（计算机应用技术专业论文）远程故障诊断专家系统的研究.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：毖 日期：盈逸垒么 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：盛盘毖 e l期：坐堑：垒 电话： 邮编： 摘要 基于现场的故障诊断专家系统的体系结构相对封闭，因此，故障诊断与维修 都会受到人力、技术和地域的限制，故障诊断的时效性也受到一定的影响。在 i n t e r n e t 网络技术飞速发展，w e b 技术成为当今信息传输的主流模式的今天，将 故障诊断技术与计算机网络技术相结合，借助于i n t e r n e t 网络，建立远程故障 诊断专家系统，具有可行性和优越性。所以，建立远程故障诊断专家系统已经成 为趋势所在。 以往所设计的故障诊断专家系统一般都是应用在对硬件的诊断上，应用到软 件的故障诊断专家系统比较少，本课题正是从软件诊断的角度出发来对故障诊断 专家系统进行研究，使故障诊断专家系统架构于i n t e r n e t 环境中，并且综合利 用专家系统、数据库等技术，开发出一个具有诊断示范功能的远程故障诊断专家 系统。 关键词：数据库；远程故障诊断；专家系统 a b s t r a c t i nv i e wo ft h ec l o s e da r c h i t e c t u r eo ff a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e m ，f a u l t d i a g n o s i sa n dr e p a i r a r es u b j e c t e dt oh u m a nr e s o u r c e s ，t e c h n o l o g ya n dr c 酉o n c o n s t r a i n t s ，t h ee f f e c t i v e n e s so ff a u l td i a g n o s i sw i l la l s ob ei n f l u e n c e d i no u rd a yo f r a p i di n t e r n e tn e t w o r kd e v e l o p i n ga n dw r e bt e c h n o l o g yb e i n gt h em a i n s t r e a m ，t o e s t a b l i s har e m o t ef a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e mb yc o m b i n i n gt h ef a u l td i a g n o s i s t e c h n o l o g yw i t hc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g yt h r o u g hi n t e r n e tn e t w o r ki sf e a s i b l e a n ds u p e r i o r t h e r e f o r e ，t h ee s t a b l i s h m e n to fr e m o t ef a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e m h a sb e c o m eat r e n d p r e v i o u sd e s i g nf o rf a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e mi sg e n e r a l l yu s e di nt h e d i a g n o s i so ft h eh a r d w a r eb u tb a r e l yi ns o f t w a r e t h i st o p i ci se x a c t l yf r o mt h i sp o i n t o fv i e wt os t u d yt h ef a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e ms ot h a ti tc a nb ef r a m e di nt h e i n t e r a c te n v i r o n m e n t ，a n dm e a n w h i l ec o m p r e h e n s i v e l ym a k eu s eo fe x p e r ts y s t e ma n d d a t a b a s et e c h n o l o g yt od e v e l o par e m o t ef a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e mw i t ht h e f e a t u r eo fd i a g n o s i sa n dd e m o n s t r a t i o n k e y w o r d s ：d a t a b a s e ：r e m o t ef a u l td i a g n o s i s ：e x p e r ts y s t e m 目录 摘要i a b s t r a c t i 目录i i i 第一章概述1 1 1 课题研究的背景1 1 2 国内外相关研究现状及发展趋势1 1 3 本课题研究的意义和主要内容2 1 3 1 本课题研究的意义2 1 3 2 本课题的目标2 1 3 3 本课题的主要研究内容3 第二章专家系统简介4 2 1 专家系统的定义4 2 2 专家系统的基本结构及功能4 2 2 1 专家系统的基本结构4 2 2 2 专家系统各部分功能4 2 3 专家系统开发环境6 第三章数据库的结构和设计8 3 1 数据库的基本结构8 3 2 数据库体系结构的发展8 3 2 1 两层c 1 i e n t s e r v e r 结构8 3 2 2 三层b r o w s e r s e r v e r 结构：9 3 3 本课题采用的体系结构1 0 3 4 数据完整性的实现l o 3 5 远程故障诊断系统数据库的设计1 0 第四章远程故障诊断系统的实现1 3 4 1 系统框架1 3 4 2 系统的开发环境和运行环境1 3 4 3 专家系统关键技术1 3 4 3 1 知识库的构建1 3 4 3 2 推理机的设计1 5 4 4 “中间层”的实现1 9 4 5 系统模块介绍2 1 4 5 1 诊断流程2 1 4 5 2 诊断示例2 2 第五章总结与展望2 6 5 1 目前工作总结2 6 5 2 今后研究方向2 6 参考文献2 7 致谢2 9 i i i 附录3 0 i v 东北师范大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 课题研究的背景 人类已进入2 1 世纪，科学技术突飞猛进，信息产业初见端倪，特别是信息 技术和网络技术的迅速发展和广泛应用，对社会的政治、经济、军事、文化等领 域产生越来越深远的影响，也在改变着人们的工作、生活学习、交流方式。信息 的获取、处理、交流和应用能力，已经成为人们最重要的能力之一。随着科学技 术的发展，人们在生产和生活当中根据不同的需求，开发出不同的软件，比如说 系统软件、管理软件、应用软件等。但在软件的最初使用过程中，存在着很多不 确定性因素，必然会出现各种各样的问题。一旦出现问题，能否及时发现问题并 解决问题，无论对于个人还是企业来说都十分重要。同时，对于软件的设计人员 而言，能够及时的掌握用户在使用软件的过程中出现的问题，并且得出解决方案， 显得尤为重要。但如果每次出现问题都将软件设计人员请到现场是不现实的，这 就对如何能够及时和准确的处理故障问题提出了更高的要求，即如何克服时间和 地域的限制，实现远程故障诊断。近年来，随着全球信息化飞速发展，i n t e r n e t 技术的应用逐步地打破了传统通信方式的限制，信息的交流变得更加方便、自由 和快捷。本课题所研究的是一种基于远程过程调用技术和专家系统技术基础之上 的远程故障诊断技术。 1 2 国内外相关研究现状及发展趋势 远程故障诊断技术是从传统的故障诊断技术发展而来，其最早应用于医学领 域。1 9 8 8 年美国提出了开放式的远程医疗诊断系统的概念，1 9 9 5 年1 月远程医 疗诊断系统正式在美国俄克拉荷马州投入使用，从此拉开了远程医疗诊断的序 幕。1 9 9 7 年1 月，麻省理工学院和斯坦福大学联合主办了首届基于i n t e r n e t 的 工业远程诊断研讨会。从此，远程故障诊断技术的应用和研究越来越受到国内外 研究者的重视。 从世界范围来看，远程诊断技术已经成功的应用于医疗以及各种工业领域， 国内外许多科研机构和大学都在积极地进行该领域的研究。其中以美国最具代表 性。美国在军事、核能、航空航天等高科技领域中均已采用远程故障诊断技术， 例如马里兰大学研发的a i m 系统和佛罗里达空军基地研发的e m m a 系统等。在我 国，关于远程故障诊断的研究还仍然处于起步阶段，一些著名高校如华中科技大 学、清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、西安交通大学等都在积极开展 这方面的研究，目前已经取得了许多成果。例如华中科技大学、东南大学振动控 制与信息系统研究所已经建立了各自的i r d s 示范网站。另一方面，国内外许多 大公司也在积极进行该领域的研制工作，如n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司的 l a b v i e w 新增网络模块，b e n t l yn e v a d a 公司的计算机在线设备运行状态监测系 统d a t am a n a g e r2 0 0 0 ，我国成都威尔森科技发展有限责任公司研制的v r s 8 0 0 0 旋转机械状态监测与故障诊断专家系统。 从远程故障诊断系统的发展趋势来看，主要表现在以下两个方面：一是通过 东北师范大学硕士学位论文 使用不同的故障诊断方法提高系统的诊断能力，如基于实例的方法、基于模型的 方法，以及基于人工智能的方法进行故障诊断；二是采用系统集成技术，如远程 故障诊断专家怎样通过网络为远程用户提供维护服务和故障诊断服务。总之，远 程故障诊断技术的研究正朝着敏捷化、智能化、信息化的方向发展。远程故障诊 断技术的应用大量融合了现代信息技术，其网络化的模式克服了时间和地域的限 制。实时监测和诊断能够及时的发现问题和解决问题，大大提高了工作的效率； 人工智能技术的应用能够更为有效、更为准确的模仿人类专家在某一领域的诊断 能力。因此，无论是从应用的领域，还是从应用的对象来看，远程故障诊断技术 的应用和研究必然会受到国内外研究者的重视。 1 3 本课题研究的意义和主要内容 1 3 1 本课题研究的意义 远程故障诊断系统是模拟人类某一领域专家的思维方式，利用远程计算机网 络对异地的设备进行故障监测和故障诊断的系统，它综合利用了现代信息技术、 计算机网络技术、人工智能技术等多门技术。其能够充分地利用某一领域专家的 知识和经验在设备的安装、运行和维护等方面为设备提供及时和准确的诊断服 务，提高了设备监测和故障诊断的专业化。远程故障诊断不但保留了传统故障诊 断方式的优点，而且克服了时间和地域的限制，提高了故障诊断的智能性。通过 i n t e r n e t 网络将设备的实时数据传输给诊断服务器，故障诊断专家就可以及时 的为远程用户提供诊断服务。因此，远程故障诊断技术的研究和应用是非常有必 要的。 1 ) 共享诊断资源，丰富了故障诊断系统的知识库； 2 ) 方便实现对设备的安装、运行和监测等方面的管理； 3 ) 对于系统或设备的开发人员而言，改变了传统的维护方式，克服了时间和地 域的限制，提高了企业的工作效率和竞争力； 4 ) 提高故障诊断的智能性。由于系统大大增加了“临床的机会，因此能够从 现场得到大量的故障信息，不但增加了学习的机会，而且提高了诊断经验； 5 ) 数据库体系结构的发展经历了三个阶段：从文件服务器( f s ) 体系结构，到 客户机服务器( c s ) 体系结构，再到浏览器服务器( b s ) 体系结构。综合比 较上述数据库体系结构，b s 模式兼备了集中处理模式和c s 结构体系的分 布协同处理模式，它大大简化了客户端，只要装上操作系统、网络协议软件 以及浏览器即可，这时的客户机成为瘦客户机，而服务器则集中了所有的应 用逻辑，开发、维护等所有工作几乎都集中在服务器端。同时，当企业对网 络应用进行升级时，只需更新服务器端的软件，而不必更换客户端的软件， 减轻了系统维护与升级的成本，使用户的总体拥有成本( t c o ) 大大降低，具 有更好的应用性。 1 3 2 本课题的目标 以往所设计的故障诊断专家系统一般都是应用在对硬件设备的诊断上，应用 到软件的故障诊断专家系统比较少，本课题正是从软件诊断的角度出发来对故障 诊断专家系统进行研究，使故障诊断专家系统架构于i n t e r n e t 环境中，开发出 一个具有诊断示范功能的远程故障诊断系统，并且逐步完善其功能。 东北师范大学硕士学位论文 1 3 3 本课题的主要研究内容 1 ) 数据库的访问： 2 )“中间层 服务的实现； 3 ) 专家系统知识库的构建： 4 ) 专家系统推理机的设计。 3 东北师范大学硕士学位论文 第二章专家系统简介 2 1 专家系统的定义 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，简称e s ) 是一个具有智能化的计算机程序，它的 智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因 此，专家系统必须包含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力， 并能用这些知识来解决实际问题。例如，一个医学专家系统就能够像真正的专家 一样，诊断病人的疾病，判别出病情的严重性，并给出相应的处方和治疗建议等 等。目前，专家系统在各个领域中已经得到广泛应用，并取得了可喜的成果，例 如寻找油田的专家系统、贷款损失评估专家系统、个人理财专家系统、各类教学 专家系统等乜1 。 2 2 专家系统的基本结构及功能 2 2 1 专家系统的基本结构 专家系统通常由人机交互界面、知识获取、解释器、综合数据库、知识库、 推理机等6 个部分构成，如图2 - 1 所示，其中箭头方向为数据流动的方向。 图2 1 专家系统的基本结构图 2 2 2 专家系统各部分功能 1 ) 知识库。知识库其实就是一个存储器，用来存储专家的经验和知识。专家系 统是通过知识库中的知识模拟专家的思维方式来对问题进行求解的，因此， 知识库的完备程度是评价专家系统好坏的关键所在，即知识库中知识的数量 和质量决定着专家系统的质量水平。通常来说，专家系统的知识库与专家系 统的其他组成部分是相对独立的，因此，系统的开发人员可以通过更改或完 善知识库中的知识以达到提高专家系统性能的目的。知识的表示形式有框 架、语意网络、产生式等，产生式规则是专家系统中应用较多的表示形式。 4 东北师范大学硕士学位论文 产生式规则以i f t h e n 的形式出现，就像b a s i c 等编程语言中的条件语句， i f 后面是条件，t h e n 后面是结论，条件与结论均可以通过逻辑运算a n d 、o r 、 n o t 进行复合。产生式规则的表示比较如果理解：如果前提条件满足，就能 得出相应的结论。例如，在“动物识别 专家系统中有这样一条规则： i f 能做单腿跳吗= 否a n d 在苏格兰吗= 是a n d 高度= 大 t h e n 动物= 马 在这条产生式规则中，如果i f 后面包含三个条件，当且仅当三个条件都成 立时，才能得出结论该动物是“马 。反之结论不成立。基于产生式规则的 专家系统知识库中包含了大量的规则，总而言之，这里的知识库就是一个规 则集。 2 ) 推理机。推理机根据当前问题的已知条件或信息，反复对知识库中的知识进 行匹配，最终得到求解问题的结果。推理主要分为正向推理、反向推理和正 反向混合推理。正向推理又称为正向链接推理，其推理过程是首先取出部分 事实数据，然后利用这些数据与推理规则进行匹配，如果匹配成功，就把得 到的结论作为新的事实数据与其他推理规则进行匹配，依此类推，直到没有 可匹配的新规则和数据为止。例如，有规则集如下：规则l ：i fp 1t h e np 2 ： 规贝02 ：i fp 2t h e np 3 ；规贝03 ：i fp 3t h e nq 3 。规贝0 中的p 1 、p 2 、p 3 、 q 3 可以是谓词公式或命题。设总数据库( 工作存储器) 中已有事实p 1 ，则 应用这三条规则进行正向推理，即从p 1 出发推导出q 3 的过程如图2 - 2 所示。 图2 - 2 正向推理过程示意图 反向推理又称为后向链接推理，其推理过程是首先假设一个目标存在可能， 然后判断此假设目标是否存在于总数库中，若存在，则假设成立。若不存在， 假设另一个目标。也就是说从结论入手，把前提条件做为假设；例如，仍用 上述的三条规则为例，首先假设q 3 成立，由规则3 ( p 3 一q 3 ) ，为证明q 3 成 立，须先证明p 3 是否成立；但没有事实p 3 ，所以假设p 3 成立；由规则 2 ( p 2 - ，p 3 ) ，应先证明p 2 是否成立；同时，由于没有事实p 2 ，假设p 2 成立； 由规则l ( p 1 一p 2 ) ，为证明p 2 成立，必须先证明p 1 是否成立。因为事实p 1 存在，所以假设p 2 成立，因而p 3 成立，最终得出结论q 3 成立。过程如图 2 3 所示： 5 东北师范大学硕士学位论文 图2 - 3 反向推理过程示意图 正反向混合推理首先根据正向推理得出假设，然后利用假设反向推理，如此 反复，最终得出结论； 3 ) 解释器。解释器是用来对提出的问题和推理机推理的过程做出明确的解释。 4 ) 综合数据库。综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结 果和最终结论，往往是作为暂时的存储区。通常综合数据库在组织、表示等 方面与知识库中的知识相一致，因此，推理机可以方便地去使用综合数据库 中的数据和知识库中的知识去求解问题。在某些专家系统中也将知识库、综 合数据库合二为一； 5 ) 知识获取。所谓知识获取，就是模拟人类学习知识的基本过程，从信息源中 抽取出所需知识，并将其转换成可被计算机程序利用的表示形式。具体说， 知识获取就是获得事实、规则及模式的集合，并把它们转换为符合计算机知 识表示的形式。知识获取的目标是为智能系统建立健全、完善、有效的知识 库，以满足求解领域问题的需要，其基本任务包括知识抽取、知识输入、知 识检测、知识转换、知识建模以及知识库的重组这几个方面。一般来说，按 照知识获取的自动化程度，可以将知识获取划分为非自动知识获取和自动知 识获取两类基本方式。 2 3 专家系统开发环境 专家系统开发环境目前主要分为以下四类u 明： 1 ) 采用人工智能语言，如l i s p 、p r o l o g 等语言。l i s p 和p r o l o g 语言具有回溯 递归的功能，可以简化程序的结构，在程序执行的过程中能够自动实现知识 的匹配、回溯和搜索，但l i s p 和p r o l o g 语言的数值计算功能比较差，而且 语言和知识的联系比较紧密，不了解此语言的开发人员很难对知识的实现进 行扩充和修改； 2 ) 采用高级语言，如c 、c + + 、f o r t r a n 、p a s c a l 等。采用这些高级语言开发专 家系统，程序设计比较灵活，数值计算较强。但是开发工作量相对比较大， 调试程序比较困难； 3 ) 采用专家系统开发工具，如e m y c i n 等骨架型开发工具，开发成本比较高； 4 ) 采用数据库技术和可视化编程语言相结合方式进行开发，数据库采用s q l s e r v e r ，a c c e s s ，o r a c l e 等，可视化编程语言采用v c + + 、v b 、v f 等。这种 开发方式是随着数据库技术和可视化编程语言的逐步成熟发展起来的，是一 种新型的专家系统开发技术。其优点是利用数据库技术可以快速的在知识库 中查找知识，利用可视化编程语言能方便地实现递归和回溯功能，同时去除 了大量的语句，工作量相对较小，调试程序比较容易，而且人机界面友好。 本课题采用数据库技术和可视化编程语言结合的方式进行开发。数据库使用 6 东北师范大学硕士学位论文 s o ls e r v e r2 0 0 8 ，可视化编程语言使用v c + + 。其优点是人机界面友好、工作量 相对较小。 7 东北师范大学硕士学位论文 第三章数据库的结构和设计 3 1 数据库的基本结构 典型的w e b 数据库系统有一个w e b 浏览器作为用户界面，一个数据库服务器 用做信息存储和一个连接两者的w e b 服务器，如图3 - 1 所示： 图3 - 1w e b 服务器结构图 3 2 数据库体系结构的发展 计算机从诞生至今经历了巨大的变化。在软件体系架构设计中，分层式结构 是最常见，也是最重要的一种结构。主要分为两层结构( 即表现层、数据访问层) 和三层结构( 即表现层、业务逻辑层、数据访问层) ，三层结构只是比两层架构多 了一个“中间层 ，即业务逻辑层。从早期的主机一多终端( h o s t t e r m i n a l ) 结构 演变到客户端服务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 结构，客户端服务器结构曾经风靡 一时。但随着计算机网络的迅速发展，客户端服务器结构渐渐地显露出不堪重 负的一面，于是产生了浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 结构。由于系统 体系结构的选择是构建系统的前提和关键，所以下面对两种结构进行比较分析 【3 】 o 3 2 1 两层c 1i e n t s e r v e r 结构 c s 结构分为表示层、数据访问层，其结构如图3 2 所示。下面对各层分别 进行介绍： 1 ) 表示层( u i ) 。通俗讲就是人机交互界面。位于最外层( 最上层) ，离用户最近。 用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面； 2 ) 数据访问层( d a l ) 。有时候也称为是持久层，其功能主要是负责数据库的访 问，可以访问数据库系统、二进制文件、文本文档或是x m l 文档。简单的说 法就是实现对数据表的i n s e r t 、s e l e c t 、d e l e t e 、u p d a t e 等操作。 随着数据库应用需求的不断提高，特别是现在广泛采用将数据库技术与网络 技术相结合的方式进行系统开发，两层架构模式渐渐显示出其不足之处，其具体 表现概括为以下几个方面： 1 ) 用户( 客户端) 直接访问数据库，对数据库中的数据进行操作，因此难以保证 数据库中数据的完整性和安全性，一旦出现问题将给用户带来极大的损失； 8 东北师范大学硕士学位论文 2 ) 采用c s 结构模式开发的软件系统只适合于局域网环境； 3 ) 每一个客户端都必需安装软件，而且当系统软件升级时，每一个客户端又需 要重新安装，大大增加了其维护成本。 图3 - 2c s 结构图 3 2 2 三层b r o w s e r s e r v e r 结构 b s 结构( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器服务器模式) 可以说是分布式的两层 结构1 ，其结构如图3 - 3 所示。与c s 结构相比，b s 结构要多出一个“中间层 ， 即业务逻辑层( b l l ) 。业务逻辑层是针对具体问题的操作，也可以说是对数据层 的操作，对数据业务逻辑处理。因此业务逻辑层无疑是系统架构中体现核心价值 的部分。它的关注点主要集中在业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需求 有关的系统设计，所以三层架构更为详细。 b s 结构具有以下几个明显的优势： 1 ) 系统维护相对比较容易。采用b s 结构的系统只需要对服务器进行维护，不 需要对客户端进行维护； 2 ) 客户端与数据库分离。客户端不直接对数据库进行操作，即使系统受到黑客 的攻击，也不会对数据库造成威胁，数据库中数据的安全性和完整性能够得 到有效的保障； 3 ) 提高数据库响应速度和减少数据流量。b s 结构中，应用服务层的引入有效 地解决了客户端用户过多或同时访问数据库时导致的整个系统工作效率降 低的问题。 9 东北师范大学硕士学位论文 图3 - 3b s 结构图 3 3 本课题采用的体系结构 1 ) 从安全性角度考虑，b s 结构因为有了“中间层 ，因此用户不直接对数据库 进行操作，一旦在使用过程中出现意外情况，不至于数据库崩溃； 2 ) 从系统维护角度考虑，b s 结构真正做到了“瘦”客户端、“胖 服务器， 大大降低了系统的维护成本； 3 ) 从数据库的访问速度角度考虑，b s 结构解决了客户端用户过多或同时访问 数据库时导致的整个系统工作效率降低的问题。 因此，本课题采用b s 结构。 3 4 数据完整性的实现 在数据库设计中，保证数据的完整性是非常重要的。所谓数据完整性( d a t a i n t e g r i t y ) 是指数据的精确性( a c c u r a c y ) 和可靠性( r e l i a b i l i t y ) 。它是防止数据库中 存在不符合语义规定的数据和防止因错误信息的输入输出造成无效操作或错误 信息而提出的。数据库采用多种方法来保证数据的完整性，包括外键、规则、约 束和解发器。下面对本课题数据库使用的约束做简单说明： 1 ) c h e c k 约束。为某一列规定一个范围，因此，该列中数据的取值只能在其规 定的范围以内； 2 ) 主键( p r i m a r yk e y ) 。设置为主键的字段在表中不能为空值，而且任意两行 不能相同。本课题将索引( i i d ) 列设置为主键。此外，主键还能将数据按照 升序或降序进行排列，从而满足系统的不同要求。 3 5 远程故障诊断系统数据库的设计 1 0 东北师范大学硕士学位论文 数据库采用广为流行的关系数据库n 明( 关系数据库在理论上存在两个不可能 解决的问题：删除异常和更新异常。为了解决这两个问题，在进行表设计时，尽 量采用冗余技术，断开表与表之间的关联，彻底解决删除、更新异常问题) 设计， 对象模型向关系模型转换的基本原则： 多个个主题对应一个数据库； 一个对象对应一个表； 一个实例对应一个记录； 一个属性对应一个字段。 根据系统的设计要求在数据库中创建了专家、错误日志信息、关键字、症状 表一、症状表二，下面详细介绍各表的结构。 1 专家( e x p e r t ) 表名 e x p e r ti 使用模块| 功能描述描述专家 英文字段名中文解释字段类型是否为空大小备注 ” i i d对象实例索引i n t04 c o d e专家编号n v a r c h a r1 2 0 n a m e专家姓名n v a r c h a r1 5 0 p a s s w o r d 密码 n v a r c h a r1 5 0 o p e r a t o r 操作员n v a r c h a r11 0 n o t e 备注 n v a r c h a r11 0 0 表名 e r r o r l o g使用模块，l 功能描述错误日志信息 英文字段名中文解释字段类型是否为空大小备注 “ i i d对象实例索引i n t04 l o g , d a t e 日志时间 n v a r c h a r05 0 p o s i t i o n i p 地址n v a r c h a r0 2 5 5 l o g l e v e l 日志级别 n v a r c h a ro 5 0 m e s s a g e 具体内容 n v a r c h a r0剐) ( ) 0 o p e r a t o r 操作员 n v a r c h a ro 5 0 n o t e 备注 n v a r c h a r11 0 0 3 关键字( k e y w o r d ) 表名 k e y w o r d 使用模块 功能描述关键字 英文字段名中文解释字段类型是否为空 大小备注， i i d对象实例索引 i n t0 4 k e y w o r d 关键字n v a r c h a r05 0 o p e r a t o r 操作员 n v a r c h a ro5 0 n o t e 备注n v a r c h a r11 0 0 东北师范大学硕士学位论文 表名 d i a g n o s i s l使用模块j 功能描述症状信息 英文字段名中文解释字段类型是否为空大小备注 i i d对象实例索引i n t04 c o d e 编号 n v a r c h a r02 0 n a m e错误原因n v a r c h a r05 0 m e t h o d解决办法n v a r c h a r02 0 0 o p e r a t o r 操作员 n v a r c h a ro5 0 n o t e备注 n v a r c h a r11 0 0 表名 d i a g n o s i s 2i 使用模块l 功能描述症状信息 英文字段名中文解释字段类型是否为空大小备注 i i d对象实例索引i n t04 c o d e 编号 n v a r c h a ro2 0 n a m e错误原因 n v a r c h a r05 0 m e t h o d解决办法 n v a r c h a ro2 0 0 o p e r a t o r 操作员 n v a r c h a r 05 0 n o t e 备注 n v a r c h a r 11 0 0 6 诊断结果( r e s u l t ) 表名r e s u l t 使用模块i 功能描述 诊断结果 英文字段名中文解释字段类型是否为空 大小备注 i i d对象实例索引i n t0 4 c o d e 编号 n v a r c h a r02 0 n 锄e诊断结果n v a r c h a r0 2 0 0 o p e r a t o r 操作员 n v a r c h a ro5 0 n o t e 备注 n v a r c h a r11 0 0 1 2 东北师范大学硕士学位论文 第四章远程故障诊断系统的实现 4 1 系统框架 数据库技术在远程故障诊断系统中的应用可以有效地实现异地故障诊断。系 统框架如图4 - 1 所示： 厂 、 w 色b w e b 诊 一 浏 结论的过程。而且，采用基于关系数据模型的数据库来构建系统知识库， 远程故障诊断规则的条件、结论对应关系数据库表中的字段。所以，本系统是基 于规则的推理。 2 ) 控制策略 控制策略的选择对推理机的推理能力和效率产生重要影响。本系统的推理机 是用来模拟专家诊断的思维过程，根据远程故障诊断的特点和对推理效率的可改 善性，采用正反向混合推理、精确推理与不精确推理相结合的控制策略。正向推 理是由起始条件出发，直到推理出所要解决问题的最终结论的一种推理方式，即 从前提条件到最终结论的推理，每一层推理所得出的结论又可能成为另一层推理 的前提条件，因而又可得出另一结论。正向推理的优点是比较直观，过程比较简 单，适合远程故障诊断的思维，比较容易实现。其缺点是正向推理容易产生矛盾 导致死锁、求解问题空间无限扩大导致“爆炸 等：反向推理与正向推理刚好相 反，它是通过结论来驱动推理过程的一种模式，即从结论反过来推可能的前提条 件。反向推理的优点是求解问题空间小、目的性比较明确、开销较少，但实现起 来相对比较困难。 远程故障诊断专家系统采用产生式推理规则，各规则之间存在着必然的因果 联系，故障诊断本身原则上要求结论准确，所以最终推理出来的结论不是肯定的， 就是否定的，这就是所谓的精确推理。因此，将正向推理和反向推理结合起来： 先根据前提条件( 故障症状或中间结论) 通过正向推理推出可能得出的最终结论， 再通过反向推理来逐一验证这些结论的是否成立。考虑到远程故障诊断的不确定 性和复杂性，推理的前提条件( 故障症状或中间结论) ，有时不能完全满足某一结 论，而这些结论本身又要做为下一步推理规则的必要前提条件，因此采用不精确 推理，以确保得到必要的中间或最终结论。 3 ) 推理的过程简述如下： a ) 从故障原因表l 中取出第一条数据，将第一条数据的故障原因与专家意 见进行比对，如果第一条数据的故障原因与专家意见相符，取出第一条 数据的故障原因所对应的故障结果，如果不符，取出第二条数据进行比 对； b ) 从故障原因表2 中取出第一条数据与专家所提的其他意见进行比对，如 果第一条数据的故障原因与专家意见相符，取出第一条数据的故障原因 所对应的故障结果，如果不符，取出第二条数据进行比对； c ) 依此类推，当找出全部符合条件的数据后，立即结束，得出诊断结果。 本课题推理机的工作流程图和部分代码如下所示： 1 6 东北师范大学硕士学位论文 图4 - 5 推理机的工作流程图 部分代码如下： t e r n p 一- d a t a v i e w r o w f i l t e r = s t r i n g c o n c a t ( ”错误原因= 川+ ”数据库”+ ”) ； d a t a s e t c l e a r 0 ； i f ( t e m p a t a v i e w c o u n t 0 ) f o r ( i n tp = 0 ；p t e r np d a t a v i e w c o u n t ；p + + ) 1 7 东北师范大学硕士学位论文 i f ( t e m p _ d a t a v i e w c o u n t ! = o ) t e m p _ c o u n t 2 = 1 0f ( t e m p _ d a t a v i e w c o u n t + t e m p _ d a t a v i e w c o u n t ) ； t e m p _ t e x t 4 = t e m p _ c o u n t 2 t o s t r i n g ( ”f 2 ”) ； t e m p _ t e x t 5 = c o n v e r t t o d o u b l e ( t e m p _ t e x t 4 ) ； t e m p _ t e x t 6 = t e m p _ t e x t 5 t o s t r i n g ( ”p ”) ； t e m p _ t e x t 7 = s t r i n g c o n c a t ( t e m p _ d a t a v i e w p ”解决办法”】t o s t r i n 9 0 + t e m p _ t e x t 6 t o s t r i n 9 0 + ”，”) t r i m 0 ； a r r a y _ t e m p 2 p 】= t e m pt e x t 7 t o s t r i n 9 0 t r i m ( ，) ；q + + ； t e m p _ r e s u l t 2 = s t r i n g j o i n ( ”，”，a r r a ) 乙t e m p 2 ) t r i m ( ，t ) ； ) f o r ( i n ti = 0 ；i 0 ) f o r ( h a tj = o ；j 0 ”) ； t e m p _ d a t a v i e w l = n e wd a t a v i e w ( t e m p _ d a t a s e t l t a b l e s ”d e g r e e ”】) ； t e r n p d a t a s e t l c l e a r 0 ； s e r v i c e d e l e t e _ d e g r e e ( 1 ) ； 1 8 东北师范大学硕士学位论文 s e r v i c e u p d a t e _ d e g r e e ( t e m p _ d a t a s e t l t a b l e s ”d e g r e e ”】) ； d a t a r o w v i e w = t e m pd a t a v i e w l a d d n e w 0 ； d a t a r o w v i e w b e g i n e d i t 0 ； d a t a r o w v i e w ”编号”】= ”1 ”； d a t a r o w v i e w ”名称”1 = r e s u l t ； d a t a r o w v i e w ”备注”】= ”； d a t a r o w v i e w e n d e d i t 0 ； d a t a t a b l ed a t a t a b l e = t e m p tabledataviewlc l o n e 0 ； d a t a t a b l e c l e a r 0 ； d a t a t a b l e 1 m p o r t r o w ( d a t a r o w v i e w r o w ) ； i n ti i d = s e r v i c e a p p e n d _ d e g r e e ( d a t a t a b l e ) ； d a t a r o w v i e w b e g i n e d i t 0 ； d a t a r o w v i e w ”索引”】= i i d t o s t r i n 9 0 ； d a t a r o w v i e w e n d e d i t 0 ； d a t a t a b l e c l e a r 0 ； s e r v i c e u p d a t e _ d e g r e e ( d a t a t a b l e ) ； r e s p o n s e r e d f f e c t ( ”w e b _ c o n c l u s i o n a s p x ”) ； 4 4 “中间层”的实现 远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l1 ，简称r p c ) 是一种通过网络从远程 计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议，r p c 己经成为构造 分布式系统的重要工具之一。r p c 是n e l s o n 于1 9 8 2 年在他的博士论文中第一次 提出来的一种用于进程间同步的通信机制。它是以人们熟悉的过程调用方式来完 成远程通信的。r p c 的形式和行为与传统的过程调用形式和行为类似，主要差别 在于被调用的过程实际运行在一个与调用者不同的站点上。r p c 实现了一种专门 为支持网络应用程序而设计的，同时r p c 对开发人员隐藏了许多关于网络接口的 细节，能够不必了解具体的网络函数或低层的网络协议，就能实现功能强大的分 布式应用程序。r p c 是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，也是一种基 于c s 架构的编程模式，有点类似c ss o c k e t 编程模式，但要比它更高一层。 r p c 协议假定某些传输协议的存在，如t c p 或u d p ，为通信程序之间携带信息数 据。在o s i 网络通信模型中，r p c 跨越了传输层和应用层。r p c 采用客户机服务 器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。首先，调 用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程，然后等待应答信息。在服务 器端，进程保持睡眠状态直到调用信息到达为止。当一个调用信息到达，服务器 获得进程参数，计算结果，发送答复信息，然后等待下一个调用信息，最后，客 户端调用过程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行。r p c 技术 具有三个最重要