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摘要：该文针对某型航空发动机故障诊断专家系统的知识库构建开展研究工作。为解决传统故障诊断知识库构建方法复杂及开发不便的问题，该文提出了一种新的知识库开发方法。根据因果分析法得到发动机故障诊断的故障树；再利用数据抽取和知识抽取，对事实表和规则表进行了表示，并结合专家系统开发工具CLIPS 实现了对某型航空发动机故障诊断专家系统的知识库的开发。该方法所构建出来的知识库满足航空发动机故障诊断专家系统的需要，而且便于知识的扩充、修改和维护。
关键词：故障树；产生式规则；CLIPS；知识库
1009-3044（2013）14-3366-04
航空发动机故障诊断的意义就在于：首先，它能够迅速且准确的确定故障的部位以及故障的严重程度，能够确保飞行的安全及减少维修的人力和物力，减少飞行器的停飞时间，提高飞行器的效率；其次，它也是达到先进维修方式以及维修思维的前提条件与必要手段。从20世纪60年始，专家系统就作为一种研究工具而被开发，作为人工智能的一个可定部分，它可以成功解决某些领域如医疗诊断的复杂问题。自从20世纪80年代早期，专家系统展现了其商业用途之后，就越来越受到欢迎并得到发展。今天，专家系统已用于商业、科学、工程、制造和其他许多具有良定义问题的领域。随着专家系统对实际问题的应用与解决，知识库的管理和开发就显得越来越紧迫和重要。知识库设计是否能够成功靠的就是有没有一种既方便又有效的知识表示方法。在当今的专家系统中，知识表示方法的类型有很多，主要有神经网络表示法、面向对象表示法、语义网络表示法、框架表示法、一阶谓词逻辑表示法、产生式表示法等。
基于规则的方法又叫做产生式规则方法， 该方法的优点是知识表示直观、形象、方便，使用直观的知识表示和比较简单的启发式知识，诊断推理速度快；要求数据的存储空间比较小；有利于编写程序和有利于开发出快速的原型专家系统。该文的特色就在于结合故障树的诊断方法与基于规则的知识表示方法来对航空发动机故障诊断进行知识表示，并以CLIPS为开发工具对航空发动机故障诊断知识库进行构建，这是在以前的知识库构建中没有被用到的一种组合方法。
1）知识库的组织必须要使得知识保持独立性，让知识库与推理机是分离的，不会因为知识库内部组织形式的改动而使得知识处理机构有大的改动；
2）便于以后对知识库中的知识进行扩充、维护和修改；
3）方便以后对其内容的各种输入输出和运用等；
4）要能够想到在一个知识库中会同时存放多种不同类型知识的可能；
5）要便于对知识库内容一致性和完整性的维护与检查；
6）要想到对其内容作各种处理的时间问题，比如要使匹配与检索起来尽量快；
7）要想到知识在知识库中存放的空间问题，就是说要尽量节省存储空间。
某型航空发动机故障树研究中，首先要对整个系统进行划分，根据故障征兆参数的性质的不同，可以将该型发动机划分为转速、压力、温度、振动、滑油系统、燃料等六个分系统。然后就可以确定顶事件，进行故障树的建立。如果发动机的故障征兆参数是可以分解且有明确定义的，就可以把它作为故障树的顶事件。顶事件不一定是唯一的，通常把该系统能够方便检测到的故障参数作为该系统故障树建立的顶事件。在整个系统中，根据不同的子系统可以建立不同的故障树，从而可以对系统进行更详细的分解。
在“振动”子系统中，可以检测到“低压轴”、“高压轴”等两个故障参数，以此作为顶事件，分别找出导致这些顶事件的所有可能的直接原因，作为第一级中间事件。依此类推，逐级向下发展，直到找出引起顶事件发生的原因并作出维修建议，这样一个故障树就完成了。如图3就是“振动”子系统的故障模型。
和关系数据库语言SQL一样，专家系统语言是一种比LISP或C语言层次更高的语言，因为它更容易去做某些事情，但能够解决问题的范围也更小。因此，专家系统语言的这种专门性使它们适合专家系统而不适合一般的编程。在很多情况下，甚至需要从专家系统语言中暂时退出以便去执行过程语言的一个函数。CLIPS特意设计了使这种转换更容易的特性，而且，CLIPS还具备程序规模小和在实时响应要求严格时执行速度快等优点[6]。因此本文将采用CLIPS语言作为发动机知识库的开发工具。
关键词：故障树；产生式规则；CLIPS；知识库
1009-3044（2013）14-3366-04
航空发动机故障诊断的意义就在于：首先，它能够迅速且准确的确定故障的部位以及故障的严重程度，能够确保飞行的安全及减少维修的人力和物力，减少飞行器的停飞时间，提高飞行器的效率；其次，它也是达到先进维修方式以及维修思维的前提条件与必要手段。从20世纪60年始，专家系统就作为一种研究工具而被开发，作为人工智能的一个可定部分，它可以成功解决某些领域如医疗诊断的复杂问题。自从20世纪80年代早期，专家系统展现了其商业用途之后，就越来越受到欢迎并得到发展。今天，专家系统已用于商业、科学、工程、制造和其他许多具有良定义问题的领域。随着专家系统对实际问题的应用与解决，知识库的管理和开发就显得越来越紧迫和重要。知识库设计是否能够成功靠的就是有没有一种既方便又有效的知识表示方法。在当今的专家系统中，知识表示方法的类型有很多，主要有神经网络表示法、面向对象表示法、语义网络表示法、框架表示法、一阶谓词逻辑表示法、产生式表示法等。
基于规则的方法又叫做产生式规则方法， 该方法的优点是知识表示直观、形象、方便，使用直观的知识表示和比较简单的启发式知识，诊断推理速度快；要求数据的存储空间比较小；有利于编写程序和有利于开发出快速的原型专家系统。该文的特色就在于结合故障树的诊断方法与基于规则的知识表示方法来对航空发动机故障诊断进行知识表示，并以CLIPS为开发工具对航空发动机故障诊断知识库进行构建，这是在以前的知识库构建中没有被用到的一种组合方法。
1 知识库总体设
知识库内容的组织依赖于知识的逻辑表示方式。在一定程度上，不同的知识表示方法应该需要知识库的不同的组织形式。但是，不管怎样组织，都应遵循一些基本原则：1）知识库的组织必须要使得知识保持独立性，让知识库与推理机是分离的，不会因为知识库内部组织形式的改动而使得知识处理机构有大的改动；
2）便于以后对知识库中的知识进行扩充、维护和修改；
3）方便以后对其内容的各种输入输出和运用等；
4）要能够想到在一个知识库中会同时存放多种不同类型知识的可能；
5）要便于对知识库内容一致性和完整性的维护与检查；
6）要想到对其内容作各种处理的时间问题，比如要使匹配与检索起来尽量快；
7）要想到知识在知识库中存放的空间问题，就是说要尽量节省存储空间。
2 知识库的构建
2.1 故障树
故障树模型将系统的故障征兆参数（称为顶事件）与最基本的故障原因（称为底事件）之间的一个内在的关系用树形的逻辑图表示出来，各层事件之间的关系会通过“与”、“或”、“非”、“异或”等逻辑运算符号联系起来。基于故障树的模型，可以对系统进行定性的分析和定量的分析，故障诊断则是一个从观测到的顶层故障征兆参数出发、逐步向下推导，最终找出对应的最底层故障原因的过程。2.2 某型航空发动机故障树的建立
为了更好的建立某型航空发动机的故障树，应该首先对某型航空发动机进行全面而深入的学习与了解。大量地收集有关该型航空发动机的设计结构、使用运行、安装调整、制造工艺、维修保养以及其它有关方面的资料、数据、技术规范及技术文件等，并进行深入而细致的分析与研究[5]。某型航空发动机故障树研究中，首先要对整个系统进行划分，根据故障征兆参数的性质的不同，可以将该型发动机划分为转速、压力、温度、振动、滑油系统、燃料等六个分系统。然后就可以确定顶事件，进行故障树的建立。如果发动机的故障征兆参数是可以分解且有明确定义的，就可以把它作为故障树的顶事件。顶事件不一定是唯一的，通常把该系统能够方便检测到的故障参数作为该系统故障树建立的顶事件。在整个系统中，根据不同的子系统可以建立不同的故障树，从而可以对系统进行更详细的分解。
在“振动”子系统中，可以检测到“低压轴”、“高压轴”等两个故障参数，以此作为顶事件，分别找出导致这些顶事件的所有可能的直接原因，作为第一级中间事件。依此类推，逐级向下发展，直到找出引起顶事件发生的原因并作出维修建议，这样一个故障树就完成了。如图3就是“振动”子系统的故障模型。
和关系数据库语言SQL一样，专家系统语言是一种比LISP或C语言层次更高的语言，因为它更容易去做某些事情，但能够解决问题的范围也更小。因此，专家系统语言的这种专门性使它们适合专家系统而不适合一般的编程。在很多情况下，甚至需要从专家系统语言中暂时退出以便去执行过程语言的一个函数。CLIPS特意设计了使这种转换更容易的特性，而且，CLIPS还具备程序规模小和在实时响应要求严格时执行速度快等优点[6]。因此本文将采用CLIPS语言作为发动机知识库的开发工具。
2.4 规则（知识抽象）
面向对象的知识表示方法的核心问题是用来描述对象的数据结构，使其具有很好的数据抽象和共享特点。面向对象方法与框架有着类似的地方，而基于规则的知识表示方法则不是通过采用静态的断言来表达知识，而是以多个规则的形式说明在不同的情况下会有什么样的结果[6-7]。该文将采用产生式规则来建立某型航空发动机故障诊断的知识库，主要是考虑到产生式规则表示形式更方便大家的理解，而且大量的产生式规则可以连成知识树，便于反映推理的难易程度以及推理范围的大小，有利于以后推理机的设计。源于：大学生毕业论文范文www.udooo.com
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