基于本体的输送机故障诊断方法概述

yuyinsh

输送机系统故障，轻者会造成系统的故障停机，影响生产；重者将造成重大安全责任事故。输送机运行中最易引发，也较难解决的典型故障均与输送带有关。输送带是柔性构件，在运行中经常发生的故障有：当输送带与卷筒之间发生相对滑动时发生输送带的失速故障，在起动阶段则表现为起动打滑；当输送带物理中心线偏离其几何中心线时发生输送带的跑偏故障；当大块尖锐异物刺穿输送带时发生输送带损伤故障，轻者造成划伤、破洞，重者造成大面积纵向撕裂。
由于输送机工作环境的特殊性和输送带作为故障诊断对象的特殊性，至今对上述输送带故障进行在线监测与诊断存在不少困难。长期以来，国内外很多专家对此问题做了不少研究。但以我这些针对输送机的故障诊断研究存在以下不足：针对一些典型的样本，缺少一般性；忽视故障机理研究，无法形成实用的诊断系统。
本文将本体技术引入输送机故障诊断中，克服了以往针对输送机的故障诊断方法的不足，建立了基于本体的故障诊断系统模型，为维护人员解决常见的输送机故障问题提供了决策支持。
1、本体概述
本体(Ontology)原来是一个哲学的概念，被哲学家用来描述事物的本质。本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。这个定义包含概念化、明确化、形式化和共享4层含义。
概括地说，构造本体的目的都是为了实现某种程度的知识共享和重用。本体能够辅助用户实现这一目标的原因在于：首先，本体分析澄清了领域知识的结构，识别出领域概念的本质和联系，从而为知识共享打好基础；其次，本体对领域的分析结果可以重用，从而避免了重复的领域知识分享；最后，本体采用语义明确、定义同一的术语和概念使知识共享成为可能。
2、基于本体的故障诊断知识库
基于本体的故障诊断过程本质上是利用已有的故障知识进行故障分析判断的过程。故障诊断中故障知识主要涉及故障现象、故障原因与故障解决方法。基于本体的故障知识库构件的基本思想是：首先对故障现象和故障原因及故障解决方法进行整理，利用本体表示故障现象之间、故障原因之间、故障原因与故障解决方法之间的语义关系；在单元中利用映射关系将故障现象的本体关系表示出来，用于针对多个故障单元特点的诊断。在故障服务中，一般都是根据故障现象判断具体的故障原因。
由于输送机的故障种类不同，在故障诊断中，需要建立多个故障知识库，用本体表示将各类故障信息之间的概念及语义关系，将概念和属性的相似度表示出来，然后再建立各个故障知识库之间的映射关系。
3、基于本体的输送机故障诊断知识表示框架
为了输送机故障诊断知识模型能重用和提高知识表示的柔性，本文提出一个面向输送机故障诊断知识表示的三层模型框架，如图1所示。最底层是元本体层，元本体定义了一般的术语(故障现象、故障原因、故障解决方法等)和关系(映射关系、故障公理体系关系等)，是输送机故障诊断领域所公共的知识。输送机故障诊断元本体作为一个公共的语义框架，提供公共的输送机故障诊断领域知识模型，知识表示层通过继承或重用元本体所定义的观念和关系，可建立相应资源的知识模型。元本体独立与故障资源类别而能重用。中间层是每一类别资源(如输送机故障诊断本体、事件过程本体等)的知识模型，即知识表示层。从元本体层中抽象得出广泛应用与各类资源的基本建模概念，以及利用这些建模概念构件应用对象的特定本体。最上层是实例层，表示一个特定故障实例，如输送机失速故障实例，输送机跑偏故障实例，输送带损伤故障实例。描述某个具体故障诊断模型知识，是特定故障诊断本体的实例化。

图1 基于本体的输送机故障诊断知识表示框架

通过使用三层机构，元本体的同一定义描述，每一类别资源通过继承元本体获得，保证了输送机故障诊断领域的各类资源中被重用，保障了知识的重用性和共享性。输送机故障诊断知识的构建基于已存在的故障诊断知识，而不是重新构建，很大程度上减少了故障诊断知识建模的难度。而且，由于元本体的建立不依赖某种具体的语言，所以这种表达方法在选择何种知识表示语言形式表示输送机故障诊断模型上是柔性的。