民用航空器基于案例推理的故障诊断系统设计

李诚 桂晓亮 李婷婷 王小莹

摘 要：所谓案例推理，简称CBR，指的是推理过程中基于案例的一种技术，属于类比、相似推理法，主要借助知识库的访问，寻找以往相同问题解决的方案，从而得到解决现有问题的方案。也就是通过经验或者旧案例将全新问题解决并进行评价，从而对新情况、异常情况进行理解和解释。该文将从当前案例推理的概况出发，以案例推理为基础设计故障诊断系统进行分析与探究，希望为机务维修人员提供一些帮助和建议，更好地为民用航空器设计故障诊断的系统。

关键词：系统设计；故障诊断；案例推理

中图分类号：TP391 文献标志码：A

0 引言

现阶段，国内在维修民用航空器的过程中，主要借助零部件有关的完备理论展开定时维修，没有借助设备状态的监控应视情况维修。因经验具有不能共享、无法存储等特点，导致很多数据与经验会伴随专业人员退休等原因逐渐流失，在一定程度上限制我国民航的维修技术进步和发展。因此，研究以案例推理为基础的故障诊断系统具有一定的现实意义。

1 当前案例推理的概况

对于CBR来讲，同一问题求解与描述使用同一案例进行表示，而案例库能够对人类大脑记忆展开模拟，把有关的旧案例、旧经历进行了存储，案例自身能够借助对象、框架、规则、节点来实现，知识库根据特定模式对存储的案例进行组织，当有需要时将其取出即可。客观来说，CBR能够借助以往事例，将不能表达、表达较难的知识领域问题有效解决，由于其自我学习能力、推理能力较强，因此为民航的情报处理提供了便利。

2 以案例推理为基础设计故障诊断系统

2.1 案例表示

在整个故障诊断的系统之中，案例表示过程是诊断系统的重要基础，格式会对知识库结构产生巨大影响，还会影响到案例推理方法和形式。一般来说，案例表示需要符合问题内容、问题形式，案例通常会提供完整的问题解决方案，属于一种处理模式或解决议案。对于民用航空器中故障诊断的系统来讲，案例表示的问题描述需要表达出产生航空器故障的现象、时间与系统等，故障描述属性对确定故障类型具有决定性作用，由此我们可以看出，在故障诊断的系统之中，故障描述比故障类型的优先级更高。

民用航空器诊断故障的过程繁琐、复杂，并且功能具有多样性，使其容易产生各种故障。CBR的系统内不具备通用案例表示功能，往往是以特定问题领域的分析为基础，经过一系列选择，对当前不同知识的表述进行修改与综合。

2.2 案例组织

在民用航空器之中，具有多种多样的功能系统。象发动机包括排气系统、空气系统与润滑油路系统等。这样一来，若表述案例时采用相似组织结构，会延长检索数据案例的过程与时间，无法完整、全面地刻画出故障诊断领域的经验与知识，也无法符合故障诊断的系统在案例推理时需要的知识。因此，应以层次结构来组织民用航空器中故障的案例，该方法有利于案例重组的实现。

在CBR的系统之中，故障案例能够根据故障系统来分类，若系统相同，则案例通常存在共性的特征，要想表示出此种故障案例，可以构建一个民航案例库结构组织。其中，底结点是故障实例，既包括故障处理举措，又包括故障案例属性特征，这一结构是提供给案例检索较快的索引方法。

2.3 案例匹配

匹配故障案例指的是在具有故障案例或是旧案例之中，寻找近似、类似于全新案例的故障案例，要想做好数量上的比较，应将相似度作为历史案例、新案例两者的相似性度量，降低匹配案例的基础。现阶段，人们对案例相似度进行计算时，普遍选取最邻近法，该方法能够比较案例库的案例和当前输入案例，对案例相似度进行求解，如果存在超过阈值的案例则呈献给用户。

2.4 案例存储和案例测试

经过一系列的匹配算法之后，就能够在案例库里面寻找到和当前案例匹配度较高的案例，提供给民航工作人员维修、故障排除所需的方向与指导。如果经过具体的操作与测试发现该方案不能将故障有效排除，就要通过案例排故措施与指导方案展开一系列的修正，然后把它当成全新案例加以存储，再将这个全新案例和案例库案例进行匹配，如果相似度不高，说明这个全新案例较为新颖，需要在获取解决该案例的措施后存储这一全新案例。部分案例库里的案例和解决的措施会伴随民用航空器的不断改装而降低其参照性，对于这些案例应定时删除、更新。

旧案例删除、更新与全新案例保存的工作能够持续完善案例库，同时，更新案例库需要遵守相应原则，防止案例库发生萎缩或膨胀，妨碍民用航空器之中故障诊断系统的案例推理过程。为了有效维护案例库，应遵循2个方面的内容。一方面，更新案例时，需要添加全新的案例，相似度是其添加的主要指标，如果匹配全新案例的相似度指标非常低的时候，用户就可以决定全新案例是否需要添加到案例库中。案例匹配的实际状况包括3种，一是X=1，此时全新数据完全匹配，二是0

另一方面，删除案例主要针对更新现有案例，故障案例检索率与成功率是其基本指标。若案例存在较低的检索率，说明这一案例具有较少的属性特征，应合理化地变化与修正这一案例，若案例存在较高的检索率，说明解决这一案例的举措和民用航空器有较大误差存在，那么该案例就不能有效指导民用航空器故障诊断与排除的过程。这样一来，故障诊断的系统能够在已经明确的时间间隔之中检索案例库，删除掉检索率和成功率低的故障案例，或是修正检索率低的故障案例属性特征。

2.5 诊断流程

具体操作流程为：首先，用户按照民用航空器记录和自身作出的判断，把民用航空器的故障当成全新案例输入到案例库之中，可适当人为地针对故障开展故障现象的特征提取。若用户不能或是忘记进行故障现象的故障特征的提取，那么故障诊断的系统能够将特征集表为基础，借助相应算法来提取故障现象的特征。其次，在用户输入全新案例之后，故障诊断的系统能够按照用户的ATA章节号输入来进行对应子案例库的搜索，使相应案例具有的故障特征得以提取，然后对案例库里不同案例和全新案例之间的相似度进行计算，按照相似度具体大小状况，将超过阈值的案例输出，提供计算机和用户的交互接口，使用户对相似、类似于当前案例的形式充分明确并进行故障诊断工作。故障诊断的系统能够按照解決近似案例的策略加以分类，并按照成功率高低来确定解决措施优先级，随后输出解决方案。最后，系统提出排除故障方案后会询问是否成功，实现添加全新案例、修改成功率等各种操作。

3 结语

总而言之，研究以案例推理为基础的设计故障诊断系统具有十分重要的意义。相关人员应对当前案例推理概况有一个全面的了解，以案例推理为基础，从案例表示、案例组织、案例匹配、案例存储和案例测试等方面设计故障诊断的系统，制定科学、合理的故障诊断流程，从而增强民用航空器在故障诊断和排除方面的有效性，促进我国民航有关维修企业的长期、稳定发展。

参考文献

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