故障监测专家系统集成开发平台技术方案

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。本发明专利技术应用范围较宽、功能丰富、灵活性较好、交互性良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
专家系统是利用人工智能与机器学习技术，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力或水平。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。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、OPSS、CLIPS、LISP、PROLOG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。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。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、OPSS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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一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：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，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。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。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。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。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1MB/s为易变目标，当工作状态物理信号数据流量在1kB/s到1MB/s之间为缓变目标，当工作状态物理信号数据流量小于1kB/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。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。本专利技术的有益效果主要表现在：1)本专利技术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；2)提供了一种有效的本体－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；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；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。附图说明图1是系统功能构架与工作机制示意图；图2是本体系统构架与产生式规则系统交互示意图；图3是故障监测专家系统应用实例生成流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。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(水泵、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，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，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。

【技术特征摘要】
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，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
\t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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭大鹏，倪耶莎，胡雄心，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33