智能诊断技术应用PPT课件.ppt

2020 1 7 可编辑 1 第八章现代智能故障论断技术 2020 1 7 2 现代信号处理结果示例 数据挖掘 KDD从存放在数据库 数据仓库或其他信息库中的大量数据中发现有用知识的过程 JiaweiHan 由于在研究和应用领域 数据挖掘 DM 比 数据库中的知识发现 KDD 这个词更流行 因此 现在多采用 数据挖掘 DM 这个术语 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 3 现代信号处理结果示例 数据挖掘 数据挖掘用于知识库建立 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 4 现代信号处理结果示例 数据挖掘 Fayyad等人提出的过程模型 1996年 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 5 现代信号处理结果示例 数据挖掘 数据挖掘的应用过程 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 6 现代信号处理结果示例 数据挖掘 美国Marquette大学的R J Povinelli等人提出的TSDM TimeSeriesDataMining 模型 可以预测和特征化可调速感应电机的故障 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 7 现代信号处理结果示例 数据挖掘 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 8 现代信号处理结果示例 数据挖掘 德国DataEngine4 0系统 工业装备故障诊断技术 2020 1 7 9 现代信号处理结果示例 数据挖掘 英国Aston大学根据电力工业的需要 开发了一个MODIAROT ModelBasedDiagnosisofRotorSystemsinPowerPlants 系统 整个系统采用神经网络和模糊逻辑等作为数据挖掘方法 将设备在线测量数据与模型仿真输出进行比较 进而诊断设备故障 工业装备故障诊断技术 故障诊断专家系统 一 专家系统概述定义 能以人类专家级水平进行故障诊断的智能计算机程序 发展专家系统的必要性1 知识结构的需要2 故障诊断应用上的需要系统复杂性及故障复杂性所决定3 专家系统所能解决的问题机械系统诊断中的复杂问题 能达到专家水平 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 10 4 专家系统的特点1 应用范围广2 诊断水平高3 诊断效率高5 专家系统的组成一般由五部分组成 知识库 推理机 数据库 解释程序和知识获取程序 实用的专家系统还有其它中间环节 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 11 实用的专家系统 数据库管理 数据库 推理机 知识库 知识表示 知识库管理 任务管理 工况分析 工况报表 动态黑板 诊断结果 诊断结果解释 知识获取 诊断实例 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 12 6 专家系统分类 故障诊断专家系统 1 解释型 Interpretation 专家系统 这类系统通过分析所采集到的数据进而阐明这些数据的真实含义 如由质谱数据解释化合物分子结构的DENDRAL系统 由声纳信号识别舰船的HASP SIAP系统 语音理解系统HEARSAY等 2 预测型 Prediction 专家系统 这类系统根据处理对象过去和现在的情况去推测其未来发展趋势 如各种气象预报系统 军事预测系统I W等 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 13 3 诊断型 Diagnosis 专家系统这类系统根据输入信息推断出处理对象中可能存在的故障 如计算机硬件故障诊断系统DART 核反应堆故障诊断系统REACTOR 感染病诊断与治疗系统MYCIN 旋转机械故障诊断系统EXPLORE EX 透平机械故障诊断专家系统TUBMAC等 4 调试型 Debugging 专家系统这类系统给出已确认故障的排除方案 如石油钻探机械故障诊断与排除系统DrillingAdvisor等 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 14 5 维修型 Repair 专家系统这类系统制定并实施纠正某类故障的规则 如诊断排除内燃机故障的DELTA系统 电话电缆维护系统ACE等 6 规划型 Planning 专家系统这类系统能根据给定的目标制订行动计划 如电子线路布线系统PROTEL等 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 15 7 设计型 Design 专家系统这类系统能根据给定的要求形成所需要的方案或图样 如DEC公司的计算机总体配置系统XCON 8 监测型 Monitoring 专家系统这类系统多用于完成实时监测任务 如REACTOR系统和高危病人监护系统VM等 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 16 2020 1 7 17 9 控制型 Control 专家系统这类系统能自动控制系统的全部行为 通常用手生产过程的实时控制 如维持钻机最佳钻探流特征的MUD系统 MVS操作系统的监督控制系统YES MVS等 10 教育型 1nstruction 专家系统这类系统能诊断并纠正学生的行为 主要用于教学和培训 多为诊断型和调试型的结合体 如GUIDON和STEAMER等 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 18 二 知识库1 定义 专家知识 经验及书本知识的存储器2 知识表示1 对知识表示的基本要求 三个基本要求 表示方案应便于知识的修改和扩充 表示方案应尽量简单易懂 表示方法应清晰明确 因为专家系统的建造过程是一个不断扩充和完善的过程 因此 便于修改和扩充的知识表示方案对专家系统来说是非常重要的 它直接关系到专家系统的成败 实现这一要求的有效手段是把知识与使用知识伪程序相分离 即把知识库和推理机相分离 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 19 故障诊断专家系统 人工智能研究者们已提出了许多种知识表示方法 如产生式表示 框架式表示 语义网络表示 逻辑性表示 对象 属性 值三元组表示 过程表示和面向对象的表示等 这些不同的表示方法各有其优缺点和最适用的领域 综合数据库 GlobalDatabase 和规则解释器 RuleInterpreter 这三个基本部分组成 2 产生式系统的基本组成一个典型的产生式专家系统通常由规则库 RuleBase 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 20 故障诊断专家系统 3 产生式表示 或规则表示 其一般形式为PQ 即IF THEN 左部分表示前提 条件或状态 右部分表示若干结论 人工智能研究者们已提出了许多种知识表示方法 如产生式表示 框架式表示 语义网络表示 逻辑性表示 对象 属性 值三元组表示 过程表示和面向对象的表示等 这些不同的表示方法各有其优缺点和最适用的领域 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 21 如 出现异常振动则振幅大 对于复杂的故障用树枝状表示 注 与事故树类似 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 22 产生式表示的优缺点优点 模块化 自然性 一致性 主要缺点 推理效率低 非通用性 依赖于已有的经验 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 23 故障诊断专家系统 3 不确定知识表示1 随机性知识2 模糊性知识3 未确知性知识三 知识的获取知识获取的方法 有 机械式 条件反射式 传授式 演绎式 归纳式 猜想证实式 反馈修正式 类比式 联想式 灵感与偶发式等 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 24 故障诊断专家系统 四 推理机制1 推理分类2 推理控制策略3 推理搜索策略4 似然推理 故障诊断专家系统 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 25 故障诊断专家系统 五 应用 美国西屋公司从开发汽轮发电机专家系统GenAID开始 现已在佛罗里达州的奥兰多发电设备本部建立了一个自动诊断中心 对各地西屋公司制造的汽轮发电机进行远距离自动诊断 诊断对象从汽轮发电机逐步扩大到汽轮机 锅炉和辅机 西屋公司和卡内基 梅隆大学合作研制了一台汽轮发电机监控用专家系统 用来监视德州三家主要发电厂的七台汽轮发电机组的全天工作状况 此专家系统能快速 精确地分析仪表送来的信号 然后立即告诉操作人员应采取什么措施 我国故障诊断工作者也积极探索专家系统的应用研究 国家在 七 五 和 八 五 期间也列有这方面的攻关课题 取得了 些进展 但目前总的情况是实验室研究较多 现场条件下的实际应用 特别是成功的应用实例并不多见 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 26 人工神经网络 一 概述1 定义及特点2 目前的应用情况二 基本原理1 神经元结构模型x1 xn输入w1 wn权值阈值Xi神经元求和输出 Oi输出F神经元特性函数 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 27 人工神经网络 各参数之间的关系为 特性函数主要有还有符号型 S型 双曲正切型和高斯函数型等 1 f x f x x x 线性 阶跃 1 1 a a 符号型 斜坡型 0 5 1 S型 双曲正切型 1 c 1 高斯函数 2020 1 7 工业装备故障诊断技术 28 人工神经网络 2 网络拓扑结构 神经元联结结构 1 不含反馈的前向网络神经元分层排列 组成输入层 隐层 可有若干 和输出层 每一层的神经元只接受前一层的神经元输出作为输入 输入模式经过各层的顺次处理后得到输出层输出 误差反向传播算法 B