1、故障诊断概论,第五章 智能诊断技术,第五章 智能诊断技术,2,5.1 故障诊断专家系统,故障诊断技术是医学诊断的基本思想在工程领域的推广和应用，其发展过程可分为两个阶段，第一阶段：常规诊断技术 基础：传感器技术和自动测试技术。 特点：以数据处理为核心，侧重信号的检测和分析; 发展比较成熟，但诊断功能较弱。第二阶段：智能诊断技术 = AI + 常规诊断技术 特点：以知识处理为核心，运用人工智能(AI)技术实现诊断过程的自动化和智能化。 研究重点：智能诊断方法。,3,5.1 故障诊断专家系统,什么是人工智能 定义：人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)：主要研究如何用
2、计算机来摸拟人的智能，因此也称为机器智能（Machine Intelligence）。 什么是智能：智能是指人们在认识和改造客观世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力，包括以下三个方面： 感知能力： 思维能力： 行为能力： 其中思维能力是核心。,4,5.1 故障诊断专家系统,AI的研究方法 符号智能（Symbolic Intelligence） 它是宏观功能模拟； 它是以知识为基础，通过推理进行问题求解； 典型代表为专家系统； 计算智能（Computational Intelligence） 它是微观结构模拟； 它是以数据为基础，通过训练建立联系，进行问题求解，这种方法也称为软计算（Soft
3、Computing）。 典型代表为神经网络。 新的研究热点遗传算法、人工免疫系统等。,5,5.1 故障诊断专家系统,什么是专家系统 定义：专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 ),6,5.1 故障诊断专家系统,人类专家应
4、具备的两个基本条件 拥有丰富的专业知识，包括理论知识和经验知识 具有独持的思维方式，即独特的分析问题和解决问题的方法。专家系统的基本思想 存储领域专家的专业知识； 模拟领域专家解决问题的方法进行推理， 计算机系统也能具有很高的问题求解能力。,7,5.1 故障诊断专家系统,专家系统的发展阶段 专家系统的发展已经历了3个阶段，正向第四代过渡和发展。 第一代专家系统（dendral、macsyma等）以高度专业化、求解专门问题的能力强为特点。但在体系结构的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解问题的能力弱。 第二代专家系统（mycin、casnet、prospector、hearsay等）属单学科专业
5、型、应用型系统，其体系结构较完整，移植性方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、知识获取技术、不确定推理技术、增强专家系统的知识表示和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。,8,5.1 故障诊断专家系统,第三代专家系统属多学科综合型系统，采用多种人工智能语言，综合采用各种知识表示方法和多种推理机制及控制策略，并开始运用各种知识工程语言、骨架系统及专家系统开发工具和环境来研制大型综合专家系统。 在总结前三代专家系统的设计方法和实现技术的基础上，已开始采用大型多专家协作系统、多种知识表示、综合知识库、自组织解题机制、多学科协同解题与并行推理、专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取及学
6、习机制等最新人工智能技术来实现具有多知识库、多主体的第四代专家系统。,9,5.1 故障诊断专家系统,启发性知识 ( Heuristic Knowledge ) 它是帮助人类专家解决问题、作出决定的经验规则或策略，是专家系统的基础。 特点：没有严谨的理论依据，不能保证永远正确，但在解决实际问题时，往往简洁、有效。例如：抽烟的人食指发黄。 专家系统要达到人类专家解决问题的水平就必须能够存储和利用这些启发性知识。,10,5.1 故障诊断专家系统,知识工程 ( Knowledge Engineering ) 建造专家系统的过程称为知识工程。 它从系统化、科学化的角度来研究专家系统的开发，包括知识的获取
7、、表示和利用。 开发一个专家系统需要系统设计人员与应用领域的人类专家密切合作。知识工程师 ( Knowledge Engineer )领域专家 ( Domain Expert ),11,5.1 故障诊断专家系统,专家系统开发过程,12,5.1 故障诊断专家系统,专家系统的基本结构,知识库(Knowledge Base, 简称KB）存储专业知识 推理机( Inference Engine ) 计算机程序，进行推理。 人机接口( Man-Machine Interface )输入/出信息的格式转换,13,5.1 故障诊断专家系统,什么是知识表示(Knowledge Representation)
8、知识表示：是知识的符号化和形式化过程。 目的：通过知识的有效表示，使专家系统能够利用这些知识进行推理和作出决策 对于同一种知识，可以采用不同的知识表示方法，但解决问题的效率不同。,14,5.1 故障诊断专家系统,规则表示方法 规则表示又称产生式表示，它是目前专家系统中最常用的一种知识表示方法。 产生式规则（Production Rule）：结构简单、自然、易于表达人类的经验知识。 采用这种表示法的专家系统称为基于规则的专家系统( Rule-based Expert System ),15,5.1 故障诊断专家系统,产生式规则的形式IF THEN 部分：也称为规则的前提;它可以是单个条件或多个条件通过逻辑符号AND、OR构成的逻辑组合。 部分：可以是一组结论或动作。 规则含义：表示当条件满足时，可以根据该规则推导出结论部分，或执行相应的动作,
