汽车诊断专家数据库系统

专家数据库系统1. 专家系统整体结构专家诊断数据库系统可以分为以下三个大的部分：数据库：存储汽车各部件（可电测）工作正常数据；知识库：检测数据与故障现象的对应关系（案例）；方法库：引导人使用仪器（检测方法指导及维修方法指导）。图1 专家系统的基本结构(1)人机接口 人机接口是专家系统与领域专家或知识工程师及一般用户的界面。它由一组程序及相应的硬件组成，用于输入输出工作。领域专家或知识工程师通过它输入输出知识，更新、完善知识库；一般用户通过它输入欲求解的问题、已知事实及向系统提出询问；系统通过它输出运行结果、回答用户询问或向用户索取进一步的事实。人机接口通常采用菜单形式，人机会话传递信息。随着技术的进步，人机接口可以采用声音、图像等一些传递信息量大的技术。(2)推理机 推理机是专家系统的“思维”机构，是构成专家系统的核心部分。其任务是模拟专家领域专家的思维过程对问题进行求解。它能根据当前已知的事实，利用知识库中的知识按一定的推理方法和控制策略进行推理，求得问题的答案。(3)知识库及管理系统 知识库是知识存储的空间，用于存储领域内的原理性知识、专家的经验知识及有关的事实等。知识库的知识来源于知识获取机构，同时又为推理机求解问题提供了所需的知识。知识库管理系统负责对知识库中的知识进行组织、维护、检索等。专家系统中其它任何部分都要与知识库发生联系，都必须通过知识库管理系统来完成。(4)数据库及其管理系统 数据库又称“黑板”、“综合数据库”等。它是用于存放用户提供的初始事实、问题描述以及系统运行过程中的中间结果、最终结果的工作存储器。数据库中的内容是不断变化的。在求解问题开始时，它存放的是用户提供的初始事实；在推理过程中，它存放的是每一步推理结果。推理机根据数据库中的内容从知识库中选择合适的规则进行推理，然后又把推理结果存放在数据库中。数据库是推理机不可缺少的工作场所，同时，又为解释机构提供了回答用户问题的依据。(5)知识获取机构 知识获取机构是一组程序。它的基本任务是把知识输入到知识库中，并负责维护知识的一致性和完整性。在不同的系统中，知识获取功能及实现方法差异较大。有些系统首先由知识工程师向领域专家获取知识，然后再通过相应的编辑软件把知识送到知识库中；有些系统自身具备部分学习功能，由系统直接与领域专家对话获取知识，或者通过系统的运行实践归纳、总结出新知识。(6)解释机构 能够对自己的行为做出解释，回答用户提出的“为什么？”等问题。有了解释机构，推理的结果能得到用户的信赖。2.专家系统检测诊断维修流程图2 专家系统检测诊断维修流程由于此次设计的检测信息获取来源基于两个部分：一是汽车黑匣子无线传输来的汽车故障码；二是汽车维修服务中心通过不解体故障诊断仪器获取的汽车故障信息。由于黑匣子初期并不能大面积地普及以及汽车动力系统的多样化，相当一部分车辆并不具备电控系统，无法通过相关车载仪器读取故障信息，所以在流程中考虑到是否有车载信息的读取，没有相关数据读取的车辆则需要维修人员进行手动的检测，以此来获得汽车各部件参数，为故障诊断提供帮助。除此之外，还需收集诊断过程及维修过程所反馈过来的信息，与专家诊断系统初始判断做出对比，以此来修正知识库中所存储的案例，新的案例也需填充到知识库中，并将历史记录诊断结果与用户资料做出相应的备份，以方便用户的查询。方法库中的检测指导部分负责指导维修人员对汽车各子系统进行合理有序、方便快捷的检测方法，包括仪器的使用、检测顺序及正确的操作方法。维修指导部分与检测指导部分所包含的内容大体相似，均是为维修人员提供更具指导性和专业性的行业技术而设计，目的是让汽车故障的检测与维修有明确的指导案例，将技术人员及领域专家的知识整合起来，做成工作手册，让刚入门的维修人员可以通过相关指引完成一系列的故障检测维修，同时为用户提供一种合理有序的故障诊断指导，利于用户了解整个故障检测诊断维修的过程，增加用户的信赖度。3.专家诊断系统各部分的设计3.1 数据库的设计汽车品牌构型的多样化造就了汽车动力结构及参数的多样化，面对庞杂的数据，需要一个合理的划分模式对其进行分类归纳，降低数据检索的复杂性，也便于整个系统数据的整理维护。延续前面所做工作，将数据库的划分做出两种分类：一是按品牌划分数据库；二是按系统划分数据库。图3 按系统划分数据库汽车整体系统包括驱动系统、传动系统、制动系统、转向系统、储能系统五大部分。其中以驱动系统和储能系统的差异最大，种类最多，驱动系统包括汽油机系统、柴油机系统、电驱动系统以及混合动力系统等，储能系统包括储油系统、储气系统、电池组、复合电源等。图4 按品牌划分数据库按汽车品牌划分数据库，更具有针对性，检索较为方便快捷。鉴于此次设计初期仅服务于少量品牌的车辆，而且中国法律对于改装车有比较严格的法律限制，对比品牌划分与系统划分两种方案，品牌划分更具针对性，便于创建明确的系统结构，而系统划分需要囊括市面上同子系统各品牌部件，工作量较大，鉴于此推荐使用品牌划分数据库的方法。3.2 知识库的设计专家系统的核心是知识，知识库中拥有知识的多少及知识的质量决定了一个专家系统所具有解决问题的能力因此，建造一个专家系统首先便是要获取专业领域中的大量概念、事实、关系和方法，包括人类专家处理实际问题时的各种启发性知识，以构造一个内容丰富的知识库。组建一个知识库需经历两个阶段访问专家阶段和机器学习阶段。在访问专家阶段，主要通过对专家的论著进行吸收消化、向专家请教、与专家进行讨论和对专家实际解决问题过程进行观察等手段获取知识，然后对这些知识进行分析、精化和验证等处理，最后再将处理过的知识作为机器学习的材料在机器学习阶段实现将上面处理过的知识储存到知识库中，供实际故障诊断时使用。知识的获取是整个专家系统设计的“瓶颈”，它的质量决定整个专家系统的质量。知识的获取部分可以有两种方案提供选择：一是外部学习，利用领域专家的知识添加数据库；二是内部学习，由机器本身在检测诊断故障过程中拓展数据库。要实现外部学习由专家添加拓展知识库，知识的获取实际上便等价于知识库的维护，为了方便其操作，知识库及数据库应采用模块化设计，即总体数据库是由若干分级小型数据库组成，同级数据库之间不存在信息交换，上级数据库对下级数据库具有一对多的查询功能。实现机器内部学习的方法有创建人工神经网络和实现机算机自动存储诊断结果两种。人工神经网络具有高度的自组织、自学习以及高速运算的能力，是一种大规模并行的非线性动力系统。优点是具有很强的可成长性以及网络的全局观，但是缺点也同样明显，在神经网络建立的初期需要大量的数据供其学习和试验，准确性很差，成长到成熟阶段需要经历较长的时间。实现计算机自动存储诊断结果的方法可以由动态数据库完成，也可通过与维修中心的信息交换，实现从检测流程到诊断到维修流程的全程信息监控与获取，并通过最后诊断结果对比知识库中所存储案例及与计算机自诊断结果的异同，对知识库进行合理地修正。4.网络化专家系统的建立汽车已成为人们日常生活中代步的普遍交通工具，生产厂商、销售公司及维修中心之间并无一个合理地进行统筹规划的部门，维修中心的数据不能及时准确地传输给生产厂商，生产厂商发现了技术问题也不能及时地通知销售公司进行产品的回收，生产、销售、维修部门的信息脱节是众多安全隐患的重要因素，建立网络化的专家系统，可以为这些部门之间搭建交流的平台，方便信息的反馈，也方便政府部门对整体车辆市场的监控。图5 专家诊断系统网络化构架专家系统的网络化有众多的好处，分别对应于三个方面：一是对应使用监控环节，交通管制部门、车辆用户及电视广播等媒体获取专家系统中的知识，可以为城市整体交通规划管制提供数据支持，用户可以通过互联网或者是收看电视收听广播节目获取车辆故障信息；二是对应设计研发环节，专家诊断系统通过和汽车设计研究所的信息交换，可以快捷地获取最新车型的故障及整体结构，汽车研究所可以通过专家系统中的案例为车辆的设计做出合理的方案，同时将相关信息提供给汽车工程院校可以给在校学生提供学习的材料，增加阅历；