ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗВАНИЮ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА САПР и ПК

Семестровая работа по интеллектуальным системам

Экспертная система диагностики неисправности СМА LG

Выполнили:

Студентка группы АУЗ-562

Корнеева М.С. (шифр )

Проверил:

Волгоград 2009

Содержание

• 1. Постановка задачи
• 2. Описание предметной области
• 2.1 Оценка характеристик эксперта и инженера по знаниям
• 2.2 Выбор метода извлечения знаний
• 2.3 Протокол извлечения знаний
• 2.3.1. Анализ литературы
• 2.3.2. Протокол извлечения знаний. Интервью-диалог с экспертом
• 2.4 Построение поля знаний
• 2.5 Ручной процесс принятия решения и тестовый пример
• 3. Формализация знаний
• 3.1 Выбор модели представления знаний
• 3.2 Представление знаний с помощью выбранной модели представления знаний
• 3.3 Выбор механизма вывода
• 4. Реализация экспертной системы
• 4.1. Выбор программного продукта
• 4.2. Наполнение базы знаний
• 4.3 Решение типовой задачи - тестовый пример
• 5. Выводы
• 6. Литература

1. Постановка задачи

Необходимо разработать экспертную систему диагностики неисправностей следующих подсистем СМА LG:

· система налива воды;

· система нагрева воды;

· система стирки;

· система слива грязной воды;

· система отжима;

· система сушки;

· система управления.

Далее для удобства - ЭС диагностики неисправностей СМА.

Предполагается использование системы для диагностики неисправностей СМА менеджером по работе с клиентами. Пользователь, проведя опрос клиента, таким образом, сможет произвести общую диагностику неисправностей СМА, тем самым упростив задачу сервисному мастеру и, в некоторых случаях, дать грамотную консультацию клиенту по самостоятельному устранению неисправностей, не требующих особой подготовки,, устранив этим значительную часть ложных вызовов и освободив эксперта для решения сложных проблем, требующих более глубокого рассмотрения.

Целями создания «Экспертной системы диагностики СМА» являются:

1. Повышение эффективности диагностики СМА;

2. Автоматизации процесса диагностики СМА;

3. Сокращения временных затрат на первичную диагностику причин неисправности СМА;

4. Освобождение эксперта от решения проблем общей диагностики.

Необходимые ресурсы для разработки ЭС:

1. Эксперт по знаниям - сервисный мастер, обладающий опытом работы в предметной области: ремонт СМА, диагностика неисправностей СМА.

Эксперты предоставляют практические знания о процессе диагностики неисправностей, определяют состав подсистем СМА, часто встречающиеся в этих подсистемах неисправности и наиболее эффективные способы их диагностики и устранения. Основная роль эксперта - предоставить информацию о предметной области и определить возможный ход рассуждений при диагностике определённых неисправностей.

Требуемое количество - 2 человека.

2. Инженер по знаниям - специалист в области создания ЭС, в обязанности которого входит получение знаний от эксперта и их перенос в базу знаний ЭС в соответствии со способом представления знаний в ЭС.

Требуемое количество - 2 человека.

3. Вычислительные ресурсы - аппаратное обеспечение (рабочие станции) необходимые для создания среды ЭС с помощью средств разработки программного обеспечения.

Требуемое количество - 2 рабочие станции.

4. Временны ресурсы - время, необходимое для разработки ЭС: изучении предметной области, сбора материалов, опроса экспертов, обработки полученных данных, разработки структуры и принципа действия ЭС, создания базы знаний, наполнения базы знаний, реализации ЭС, тестировании и отладки ЭС.

Предполагаемое время разработки системы - 6 - 9 месяцев.

5. Тестируемые пользователи - пользователи, которые участвуют в предварительном тестировании ЭС.

Требуемое количество - 10 человек

2. Описание предметной области

2.1 Оценка характеристик эксперта

Характеристики эксперта можно разделить на две группы:

· Профессиональные - это характеристики, которые относятся непосредственно к рассматриваемой предметной области и существенно влияют на знания эксперта в данной области. К ним можно отнести:

o Стаж работы (в годах)

o Уровень образования по специальностям предметной области (инженер, инженер-диагностик, ремонтник бытовой техники).

· Общие психологические характеристики, индивидуальные способности и черты характера эксперта, которые влияют на общий уровень его профессионализма. К ним можно отнести:

o Внимание

o Наблюдательность

o Логика

o Аналитические способности

o Здравомыслие (способность оценки ситуации не по шаблонам - то есть, вопреки следованию стандартным гипотезам и процедурам при наличии очевидных фактов, опровергающих эти гипотезы)

o Общительность

o Доброжелательность

Оценка любой характеристики состоит из двух составляющих:

· Количественную оценку, в случае если характеристика может быть оценена количественно: например, стаж (в годах) работы в рассматриваемой предметной области. Количественная оценка также будет задавать диапазоны для соответствующих значений качественных оценок характеристик эксперта.

· Качественную оценку характеристики, которая будет определена по какой-либо качественной шкале, например, шкале уровней:

o Удовлетворительный

o Приемлемый

o Хороший

o Отличный

o Превосходный

Имя эксперта: ________________________________

Возраст эксперта:

Сводная таблица оценок характеристик эксперта:

Название характеристики	Количественная оценка (если таковая возможна)	Качественная оценка (по выбранной шкале)
Стаж работы (в годах)
Уровень образования по специальностям предметной области
Внимание
Наблюдательность
Логика
Аналитические способности
Здравомыслие
Общительность
Доброжелательность

2.2 Выбор метода извлечения знаний

Для первого ознакомления с предметной областью (выявлении основных понятий, освоение терминологии) будет произведен анализ специальной литературы. Но, наиболее значимыми и важными являются знания эксперта, поскольку сам процесс диагностики неисправностей известен только эксперту, и навыки диагностики вырабатываются с опытом. Групповые методы («мозговой штурм», круглый стол, ролевые игры), активизируя мышление участников дискуссий, позволяют выявить нетривиальные аспекты знаний. В случае знаний о процессе диагностики неисправностей тракторов не требуется искать особое решение, а скорее необходимо выявить последовательность и ход рассуждений эксперта, которые сформировались в результате многолетнего опыта работы в данной сфере. Эти знания не документированы на данный момент, поэтому излечение знаний по процессу диагностики должно производиться посредством личного общения с экспертом. Причем для наиболее качественного извлечения знаний необходимо сначала провести наблюдение за работой эксперта, а именно за процессом определения неисправностей и генерацией рекомендаций по их устранению, на конкретном примере в повседневной рабочей обстановке, попросив его максимально комментировать свои действия. Невмешательство со стороны инженера по знаниям позволит наблюдать, а затем проанализировать, доведенные до автоматизма действия эксперта, обеспечив тем самым «чистоту» эксперимента. На этапе генерации рекомендаций необходимо произвести протоколирование «мыслей вслух». Требуется выяснить, при каких обстоятельствах, почему и как эксперт выбирает определенный способ устранения неисправности. Данный подход раскрепостит эксперта, будет приятен ему и позволит извлечь большой пласт слабо структурированных знаний. После обработки результатов будет проведено интервьюирование для обратной связи между интерпретацией инженера по знаниям и представлениями эксперта. В процессе интервью будут также проверены и скорректированы знаниями, полученные в результате обработки литературы. Для интервью будут подготовлены вопросы (план интервью), но в зависимости от ситуации (выявление новых, не учтенных ранее знаний, настроение эксперта и т.д. и т.п.) интервью может чередоваться со свободным диалогом (для незапланированного уточнения информации, разрядки обстановки и др.) и лекцией (широкого освещения вопроса).

Таким образом, процесс извлечения знаний по диагностике неисправностей тракторов и методах их устранения будет состоять из трех этапов:

1. Анализ специальной литературы (текстологический метод);

2. Наблюдение и протоколирование «мыслей вслух» (коммуникативные пассивные методы);

3. Интервью, диалог (активные индивидуальные методы).

2.3 Протокол извлечения знаний

2.3.1 Анализ литературы

1. Словарь основных понятий, терминов и определений

рассматриваемой предметной области:

Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств объекта, характеризующая его пригодность к использованию по прямому назначению, определяемая в заданный момент времени значениями параметров и качественными признаками, состав которых установлен технической документацией. Различают следующие виды технического состояния:

· исправное и неисправное

· работоспособное и неработоспособное

Работоспособность - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Объект может быть работоспособен, но неисправен (например, у трактора может быть помято крыло, что не помешает ему выполнять пахотные и другие работы).

Неисправность - состояние объекта или какой-либо его части, при котором значения параметров, характеризующих функциональность объекта или какой-либо его части не соответствуют заявленным в нормативно-технической и конструкторской документации. Неисправности можно условно разделить на:

· незначительные - неисправности, которые описываются несоответствием значений параметров заявленным в документации значениям, но позволяют объекту (или его определённой части) выполнять основные функции

· значимые (поломки) - неисправности, из-за которых объект (или его определённая часть) выходят из строя и не могут выполнять свои основные функции.

Параметры технического состояния - различные физические количественно-измеряемые величины, характеризующие работоспособность или исправность объекта. Различают:

· структурные параметры состояние машин

· диагностические параметры состояние машин

Структурные параметры - зазоры, натяги в соединениях, выходные характеристики машины - мощность, производительность, расход топлива и электроэнергии.

Диагностические параметры - параметры, используемые для определения технического состояния машин (уровень шума, температура, вибрация, степень герметичности, давление, параметры движения деталей и пр.), в основном косвенно характеризующие элементы параметры элементов машин.

Функциональный параметр - параметр, выход которого за предельное значение обуславливает утрату работоспособности ли неисправность составных частей.

Качественные признаки - признаки, определяющие техническое состояние объекта. К ним относятся наличие или отсутствие подтекания масла, топлива, воды в картере двигателя, трещин корпусных деталей, потеря герметичности, специфический запах, цвет выпускных газов, подрезание корней растений, потеря зерна и др. Качественные признаки устанавливают без количественного измерения.

Номинальное значение параметра - значение параметра, определённое его функциональным назначением и служащее началом отсчёта отклонений. Номинальное значение наблюдается у новых и капитально отремонтированных составных частей.

Отклонение параметра (допускаемое значение) - характеризуется граничным значением параметра, при котором составную часть машины допускают после контроля к эксплуатации без операций технического обслуживания или ремонта. Это значение приводят в технической документации на обслуживание и ремонт машин. При допускаемом значении параметра составная часть надёжно работает до следующего планового контроля.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. В большинстве случаев оно выражается в достижении параметром состояния, определяющего работоспособность, предельной величины, установленной нормативно-технической документацией. Отказы разделяют на:

· постепенные: характеризуются плавным изменением одного или нескольких параметров состояния элемента до предельного значения

· внезапные: вызываются скачкообразным изменением параметров до предельного значения

Вероятность безотказной работы - отношение числа объектов, безотказно проработавших до наработки времени t, к числу объектов, работоспособных в начальный момент при t=0.

2. Классификация основных подсистем СМА.

Согласно контрольному экземпляру перечня неисправностей СМА, выявленных в условиях испытаний, при диагностике неисправностей рассматривают следующие подсистемы трактора и их элементы:

1. Система налива воды

1.1. Вентиль водопровода

1.2. Фильтр

1.3. Клапан налива

1.4. Бункера моющих средств;

1.5. Бак

1.6. Электрическая часть

1.6.1. Реле уровня

1.6.2. Командоаппарат

1.6.3. Микровыключатель блокировки люка

1.6.4. Помехоподавляющий фильтр

2. Система нагрева воды

2.1. Помехоподавляющий фильтр

2.2. Микровыключатель блокировки люка

2.3. Командоаппарат

2.4. Реле уровня

2.5. Датчик температуры

2.6. ТЭН

2.7. Бак

3. Система стирки

3.1. Помехоподавляющий фильтр

3.2. Микровыключатель блокировки люка

3.3. Командоаппарат

3.4. Реле управления

3.5. Насос

3.6. Канализация

3.7. Реле уровня

3.8. Электродвигатель бака

3.9. Бак с мокрым бельем

4. Система слива грязной воды

4.1. Помехоподавляющий фильтр

4.2. Микровыключатель блокировки люка

4.3. Командоаппарат

4.4. Реле управления

4.5. Насос

4.6. Канализация

4.7. Бак с водой

5. Система отжима

5.1. Помехоподавляющий фильтр

5.2. Микровыключатель блокировки люка

5.3. Командоаппарат

5.4. Реле управления

5.5. Насос

5.6. Канализация

5.7. Реле уровня

5.8. Электродвигатель бака

5.9. Бак с мокрым бельем

6. Система сушки

6.1. Помехоподавляющий фильтр

6.2. Микровыключатель блокировки люка

6.3. Таймер сушки

6.4. Командоаппарат

6.5. Клапан подачи холодной воды

6.6. Вентилятор сушки

6.7. Датчик температуры

6.8. Нагреватель воздуха

6.9. Конденсатор пара

6.10. Электродвигатель

6.11. Бак

6.12. Насос

6.13. Канализация

7. Система управления.

3. Протокол извлечения знаний. Специальная литература

В качестве литературы были взяты:

1. Стиральные машины от А до Я, С.Л. Корякин-Черняк 2005

В результате изучения указанных источников были построены И/ИЛИ деревья диагностики неисправностей тракторов.

8. Дерево диагностики неисправностей подсистемы налива воды:

Факт: СМА не заливает воду

засорилась сетка фильтра клапана залива воды, обрыв в соединительной цепи электроклапана залива воды, неисправен электроклапан залива воды, неисправно реле давления, обрыв в соединительной цепи сливного насоса (помпы), неисправен сливной насос (помпа), неисправен электронный модуль.

Действия:

ИЛИ Диагностика технического состояния вентиля водопровода:

Проверить открыт ли вентиль водопровода:

ИЛИ Чёрный цвет выхлопов:

Причины неработоспособности двигателя:

Неполное сгорание топлива (переобогащение воздушно-топливной смеси)

Необходимо проверить:

- Угол начала нагнетания топлива

И - Не нарушен ли зазор в приводе клапанов

И - Исправны ли турбокомпрессор и карбюратор

ИЛИ Синий цвет выхлопов:

Причины неработоспособности двигателя:

Попадание масла в камеру сгорания

Необходимо проверить:

- Не изношены ли детали цилиндропоршневой группы

И - Не изношены ли уплотнительные кольца ротора турбокомпрессора

И - Не изношены ли маслосъёмные колпачки

ИЛИ Белый цвет выхлопов:

Причины неработоспособности двигателя:

Попадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя

Необходимо проверить:

- Не разрушена ли прокладка головки блока цилиндров

И - Нет ли трещин в головке блока или в блоке цилиндров

И - Не изношено ли сопряжение «седло-клапан»

И/ИЛИ Попробовать определить характер металлических стуков в двигателе

Режим работы двигателя:

ИЛИ Малая частота вращения коленчатого вала

ИЛИ Характер появляющегося стука:

Металлический стук высокого тона

Необходимо проверить:

- Не увеличен ли тепловой зазор в клапанном механизме

ИЛИ Характер появляющегося стука:

Приглушенный металлический стук

Необходимо проверить:

- Не изношено ли сопряжение «Гильза - Поршень»

ИЛИ Характер появляющегося стука:

Приглушенный металлический стук

Необходимо проверить:

- Не изношено ли сопряжение «поршень-поршневое кольцо»

ИЛИ Малая частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до номинальной частоты

o Характер появляющегося стука:

Звонкий металлический стук высокого тона, усиливающийся в момент увеличения оборотов

Необходимо проверить:

И - Не изношены ли поршневые пальцы

И - Нет ли отверстий в бобышке поршня или в верхней головке шатуна

ИЛИ Номинальная частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до максимальной частоты

o Характер появляющегося стука:

Глухой металлический стук среднего тона, усиливающийся в момент резкого нажатия на педаль управления подачей топлива

Необходимо проверить:

- Не изношены ли коренные и шатунные подшипники коленчатого вала

И/ИЛИ Определить состояние загрязнения свечей зажигания

ИЛИ Вид и характер загрязнения:

Тепловой конус изолятора и электроды покрыты отложениями светло-коричного или рыжеватого цвета

Необходимо проверить:

Ничего проверять не нужно - свеча работает в оптимальных условиях

ИЛИ Вид и характер загрязнения:

Тепловой конус изолятора и электроды покрыты чёрным маслянистым нагаром, свеча пахнет топливом

Необходимо проверить:

И - Не попадает ли масло в камеру сгорания двигателя.

Если попадает, то необходимо проверить:

- Не износились ли маслотопливные колпачки

И - Не износились ли направляющие втулок клапанов

И - Не износились ли детали цилиндропоршневой группы

ИЛИ Вид и характер загрязнения:

Тепловой конус изолятора и электроды покрыты сухой копотью чёрного цвета

Необходимо проверить:

- Соответствует ли данной марке двигателя тепловая характеристика свечи (слишком «холодная» свеча)

И - Не переобогащенна ли топливовоздушная смесь и сгорает ли смесь полностью

И - Исправен ли механизм привода воздушной заслонкой

И - Не засорен ли воздушный фильтр

ИЛИ Вид и характер загрязнения:

Тепловой конус изолятора имеет белый или светло-коричневый цвет, электроды оплавлены

Необходимо проверить:

- Соответствует ли данной марке двигателя тепловая характеристика свечи (слишком «горячая» свеча) - топливная смесь загорается от перегретых частей свечи до возникновения искрового разряда

И - Не обеднена ли топливная смесь из-за подсоса воздуха во впускном коллекторе

И - Правильно ли установлен момент зажигания

ИЛИ Диагностика технического состояния двигателя по подсистемам:

ИЛИ Система охлаждения.

ИЛИ Система смазывания.

ИЛИ Система питания

ИЛИ Гидравлический привод тормозов

Дерево диагностики неисправностей ходовой части трактора.

ИЛИ Проверка целостности подвески

o Внешне диагностируемые неисправности подвески:

ИЛИ - скол обода опорного катка каретки подвески

ИЛИ - излом рессоры подвески

ИЛИ - разрыв и срыв чехла уплотнения оси катков каретки подвески

ИЛИ - разрушение корпуса уплотнения

ИЛИ Проверка поддерживающих роликов

o Ролик разболтан

Возможные причины:

- ослаблен болт крепления кронштейна, поддерживающего направляющий ролик

И - износ резинового бандажа поддерживающего ролика

ИЛИ Проверка направляющего (ведущего) колеса - возможные внешние неисправности

ИЛИ Перекос гусеницы

Возможные причины:

- срез резьбы на оси коленчатой направляющего колеса

ИЛИ Внешние повреждения направляющего колеса:

- Поломка обода колеса

И - Изгиб обода колеса

ИЛИ Направляющее колесо расшатано, не держится жёстко на своей оси:

Возможные причины:

- ослабленные гайки, фиксирующие направляющее колесо

ИЛИ Проверка гусеницы - возможные неисправности

ИЛИ Провис гусеницы:

Возможные причины:

- износ пальца гусеничного звена

ИЛИ Разрыв гусеницы:

Возможные причины:

- поломка пальца гусеничного звена

Основные этапы предпусковой проверки трансмиссии.

Проверка работы главной муфты сцепления.

Проверка работы педали.

Проверка работоспособности рычагов - должны легко перемещаться и надёжно, фиксироваться в соответствующих положениях; рычаги не должны быть разболтанными и допускать самопроизвольное включение и переключение

2.3.2 Протокол извлечения знаний. Интервью-диалог с экспертом

Назовите, пожалуйста, основные части двигателя, которые, как правило, ломаются?

В двигателе можно выделить такие подсистемы:

· Система охлаждения;

· Система питания

- топливная,

- воздушная;

· Гильзопоршневая система;

· Система смазки

Назовите, пожалуйста, основные части трансмиссии.

У трансмиссии это: валы и шестерни.

Какие валы?

· Первичный вал;

· Вторичный вал;

· Вал заднего хода.

Каковы основные части ходовой системы?

У ходовой системы это:

· Каретка подвески;

· Гусеницы;

· Направляющее колесо.

Каким образом может выйти из строя ходовая система?

Самое частое - это абразивный износ. По мере эксплуатации трактора происходит абразивный износ гусеничных частей. Чаще изнашиваются пальцы, значительно реже - звездочки.

Что нужно делать, чтобы продлить жизнь деталям?

Заправлять маслом.

Какие еще могут быть неполадки в ходовой системе?

Трещины в деталях. Например, когда используются фосфор и сера в литье, если сырые некаленые пальцы.

Как можно устранить недостаток?

Никак.

Что ломается и каким образом в трансмиссии?

Может произойти излом шестерни. Все зависит от вида используемой стали. Качественно сделают - будет долго служить. А незакаленные валы могут износиться.

Какие неполадки могут быть в двигателе?

Если все хорошо сделали, то нормально и долго будет работать.

Вот, что нужно сделать прежде чем начинать работу? Сначала надо проверит, есть ли топливо, масло, охлаждающая жидкость. Надо открыть кран - без этого трактор никуда не поедет. Затем проверить аккумулятор.

А если все из вышеперечисленного было проделано, и все оказалось в порядке, но двигатель все равно не заводится, что тогда?

В ремонт сдавать.

Мы ремонтируем двигатель. Что и в какой последовательность (в зависимости от наиболее вероятного) надо проверить?

Ну, самое первое - это есть ли топливо. Затем проверить солярку. Потом, может быть забит воздухоочиститель и воздух не поступает. Если хлопками выходит белый дым, то надо проверить угол впрыска топливного насоса. Если выхлоп синий - много масла. И ни в коем случае нельзя смешивать солярку с маслом.

Значит, по цвету выхлопов можно определить неисправность?

Да. Дым - значит, неполадки в насосе.

Если черный дым, то это скорее всего поздний впрыск или воздухоочиститель забит. Если черный дым копотью, то перегрузка двигателя топливом.

А можно ли определить неисправность по стуку и его характеру?

Если слышен стук и идет белый дым, то значит в топливной системе ранний впрыск.

Если перегорел поршень, то форсунка вместо распыления бьет струей. Отсюда стук. Также идет дым и очень быстро исчезает масло.

Стук может быть, если поршневой палец износился. Если он о головку не стучится, то слышен звон, ну а если стучится, то - явный, сильный стук.

Как определить неполадки в трансмиссии?

Вал сломался - трактор стоит.

Может ли одна неисправность повлечь другие?

В трансмиссии зуб упадет - попадет между шестерней - все остальное поломается.

Какие неисправности могут быть в гусеничной части и как это определить?

Гусеница может удлиниться. Надо надавить ногой посередине верхней части гусеницы. Провис гусеницы не должен превышать 50мм. Если превышает, то надо идти подтягивать.

Направляющее колесо может разболтаться. Надо нажать ногой на направляющее колесо, если часть обода оказалась снаружи, то подшипник надо исправлять.

Может пружина на подвеске лопнуть.

Как определить, что пружина лопнула?

Ее сразу видно. Она снаружи находится.

2.4 Построение поля знаний

Рис 1. Поле знаний диагностики неисправностей тракторов, построенное в системе Cake.

Развернутое описание сущностей, признаков и значений признаков

Неисправность

o Двигателя

· неисправны ли турбокомпрессор и карбюратор

· нарушен ли зазор в приводе клапанов

· изменён угол начала нагнетания топлива

· изношены детали цилиндропоршневой группы

· изношены уплотнительные кольца ротора турбокомпрессора

· изношены маслосъёмные колпачки

· разрушена прокладка головки блока цилиндров

· трещина в головке блока или в блоке цилиндров

· изношено сопряжение «седло-клапан»

· увеличен тепловой зазор в клапанном механизме

· изношено сопряжение «Гильза - Поршень»

· изношено сопряжение «поршень-поршневое кольцо»

· изношены поршневые пальцы

· износ отверстия в бобышке поршня или в верхней головке шатуна

· изношены коренные и шатунные подшипники коленчатого вала

· износились маслотопливные колпачки

· износились направляющие втулок клапанов

· износились детали цилиндропоршневой группы

· неисправен механизм привода воздушной заслонкой

· засорен воздушный фильтр

· обеднена топливная смесь из-за подсоса воздуха во впускном коллекторе

· неправильно установлен момент зажигания

o Трансмиссии

· излом шестерни

· разрыв вала

o Ходовой части трактора

· скол обода опорного катка каретки подвески

· излом рессоры подвески

· разрыв и срыв чехла уплотнения оси катков каретки подвески

· разрушение корпуса уплотнения

· износ резинового бандажа поддерживающего ролика

· срез резьбы на оси коленчатой направляющего колеса

· поломка обода колеса

· изгиб обода колеса

· износ пальца гусеничного звена

· поломка пальца гусеничного звена

· разрыв гусеницы

Подсистема

o Наименование

· Двигатель

· Трансмиссия

· Ходовая часть

Что произошло

o Излом

· Крышки муфты

· Обода опорного катка каретки подвески

o Разрыв

o Износ

o Изменение концентрации топливных компонент

· Переобогащение топливно-воздушной смеси

· Обеднение топливно-воздушной смеси

o Появление инородного вещества

· Попадание масла в топливный бак

· Попадание масла в камеру сгорания двигателя

· Попадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя

o Изменение допустимых значений параметров

· Превышение величины максимального провиса

· Превышение допустимых минимального/максимального углов впрыска топлива

· Превышение допустимого зазора в клапанном механизме

o Несовместимость деталей

· Несоответствие тепловой характеристики свечи - «холодная» свеча

· Несоответствие тепловой характеристики свечи - «горячая» свеча

o Засоры

· Засорился воздушный фильтр

· Закоксованы распылители форсунок

· Закоксованы воздушные жиклеры

Визуальные признаки

o Цвет выхлопов

· Чёрный

· Синий

· Белый

o Цвет и характер нагара

· Чёрный маслянистый нагар

· Сухая копоть чёрного цвета

· Светло-коричневые и рыжие отложения

o Излом

· Корпуса

· Пружины

· Рессоры подвески

· Обода колеса

o Отсутствие детали

· Ведущего колеса

· Рычага

· Болта

· Гайки

o Изменение геометрических характеристик

· Удлинение

· Искривление

Стук

o Характер стука

· Металлический стук высокого тона

· Приглушенный металлический стук

· Звонкий металлический стук высокого тона, усиливающийся в момент увеличения оборотов

· Глухой металлический стук среднего тона, усиливающийся в момент резкого нажатия на педаль управления подачей топлива

Режим работы трактора

o Движется

· Да

· Нет

o Заводится

· Да

· Нет

Параметры функционирования двигателя

o Дает необходимую мощность

· Да

· Нет

o Характер частоты вращения коленчатого вала

· Малая частота вращения коленчатого вала

· Малая частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до номинальной частоты

Номинальная частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до максимальной частоты

2.5 Ручной процесс принятия решения и тестовый пример

Ручной процесс принятия решения:

Изначально в процессе диагностики определяется работоспособность двигателя трактора. Оценку исправности двигателя можно произвести по внешние признаки, таким как цвет выхлопов отработавших газов, визуальные дефекты - течь; излом, износ, внешне заметная поломка какой-либо части двигателя. Помимо этого использовать аудиальные признаки: характер и громкость стуков и шумов, издаваемых двигателем при работе. Самыми точными и сложными являются процедуры инструментальной диагностики, требующие наличия специального оборудования, возможности разборки трактора с извлечением внутренних деталей для диагностики и достаточно продолжительных временных ресурсов.

Диагностика ходовой части тракторов производится с помощью визуальной оценки присутствующих неисправностей, так как большая часть этой подсистемы находится снаружи трактора и доступна для диагностики. Наиболее частыми причинами выхода из строя деталей ходовой части трактора являются абразивный износ и физические поломки (разрывы, сломы, искривления изначальных геометрических форм) деталей.

Трансмиссия тракторов диагностируется как визуальным осмотром наружных частей, которые могут быть повреждены - валы первичного, вторичного и обратного ходов; так и проверкой с помощью рычагов исправности и работоспособности скрытых для наружного наблюдения элементов внутренних передач - шестерней, зубчатых передач. При исправно функционирующей трансмиссии рычаги управления трактора должны сравнительно легко переключаться во все необходимые положения, а степень их фиксации не должна допускать самопроизвольного переключения рычагов из положения в положение.

При обычном запуске двигателя в ежедневную эксплуатацию обязательно проводятся предпусковые проверки всех трех систем: ходовой части - трансмиссии - двигателя.

Тестовый пример: Э - эксперт, П - пользователь.

Э:Заводится ли трактор?

П:Да.

Э:Трактор двигается?

П:Да, но при движении мотор (двигатель) начинает работать рывками.

Э:То есть двигатель работает нестабильно?

П:Можно так сказать: он работает то на полную мощность, то на минимальных оборотах.

Э:Определите цвет выходящих при работе трактора выхлопов газов.

П:Они синевато-черного цвета.

Э:Пожалуйста, откиньте кожух мотора и осмотрите свечи зажигания. Есть ли на них нагар?

П:Да, довольно густой, чёрный маслянистый нагар.

Э:Вынуждены констатировать, что в двигателе трактора присутствуют серьёзные неисправности: ваши ответы подтверждают, что в цилиндры двигателя трактора попало масло.

П:Как это могло произойти?

Э:Чаще всего происходит из-за износа деталей цилиндропоршневой группы и маслосъемных колпачков. Проверьте эти детали и при необходимости сразу их замените.

3. Формализация знаний

3.1 Выбор модели представления знаний

Существуют десятки моделей представления знаний для различных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следующим классам:

· Продукционные модели;

· Семантические сети;

· Фреймы;

· Формальные логические модели.

Продукционная модель - это модель, основанная на правилах, которая позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие), то (действие)». Под «условием» понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под «действием» - действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия и терминальными или целевыми, завершающими работу системы).

Семантическая сеть представляет собой ориентированный граф, вершины которого - понятия, а дуги - отношения между ними. В качестве понятий обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения - это связи типа: «это», «имеет частью», «принадлежит» и др. Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

· Класс - элемент класса (цветок - роза);

· Свойство - значение (цвет - желтый);

· Пример элемента класса (роза - чайная).

Модель фреймов (от английского frame, что означает «каркас» или «рамка») имеет глубокое психологическое обоснование. Фрейм - это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия. Важнейшим свойством теории фреймов является так называемое наследование свойств. Наследование происходит по Это-связям (Студент - это Человек).

Формальные логические модели основаны на классическом исчислении предикатов 1-го порядка, когда предметная область или задача описывается в виде набора аксиом.

При рассмотрении диагностики неисправностей тракторов не требуется строгое выявление понятий и отношений между ними, отсутствует потребность представления стереотипа восприятия и нельзя представить процесс диагностики в виде набора аксиом. Процесс диагностики неисправностей происходит посредством последовательной проверки выполнения определенных условий. Нас не интересует в данном случае отношение, например, между цветом дыма и громкостью стука, но интересует, что требуется проверить дальше, если идет синий дым и слышен звонкий стук. Таким образом, для представления знаний предметной области диагностики неисправностей тракторов наиболее и достаточно подходит продукционная модель.

3.2 Представление знаний с помощью выбранной модели представления знаний

1. Если Трактор не завелся

ТоНеисправность двигателя

Если Неисправность двигателя И на свечах чёрный маслянистый нагар

ТоИзносились ли детали цилиндропоршневой группы

Если Неисправность двигателя И на свечах сухая копоть чёрного цвета

ТоТопливовоздушная смесь переобогащена и сгорает неполностью

Если Неисправность двигателя И на свечах белого или светло-коричневого цвета, а электроды оплавлены

ТоНесоответствие тепловой характеристики свечи - «горячая» свеча И

Неправильно установлен момент зажигания

2. Если Трактор завелся, но двигатель работает нестабильно

ТоНеисправность двигателя

Если Неисправность двигателя И малая частота вращения коленчатого вала

ТоМеталлический стук высокого тона

ИЛИПриглушенный металлический стук

Если Металлический стук высокого тона

ТоПревышена величина допустимого теплового зазора в клапанном механизме

Если Приглушенный металлический стук

ТоИзношено сопряжение «Гильза - Поршень»

Если Неисправность двигателя И малая частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до номинальной частоты

ТоЗвонкий металлический стук высокого тона

Если Звонкий металлический стук высокого тона

ТоИзношены поршневые пальцы

Если Неисправность двигателя И Номинальная частота вращения коленчатого вала с периодическим увеличением до максимальной частоты

ТоГлухой металлический стук среднего тона, усиливающийся в момент резкого нажатия на педаль управления подачей топлива

Если Глухой металлический стук среднего тона, усиливающийся в момент резкого нажатия на педаль управления подачей топлива

ТоИзношены коренные и шатунные подшипники коленчатого вала

3. Если Трактор завелся, двигатель работает стабильно, но трактор не едет

ТоНеисправность ходовой части

Если Неисправность ходовой части И Перекос гусеницы

Тосрез резьбы на оси коленчатой направляющего колеса

Если Неисправность ходовой части И Направляющее колесо расшатано, не держится жёстко на своей оси

ТоОслабленные гайки, фиксирующие направляющее колесо

Если Неисправность ходовой части И Провис гусеницы

ТоИзнос пальцев гусеничных звеньев

Если Неисправность ходовой части И Разрыв гусеницы

ТоПоломка пальца гусеничного звена

Если Неисправность ходовой части не обнаружена И трактор не едет

ТоРазрыв вала трансмиссии

4. Если Трактор завелся, едет, но не выдает необходимую мощность

ТоНеисправность двигателя

ЕслиНеисправность двигателя И Чёрный цвет выхлопов

ТоПереобогащение топливно-воздушной смеси

ЕслиПереобогащение топливно-воздушной смеси

ТоНеправильный угол начала нагнетания топлива

ЕслиНеисправность двигателя И Синий цвет выхлопов И/ИЛИ на свече чёрный маслянистый нагар

ТоПопадание масла в камеру сгорания

ЕслиПопадание масла в камеру сгорания

ТоИзношены ли маслосъёмные колпачки

ЕслиНеисправность двигателя И Белый цвет выхлопов

ТоПопадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя

ЕслиПопадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя

ТоТрещина в головке блока или в блоке цилиндров

3.3 Выбор механизма вывода

Вывод должен быть основан на применении правила modus ponens: Если известно, что истинно утверждение А и существует правило вида «Если А, то В», тогда утверждение В также истинно. Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой части: если истинна посылка, то должно быть истинно и заключение.

В базе знаний хранятся правила типа «Если А, то В» (описанные в предыдущем пункте). Фактом является наличие определенного условия (например, громкий стук). Тогда, если есть правило, например, «Если громкий стук, то поршневой палец износился» - значит вывод (промежуточный или терминальный): поршневой палец износился. Если в конкретной ситуации может быть применено сразу несколько правил, то из них выбирается одно, наиболее подходящее по заданному критерию (разрешение конфликта).

Вывод должен работать только в прямом порядке (как изложено выше), поскольку не требуется получение признаков известной неисправности (то есть обратный вывод - вначале выдвигается гипотеза, а затем механизм вывода как бы возвращается назад, переходя к фактам, пытаясь найти те, которые подтверждают гипотезу).

4. Реализация экспертной системы

4.1 Выбор программного продукта

В качестве программного продукта для реализации экспертной системы диагностики неисправностей тракторов была выбрана система ESTA (Expert System for Text Animation). ESTA позволяет записывать правила, которые и составляют базу знаний. Каждая база знаний содержит правила для конкретной предметной области. В ESTA есть машина вывода, которая использует правила из базы знаний, чтобы определить, какой совет должен быть дан пользователю экспертной системы или какие другие шаги должны быть предприняты. В отличие от других программных средств, реализующих продукционные базы знаний, ESTA также позволяет определять рекомендации, рассчитывать параметры; в ESTA программируемая структура консультации, что дает больше возможности контролировать (определять) процесс работы пользователя с экспертной системой разработчику. Поскольку представление знаний (продукционная модель) и механизм вывода (прямой на основе правила modus ponens), а также возможность выдачи советов (рекомендаций по решению проблемы, а именно устранение неисправностей) в программном продукте ESTA полностью соответствуют выбранных модели представления знаний и механизма вывода (см. пункты 5.1 и 5.3) и предоставляются средства удобной настройки и изменения базы знаний, то реализация экспертной системы диагностики неисправностей будет производиться в системе ESTA.

4.2 Наполнение базы знаний

Title

Traktor Diagnos

Sections

section Ne_razvivaet_moshnost : ' '

if (vyhlop_color = 'black')

advice 'Toplivno-vozdushnaya smes pereobogashena. Proverte ugol nagneteniya topliva.'

if (vyhlop_color = 'blue')

advice 'Proishodit popadanie masla v kameru sgoraniya dvigatelya. Zamenite iznosivshiesya maslosemnie kolpachki.'

if (vyhlop_color = 'white')

advice 'Proishodit popadanie ohlazhdayushei zhidkosti v cilindri dvigatelya. Vozmozhna treshina v bloke celindrov. Proverte ego i zamenite po neobhodimosti.'

section Traktor_edet : ' '

if (Traktor_razvivaet_moshnost = true)

advice 'Pozdravlyaem! Vash traktor poka polnostyuy rabotosposoben.'

if (Traktor_razvivaet_moshnost = false) do Ne_razvivaet_moshnost

section Traktor_ne_edet : ' '

if (Neispravnosti_hodovoi_chasti = 'opt1')

advice 'Povrezhdenie rezbi na osi kolenchatoi napravlyayushego kolesa.'

if (Neispravnosti_hodovoi_chasti = 'opt2')

advice 'Oslablenit gaiki, fiksiruyushit napravlyayushee koleso.'

if (Neispravnosti_hodovoi_chasti = 'opt3')

advice 'Iznos paltcev gusenichnih zveniev. Neobhodima zamena vseh zveniev.'

if (Neispravnosti_hodovoi_chasti = 'opt4')

advice 'Polomka paltca gusenichnogo zvena. Neobhodima zamena vseh zveniev.'

if (Neispravnosti_hodovoi_chasti = 'opt5')

advice 'Proverte tramsmissiyu. Vozmozhen razriv vala transmissii.'

section Ne_zavelsya : ' '

if (nagar = 'opt1')

advice 'Proverte ispravnost detalei cilindroporshnevoi gruppi.'

if (nagar = 'opt2')

advice 'Toplivnovozdushnaya smes sgoraet ne polnostyu - slishkom mnogo topliva. Proverte podsos vozduha.'

if (nagar = 'opt3')

advice 'Nepravilno vistavlen moment zazhiganiya.'

if (nagar = 'opt4')

advice 'Sistema zazhiganiya vporyadke. Neobhodim kompleksnaya diagnostika dvigatelya.'

ection Nestabilnaya_rabota : ' '

if (Chastota_vrasheniya_vala = 'opt1' and stuk = 'opt1')

advice 'Previshena velichina dopustimogo teplovogo zazora v klapannom mechanizme.'

if (Chastota_vrasheniya_vala = 'opt1' and stuk = 'opt2')

advice 'Iznosheno sopryazhenie "Gilza-Porshen".'

if (Chastota_vrasheniya_vala = 'opt2' and stuk = 'opt3')

advice 'Iznosilis porshnevie paltci.'

if (Chastota_vrasheniya_vala = 'opt3' and stuk = 'opt4')

advice 'Iznosilis korennie i shatunnie podshipniki kolenchatogo vala.'

section Stabilnaya_rabota : ' '

if (Traktor_edet = true) do Traktor_edet

if (Traktor_edet = false) do Traktor_ne_edet

section Start : ' '

if (Traktor_zavelsya = true) do Zavelsya

if (Traktor_zavelsya = false) do Ne_zavelsya

section Zavelsya : ' '

if (Stabilnost_dvigatelya = true) do Stabilnaya_rabota

if (Stabilnost_dvigatelya = false) do Nestabilnaya_rabota

Parameters

parameter Chastota_vrasheniya_vala : ' '

type category

explanation ' '

options

opt1 - 'malaya chastota vrasheniya kolenchatogo vala ',

opt2 - 'malaya chastota vrasheniya kolenchatogo vala s periodicheskim uvelicheniem do nominalnoi ',

opt3 - 'nominalnaya chastota vrasheniya kolenchatogo vala s periodicheskim uvelicheniem do maximalnoi '.

/* rules field */

question 'Neispraven dvigatel. Opredelite tekushiy rezhim raboti dvigatelya '

parameter Neispravnosti_hodovoi_chasti : ' '

type category

explanation ' '

options

opt1 - 'Perekos gusenici',

opt2 - 'Napravlyayushee koleso rasshatano',

opt3 - 'Provis gusenici',

opt4 - 'Razriv gusenici',

opt5 - 'Visualnie neispravnosti hohovoi ne obnaruzheni'.

/* rules field */

question 'Opredelite visualno diagnostiruemuyu neispravnost hodovoi chasti traktora.'

parameter Stabilnost_dvigatelya : ' '

type boolean

explanation ' '

/* rules field */

question 'Dvigatel rabotaet stabilno? '

parameter Traktor_edet : ' '

type boolean

explanation ' '

/* rules field */

question 'Traktor edet? '

parameter Traktor_razvivaet_moshnost : ' '

type boolean

explanation ' '

/* rules field */

question 'Traktor razvivaet neobhodimuyu moshnost '

parameter Traktor_zavelsya : ' '

type boolean

explanation ' '

/* rules field */

question 'Traktor zavelsya?'

parameter nagar : ' '

type category

explanation ' '

options

opt1 - 'cherniy and maslynistyi',

opt2 - 'suhaya kopot chernong cveta ',

opt3 - 'svetlo-korichnevie ili belie otlozheniya',

opt4 - 'rigie otlozheniya'.

/* rules field */

question 'Neispraven dvigatel. Pogaluista, opredelite cvet nagara na cvechah zazhiganiya '

parameter pod_system : ' '

type category

explanation ' '

options

dvigatel,

transmissiya,

hodovaya.

parameter stuk : ' '

type category

explanation ' '

options

opt1 - 'Metallich stuk of high tone ',

opt2 - 'Priglush metall stuk ',

opt3 - 'Zvonkii metall stuk ',

opt4 - 'Gluhoi metall stuk'.

/* rules field */

question 'Opredelite harakter slishimogo stuka dvigatelya'

picture ' '

parameter vyhlop_color : ' '

type category

explanation 'Go to the back side of traktor and take a look at the colour of the vyhlop '

options

black,

white,

blue.

/* rules field */

question 'What is the colour of the vyhlop?'

4.3 Решение типовой задачи - тестовый пример

Рис 2.Трактор завелся Рис 3. Двигатель работает не стабильно

Рис 4. Двигатель не исправен. Текущий режим работы - малая частота вращения коленчатого вала

Рис 5. Слышен металлический стук высоких тонов

Рис 6. Неисправность: Превышена величина допустимого зазора в клапанном механизме

5. Выводы

Задача по созданию экспертной системы диагностики неисправностей подсистем двигателя, трансмиссии и ходовой тракторов серии ДТ-ВТ была решена, но требуется доработка. Была проанализирована литература по диагностированию и ремонту тракторов, сводка отказов с полигонных испытаний. После этого был проведен диалог с экспертом, что позволило более четко представить ситуацию и выявить неформализованные знания эксперта, полученные из опыта. На основе полученной и обработанной информации было построено поле знаний, а затем знания были представлены в форме продукций. Реализована система в системе ESTA. Для максимально полного решения поставленной задачи требуется больше времени. Дополнительное время необходимо для реализации проекта в несколько итераций (по крайней мере, в две: правка знаний после тестирования системы экспертом), для нескольких сеансов общения с несколькими экспертами, для организации наблюдения.

На данном этапе решения задачи система диагностики неисправностей тракторов серии ДТ-ВТ производит качественную общую диагностику неисправностей подсистем: двигателя, трансмиссии и ходовой, а также выдает рекомендации по их устранению. Система построена таким образом, что есть возможность расширения базы знаний. Система может быть дополнена диагностикой оставшихся подсистем трактора.

6. Литература

1. Руководство по техническому диагностированию при техническом обслуживании и ремонте тракторов и сельскохозяйственных машин. М. 2001.

2. Классификатор отказов. ВГТЗ, Волгоград. 1988.