统的的计算机机程序。专专家系统统可以表表示为： 知知识+推推理=专专家系统统而传统计算算机程序序为： 数数据+算算法=程程序专家系统与与传统计计算机程程序的区区别：a） 总体上说，专专家系统统是一种种属于人人工智能能范畴的的计算机机应用程程序，人人工智能能的各种种问题的的求解策策略和方方法都适适用于专专家系统统。专家家系统使使用的求求解方法法不同于于传统应应用程序序的算法法。专家家系统求求解的问问题是不不良结构构或不确确定性的的问题，而而传统的的程序求求解的是是确定的的定规类类问题。b） 从功能看，专专家系统统

10、模拟的的是人类类专家在在问题领领域上的的推理，而而不是模模拟问题题本身。传传统的程程序是通通过建立立数学模模型去模模拟问题题领域。c） 从组成结构构上，专专家系统统解决问问题有三三要素：描述问问题状态态的综合合数据库库或全局局数据库库，存放放启发式式经验知知识的知知识库，以以及对知知识库中中的知识识进行推推理的推推理机。知知识库的的知识与与领域专专家密不不可分，需需要经常常地补充充和修正正，它同同推理机机相互独独立，增增加了系系统的灵灵活性。传传统的计计算机程程序只有有数据级级和程序序级两级级结构，将将描述算算法的过过程性计计算信息息和控制制性判断断信息一一起编码码在程序序中，缺缺乏专家家系统

11、的的灵活性性。总之，专家家系统是是使用某某个领域域专家的的领域知知识来求求解问题题，而不不是使用用某些从从计算机机科学和和数学中中推导出出的与领领域相关关性不大大的方法法来求解解问题。6.1.22专家系系统的结结构专家系统是是求解某某一领域域的智能能计算级级程序，因因此专家家系统应应具备以以下几个个功能：a) 存储问题求求解所需需的知识识。b) 存储具体问问题求解解的初始始数据和和推理过过程中涉涉及到的的各种信信息，如如中间结结果、目目标、子子目标以以及假设设等等。c) 根据当前输输入的数数据，利利用已有有知识，按按照一定定的推理理策略，去去解决当当前实际际问题，并并可以控控制和协协调整个个系

12、统。d) 能够对推理理过程、结结论或系系统自身身行为做做出必要要的解释释，如解解题步骤骤、处理理策略、选选择处理理方法的的理由、系系统求解解某种问问题的能能力、系系统如何何组织相相管理其其自身知知识等这样既既便于用用户的理理解和接接受，同同时也便便于系统统的维护护。e) 提供知识获获取、机机器学习习以及知知识库的的修改、扩扩充和完完善等维维护手段段。只有有这样才才能更有有效地提提高系统统的问题题求解能能力及准准确性。f) 提供一种用用户接口口，既便便于用户户使用，又又便于分分析和理理解用户户的各种种要求和和请求。一个完整的的专家系系统必须须具有以以上的功功能，因因此可以以决定一一般的专专家系统

13、统的结构构。专家家系统结结构由三三种结构构：基本本型、一一般型和和理想型型。图6-1 专家系系统的基基本结构构图6-1给给出了基基本型的的结构，它它包括两两个主要要部分：知识库库和推理理机。这这种结构构比较简简单，知知识工程程师与领领域专家家直接交交互，收收集与整整理领域域专家的的知识，将将其转化化为系统统的内部部表示形形式并存存放到知知识库中中；推理理机根据据用户的的问题、求求解要求求和所提提供的初初始数据据，运用用知识库库中的知知识对问问题进行行求解，并并将产生生的结果果输出给给用户。图6-2给给出了专专家系统统结构的的一般型型。以MMYCIIN为代代表的基基于规则则的专家家系统（RRul

14、ee-baasedd Exxperrt ssysttem）采采用了这这种结构构，是由由所谓的的产生式式系统发发展起来来的，在在目前专专家系统统建造中中比较流流行这这种结构构包括六六个部分分：知识识库、推推理机、综综合数据据库、人人机接口口、解释释机以及及知识获获取程序序。其中中知识库库、推理理机和综综合数据据库是目目前大多多数专家家系统的的主要内内容。图6-2专专家系统统一般型型(1)知识识库（KKnowwleddge Basse ,缩写KKB）。用用以存放放领域专专家提供供的专门门知识。这这些专门门知识包包含与领领域相关关的书本本知识、常常识性知知识以及及专家凭凭经验得得到的试试探性知知识专

15、专家系统统的问题题求解是是运用专专家提供供的专门门知识来来模拟专专家的思思维方式式进行的的，这样样知识库库中拥有有知识的的数量和和质量就就成为一一个专家家系统中中系统性性能和问问题求解解能力的的关键因因素因因此，知知识库的的建立是是建造专专家系统统的中心心任务。(2)综合合数据库库。用于于存放关关于问题题求解的的初始数数据、求求解状态态、中间间结果、假假设、目目标以及及最终求求解结果果。(3)推理理机（IInfeerennce Engginee）。在在一定的的控制策策略下针针对综合合数据库库中的当当前信息息，识别别和选取取知识库库中对当当前问题题求解有有用的知知识进行行推理。在在专家系系统中，

16、由由于知识识库中知知识往往往是不完完全的和和不精确确的，因因而其推推理过程程一般采采用不精精确推理理(4)知识识获取程程序。在在专家系系统的知知识库建建造中用用以部分分代替知知识工程程师进行行专门知知识的自自动获取取，实现现专家系系统的自自学习，不不断完善善知识库库。(5)解释释程序。根根据用户户的提问问，对系系统提出出的结论论、求解解过程以以及系统统当前的的求解状状态提供供说明，便便于用户户理解系系统的问问题求解解，增加加用户对对求解结结果的信信任程度度。在知知识库的的完善过过程中便便于专家家或知识识工程师师发现和和定位知知识库中中的错误误，便于于领域的的专业人人员或初初学者能能够从问问题的

17、求求解过程程中得到到直观学学习。（6）人机机接口(Mann-Maachiine Intterffacee)。将将专家或或用户的的输入信信息翻译译为系统统可接受受的内部部形式，把把系统向向专家或或用户输输出的信信息转换换成人类类易于理理解的外外部形式式。监测子系统征兆获取模块征兆事实库机组参数库知识获取模块诊断知识库工作存储器推 理 机解释模块故障决策模块人机接口模块领域专家上述的两种种专家系系统的结结构只是是各应用用领域类类专家系系统的基基本和核核心。对对于水电电机组的的故障诊诊断专家家系统而而言，其其组成除除了上述述六个部部分外，还还应该包包括在线线监测子子系统、机机组实际际参数库库、征兆兆

18、事实库库、信号号分析程程序、征征兆获取取程序、故故障处理理程序和和监测数数据库。图6-3水水电机组组故障诊诊断专家家系统图6-3是是水电机机组专家家系统示示意图，图图中各部部分功能能为：（1）机组组参数库库：用于于存放机机组有关关的结构构和功能能参数（如如水电机机组的设设计参数数）以及及机组过过去运行行情况的的背景信信息。（2）诊断断知识库库：诊断断知识库库是机组组故障诊诊断专家家系统的的核心，也也是影响响机组故故障诊断断专家系系统性能能的瓶颈颈。其用用于存放放水电机机组领域域专家的的各种与与机组故故障诊断断有关的的知识，包包括机组组征兆、控控制知识识、经验验知识、对对策知识识和翻译译程序。这

19、这些知识识是由知知识工程程师和水水电专家家合作获获取到的的，并通通过知识识获取模模块按一一定的知知识表示示存入到到诊断知知识库中中。（3）征兆兆获取模模块：采采用一定定的征兆兆获取方方法，对对监测数数据库中中的数据据进行分分析，获获取征兆兆。常用用的方法法为时域域提取和和频域提提取。但但亦可研研究利用用小波分分析来提提取故障障征兆。（4）知识识获取模模块：知知识获取取模块负负责对诊诊断知识识库进行行维护和和更新，包包括知识识的输入入、修改改、删除除和查询询等管理理功能及及知识的的一致性性、冗余余性和完完整性等等维护功功能。同同时，将将机组发发生的且且以前没没有遇到到过的新新情况补补充到知知识库

20、中中。（5）推理理机：推推理机是是一组程程序，用用于控制制系统的的运行。利利用诊断断知识库库的知识识，并提提取征兆兆事实库库的事实实按照一一定的问问题求解解策略，进进行推理理诊断，最最后给出出诊断结结果。诊诊断推理理模块是是诊断系系统的关关键，它它的推理理模式和和推理依依据对诊诊断的准准确性起起决定作作用。它它可分为为：自动动诊断和和人工干干预诊断断。自动动诊断不不需要人人工干预预，所有有过程均均由系统统自动完完成，并并最后给给出诊断断结果和和诊断解解释。人人工干预预诊断需需要用户户提问，获获得更多多的征兆兆信息，以以便更精精确地进进行诊断断，（6）解释释模块：负责对对用户提提出的问问题进行行

21、解释，并并给出诊诊断依据据。其是是用户了了解诊断断结果并并对诊断断结果可可靠性进进行判断断的依据据。（7）故障障决策模模块：根根据诊断断结果给给出系统统应采取取的措施施。（8）人机机接口模模块：用用于用户户、专家家和知识识工程师师与机组组诊断系系统进行行交互。将将用户输输入的信信息转换换成系统统能辨认认的信息息，同时时将系统统信息转转换成用用户易于于理解的的外部表表示形式式（图形形、图表表、表格格、自然然语言等等）。6.1.33专家系系统的分分类专家系统可可以按照照多种不不同的方方法进行行分类。按照推理控控制策略略分类，可可分为正正向推理理专家系系统、反反向推理理专家系系统、元元控制专专家系统

22、统等。按照专家系系统的应应用领域域来分类类，可分分为医疗疗专家系系统、勘勘探专家家系统、石石油专家家系统、数数学专家家系统、物物理专家家系统、化化学专家家系统、气气象专家家系统、生生物专家家系统、工工业专家家系统、法法律专家家系统、教教育专家家系统等等。每个个大类系系统又可可以分为为若干个个小类，工工业专家家系统按按照对象象不同可可以分为为汽轮机机专家系系统、压压缩机专专家系统统、水轮轮发电机机专家系系统、FFMS专专家系统统等。按照知识表表示技术术分类，可可分为基基于逻辑辑的专家家系统（LLogiic-bbaseed EExpeert sysstemm）、基基于规则则的专家家系统（RRule

23、e-baasedd Exxperrt ssysttem）、基基于语义义网的专专家系统统、基于于框架的的专家系系统(FFramme-bbaseed EExpeert sysstemm)等。其其中比较较有代表表性的是是MYCCIN基基于规则则的专家家系统。按照专家系系统所解解决的问问题性质质分为：a) 解释型。通通过对采采集到的的数据进进行分析析，解释释深一层层的结构构或内部部可能情情况等的的系统。这这个范畴畴包括语语言理解解、图像像处理、信信息解释释和智能能分析。语语言理解解系统HHERAASAYY系统就就属于这这类系统统。这类类系统的的特点是是输入数数据包含含许多干干扰因素素。b) 诊断型。根

24、根据输入入信号找找出处理理对象存存在的故故障，并并给出排排除故障障方案的的系统。此此类系统统主要应应用于医医学、电电子、机机械和软软件等的的诊断。例例如，治治疗细菌菌感染的的系统MMYCIIN，计计算机硬硬件故障障诊断系系统DAART，旋旋转机械械故障诊诊断专家家系统DDIVAA。这类类系统的的特点是是故障与与现象之之间一般般没有一一一对应应关系。c) 预测型。根根据处理理对象过过去和现现在的情情况推断断未来的的可能结结果的系系统。这这个范畴畴包括天天气预报报、人口口预演、交交通预报报、农业业产量估估计和军军事预测测等。这这类任务务的特点点是事件件和数据据随时间间变化。 d) 设计型。根根据设

25、计计要求制制定方案案或图样样的系统统。这类类问题包包括线路路设计、建建筑物设设计、财财政方案案设计等等。这类类系统的的特点是是设计要要求与设设计构件件不匹配配，并且且多项设设计要求求之间存存在重叠叠或隐含含联系。e) 规划型。根根据给定定目标拟拟订行动动计划的的系统。这这类问题题包括自自动程序序设计、机机器人、线线路、通通讯、实实验和军军事计划划等。这这类任务务的特点点是目标标的描述述通常是是含糊的的，目标标与可行行操作之之间并不不一定完完全匹配配，并且且各种操操作之间间可能相相互制约约或抵消消。f) 监测型。将将监测对对象的行行为同期期望行为为进行比比较，实实施监测测系统的的工作。这这类问题

26、题包括核核电站、机机场调度度、病人人监护等等。例如如，核反反应堆事事故诊断断与处理理系统RREACCTORR.。这这类系统统特点是是实时性性强，要要求及时时收集处处理对象象以各种种方式发发出的有有意义的的信号，快快速鉴别别信号异异常原因因，并及及时准确确地确定定是否需需要报警警。g) 教学型。是是诊断型型和调试试型的结结合，主主要用于于教学和和培训任任务。这这类专家家系统不不但能对对领域知知识进行行传授，而而且能对对学生提提问，指指出学生生回答中中的错误误，并进进行解释释、分析析错误的的原因以以及指导导纠正错错误等等等。h) 调试型。根根据计划划、设计计和预报报的能力力，对诊诊断出的的问题产产

27、生修正正或建议议，即给给出已确确认故障障的解决决方案。i) 维修型。根根据纠错错方法的的特点，制制定并执执行已诊诊断出问问题的修修正计划划。这类类问题包包括自动动化、航航天控制制系统等等。这类类系统必必须根据据对象的的特点，从从多种纠纠错方案案中选择择最佳方方案 j) 控制型。完完成实时时控制任任务，它它们大多多是监测测型与维维修型的的结合体体。按照所采用用的推理理技术分分类，可可分为确确定理论论推理技技术专家家系统、主主观Baayess推理技技术专家家系统、可可能性理理论据理理技术专专家系统统、D/S证据据理论推推理技术术专家系系统等。按照专家系系统的结结构分类类，可分分为单专专家系统统和群

28、专专家系统统(亦称称协同式式多专家家系统)。而群群专家系系统按其其组织方方式又可可分为主主从式、层层次式、同同僚式、广广播式以以及招标标式等。对于确定的的专家系系统，可可能属于于一类专专家系统统，也可可能属于于两种或或两种以以上。它它们之间间是互相相交叉，兼兼有多种种类型的的功能。上上述专家家系统的的分类只只是为了了更好地地理解专专家系统统。水电机组专专家系统统的示意意图如图图6-33，在求求解问题题的分类类上，它它具有解解释型、预预测型、监监测型、诊诊断型、调调试型以以及维修修型的全全部或部部分功能能。6.1.44水电机机组专家家系统的的发展与与研究水电机组故故障诊断断系统所所采用的的方法有

29、有模糊逻逻辑法、故故障树分分析法、专专家系统统、神经经网络等等。其中中专家系系统的研研究是应应用热点点，而且且专家系系统与其其它诊断断方法相相比具有有很大的的优点。a) 适应性强。专专家知识识在任何何计算机机硬件上上都是可可利用的的，专家家系统是是专家知知识的集集成体。b) 持久性。专专家知识识是持久久的，不不像领域域专家那那样会退退休，或或者死亡亡，专家家系统的的知识会会无限地地持续，而而且可以以不断地地更新学学习。c) 低成本。提提供给用用户的专专家知识识成本非非常低。d) 具有很大的的经济效效益和社社会效益益。e) 低危险性。专专家系统统可用于于噪声大大的环境境。f) 响应快。迅迅速或实

30、实时的响响应对某某些应用用来讲是是必要的的依靠靠所使用用的软件件或硬件件，专家家系统可可以比专专家反应应得更迅迅速和更更有效某些突突发的情情况需要要响应得得比专家家更迅速速，因此此实时的的专家系系统是一一个好的的选择。g) 高可靠性。专专家系统统可增强强运行人人员正确确决策的的信心。这这是由专专家系统统提供一一个辅助助解释、决决策观点点得到的的。此外外，专家家系统还还可协调调多个专专家的不不同意见见。不过过，当专专家系统统是由某某一个专专家独自自编程设设计的，那那这个方方法有可可能失效效。如果果专家没没有犯错错误的话话，专家家系统应应该始终终与专家家意见一一致。h) 专家知识复复合。复复合专家

31、家知识可可以做到到在一天天之内的的任何时时候同时时和持续续地解决决某一问问题。由由几个水水电领域域专家复复合起来来的知识识，其专专家水平平可能会会超过一一个单独独的专家家。i) 具有解释、说说明功能能。专家家系统能能明确、详详细地解解释导出出结论的的推理过过程，但但是对于于专家或或其它人人员有可可能会对对详细步步骤说明明感到厌厌烦、不不情愿甚甚至可能能没有能能力去这这样做。明明确、详详细的解解释有利利于用户户做出正正确的决决策。j) 响应过程稳稳定、完完整。在在实时和和突发情情况下，领领域专家家可能由由于压力力或疲劳劳而不能能高效地地解决问问题，甚甚至可能能会导致致错误的的决策。专专家系统统是

32、一个个智能的的计算机机程序，它它的响应应稳定。k) 智能知识库库。专家家系统能能以智能能的方式式来存取取一个知知识库或或数据库库，同一一领域内内不同专专家开发发的知识识库可以以互相融融合。l) 知识系统化化。开发发专家系系统的过过程中，专专家知识识必须以以精确的的形式输输入到计计算机中中，所以以领域知知识要被被明确地地了解而而不是被被隐含于于专家的的脑海中中。这样样，对领领域知识识正确性性、一致致性和完完整性的的检查，把把知识进进行了系系统化。由于专家系系统的优优越性，对对它的研研究开展展得也比比较多。在在水电机机组故障障诊断领领域中，对对专家系系统的研研究开展展得比较较晚，而而且开发发出来的

33、的专家诊诊断系统统是非自自主性，需需要人为为的参与与和干涉涉。同其其它领域域的专家家系统一一样，水水电机组组故障诊诊断专家家系统研研究的主主要有五五个方向向。（1）故障障机理的的研究故障机理的的研究就就是研究究故障发发生的原原因、故故障传播播的途径径、故障障发生的的特征等等。（2）知识识获取知识获取就就是研究究如何将将专家头头脑中的的领域知知识转移移和转换换到计算算机中，这这一步骤骤是诊断断专家系系统的瓶瓶颈。知知识获取取是专家家系统中中最重要要的研究究课题。（3）知识识表示知识表示是是用计算算机能够够接受并并处理的的符号和和方式来来表示领领域专家家的知识识，它是是交叉于于人工智智能与认认知科

34、学学之间的的一项重重要研究究课题。它它不仅涉涉及到信信息以何何种方式式存放于于人类大大脑，而而且研究究大量知知识在符符号计算算中以如如何形式式进行描描述。（4）不确确定性推推理不精确、不不完全、概概念模糊糊等统称称不确定定。不确确定推理理是指依依据不确确定的证证据和事事实，利利用不确确定的知知识、通通过不确确定的推推理过程程，推得得不确定定但近似似合理的的结论。不确定推理理的主要要研究内内容是在在基本的的推理方方法基础础上，研研究不确确定测度度的表示示方法与与理论，以以及不确确定测度度在推理理过程中中的传播播与控制制。（5）推理理控制策策略控制策略指指推理按按什么次次序来进进行，其其涉及到到问

35、题求求解领域域的规划划与控制制，涉及及在解的的过程中中如何和和何时选选用知识识库中的的知识。上述五个是是主要的的研究课课题，但但是对于于故障诊诊断专家家系统而而言，还还有其它它领域需需要深入入的研究究，如专专家系统统的解释释机制、专专家系统统的构造造、知识识库的管管理与维维护等。故障诊断专专家系统统随着其其它相应应科学技技术的发发展，也也在不断断地发展展。由原原来的单单模式专专家系统统向集成成式专家家系统发发展，根根据专家家系统的的不同子子系统和和不同问问题特点点采用不不同的推推理模式式，甚至至采用混混合推理理模式，不不同的推推理模式式发挥不不同的作作用，从从而达到到快速准准确地求求解问题题。

36、未来的故障障诊断专专家系统统是基于于网络的的远程诊诊断系统统。现在在的诊断断专家系系统是面面向单机机组、单单电厂，随随着远程程技术的的完善和和webb网的普普及，专专家系统统将向网网络化发发展。知知识库、综综合数据据库等可可以实现现资源共共享，从从而加速速了知识识库、综综合数据据库等的的建造和和维护。6.2知识识表示水电机组故故障诊断断专家系系统的研研究致力力于在水水电机组组的故障障诊断领领域内建建立高性性能智能能程序，其其实质就就是把水水电机组组的故障障诊断领领域问题题求解有有关的知知识有机机地结合合到程序序设计中中，使程程序能够够像水电电专家一一样进行行推理、学学习、解解释，实实现问题题求

37、解。诊诊断专家家系统的的研究和和设计重重点在于于知识处处理，包包括知识识的获取取、表示示和运用用三个核核心环节节。知识识表示主主要研究究用什么么样的方方法将求求解问题题所需知知识存储储在计算算机中，开开发操作作这些知知识的推推理过程程，使知知识表示示和运用用知识的的推理控控制相融融合，便便于计算算机处理理。在故障诊断断专家系系统中，知知识表示示模式的的选择不不仅对知知识的有有效存储储有关，也也直接影影响着系系统的知知识获取取能力和和知识的的运用效效率，因因而，知知识表示示是知识识工程中中最基本本的问题题之一，也也是专家家系统研研究的最最热门课课题。6.2.11概述知识是专家家系统的的核心。机机

38、组故障障诊断专专家系统统的性能能取决于于系统所所拥有知知识的质质量和数数量。系系统的工工作过程程是一个个获得知知识并应应用知识识的过程程。（1）数据据 知识处理理中的数数据比数数学中的的数据具具有更广广泛的含含义。我我们把数数据确切切地定义义为“客观事事物的属属性、数数量、位位置及其其相互关关系等的的抽象表表示”。 例如，符符号100，122，10010，AA等都可可表示数数据“十”，它既既抽象地地表示振振动幅值值10（），也也可表示示轴承温温度升高高10度度。（2）信息息我们定义信信息为“数据所所表示的的含义(或称数数据的语语义)”。信息息是对数数据的解解释。是是加载在在数据之之上的。反反过

39、来说说，数据据是信息息的载体体。“10”抽象地地表示振振动幅值值10（），也也可表示示轴承温温度升高高10度度。这说说明同样样一个“数据”在不同同的场合合可以有有不同的的解释，或或者说负负载着不不同的信信息。一一个信息息可用一一组叙述述词及其其值来描描述： (叙述词词1：值值1，叙述述词n；值n)它描述一件件事、一一个物体体或一种种现象的的有关属属性、状状态、地地点。例如，“水水电机组组顶盖振振动剧烈烈”可描述述为“物体：水电机机组，部部位：顶顶盖，状状态：振振动，程程度：剧剧烈”。（3）知识识所谓知识是是人们在在改造世世界的实实践中所所获得的的认识和和经验的的总和，它它是人类类进行一一切智能

40、能活动的的基础。有有了知识识，人类类才可以以处理各各种问题题。关于于知识的的确切定定义至今今尚未形形成，比比较有代代表的几几种定义义方式有有；a) E.A.FFeiggenbbaumm的认为为知识是是经过整整理、加加工、解解释和转转换的信信息。b) F.Hayyes-Rotth的认认为：知知识事事实十信信念十启启发式。知识的定义义虽然有有不同形形式，但但都可以以由F.Hayyes-Rotth提出出的三维维空间来来描述，如如图6-4所示示，知识识的范围围，从具具体到一一般；知知识的目目的，从从说明到到指定；知识的的有效性性，从精精确到不不精确。知识按照层层次可分分为：元元知识、领领域知识识、信息

41、息、数据据。数据据是最底底层的知知识形式式，信息息是数据据所表示示的含义义。领域域知识是是指故障障诊断专专家系统统在进行行故障识识别时所所用的知知识，主主要是专专家的启启发性经经验知识识，表示示诊断对对象的故故障和故故障识别别之间的的对应关关系。222图6-4 知识表表示 图66-5 知识层层次下例就是领领域知识识：if 30005500HHz theen 水轮机机气蚀if （00.2550.50）转转频 tthenn 机组组涡带振振动if 2倍倍电流频频率 tthenn 发发电机定定子合缝缝松动最高层是元元知识（MMetaaknoowleedgee）。元元知识是是关于如如何有效效地选择择和使

42、用用领域知知识的知知识，它它是关于于知识的的知识。一一个水电电机组故故障诊断断专家系系统可以以设计为为具有几几个不同同型号机机组的知知识，元元知识可可以决定定具体对对待对象象时应用用那个知知识库。比比如：设设计有混混流式、轴轴流式、贯贯流式水水轮机时时，诊断断混流式式水轮机机时，就就要选择择混流式式知识库库。通常把元知知识分为为两类。一一类是关关于我们们知道知知识的知知识，这这类知识识刻划了了领域知知识的内内容和结结构的一一般特征征如知知识产生生的背景景、范围围、可信信程度等等等；另另一类是是关于如如何运用用知识的的知识，如如在问题题求解当当中所采采用的推推理方法法，为解解决一个个特殊任任务而

43、必必须完成成的活动动的计划划、组织织和选择择方面的的知识近年来来，元知知识的开开发与运运用逐渐渐引起了了人们的的重视。其其是提高高专家系系统性能能的一种种有效途途径，并并成为新新一代专专家系统统的一个个重要标标志。知识可分为为先验知知识和后后验知识识。先验验知识（PPrioori）来来自于拉拉丁文，意意思为“超前的的”。这种种知识不不依赖于于感觉器器官而获获得的知知识。例例如，水水轮机将将水能转转换为机机械能是是遵循能能量守恒恒定律的的。与先先验知识识相反的的是由感感觉器官官所获得得的知识识，即后后验知识识。后验验知识的的正确与与错误可可以用感感觉经验验来证明明。知识可以进进一步划划分为过过程

44、性知知识(PProcceduurall knnowlledgge)、说说明性知知识(DDecllaraativveknowlledgge)和和默认性性知识(Taccit knoowleedgee)。过过程性知知识常常常是指知知道如何何做某事事，例如如知道如如何调整整水轮机机导叶开开度来保保证一定定的出力力。说明明性知识识是指知知道某事事是对的的还是错错的，它它常用说说明语句句的形式式来表达达知识，例例如“机架振振动过大大时，可可调整出出力”。默认认性知识识由于不不能用语语言来表表达，常常被称作作无意识识的知识识(Unnconnsciiouss knnowlledgge)。知识按其含含义大致致可

45、分为为：事实实、规则则、规律律、推理理方法。事事实是对对客观事事物属性性的值的的描述。一一般这种种知识中中不含任任何变量量，可以以用一个个值为“真”的命题题来表达达。例如如“水是可可压缩的的”，“水轮机机转速是是1355（r/minn）”等都是是事实。规规则是可可分解为为前提(或条件件)和结结论(或或动作)两部分分的那种种能表达达因果关关系的知知识，一一般形式式为：如如果A则则B，其其中A表表示前提提，B表表示结论论。规律律是事物物之间的的内在的的必然联联系。在在上述形形式的规规则里，根根据其适适用范围围，可细细分为(前提或或结论中中)不带带变量的的规则和和带变量量的规则则两种，我我们一般般把

46、带变变量的规规则称为为规律，规规则中的的变量一一旦被实实例替换换为一个个具体值值，规律律就变成成一条具具体的不不带变量量的规则则。推理理方法是是一种很很重要的的知识，它它可以从从已知的的知识推推出新知知识。推推理方法法包括：演绎推推理、归归纳推理理、联想想和类比比、综合合与分析析、预测测、假设设与验证证、直觉觉与灵感感。从知识的确确定程度度来分类类，知识识可分为为确定性性知识和和不确定定性知识识两类。确确定性知知识可以以用经典典逻辑命命题(有有唯一真真或假的的陈述语语句)来来描述，是是一类“非真即即假”的知识识。反之之，若知知识并非非“非真即即假”，可能能处于某某种中间间状态，这这种知识识称为

47、不不确定知知识，这这类知识识往往要要用模糊糊命题或或模态命命题来表表达,，例例如“水导摆摆度过大大”。从知识的应应用范围围可分为为一般知知识与专专业知识识两类。一一般知识识包括领领域问题题求解有有关的定定义、事事实和各各种理论论方法。这这种知识识为领域域内专业业人员一一致接受受、认可可，并且且往往已已收录在在教科书书或参考考书中。专专业知识识是那种种在已发发表的文文字材料料中难以以找到的的知识，是是凭经验验获取的的启发性性知识。一一个专家家正是由由于他具具备了专专业知识识，才使使得遇到到复杂问问题时能能够做出出高水平平的分折折、猜测测、识别别出有希希望的求求解途径径，并有有效地处处理不完完全、

48、不不精确甚甚至有错错误的数数据，从从而解决决难题。获获取和更更新、组组织专业业知识是是建造专专家系统统的中心心任务。知识按使用用范围可可分为：公共知知识（ppubllic knoowleedgee）和私私有知识识(prrivaate knoowleedgee)。公公共知识识是指进进行故障障诊断时时所需的的一般知知识和方方法，其其包含已已被广泛泛应用的的定理、经经验性知知识等。私私有知识识是指只只有专家家自己经经过长时时间的实实践摸索索积累的的大量经经验性知知识。例例如：在在定转速速的条件件下，轴轴承振动动量的一一倍频幅幅值大且且相位稳稳定，专专家就可可以马上上判定机机组存在在不平衡衡故障。私私有知识识使得专专家系统统的智能能性更高高。从知识在问问题求解解过程中中的作用用可分为为静态知知识和动动态知识识两类。静静态知识识主要指指对