专家系统在空调外机在线性能测试故障分析的应用

吴 振 林坚锋 刘 洋 何伟丰 肖雯予 李 裕 郭建文

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

空调外机的主要部件有压缩机、冷凝器、四通间、节流装置等，包含了制冷原理四大部件中的三个，且制冷加充注及存储也是在外机，因此空调外机的商检测试是空调制造最重要的检验项目，测试结果直接决定了空调出厂后性能质量是否满足要求。

商检测试就是对空调出厂前进行性能测试，通过检测标准机出口冷媒压力、整机运行电流、产品各传感器参数变化判断产品性能是否合格。商检测试要求商检房温度严格控制在23±2 ℃，压力和电流采用的是通用测试标准：压力标准：R22工质，制热1.8±0.6 MPa／制冷0.5土0.15 MPa；R410A工质，制热2.5士1.0 MPa／制冷0.80士0.25 MPa；电流标准：测试平均值（I平均=前10台平均值）士10 %。商检测试界面如图1所示。

由于测试环境、被测机设计、标准机设计等方面差异都直接影响商检测试压力[1]，因此这种检验方法存在突出问题如下：①测试环境、标准机设计、被测机设计、被测机运行状态等方面都直接影响商检测试压力，因此定值标准无法满足多样化产品测试需求；②不同检验人员对商检测试异常分析能力有差异，导致空调企业每年因检验标准不合理而损失的产能数以万计；③关键零件，如排气感温包、电子膨胀阀等存在检验官区。上述原因导致空调企业年四检验标准不合理、后失的产数以万不合综上，导致上述间题的主要原因有两方面，一是检验参数不全，故障诊断技术溶后经研究，为了实现空调故障诊断问题全覆盖，需要监控的检验参数有13个，如表1所示，通过信息化系统可以实现参数自动提取和上传，并用于标准制定和故障诊断；如何让检验标准合理有效，一方面需要商检测试工装可以主动控制空调运行[2][3]另一方面需要寻找先进、合理的故障诊断技术。

故障诊断技术经过几十年的发展，到目前为止已经出现了基于各种不同原理的众多方法。按照周东华、翁正新[4]对故障诊断技术论述，和国际故障诊断权威Paul M． Frank教授[5]的观点，所有的故障诊断方法可以划分为基于数学模型（基于解析模型的方法）和不依赖数学模型（包含基于信号处理和基于知识表述两种方法）两大类，整理故障论断方法分类见图2。

图1 商检测试界面

表1 商检测试检验参数

图2 故障诊断方法分类

在工业生产过程中，对象的精确数学模型很难得到，这就极大地限了基于模型的过程监控方法的使用范围。而基于知识表述的方法不需要对象的精确数学模型，因此该方法具有较强的生命力。近年来，基于知识表述的专家系统（ES）多用于空调产品自身的故障检测，比如吴昊[6]等将专家系统用于制冷空词故障分析，陈焕新[7]等将专家系统用于客车空调机组故障冷断，但在空商检测试方面的应用鲜有报逆因此，本文以空调外机商检测试为对象研究通过专家系统，解决商检测试定值标准无法满足多样化产品测试需求导致产能损失问题的可行性。

1 系统整体方案设计

整个系统架构由管理层系统、执行层系统和控制层系统三部分组成：①管理层系统：提供对基础信息、工艺标准参数、测试流程、功能判断逻辑集中管理；②执行层系统：从管理层中自动获取与当前被测空调最匹配的工艺标准、测试流程、功能判断逻辑进行对应的控制判断，并将整个测试过程数据记录及测试结果上传给管理系统；③控制层系统：根据执行层的控制指令对空调及测试系统硬件进行控制动作，同时采集相关参数提供给执行层。

信息化系统实现了空调外机商检测检验标准获取并实现自动测试、测试数据自动提取并上传数据库；专家系统为检验标准削定和故障诊断提供知识库和推理方法，有效提高故障检验完整性、降低结果判断误报率。于专家系统的商检测试总体结构如图3所示。

2 商检测故障类别

随着广大民众消费能力和对品质要求的提升，企业在空调新品开发力大逐年加大，生产线单班产量和切换产品频次跟着逐年递增，通过检验员手工记录故障问题再汇总分析的方法已不能满足产品过程质量控制需求。信息化系统的使用有效改善这一问题，通过扫描MES条码将机型信息、检验参数等与条码关联并存储到信息化系统，通过数据分析可以快速有效找到故障类别，如图4所示。

统计某空调组装车间2016年空调外机商检测试故障分布，压力异常问题最为突出，占了全部异常数量的96 %，如图5所示。

3 关键技术

3.1 信息化

1）工艺参数（检验标准）信息化

图3 基于专家系统的商检测试总体结构

图4 信息化系统分析商检测试数据

空调检验标准与运行环境相关，而不同的生产基地、生产车间的环境条件及设备硬件（如系统设计）存在差异。为了能够使测试系统不受各因素的影响，需要针对各种环境条件下制定相应的工艺标准参数，因此在管理系统需要提供对工艺标准参数的精确集护管理。为了达到工艺标准精细化，对每介工艺标准参数增加展属性，指明标准适用范围，包括适用地点、环境温度范围等。执行端系统通过自身的测试系统信息和环境温度自动选择对应的工艺标准进行测试，完全摆脱环境及设备因素的制约。

2）数据应用处理

信息化离不开数据的处理，空调商检测试系统对试过程的数据进行了收集存储，提供对产品检验过程及结果的追溯，另外还提供了测试过程重要参数的曲线还原见图6，对应机型时间段各主要参数的整体分布散点图，参数平均值统计，从而从中快速分析出对应机型的规律，使故障诊断结果精准、可靠。

3.2 专家系统

专家系统的开发包含三种方式：①采用般的高级程序语言，如C、C++、JAVA等；②采用人工智能语言LISP、 PROLOG等；③采用专家系统工具（或成为专家系统开发工具）。这三种方式各有优缺点，从方便、简易、利于缩短研制周期等角度评价，采用专家系统工具有较大优点；另外，目前还没有商检测试空调故障的数学模型，但检验人员及空调工程师有着丰富经验，这种领域使用专家系统最为合适。本文的专家系统主要包含测试数据、检验标准知识库和测试故障诊断系统三部分。

本系统中的知识分为两类：事实和启发性知识。事实是指从书本或日常的实践中获得，也包含一些一般性常识，如“空调外机没有充注冷媒是不会制冷”等。这类知识容易获得有时对处理问题能起到关键作用。启发性知识是从实际的经验中总结出来的，条理性差，但易理解，用范围俱想澂有效。检验标准从数据库总取出所需的数据，按照一定的方式进行推理分析，最终得出结论空调外机商检测试常见故障可以分为四大类：温度异常、压力异常、电流异常和其它异常，如图7所示；通过知识库中的知识及推理机制，得到故障诊断系统，如图8所示。

4 结论

空调故障诊断专家系统的知识表示和推理机制很多，使知识易于获取、推理机制便于理解和实现是专家系统两个重要评价指标。本研究在系统工程思想指导下，采用知识工程的方法和手段，利用计算机人工智能技术，将空调外机商检测试故障诊断专家的知识、经验和解决问题的方法系统化，并通过与专家系统技术的有机结合，开发了基于专家系统（ES）的空调商检测试平台。无论从空调角度，还是计算机角度，都采用了较为先进的技术，起到了部分代替专家泛指导现场故障排查的作用，对提高空调产品检验精度和降低故障对生产带来的产能损失具有一定的理论和实践意义。

图5 2016年空调外机商检测试故障分布

图6 产品商检测试性能曲线

图7 空调外机商检测试检验标准知识库

图8 空调外机商检测试故障诊断系统