基于网络的智能化油液监测系统的开发
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摘要
由于摩擦学故障的征兆随着时间和系统的变化而变化，因此，润滑剂样本含有的信息特征要能够充分反映这种变化，才能有效地诊断摩擦学故障。事实上，单一油液监测方法所能捕捉的信息特征是有限的，不能准确诊断出零件磨损的种类、磨损程度和磨损过程等。因此，必须融合来自不同油液监测方法的数据以获取更多的原始特征信息或不断发展信息提取方法以便从润滑剂样本中获取更丰富的二次特征信息。随着数据集成和信息融合技术的迅速发展，其在故障诊断中的应用也越来越广泛。
油液监测专家系统是一个计算机程序，具有油液监测领域专家的经验、知识推理策略和解决问题的能力，一般以求解那些需要人类专家才能求解的高难度问题或不良结果问题为特征。专家系统的产生和发展，为油液监测技术的研究者解决和克服油液监测技术遇到的困难提供了新的途径。
随着分布式技术更加成熟，应用更加广泛；分布式知识库、分布式人工智能的理论与技术的发展，多专家、多知识表示、多种推理决策机制、多知识库协同联合求解以及数据库、知识库、方法库的多库协同支持，使计算机应用已由传统的在封闭系统下用户各自独立解决问题、通过问题求解、执行一定的计算，朝着帮助用户进行交互支持(同步、异步)协同工作、共同解决各种复杂问题并为用户提供一个最大限度共享计算机资源(硬件、软件、数据库、知识库、一般程序或智能程序)的环境的方向发展。
因此，利用信息融合技术进行数据级、特征级和决策级层次上的监测和诊断，把专家系统用作信息融合的辅助工具，建立基于油液监测的多种技术集成的分布式故障诊断专家系统，则是实现机器油液监测故障诊断的智能信息处理的一条可行的重要途径。
本文把信息融合技术引入油液监测系统，利用CLIPS专家系统外壳构造了油液监测的知识库，实现了以柴油机为对象的油液监测的专家系统，作为整个系统的智能组件。信息融合技术和专家系统体现了本系统的智能化的特点。利用SQL Server数据库服务器建立了油液监测中央数据库，对油液监测实验数据、监测设备基本情况以及油品分析标准等进行有效地管理；针对不
武汉理工大学硕士学位论文
同类型的监测实验设备特点和数据采集接口，编写了相应的数据采集或转换
程序，为监测诊断提供数据基础；在此基础上，建立了以分布式组件对象模
型为框架结构、以数据库服务器为数据维护工具的监测计算机软硬件网络。
The features of tribology fault are changed along with the time and system. It is efficient to diagnose tribological fault in respect that information characteristics contained in lube samples tell the truth enough. As a matter of fact, information characteristics are limited by using a single monitoring technique in order to diagnose the type of wearing parts, degree of wear and wear process. So, the data fusion from different monitoring techniques is necessary to obtain more original characteristic information, or to continuously develop information extraction technique to acquire more secondhand characteristic information from lube samples. With the rapid development of the data integration and information fusion, it is widely applied into fault diagnosis.
Expert system of oil monitoring is a computer program, which is provided with experience of domain experts, strategy of knowledge reasoning and ability of resolve problems. It is the characteristic thing for expert system to answer the difficulty of or badness results of purpose which human experts are requested to. With the produce and development of expert system, a new approach is presented for researcher in oil monitoring to put to the issue.
With the maturity distributed technique and the multiple base synergism of database, knowledge base and method base, computer applications go forward from resolving problems respectively in a close system to cooperating synchronously or asynchronously with each other for customers to find a solution to all kinds of complex problems. Therefore, computer resources, which include hardware, software, database, knowledge base, normal programs and intelligent programs, will be shared to large extent.
It is a of consequence approach for intelligently processing information on oil monitoring and fault diagnosis to establish the distributed fault diagnosis expert system based on the integration of multiple techniques, which utilizing information fusion techniques to go along with monitoring and diagnosis, and using expert system for auxiliary means.
In this paper, information fusion is imported into oil monitoring system, and knowledge base of oil monitoring are constructed by making use of CLIPS expert system shell. Then, expert system of oil monitoring for making diesel engine is established, serving as intelligent components of the whole system. The intelligentization is materialized by information fusion and expert system. Oil monitoring databases are constructed by utilizing SQL Server, which efficiently manage the experimental data, fundamental state of monitoring unit and standard of oil analysis. According to different communication ports of experimental equipments, several data collection programs or data communication programs are wrote to provide database for monitoring and diagnosis. Based on all of these, a computer network is established, which uses distributed component object model for a framework, and employs database server as data maintenance tools.
油液监测专家系统是一个计算机程序，具有油液监测领域专家的经验、知识推理策略和解决问题的能力，一般以求解那些需要人类专家才能求解的高难度问题或不良结果问题为特征。专家系统的产生和发展，为油液监测技术的研究者解决和克服油液监测技术遇到的困难提供了新的途径。
随着分布式技术更加成熟，应用更加广泛；分布式知识库、分布式人工智能的理论与技术的发展，多专家、多知识表示、多种推理决策机制、多知识库协同联合求解以及数据库、知识库、方法库的多库协同支持，使计算机应用已由传统的在封闭系统下用户各自独立解决问题、通过问题求解、执行一定的计算，朝着帮助用户进行交互支持(同步、异步)协同工作、共同解决各种复杂问题并为用户提供一个最大限度共享计算机资源(硬件、软件、数据库、知识库、一般程序或智能程序)的环境的方向发展。
因此，利用信息融合技术进行数据级、特征级和决策级层次上的监测和诊断，把专家系统用作信息融合的辅助工具，建立基于油液监测的多种技术集成的分布式故障诊断专家系统，则是实现机器油液监测故障诊断的智能信息处理的一条可行的重要途径。
本文把信息融合技术引入油液监测系统，利用CLIPS专家系统外壳构造了油液监测的知识库，实现了以柴油机为对象的油液监测的专家系统，作为整个系统的智能组件。信息融合技术和专家系统体现了本系统的智能化的特点。利用SQL Server数据库服务器建立了油液监测中央数据库，对油液监测实验数据、监测设备基本情况以及油品分析标准等进行有效地管理；针对不
武汉理工大学硕士学位论文
同类型的监测实验设备特点和数据采集接口，编写了相应的数据采集或转换
程序，为监测诊断提供数据基础；在此基础上，建立了以分布式组件对象模
型为框架结构、以数据库服务器为数据维护工具的监测计算机软硬件网络。
The features of tribology fault are changed along with the time and system. It is efficient to diagnose tribological fault in respect that information characteristics contained in lube samples tell the truth enough. As a matter of fact, information characteristics are limited by using a single monitoring technique in order to diagnose the type of wearing parts, degree of wear and wear process. So, the data fusion from different monitoring techniques is necessary to obtain more original characteristic information, or to continuously develop information extraction technique to acquire more secondhand characteristic information from lube samples. With the rapid development of the data integration and information fusion, it is widely applied into fault diagnosis.
Expert system of oil monitoring is a computer program, which is provided with experience of domain experts, strategy of knowledge reasoning and ability of resolve problems. It is the characteristic thing for expert system to answer the difficulty of or badness results of purpose which human experts are requested to. With the produce and development of expert system, a new approach is presented for researcher in oil monitoring to put to the issue.
With the maturity distributed technique and the multiple base synergism of database, knowledge base and method base, computer applications go forward from resolving problems respectively in a close system to cooperating synchronously or asynchronously with each other for customers to find a solution to all kinds of complex problems. Therefore, computer resources, which include hardware, software, database, knowledge base, normal programs and intelligent programs, will be shared to large extent.
It is a of consequence approach for intelligently processing information on oil monitoring and fault diagnosis to establish the distributed fault diagnosis expert system based on the integration of multiple techniques, which utilizing information fusion techniques to go along with monitoring and diagnosis, and using expert system for auxiliary means.
In this paper, information fusion is imported into oil monitoring system, and knowledge base of oil monitoring are constructed by making use of CLIPS expert system shell. Then, expert system of oil monitoring for making diesel engine is established, serving as intelligent components of the whole system. The intelligentization is materialized by information fusion and expert system. Oil monitoring databases are constructed by utilizing SQL Server, which efficiently manage the experimental data, fundamental state of monitoring unit and standard of oil analysis. According to different communication ports of experimental equipments, several data collection programs or data communication programs are wrote to provide database for monitoring and diagnosis. Based on all of these, a computer network is established, which uses distributed component object model for a framework, and employs database server as data maintenance tools.
引文
[1]严新平，谢友柏，萧汉梁．油液监测技术的研究现状与发展方向．中国机械工程，1997．8(1)：102-106
[2]严新平．从Technology Showcase'2000国际会议谈油液监测技术的发展．中国设备管理，2000，8：44-46
[3]张英堂，任国全．油液监测技术的现状与发展．润滑与密封，2000(2)：65-66
[4]刘国强等．磨损颗粒分析专家系统的开发与应用．武汉交通科技大学学报，1994(增刊Ⅰ)：179～182
[5]萧汉梁，应道泉．计算机辅助磨粒识别专家系统．见：第五届设备故障诊断学术会议论文集．北京：科学技术出版社，1996：542～546
[6]宋兰琪等．航空发动机润滑油光谱专家系统知识库的建立．见：美国热电集团贝尔德公司中国油液分析故障诊断用户协会经验交流会论文集．北京：美国热电集团贝尔德公司北京办事处，1999．11
[7]李洪志．信息融合技术[M]．北京：国防工业出版社，1996．6
[8]袁小宏，屈梁生．机械故障诊断中的信息融合利用问题研究．振动、测试与诊断，1999．9，19(3)：187～192
[9]赵新泽，谭宗柒，高虹亮．油液监测中信息融合的思想与方法研究．武汉水利电力大学(宜昌)学报，2000．6，22(2)：156～169
[10]徐洁磐，马玉书，范明，知识库系统导论．北京：科学出版社，2000，1．
[11](美)罗杰森著；杨秀章译．Com技术内幕：微软组件对象模型．北京：清华大学出版社，1998．12
[12]David J.Kruglinski,Scot Wingo,George Shepherd.Programing Microsoft Visual C++ 6.0：技术内幕(第五版)(修订版)．北京：北京希望电子出版社，1999．5
[13]Corry.Mayfield.Cadman. COM／DCOM编程指南．北京：清华大学出版社，2000．1
[14]赵方，谢友柏，柏子游．油液分析多技术集成的特征与信息融合．摩擦学学报：1998，18(1)：45-52
[15]严新平．摩擦学系统油液监测诊断及其信息融合方法研究．西安交通大学博士论文，1997．9
[16]赵方．油液分析中的在线铁谱技术及信息融合研究．西安交通大学博士论文，1997．10
[17]吴翊，李永乐，胡庆军．应用数理统计．长沙：国防科技大学出版社，1994．9
[18]Chris Culbert, Gary Riley, Brian Donnell. Reference Manual Volume Ⅰ: Basic Programming Guide (Version 6.20). Http://www.justme.com/～clips/, 2002.3.31
[19]Chris Culbert, Gary Riley, Brian Donnell. Reference Manual Volume Ⅱ: Advanced Programming Guide (Version 6.20). Http: //www.justme.com/～clips/, 2002.3.31
[20]Chris Culbert, Gary Riley, Brian Donnell. Reference Manual Volume Ⅲ. Interfaces Guide (Version 6.20). Http://www.justme.com/～clips/, 2002.3.31
[21]袁成清．基于计算机图像分析的摩擦学测试方法及分形技术研究．机械科学研究院硕士研究生学位论文论文，2001．6
[22]严新平，萧汉梁，谢友柏．摩擦学故障种类诊断的D-S信息融合研究，摩擦学学报，1999．6，12(2)：145～150
[23]吴青，陈定方．基于油液监测的故障诊断专家系统．交通与计算机，1996．4，14(2)：11～14
[24]X. P. Yan, Y. B. Xie, L. Z. Dong. The Design of a Computer-aided Diagnostic System Based on Oil Monitoring. Condition Monitoring'97, 1997
[25]Dibyendn De. Identification of System Faults Based on Condition Index-an Approach Towards Expert System. Condition Monitoring'97, 1997
[26]Lakshmi Rajamani, R. Dattagupta. Application of Artificial Neural Networks to Diagnosis of Steam Turbine Generators. Condition Monitoring'97, 1997
[27]高强等．船用柴油机故障诊断专家系统子系统的研制．见：船舶维修理论与应用论文集．修船技术学术委员会，1999．12
[28]温熙森等．复杂机械设备智能故障诊断系统研究及应用．见：第五届设备故障诊断学术会议论文集．北京：科学技术出版社，1996：6～10
[29]董军，肖少拥．知识库的现状与发展趋势．计算机与自动化，1995．9，14(3)：1～4，37
[30]李东晓，刘世元，史铁林，杨叔子．设备监测与诊断系统构成技术的研究和实践．华中理工大学学报，1996．9，24(9)：39～41
[31]赵昆毅．柴油机油液监测信息管理与诊断系统．建设机械技术与管理，1999(3)：45～46
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[36] 张安华，张洪才，周凤岐．设备故障诊断中的信息融合技术．机械科学与技术，1997．7，16(4)：612～616
[37] Rauch H E. Intelligent Fault Diagnosis and Control Reconfiguration. IEEE Control Systems, 1994, CS-14(3): :6～12
[39] Luo, et al. Multisensor Integration and Fusion Intelligent System. IEEE Trans on System, Man, and Cybernetics, 1989, SMC-19:901～931
[40] 刘同明等．数据融合的技术及其应用．国防工业出版社，1998
[41] B.J. Raylance, et al. Development in wear debris morphological analysis at RAF early failure Detection centers. Proc. of Technology Showcase'96, 1996:227～235
[42] 郎锐．RS-232-C端口实时监控软件的设计实现．http:www.yeshy.com,2002.3
[43] 郎锐．利用Active X控件开发串口通信软件．http:www.yeshy.com,2002.4
[44] 李方毅．基于油液监测的故障诊断专家系统的研究．武汉交通科技大学硕士研究生学位论文，2000．3
[45] 吴泉源，刘江宁．人工智能与专家系统．国防科技大学出版社，1995
[46] Lee Jay. Modern computer-aided maintenance of manufacturing equipment and systems:review and perspective. Comput Ind Eng, Oct 1995
[47] Bastanor P.N., Chengzhuang. Object-oriented expert system for fault diagnosis in the ethylene distillation process. Comput Ind, Nov 1995
[48] Boose J H, Gaines B. Knowledge Acquisition Tools for Expert System. New York: Academic Press, 1988
[49] Forsyth R, et al. Expert System: Principles and Case Studies. NY: Chapmanand Hall, 1984
[50] 严新平．油液监测技术应用软件的开发与展望．1993全国设备诊断技术会议论文集．中国机械工程学会设备维修分会，中国煤炭设备管理协会出版，1993，508～512．
[51] 黄文虎，夏松波，刘瑞岩等．设备故障诊断原理、技术及应用．科学出版社，1997
[52] 刘国强．磨损颗粒分析专家系统的开发与应用．武汉交通科技大学学报，1994，增1
[53] 潘建军等．计算机信息处理技术在铁谱分析中的应用．润滑与密封，1998．4：8～11
[54]虞和济，侯广琳．故障诊断的基本原理．冶金工业出版社，1991
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[17]吴翊，李永乐，胡庆军．应用数理统计．长沙：国防科技大学出版社，1994．9
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[27]高强等．船用柴油机故障诊断专家系统子系统的研制．见：船舶维修理论与应用论文集．修船技术学术委员会，1999．12
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