基于事例推理及其在汽车故障诊断中的应用研究

摘要 基于事例推理的技术是故障诊断领域中一种广泛应用的技术，它是在认知心理学和人工智能原理结合的基础上产生的，具有自主学习的能力，有良好的自适应性和扩充性。我们把基于事例推理的技术应用到故障诊断工作中去，实现了基于事例推理的汽车故障诊断系统。本文的主要研究内容和成果如下：１．本文对基于事例推理的原理以及建立基于事例推理的系统的设计方法 进行了深入的研究和分析。２．本文设计和实现了一个基于事例推理的汽车故障诊断系统。在汽车故障 诊断系统中，我们设计了分类树和关系矩阵两种方式表示事例，设计了 一种相应的知识表示方式，并设计和实现了事例的推理、复用、学习等 功能。３．设计并实现了系统的用户登录、事例推理的解释以及知识库的管理等辅 助功能。为了提高系统的实用性，我们还提供了系统功能演示和汽车欣 赏功能。４．根据从领域专家和维修人员获取的汽车故障诊断知识，建立了一个汽车 故障事例知识库。通过实例验证，表明该系统诊断的效果很好。

关键字： 基于事例推理，汽车故障，诊断，分类树，关系矩阵ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｃａｓｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆＤｉａｇｎｏｓｉｓ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ　Ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆＡｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ．　Ｉｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｕｔｏ　ｌｅａｒｎｉｎｇ．　Ｉｔ　ｉｓ　ａｄａｐｔａｂｌｅ　ａｎｄｄｉｓｔｅｎｓｉｂｌｅ．　Ｗｅ　ｕｓｅｄ　Ｃａｓｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ　ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ＇ｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔｓ．１．　Ｗｅ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｃａｓｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ＣａｓｅＢａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍ．２．　Ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ａ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ　ｕｓｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ，　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　Ｆｒａｍｅ　ａｎｄ　Ｆｕｚｚｙ　Ａｒｒａｙ，　ｔｏ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ　ｔｈｅｃａｓｅｓ．　Ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅ　ｋｎｏｗｌｅ电ｅ　ｂａｓｅ　ｔｏ　ｓｔｏｒｅ　ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ．　Ｗｅ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｒｅｔｒｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ，　ｔｏ　ｒｅｕｓｅ　ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ，　ｔｏ　ｒｅｖｉｓｅ　ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ，　ｔｏ　ｒｅｔａｉｎ　ｔｈｅｃａｓｅｓ．３．　Ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｉｎ，　ｔｈｅ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ－ａｃｑｕｉｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ．４．　Ｗｅ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔｓ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｍｅｎ，　ａｎｄ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｃａｓｅｂａｓｅ．　Ｗｅ　ａｄｄｕｃｅ　ｓｏｍｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｆａｕｌｔ　ＤｉａｇｎｏｓｉｓＳｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ： Ｃａｓｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ，　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｆａｕｌｔ，　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，　Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　Ｆｒａｍｅ，　ＦｕｚｚｙＡｒｒａｙ南京大学研究生毕业论文第一章引言１．１研究背景 随着现代社会的进步，汽车逐渐获得了少’‘泛的使用，在我国汽车的拥有量迅速上升，汽车的使用中故障是不可避免的，每年用于汽车维护和修理的费用占据了汽车使用费用的大部分。我国现行的计划预防维修体系是以磨损理论为依据，确定维护周期和作业内容，进行强制维护。作业主要是以定期解体检查为手段，它在延长汽车使用寿命，提高运输车辆的使用可靠性及安全性方面确实发挥了巨火的作用。但随着汽车工业的发展，大量新技术、新工艺在汽车工业中应用，对汽车的各个部件的装配精度要求更高，一次性使用部件更多，按照现在的维修手段必然造成某些保养推迟，失去了预防的时机，降低了行驶的可靠性，对于一些突发性故障，定期强制的维护也难以发现。因此我们需要一种智能性的手段，能够在不解体的情况下确定汽车的状况和工作能力，查明发生故障的部位和产生的原因。此时，通过计算机，使用人工智能的手段是一种较好的选择。 在当前的情况下，汽车的修理人员是大量需耍的。有许多较新的专业技术人员工作时间短，经验少，需要汽车故障诊断和维修方面的经验资料用于指导工作。通过专家系统，可以搜集整理专家的经验来模拟专家的思维判断，从而快速有效的发现故障并排除，同时对于从业人员也是一种培训。同时，我们可以看到，现今的汽车种类繁多，维修人员面对的不是单一的种类，因此我们设计的专家系统必须能在实际上作中扩展其应用范围，适应不同汽车的诊断需要。 在当今的人工智能研究中，人们就如何实现智能的人工化有着很大的争议。一般有两种方式可以

实现人工的智能。这两种方式我们可以看作是自下而上和自上而Ｆ的两种情况。自卜而上的方式希望可以先构建智能的基础性构件，即一些具有基本智能的小结构，然后将其总和在一起，通过它们之间的交互作用来产生智能行为。而自上而下的方法则直接研究人类思考问题的逻辑，希望通过思想的描述来实现人了智能。自卜而上的方式可以看作是一种宏观的看待问题的角度，而白上而下的方式则是一种关注个体更多的方式。这两种方式体现了当前人们在理论上对于人＿〔智能的看法的分歧。可以说前一种方法更看重智能从产生发展到成熟的过程，希望模拟智能如何出现最终生成人「智能而后一种方法更看重现有的智能情况，它关注智能已经发展到的状况，希望了解这种状况，从而模拟智能，以一种人＿｝＿的方式来代替人类的智能活动。也就是说，后一种方式更乐于研究人类抽象的逻辑思维，更关注于如何解决实际的具体的问题，当然这也是因为它难以从整体上模仿人类的智慧。现在实用的人工智能系统大多是后一种情况。我们的系统也不例外。 而基于事例推理的专家系统是近年来人「智能领域出现的专家系统建立的模式。ＣＢＲ的｝＿作建立在代表历史经验的事例库上，当给定一个目标时，推理系统从事例库中找出类似的基本事例，并将事例的解映射到目标事例上，成为目标的解＂１．　ＣＢＲ系统特别适用于难以总结出一般规律而又能提供大量历史事例的领域。ＣＢＲ支持经验本身和场景本身的描述和记忆，具有很强的扩充性和自适应性。传 南京大学研究生毕业论文统的基于规则的系统在知识获取问题上存在困难；对于处理过的问题没有记忆，导致推理低效：不能做事例的例外处理，整体性能十分脆弱。而采用基于事例推理的方法可以很好的克服上述的问题。事例推理接近人脑考虑问题的方式，创建方便，解决问题直观，具有自动学习的能力，适合应用于故障诊断领域１１１因此我们使用ＣＢＲ的方法建立了汽车故障诊断系统。

１．２基于事例推理的专家系统

ｉ．２．１专家系统简介 专家系统是一种包含大量的特定领域的专家水平的知识与经验的智能计算机程序系统，它利用领域专家的知识和解决问题的方法来解决该领域问题。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。１９６５年第一个专家系统ＥＮＤＲＡＬ在美国斯坦福大学被开发出来，今天专家系统己经在各个领域获得很广泛的应用。Ｉ：｝

Ｉ．专家系统的特点和优点 专家系统有三个主要的特点： （１）启发性：专家系统要求运用专家的知识和经验进行推理、判断和决策。实际应用中绝大部分的Ｓ：作和需要解决的问题不能通过严谨的推导得出结论，而要通过推理进行思考。 （２）透明性：专家系统不仅要能通过推理得出结论，还要能够解释推理的过程。因为专家系统是针对实际应用的，使用者会希望不仅知道结果还要知道原因，专家系统提供推理过程可以增强使用者的信赖感，同时也是一种技能上的训练。 （３）灵活性：专家系统不仅仅是依赖现有的知识进行判断，它在解决问题的同时进行学习，利用遇到的问题丰富自己的知识库，增强解决问题的能力。

专家系统所具有的优点是它得到广泛应用的原因，这些优点包括： （１）专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。 （２）专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。 （３）可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推１｀珍贵和稀缺的专家知识与经验。 （４）专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。 （５）专家系统能方便的汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的上作能力。 （６）专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效益和社会效益。