淺析基于貝葉斯網絡和CRB的汽車故障診斷系統(tǒng)研究論文

　　1貝葉斯網絡及其在故障診斷過程中的作用

　　1.1貝葉斯網絡簡介

　　貝葉斯網絡是基于概率分析、圖論的一種不確定性知識的表達和推理的模型。它用具有網絡結構的有向圖表達各個信息要素之間的關聯(lián)關系及影響程度,用節(jié)點變量表達各個信息要素,用連接節(jié)點之間的有向邊表達各個信息要素之間的關聯(lián)關系,用條件概率表來表達各個信息要素之間的影響程度。

　　目前,貝葉斯網絡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、智能機器人、醫(yī)學上的病理診斷等很多領域得到了廣泛的應用。同時,貝葉斯網絡能夠有效地進行多源信息表達與融合,使其在故障診斷領域得到了成功的應用。典型的應用實例如工ntel公司的微處理器故障診斷系統(tǒng)、美國通用電氣公司的輔助汽輪機故障診斷系統(tǒng)、惠普公司的打印系統(tǒng)故障診斷決策支持系統(tǒng)等圈。

　　1.2汽車故障診斷系統(tǒng)的貝葉斯網絡模型

　　以汽車引擎的故障診斷為例,使用微軟開發(fā)的貝葉斯網絡建模工具MsBNx來構建汽車引擎故障診斷的貝葉斯網絡模型。在該模型中,通過貝葉斯網絡因果關系的特點,可以容易的發(fā)現(xiàn):l)電池的使用期限會影響電池的壽命;2)幼交流發(fā)電機、風扇皮帶及cDLealc都會影響發(fā)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基于案例的推理及其在故障診斷中的作用

　　2.1CBR簡介

　　基于案例推理(cBR,case一aBsedeRasonln)是一種基于經驗知識的推理方法,適用于沒有完整、精確的數(shù)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,尤其對于復雜的、非結構化的決策問題具有顯著優(yōu)勢曰。由于汽車制造公司在售后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方法應用于汽車故障診斷和維護,可以避開規(guī)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(guī)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,有利于現(xiàn)場人員參考。

　　2.2CBR模型在汽車故障診斷系統(tǒng)中的應用

　　本系統(tǒng)將每次由貝葉斯網絡診斷所得問題發(fā)生的原因及其可能發(fā)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(fā)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,一種是由基于案例推理系統(tǒng)自動新增,另一種由專業(yè)領域的專家提供,本系統(tǒng)中采用后者構建案例庫。

　　3)相似案例檢索:通過與數(shù)據(jù)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,使用數(shù)據(jù)庫標準查詢語言搜索案例庫中所有具有相似問題原因的案例。

　　3系統(tǒng)設計

　　3.1系統(tǒng)功能設計

　　系統(tǒng)的用戶分為客戶、維修人員和管理員3種類型,并賦予不同的權限。系統(tǒng)利用用戶登錄認證來識別其類型,并區(qū)分其可訪問的數(shù)據(jù)范圍和使用的功能層次。從功能體系上,系統(tǒng)包括用戶信息管理、汽車故障診斷、在線報修和維修進度查詢等幾大部分。

　　l)汽車故障診斷模塊。該模塊是系統(tǒng)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(zhí)行,每個步驟根據(jù)貝葉斯網絡中存在的因果關系依序詢問用戶汽車發(fā)生故障的情況,回答完問題后,進人故障排除階段,用戶可以通過選擇故障發(fā)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、儲存診斷結果和打印診斷圖等。

　　2)在線報修模塊。該模塊的主要任務是記錄客戶所報修的內容,并提供多種送修方式以及多種維修費用的付款方式供用戶選擇。

　　3)維修負荷查詢模塊。該模塊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信息作為用戶選擇維修廠的依據(jù)。

　　4)維修進度查詢模塊。用戶將有故障的汽車送維修廠維修后,應該能夠隨時監(jiān)控目前汽車的維修進度,因此本系統(tǒng)包括了維修進度查詢模塊,該模塊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、汽車送回用戶途中及汽車送回用戶等階段。

　　3.2系統(tǒng)架構及其組件

　　由于系統(tǒng)負載能力有限,為了提高系統(tǒng)的安全性和訪問效率,整個系統(tǒng)采用WEB展示層、邏輯事務層和數(shù)據(jù)服務層三層式體系結構進行開發(fā),系統(tǒng)實現(xiàn)采用.NET平臺部署,結構靈活,可任意擴展且性能更佳。系統(tǒng)在WEB展示層使用Jvaascr1tP、Fhotoshop、Flash等技術美化用戶界面;在服務器端利用ASF.NET技術實現(xiàn)汽車故障診斷系統(tǒng)的全部功能,并借助于DAo.NET進行數(shù)據(jù)庫操作;數(shù)據(jù)的存儲選擇關系型數(shù)據(jù)庫sQLserVer2000。

　　1)WEB展示層(FresentatlonLayer):wEB展示層主要通過接受用戶的請求以及數(shù)據(jù),為客戶端提供應用程序的訪問。在ASF.NET中,該層包括sApx頁面、用戶控制、服務器控制以及某些與安全相關的類和對象。

　　2)幼邏輯事務層(BuslnessLoglcTler):邏輯事務層是系統(tǒng)核心部分,擔當主要的應用處理任務,包括處理接口的HT釋請求以及與數(shù)據(jù)庫服務器的連接和交互。通常該層被劃分成業(yè)務邏輯層子層和數(shù)據(jù)訪問層子層。在sAF.NET中,該層包括使用SQLCllent或oLEDB從sQLserver或AcceSS數(shù)據(jù)庫取數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)及刪除數(shù)據(jù),并把取得的數(shù)據(jù)放到aDtaReader或aDtaset中返回給WEB展示層。

　　3)數(shù)據(jù)服務層(DataservlceTler):數(shù)據(jù)層位于低層,以DAO.NET和ODBC為接口,主要處理邏輯事務層對數(shù)據(jù)的請求,包括文件數(shù)據(jù)存儲服務和數(shù)據(jù)庫存儲服務,實現(xiàn)在標準化基礎上建立的數(shù)據(jù)資源高效訪問。汽車故障診斷數(shù)據(jù)庫是實施汽車故障診斷的基礎,也是系統(tǒng)建設過程中的核心步驟,汽車故障診斷數(shù)據(jù)庫主要包括用戶信息庫、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絡和基于案例的推理技術結合用于汽車故障診斷的方法,先利用貝葉斯網絡的柔性推理機制得出診斷結果,然后利用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(xiàn)了優(yōu)勢互補,一方面利用貝葉斯網絡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絡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(tǒng)的建模提供了依據(jù),具有較好的實用價值。

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