一种故障诊断本体构建方法
【专利摘要】本发明具体实施例提供了一种故障诊断本体构建方法，包括：构建诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类、本体属性类、本体关系类、本体值域类、本体实例类、构建本体元素类，所述本体元素类包括，诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类；利用所述诊断对象类，在设备诊断对象类下，递归建立设备各级部件的诊断对象子类；构建故障诊断本体类，所述故障诊断本体类包括，本体元素类、本体属性类，本体关系类，本体值域类、本体实例类；根据预先收集的故障诊断历史记录中的诊断对象、故障现象、故障原因、解决方案，利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体；本发明技术方案构建的故障本体能有效的提高故障诊断的效率。
【专利说明】一种故障诊断本体构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到机械设备的故障诊断技术，特别涉及到一种故障诊断本体构建方法和故障诊断本体。
【背景技术】
[0002]机械设备一般具有结构复杂，部件众多等特点，一旦出现故障，难于诊断。例如高炉是钢铁生产的重要装备，包括炉体、供料、送风、喷吹、煤气处理、渣铁处理等子系统；再例如笔记本电脑由显示器、主板、硬盘、键盘、内存、网卡等组成。上述大部件又由许多小零件组成，因而部件众多，难于对故障进行高效精确定位。但其维修维护记录中包含很多有用的信息，可为诊断解决类似故障提供线索。不经处理的故障记录虽然也可以使用，但是效率低下，并且许多有潜在价值的重要信息往往被忽略。迫切需要对故障记录进行知识挖掘，以最大限度发挥故障记录的作用。在故障知识挖掘中，对故障知识的表示和推理显得非常重要，国内外众多学者也对此进行了大量的研究。例如:利用神经网络、数据挖掘、专家系统等方面的知识建立故障诊断算法，提升历史故障的分析能力；或者利用故障树方法，对故障现象进行直观描述；近年来，以语义Web为代表的知识工程得到了很快的发展，对知识的描述和结构化表示提供了一种新的方法。
[0003]上述方法在一定程度上解决了故障诊断所需知识的表示问题。但神经网络、数据挖掘、专家系统等方法在故障知识的梳理和快速发现方面较为薄弱，故障词条搜寻的精度严重依赖所选择的关键字；故障树方法表达直观，有助于解决相继故障，但同样存在知识的结构化表示能力较弱的缺点；知识工程方法目前对解决无序数据的有序化处理优势明显，但故障诊断必须面临多层次的依托主体，因而还需要解决主体的层次化表达问题。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种构建故障诊断本体的方法和故障诊断本体，以解决设备故障诊断中故障表达的结构化和层次化问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0006]一种故障诊断本体构建方法，包括:
[0007]构建诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类、本体属性类、本体关系类、本体值域类、本体实例类；
[0008]构建本体元素类，所述本体元素类包括，诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类；
[0009]利用所述诊断对象类，在设备诊断对象类下，递归建立设备各级部件的诊断对象类；
[0010]构建故障诊断本体类，所述故障诊断本体类包括，本体元素类、本体属性类，本体关系类，本体值域类、本体实例类；
[0011]根据预先收集的故障诊断历史记录中的诊断对象、故障现象、故障原因、解决方案，利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体；
[0012]其中，所述诊断对象包括，设备和设备的各级部件。
[0013]进一步的，所述构建诊断对象类包括:
[0014]构建用于表示设备的诊断对象类；
[0015]利用所述诊断对象类，在诊断对象类下，递归建立设备各级部件的诊断对象子类。
[0016]进一步的，所述本体属性类包括，故障现象类取值、故障原因类取值、解决方案类取值、诊断对象类取值之间的关联关系。
[0017]进一步的，所述本体关系类包括:
[0018]诊断对象类与诊断对象子类之间的关系；
[0019]诊断现象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类之间的关系。
[0020]进一步的，所述本体值域类包括诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类的取值范围。
[0021]进一步的，所述利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体包括:
[0022]利用所述故障诊断本体类，建立设备故障诊断本体；
[0023]对所述故障诊断本体的各成员进行实例化，建立故障诊断本体的各成员类的实例个体。
[0024]本发明的技术方案所构建的故障诊断本体结合了层次树结构和知识结构化表示的优点，实现了设备故障诊断中故障表达的结构化和层次化，采用本发明技术方案所构建的故障诊断本体，能有效提高设备故障诊断的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明具体实施例故障诊断本体构建方法流程图；
[0026]图2是本发明具体实施例故障诊断流程图。
具体实施例
[0027]下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细描述。
[0028]故障诊断过程，实质为基于故障现象搜寻故障原因，确定故障发生部位及解决方案的过程；而故障解决过程，则是依据故障原因，利用故障诊断过程获得的解决方案，对特定故障对应的诊断对象进行处理，消除故障现象的过程，故障诊断过程和故障解决过程都具有明确的定义域、值域、关系匹配，故障诊断过程通常会涉及以下4个要素:
[0029]I)诊断对象:出现故障的设备，可能是设备本身，设备的某个子系统，也可能是设备的某个零部件。
[0030]2)故障原因:发生故障的症结所在。
[0031]3)故障现象:我们能看到的故障表征现象，可通过用户报告或描述获得。
[0032]4)解决方案:通常是弄清楚故障原因后才能确定。
[0033]具体实施例
[0034]为方便描述，本具体实施例以一个高炉的炉顶供料设备为例，详细描述故障诊断本体的构建过程。
[0035]在本具体实施例中，高炉的炉顶供料设备(简称，BLAST)，包括有两个子系统BLAST-A 和 BLAST-B ；
[0036]BLAST-A子系统包括三个零件，A-1, A_2，A-3 ；
[0037]BLAST-B子系统包括两个零件，B-1, B-2。
[0038]参见图1，本具体实施例高炉的炉顶供料故障诊断本体构建方法的流程如图1所示，包括:
[0039]S101、构建故障诊断本体的各成员类；
[0040]构建故障现象类，所述故障现象类用于记录故障现象；
[0041]构建故障原因类，所述故障原因类用于记录故障现象所对应的故障原因；
[0042]构建解决方案类，所述解决方案类用于记录故障现象所对应的解决方案；
[0043]构建本体属性类，所述本体属性类用于记录各本体元素类的属性；
[0044]本实施例中，所述本体属性类包括:
[0045]所述本体属性类包括，故障现象类取值、故障原因类取值、解决方案类取值、诊断对象类取值之间的关联关系；
[0046]需要说明的是，本实施例中的本体属性类还可以包括故障诊断本体之间的其它属性，例如，表示诊断对象、故障现象、解决方案、故障原因的具体属性的参数等；本发明对此没有具体限制；
[0047]构建诊断对象类；所述诊断对象类用于表示设备；
[0048]构建设备诊断对象类；利用递归方式定义诊断对象类的子类，直至各子类不可细分；所述诊断对象类的子类用于表示设备的各级部件；
[0049]本实施例中，设备为BLAST ;设备的部件包括BLAST-A、BLAST-B, A_l、A_2、A_3、B-1、B-2 ；
[0050]在本实施例的故障诊断本体构建中，首先构建设备BLAST诊断对象类；然后，在该诊断对象类下递归定义BLAST-A诊断对象子类、BLAST-B诊断对象子类；在BLAST-A诊断对象子类下，递归定义A-1诊断对象子类、A-2诊断对象子类、A-3诊断对象子类；在BLAST-B诊断对象子类下，递归定义B-1诊断对象子类、B-2诊断对象子类；
[0051]构建本体关系类，用于表示故障诊断本体类中各成员类之间的关系；
[0052]例如故障现象类、故障原因类、解决方案类，诊断对象类定义为互斥关系；诊断对象类及诊断对象子类之间定义为父子关系或继承关系。
[0053]构建本体值域类；所述本体值域类用于记录故障诊断本体各成员类的取值范围；
[0054]本实施例中,所述取值范围包括:
[0055]诊断对象的取值范围；故障现象类的取值范围；故障原因类的取值范围；解决方案类的取值范围；
[0056]构建本体实例类；所述本体实例类用于记录故障诊断本体的故障诊断实例集合；包括诊断对象类实例、故障现象类实例、故障原因类实例、解决方案类实例；
[0057]所述实例用于表述故障诊断中的具体的个体案例，例如，部件A-1因为故障原因I产生了故障现象1，解决方案为解决方案I。
[0058]S102、构建本体元素类；
[0059]所述本体元素类包括，诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类；
[0060]S103、构建故障诊断本体类；
[0061]所述故障诊断本体类包括，本体元素类、本体属性类，本体关系类，本体值域类、本体实例类；
[0062]S104、根据预先收集的故障诊断历史记录中的诊断对象、故障现象、故障原因、解决方案，利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体；
[0063]本实施例中，本步骤可进一步包括:
[0064]S1041、根据诊断对象(B卩，设备)及其构成部件，建立诊断对象类成员和诊断对象子类成员；
[0065]S1042、建立故障现象类成员、故障原因类成员、解决方案类成员、本体属性类成员、本体关系类成员、本体值域类成员、本体实例类成员；
[0066]S105、根据故障诊断历史记录，对故障诊断本体的各成员进行实例化，建立故障诊断本体各成员的实例个体；
[0067]所述实例化，是指构建成员的具体个体案例的过程；例如，在BLAST本体的本体类成员中构建一个具体的成员BLAST-A ;再如，在部件A-1子类的解决方案成员中构建一个具体的解决方案“替换部件”;
[0068]通过实例化，在故障诊断本体中建立各种故障诊断实例的单独诊断推理个体；在所述本体实例类成员中记录各种故障诊断实例的集合；在所述本体值域中记录故障现象、故障原因、解决方案、诊断对象的取值范围。
[0069]本实施例中，诊断对象类成员实例化包括:
[0070]建立BLAST成员；
[0071]在所述BLAST成员下，建立BLAST-A成员，BLAST-B成员；
[0072]在所述BLAST-A成员下，建立A_1成员、A_2成员、A_3成员、
[0073]在所述BLAST-B成员下，建立B-1成员、B-2成员；
[0074]故障现象类成员实例化包括:建立故障现象实例个体集合；
[0075]故障原因类成员实例化包括:建立故障原因实例个体集合；
[0076]解决方案类成员实例化包括:建立解决方案实例个体集合；
[0077]本体值域类成员实例化包括:建立诊断对象、故障现象、故障原因、解决方案的取值范围；
[0078]本体属性类成员实例化包括:
[0079]建立诊断对象取值、故障现象取值、故障原因取值、解决方案取值之间的关联关系;
[0080]本实施例中，所述关联关系包括:
[0081]由……导致，用于表示故障现象取值和故障原因取值之间的关联关系；
[0082]由……发生，用于表示故障现象取值和诊断对象取值之间的关联关系；
[0083]由……修复，用于表示故障原因取值和解决方案取值之间的关联关系；
[0084]导致，用于表示故障原因取值和故障现象取值之间的关联关系；
[0085]发生，用于表示诊断对象取值和故障现象取值之间的关联关系；
[0086]修复，用于表示解决方案取值和故障原因取值之间的关联关系；
[0087]例如，设置故障原因实例I和故障现象实例I之间的关系为“导致”；
[0088]需要说明的是，根据不同的设备，故障诊断本体的成员取值之间的关联关系可以根据具体设备情况设置不同的取值，本发明对此没有限制；
[0089]需要说明的是，根据不同的设备，故障诊断本体成员之间的关系可以根据具体设备情况设置不同的取值，本发明对此没有限制；
[0090]本体关系类成员实例化包括:建立故障诊断本体各成员之间的关系；
[0091]本实施例中，所述成员之间的关系包括，父子、继承、互斥等取值；
[0092]如，设置BLAST和BLAST-A之间为父子或继承关系，设置故障现象、故障原因、解决方案之间为互斥关系。
[0093]需要说明的是，根据不同的设备，故障诊断本体成员之间的关系可以根据具体设备情况设置不同的取值，本发明对此没有限制；
[0094]本体实例类成员实例化包括，建立故障诊断本体实例的集合。
[0095]为了更好的说明本发明的技术方案，下面举一个例子以说明本发明方法构建的故障诊断本体在故障诊断中应用。需要说明的是，本领域一般技术人员显然清楚，本例仅为举例说明，并非对本发明技术方案应用的限制。
[0096]S201、获取故障现象“the air flow strong in edge, but weak in meddle of thefurnace，，；
[0097]S202、在故障诊断本体的故障现象类成员中查找出相应的故障现象实例；
[0098]S203、根据本体属性，在故障原因类成员中找到故障原因实例“Distribut1n_chute_worn_out，，；
[0099]S204、在本体实例类成员中查找出该故障原因实例对应的故障诊断本体实例对应了诊断对象类的子类成员A-1的“Distribut1n_chutel”实例；
[0100]S205、根据本体属性类实例和本体值域类实例，在解决方案类实例中找到该故障现象的解决方案为“替换”。
[0101]需要说明的是，根据故障现象确定故障原因和故障部件时，可能会出现多重命中的情况，例如，由于A-ι是BLAST-A的下级成员，因此,所述“Distribut1n_chutel”实例也是BLAST-A的实例，在诊断过程中，当出现多重命中时，以能匹配对应故障现象的最下级部件作为故障部件，确定解决方案。
[0102]本实施例的技术方案所构建的设备故障诊断本体结合了层次树结构和知识结构化表示的优点，实现了设备故障诊断中故障表达的结构化和层次化，采用本发明实施例技术方案所构建的故障诊断本体，能有效提高设备故障诊断的效率。
[0103]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种故障诊断本体构建方法，其特征在于，包括: 构建故障现象类、故障原因类、解决方案类、本体属性类、本体关系类、本体值域类、本体实例类、诊断对象类； 构建本体元素类，所述本体元素类包括，诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类； 利用所述诊断对象类，在设备诊断对象类下，递归建立设备各级部件的诊断对象子类； 构建故障诊断本体类，所述故障诊断本体类包括，本体元素类、本体属性类，本体关系类，本体值域类、本体实例类； 根据预先收集的故障诊断历史记录中的诊断对象、故障现象、故障原因、解决方案，利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体； 其中，所述诊断对象包括，设备和设备的各级部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建诊断对象类包括: 构建用于表示设备的诊断对象类； 利用所述诊断对象类，在诊断对象类下，递归建立设备各级部件的诊断对象子类。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本体属性类包括: 故障现象类取值、故障原因类取值、解决方案类取值、诊断对象类取值之间的关联关系O
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本体关系类包括: 诊断对象类与诊断对象类的子类之间的关系； 诊断现象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类之间的关系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本体值域类包括: 诊断对象类、故障现象类、故障原因类、解决方案类的取值范围。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的方法，其特征在于，所述利用所述故障诊断本体类，建立设备的故障诊断本体包括: 利用所述故障诊断本体类，建立设备故障诊断本体； 对所述故障诊断本体的各成员进行实例化，建立故障诊断本体的各成员类的实例个体。
【文档编号】G05B19/418GK104331058SQ201410681768
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】陈国荣, 邓菊丽, 利节, 李忠, 何兰, 熊茜 申请人:重庆科技学院