分类号
单位代码 10113 学 号
山 西 农 业 大 学 毕 业 论 文
农用柴油机常见故障诊断系统的研究与开发
作 者：刘建理 指导教师：贾利恒
专 业：计算机应用技术 学 院：计算机科学与技术学院
中国?山西?太谷 2006年09月
目 录
摘 要 .................................................................. 1 1 引言 .................................................................. 2 1.1 研究本课题的目的和意义 .............................................. 2 1.2 本课题国内外研究现状 ................................................ 2 1.3 研究内容及研究方法 .................................................. 3 2 故障诊断专家系统分析及开发简介 ........................................ 3 2.1 农用柴油机故障类型 .................................................. 3 2.2 专业领域知识库的生成及知识表示 ...................................... 4 2.3 开发工具简介 ........................................................ 4 3 故障诊断专家系统的基本原理 ............................................ 6 3.1 发动机故障形成原因 .................................................. 6 3.2 发动机故障诊断方法 .................................................. 7 3.3 故障诊断的故障树依据原理 ............................................ 8 3.3.1 数据结构基本原理及基本概念 ..................................... 8 3.3.2 树状结构介绍 ................................................... 8 3.3.3 发动机故障树与树状数据结构 ..................................... 9 3.3.4 二叉树及其操作 ................................................ 10 3.3.5 森林与二叉树的转换 ............................................ 14 3.3.6 故障森林与故障二叉树的转换 .................................... 15 3.4 故障诊断的知识表示 ................................................ 16 3.5 故障诊断推理机制基本思想 .......................................... 16 3.6 诊断流程 .......................................................... 16 4 基于VFP的诊断型专家系统的实现 ....................................... 17 4.1 概述 .............................................................. 17 4.2 系统功能简介 ...................................................... 18 4.3 系统主要实现的模块功能 ............................................ 18 4.3.1 项目的建立 .................................................... 18 4.3.2 知识库的建立步骤 .............................................. 18 4.3.3 故障诊断推理模块 .............................................. 19 4.3.4 图片资料的利用 ................................................ 22 4.3.5 知识库修改完善 ................................................ 23 4.3.6 知识库浏览、打印模块 .......................................... 25 4.4 总结 .............................................................. 26 5 结论与建议 ........................................................... 27 5.1 结论 .............................................................. 27 5.2 建议 .............................................................. 27 参考文献 ............................................................... 29 ABSTRACT ............................................................... 31 附录 ................................................................... 32 致 谢 ................................................................. 37
农用柴油机常见故障诊断系统的研究与开发 摘 要
柴油机在农机作业中起着举足轻重的作用，它工作质量的好坏将直接影响到农机工作的状况，而柴油机在工作中难免发生许多故障，需要操作人员和维修人员实时诊断排除。但有些故障引起的原因很多，要想准确判断需要较多的知识，因此开发发动机故障诊断系统有一定的实用价值和意义。本系统从实用角度出发，针对农用柴油机的发动机进行故障诊断专家系统的开发研究。根据发动机故障的复杂性，依据计算机数据结构原理，采用故障树的数据结构和关系数据库原理完成知识表示，建立了较完善的知识库，实现了确定性故障诊断所需的知识库和推理机。利用Microsoft Visual FoxPro编程工具，设计并组建了农用柴油发动机故障诊断专家系统，缓解了故障诊断专家供不应求的矛盾，提高了农用柴油机的常见故障诊断的效率和准确率。系统主要实现的功能包括：发动机确定性故障诊断功能，故障模糊查询功能，用户诊断数据库浏览、打印功能，知识库维护修改和可扩充功能，并配有发动机结构图，便于用户学习掌握。
关键词：柴油机，故障诊断，专家系统，知识库，故障树
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1 引言
1.1 研究本课题的目的和意义
发动机作为拖拉机的心脏，是机车行驶的动力来源。由于它的结构复杂、零件多、工作条件恶劣，因此在运行中故障最多且难排除。利用计算机对农用柴油机进行故障诊断既迅速又准确，因此开发农用故障诊断专家系统是十分必要的。
近年来，中小型拖拉机在农村的发展较快，但使用操作人员科技文化素质总体低下，大都没有经过系统的理论学习和实践技能培训。调查结果表明，操作人员中初、高中文化的仅占47.5%，小学文化占34.3%，还有18.2%属于文盲和半文盲，真正参加过农机培训的操作人员和农机维修人员不足5%。由于他们对机械结构、原理和性能没真正了解，对故障的判断处理能力差，平时根本谈不上什么维护保养，更不用说是机械维修。农忙时间机具因出故障得不到及时排除而延误农时的现象十分严重。更有不少的机手在拖拉机出现冒黑烟、烧机油和难起动等故障时也不及时检修，甚至挂挡打齿，前轮摇晃，制动跑偏等危及行车安全的故障出现时仍凑合使用，心存侥幸，带病作业。中小型农机仅能维持在“能用”、“能跑”的水平，根本谈不上效益和作业质量，大大缩短了机具的使用寿命，甚至引发机械和人身故障。
因此，快速、高质量地确定故障原因和部位对恢复拖拉机性能是十分必要的。发动机诊断技术能以最小的劳动消耗，迅速、准确、可靠、客观地评价发动机及其技术状况，因此，开发“农用柴油机常见故障诊断系统”具有十分重要的意义。
故障诊断专家系统是一种不解体诊断过程，它将柴油机维修领域专家的知识及大量实际维修经验进行汇总和提炼，能模拟柴油机维修专家来进行诊断的计算机智能系统。计算机根据用户提供的故障线索及存储在计算机内部的知识库，来引导用户逐步进行深入诊断，最终确定发动机故障的部位，并提出维修建议，并不断修改和完善知识库，从而达到维修专家的水平。
开发农用柴油机常见故障诊断专家系统的目的是，从实用角度出发，为普通用户进行常见故障诊断专家系统的开发，以满足广大普通用户的需求。
1.2 本课题国内外研究现状
发动机故障诊断系统的发展是随着发动机工业和设备诊断技术的发展而同步前进的。20世纪80年代，出现了第一代发动机故障诊断系统OBD-1（On Board Diagnosis）。1982年，意大利米兰发动机工业大学首先成功研制了发动机电系故障诊断系统，该系统采用反向推理，知识库由100多种规则组成，主要来自修理工人的经验和维修手册，此
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系统的实际目的是为了教学。日本丰田中央研究所开发了发动机故障诊断专家系统ATERX，它根据司机日常注意到现象，推断引起发动机故障的原因及维修方法，该系统是一个产生式系统，知识结构中约120条规则，采用正向推理，把可能的故障原因全部输出。
国内在基于知识的发动机故障诊断系统方面的研究较晚。1988年天津工程 学院的PC机上用DBASE语言开发，以TURBE-PROLOG语言改写的发动机故障诊断专家系统，该系统以老解放汽油车为主要研究对象。南京大学的1998年开发的发动机故障维修专家系统的基础ABDES，运用基于CASE的推理模式，采用可视化编程手段，提供了一个可视化的知识获取工具，可以完成基本的发动机故障诊断。这些系统普遍存在的问题是实用性差，知识库不完善，推理效率低。
目前，国内外对农用柴油机故障诊断系统的研究还较少，特别是对中小型拖拉机的故障诊断的研究更加缺少。本课题的研究可填充此空白，对广大农机用户有较强的实用价值。
1.3 研究内容及研究方法
鉴于以上现状，笔者决定在这方面作些尝试。根据柴油发动机的常见故障，应用人工智能专家系统原理和面向对象的设计方法，建立知识库和相应知识表达推理机制，利用编程工具——面向对象的可视化编程软件Microsoft Visual FoxPro
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，设计并组
建拖拉机发动机的常见故障诊断专家系统，实现的功能包括:发动机故障诊断功能；故障模糊查询功能；用户诊断数据库浏览、打印、保存功能；知识库维护修改和可扩充的功能。另配有大量的发动机构造图和维修图片，以便用户学习掌握
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。以缓解故障诊断
专家供不应求的矛盾，提高发动机常见故障诊断的效率和准确率。
研究方法分以下几步：收集整理发动机故障现象及排除方法；针对发动机的故障，依据计算机数据结构原理，采用故障树的数据结构和关系数据库原理完成知识表示，建立了知识库，实现了故障诊断所需的知识库和推理机，构建发动机故障诊断系统的诊断流程；在此基础上利用编程工具Microsoft Visual FoxPro，分别设计各种工作界面，实现上述功能；最后对软件反复进行测试，以进一步完善软件的功能。
2 故障诊断专家系统分析及开发简介
2.1 农用柴油机故障类型
经过分析，我们把专业领域的专家知识即发动机常见故障归纳为十大类：①发动机起动困难或无法启动；②功率不足；③排气不正常；④柴油机运转不稳；⑤柴油机运
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