基于VB的农业机械液压系统故障诊断专家系统开发

基于VB的农业机械液压系统故障诊断专家系统开发

杨森, 安向东

(中原工学院, 郑州 450007)

摘要：根据农业机械液压系统故障的特点，设计了一种基于VB的液压系统故障诊断专家系统,并在介绍其总体结构的基础上，着重论述了知识库的构成及内部推理机制。该专家系统利用ACCESS数据库及VB可视化的编程技术特点，充分发挥VB在处理数据时精确、高效的优势，大大提高了专家系统在故障诊断过程中的准确率和效率。该系统运用于联合收割机液压系统故障诊断，取得了良好效果。

关键词：液压系统；故障诊断；VB；农业机械；专家系统 系统的基本运行机制是：用户通过人机界面输入一个或者多个，推理机制在模糊控制策略下依据综合数据库当前信息，在知识库中选取应对当前问题的信息，然后通过人机界面反馈给用户；另外，用户或者专家可以通过知识获取模块添加和删除知识库中的信息。 本系统允许用户根据故障现象在程序中输入4个，系统获得条件后，首先根据第一个 本系统可在安装了VB高级语言的计算机上运行：启动系统，打开主界面，直接在编辑框里输入进行诊断。现以知识库里内部ID为408的故障记录为例,此条记录的故障现象为“泵不输油、泵不转”，故障原因为“电气线路及元件故障、溢流阀调压过高、超载荷后闷泵、泵轴或电动机轴上无连接键、泵内部滑动副卡死”，故障处理为“检查电气并排除故障、调节溢流阀压力值、更换键、拆开检修、按要求选配间隙”。这里通过两种方式来验证本软件的可靠性。 第一种方式：首先，在主界面编辑框里输入“泵”，然后点击“开始诊断”，得到图3所示的诊断结果，共31条记录；第二次在关键词编辑框里输入“不输油”，点击“继续诊断”显示结果，得到图4所示的 6条记录；第三次在关键词编辑框里输入“不转”，点击“继续诊断”显示结果，得到图5所示的 1条记录。从运行过程可以看出，结果的准确性取决于用户输入故障现象的具体描述程度。 第二种方式：用户可以在编辑框里一次性输入“不转”“不输油”“泵”等多个 扫描知识库，将知识库故障现象中含有该 ，同样可得到图5所示的1条记录。 的所有记录作为中间结果，保存在Recordset记录集中。然后，系统再根据第二个 扫描Recordset记录集，以此循环，直到系统依次扫描完所有 ；最后，系统将Recordset记录集结果输出，显示于界面中。

造成农业机械液压系统出现故障的原因有很多，例如，恶劣环境下工作的农业机械经常承受超负荷压力[1]，农业机械体积较大，若存放不当则易被外界环境侵蚀。这些都会造成农业机械的零件老化和失效。对于野外偏远地区作业的农业机械来说，隐蔽性故障一旦发生，若专业人员不能及时到位修复，则可能引发其他机械部件的毁坏。不正确使用，不适时保养农业机械，也会增加故障发生的几率[2]。对于现代农业机械的液压系统故障，传统的解决方式是“点对点”，就是一个故障点对应一种解决方案。但是，因为大多数情况下一个故障点可能会涉及更多故障点，所以这种解决方式并不能从根本上全面解决问题。

专家系统是以领域专家知识为基础，按一定规则重新组织这些知识,设计成具有领域专家水平和解决复杂问题能力的智能程序[3]。本文基于VB语言和ACCESS数据库开发的农业机械液压系统故障诊断专家系统，不仅可以针对液压系统故障问题，多元化高效率地处理数据，而且可以让不同级别的用户随时随地通过简单的操作来查找系统故障的原因以及处理方案，自行解决所遇到的问题。

1系统的基本框架

基于VB的农业机械液压系统故障诊断专家系统主要由人机界面、知识获取、推理机制、综合数据库、知识库模块构成。其基本框架如图1所示。

图1　系统基本框架图

知识库模块主要存放由专家提供的专门知识以及用户自定义添加的信息，并且提供知识的表示方法。知识获取模块可以让用户管理以及完善知识库。综合数据库模块主要用于存放系统运行过程产生的信息，包括用户输入的信息、推理的中间结果、推理过程的记录等[4]。人机界面模块是用户与系统进行通讯的媒介。推理机制模块能够按一定策略检索所有相关知识，并把结果记录到动态的存储器中。

1.1知识库

本系统的知识库是在ACCESS数据库中建立的。它在VB开发界面中通过ADO(ActiveX Data Object)活动数据访问接口技术建立与ACCESS数据库的连接[5]。

知识的表示方法有很多，但为了有效自然地表示知识以及在对知识库进行修改、删除、增加和检索操作时更加有效率，本系统的知识表示采用自然语言方式。知识库中每一条故障记录都包含有故障现象、故障原因和故障处理。在故障诊断过程中，用户输入的关键词越多，即故障现象描述越具体，得出的结果就越准确；反之，得到的结果就越模糊。例如，用户输入“漏油”，知识库故障现象记录中凡是含有该关键词的记录都会显示出来；而如果输入“轴封漏油”，那么得到的结果就会更准确。基于以上原因，本系统的知识库模块主要考虑怎样构建每条故障记录(包含故障现象、故障原因、故障处理)的表达方式。在ACCESS数据库中，各字段名、字符类型以及字符长度的设置如表1所示。

表1　知识库的结构设计

1.2知识获取

1.2.1知识获取方法

本系统在用户往知识库中添加自定义信息时有一定的要求。例如，当用户输入“系统振动”作为故障现象时，推理得到的最后结果应该将故障现象包含“系统振动”的记录全部显示出来；而如果用户在输入“系统振动”后，再输入“泵”或者“阀弹簧”等关键词，那么故障现象就变得更为具体，推理得到的结果也会更加具体，因为这区分了由泵引起的系统振动和由阀弹簧引起的系统振动两种故障诊断记录。因此，本系统知识库在接受用户自定义信息时，要求对故障现象的描述尽可能详细。表2以“系统振动”为例说明了知识获取的表示方法。

表2　液压系统振动故障诊断知识获取

1.2.2知识库管理

用户可以对知识库进行删除、修改、增加和备份等操作。本系统针对知识库管理设计了两种操作方式，即快捷方式和标准方式。

(1)快捷方式：系统知识库中的每条记录都有一个对应的内部ID(包括用户自定义添加的)，用户只需要在对话框中输入要删除的内部ID，便可以将对应的记录删除；同样，在相应的对话框中输入每条记录的内部ID、故障现象、故障原因、故障处理等相关信息，便可以完成对知识记录的添加。快捷方式还具有一键备份功能，只需要点击“备份”按钮，系统便可对当时的数据库进行备份，安全快捷。

快捷方式为用户繁琐的操作过程提供了便捷通道，节省了大量时间；即时备份功能又为用户的数据安全提供了保障，提高了用户的工作效率，降低了用户的出错率。

(2)标准方式：用户可以在系统提供的查询子系统下对知识库进行管理操作。子系统界面可将数据库中记录的所有详细内容列举出来，用户可以对任何一条记录进行修改和删除；其增加和备份功能的实现方法同快捷方式一样。

标准方式以可视化的显示方式呈现给用户，避免了用户误删、漏输入内容等错误操作，更加简洁明了和人性化。

1.3推理机制

正向推理控制策略的基本思想是：根据已知数据信息，使用既定规则，让规则的前提与数据库匹配，然后解决当前问题[6-7]。本文正是采用正向推理这种方式，方便用户直接将观察到的故障现象输入系统，推理出故障原因和解决方案。该推理流程如图2所示。

图2　推理流程图

2实例运行

本文针对传统联合收割机液压系统故障进行实例运行分析。

一般联合收割机液压系统的油源为双联液压泵，采用由手动换向阀、安全阀和液控单向阀等组成的组合阀，用来控制工作机构的运动方向和系统工作压力。泵的卸载油路为串联方式，压力油路和回油路均为并联方式。根据联合收割机液压系统的特点，分析总结其易出现的故障现象、故障原因以及处理方案，收录于数据库。然后运行本系统，进行液压系统故障诊断。

图3　第一次推理结果

图4　第二次推理结果

图5　第三次推理结果

中图分类号：TH137

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.03.005

Abstract:According to the characteristics of faults in the hydraulic system of agricultural machinery, a VB-based fault diagnosis expert system is designed. The total structure of the expert system is built, and the composing of the knowledge base of that expert system and its inner inference mechanism are emphasized. The expert system makes full use of the database of ACCESS and VB′s visual programming technique characteristics. It gives full play to the VB′s accuracy and efficiency in the process of data , and greatly improves accuracy and efficiency in process of the fault diagnosis of hydraulic system. It is very valuable to apply this system to the fault diagnosis of hydraulic system in combine harvester.

收稿日期：2014-10-01

作者简介：李留涛(1986—)，男，河南周口人，硕士。

文章编号：1671-6906(2015)03-0029-05

从上述推理过程来看，在第一种推理过程中，总共进行了3次推理诊断。事实上，本系统能够进行无穷次逼近推理，直到获取唯一的故障记录。在第二种推理过程中，有意改变关键词的输入顺序，是为了说明系统的最终推理结果与关键词的输入顺序无关。

3结语

本文研究了专家系统中的知识处理体系和推理机制，建立了农业机械液压故障诊断专家系统的初步模型。在建造知识库处理体系时，仔细分析农业机械液压系统的结构特点，搜集了大量农业机械液压系统的故障知识，同时专家也可以随时为知识库添加更多诊断记录。具有灵活性的软件使知识库具有一定的使用价值。采用VB高级语言和ACCESS数据库建造知识库，每条故障现象记录被最小化细分，知识表示自然简洁，不同级别的用户都能轻松获取信息，使系统具有广泛的适用人群。由于知识库结构较好，推理机制工作效率较高，用户只需要输入几个关键词便能及时得到准确的结果，因此系统具有很高的准确性和便捷性。由于VB在人机界面的可视化优势，用户通过编辑框就可以对系统进行添加和删除管理，使系统具有很高的可扩展性和可维护性。

该系统以VB高级语言以及ACCESS数据库对农业机械液压系统进行故障诊断，充分发挥VB在处理数据以及可视化方面的强大优势，不仅使初级用户或者技术人员能够针对实际问题做出专家级别的诊断，而且能为农业机械液压系统故障诊断专家系统的后续发展提供重要参考，具有很高的实用价值。

参考文献：

[1]赵春平.农业机械液压系统常见故障诊断及排除[J].机械管理开发， 2014， 29(4): 85-87.

[2]黄晓鹏.基于神经网络的农机液压系统故障诊断专家系统[J].农机化研究， 2007(11): 61-63.

[3]姜华，贾民平，许飞云.基于WEB的液压系统故障诊断专家系统的开发[J].机械制造与自动化， 2004， 33(1): 67-70.

[4]Shi H，Gong G F，Yang H Y. Compliance of Hydraulic System and Its Applications in Thrust System Design of Shield Tunneling Machine[J].Science China， 2013(9): 2124-2131

[5]罗朝盛.VisualBasic6.0程序设计教程[M]. 北京：人民邮电出版社， 2012.

[6]韩聚奎，张敏.农业机械液压系统故障诊断专家系统的研究[J].农业机械学报，1999， 30(3): 67-69.

[7]郭建斌，唐泽，王江.水工液压启闭机故障诊断专家系统[J].制造业自动化， 2014， 36(2): 144-146.

(责任编辑：王长通)

Development of VB-based Fault Diagnosis Expert System of

Agricultural Machinery Hydraulic System

YANG Sen， AN Xiang-dong

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007， China)

Key words:hydraulic system; fault diagnosis; VB; agricultural machinery; expert system