CN103116656A - 基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统及方法，建立XML结构的故障树，并构建基于脚本语言的节点故障分析流程代码库，通过故障逻辑解释器对故障树和节点故障分析流程代码库进行逐步解释，从而对维修人员进行维修引导。本发明提供的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，包括建库模块、故障树数据库、节点故障分析流程代码库、故障逻辑解释器、故障显示模块以及性能指标测试单元。本发明根据用户指定的故障树信息库中的特定故障树和故障推理流程库中的特定流程，来绘制和分析故障，通过这两者的结合，比单一使用故障树或单一使用流程代码进行故障分析，要进一步智能化、灵活、简洁，缩短了解释执行的时间，提高分析效率。

Description

基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统及其实现方法

技术领域

    本发明属于电路故障智能检测技术领域，尤其是涉及一种基于故障逻辑解释器的电路故障智能诊断系统及其实现方法。

 

背景技术

随着科技发展的日新月异，在企业生产过程中，存在大量的电气设备和电子元器件，而电路的故障排除和维修一直是关乎企业生产效率的重要问题。由于各种应用的电路种类繁多，当出现故障需要维修，特别是一些技术含量高的电路出现故障时，需要技术精良的技术人员进行。但通常现场不可能配备到足够的技术人员，而且凭借传统的人工测试方法维修人员也需要花费大量的时间，因此计算机技术在系统故障自动测试中得到了一定的应用。

利用计算机进行电路故障测试的过程为：先根据电路的原理等建立故障专家知识库，电路出现故障后，利用计算机软件按照故障专家知识库的流程对其进行辅助测试，判断定位故障，引导维修人员解决问题。但目前应用计算机软件进行故障测试时方法较为单一，或者单一使用故障树，或单一使用脚本语言。单纯使用故障树时，不管是采用静态树还是动态树的算法，都具有不少缺陷：故障推理过程都较为死板，不能解决电路故障树中出现重复枝干的情况，故障树臃肿，需要实现故障树推理的程序代码编写工作量大。故障树的解析时，程序和案例被捆绑一起，不具有通用性。故障树节点的判断死板，不够灵活，需要其它技术方法补充。而单一采用脚本语言实现故障推理时，建立推理流程脚本的过程相当复杂，流程结构性也较差，脚本语言本身的正确性检查就具有很大的难度，而且对脚本的解释程序工作量大，不易解释执行，耗时过长。

 

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统及其实现方法，建立XML结构的故障树，并构建基于脚本语言的节点故障分析流程代码库，通过故障逻辑解释器对故障树和节点故障分析流程代码库进行逐步解释，从而对维修人员进行维修引导。    

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，包括建库模块、故障树数据库、节点故障分析流程代码库、故障逻辑解释器、故障显示模块以及性能指标测试单元，本系统提供可视化的用户界面，建库模块根据用户输入信息生成性能指标存储数据库表、故障树数据库，并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库，所述故障逻辑解释器用于对故障树和节点故障分析流程代码进行解释，故障显示模块将每一步的解释过程显示在用户界面中，性能指标测试单元获取智能仪表的采集信号并传输给故障逻辑解释器。

作为本发明的一种优选方案，所述故障树为XML结构。

作为本发明的一种优选方案，所述节点故障分析流程代码为VB脚本语言形式。

作为本发明的一种优选方案，所述智能仪表包括电流源、电压源、负载、数字示波器、数值万用表、输出设备。

作为本发明的一种优选方案，故障逻辑解释器还包括了LEX词法分析器，LEX词法分析器对自定义脚本语言进行词法分析，以供故障逻辑解释器对节点故障分析流程代码的解释执行。

本发明还提供一种基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统的实现方法，包括如下步骤：

（1）建立故障树数据库和节点故障分析流程代码库,生成专家库系统：

由用户在基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统提供的软件界面中输入故障树节点信息、节点故障分析流程和电路测试节点性能指标参数，建库模块将电路测试节点性能指标参数存储入性能指标存储数据库表中、根据用户输入的故障树节点信息建立故障树数据库、并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库；

（2）选择相应的电路板型号，系统自动匹配该电路板型号相应的故障树和节点故障分析流程代码；

（3）故障逻辑解释器对故障树和节点故障分析流程代码逐步解释执行，故障显示模块中将提示语句显示在用户界面中；

（4）用户根据用户界面中的提示，进行性能指标测试，性能指标测试单元将采集到的性能指标数据传输给故障逻辑解释器以供其继续解释执行，并跳转至步骤（3）；

（5）反复执行步骤（3）和（4）直至故障排除，系统记录故障逻辑解释器的解释执行过程及性能指标测试单元采集到的性能指标数据，并给出排错报告。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1.      根据用户指定的故障树信息库中的特定故障树和故障推理流程库中的特定流程，来绘制和分析故障，通过这两者的结合，比单一使用故障树或单一使用流程代码（脚本语言）进行故障分析，要进一步智能化、灵活、简洁，缩短了解释执行的时间，提高分析效率。本发明克服了单纯使用故障树的死板，重复分支，也克服了单纯使用脚本语言时建立推理流程脚本复杂、流程结构性差、不易解释执行的缺陷；优化了专家库系统，使得推理系统的建立，使用，修正，维护，移植都十分方便，便于推广和应用。

2.  通过提供友好的软件界面，方便快捷地建立XML故障树，并生成自定义脚本语言形式的电路节点故障分析流程代码，不需修改软件程序代码，就可以建立故障分析专家库。

3.  使用XML结构存储故障树，通用性强，格式自如。

4.  解释器对知识库里的自定义脚本语言和XML进行分析解释运行，分析故障，并显示故障，给出排除故障的建议，这样解释器与具体故障不关联，通用性好。

5.  强化了故障逻辑推理的能力，快速准确的定位故障点，为维修技术人员提供了解决电路故障的便捷引导。

 

附图说明

图1为本发明的运行平台结构示意图；

图2为本发明提供的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统结构框图；

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明建立的诊断系统是以建立故障树为主，节点故障分析流程代码为辅的有机结合，比单一使用故障树进行分析故障，要进一步智能化。克服了单纯使用故障树的死板，重复分支，也克服了单纯使用脚本语言时建立推理流程脚本复杂、流程结构性差、不易解释执行的缺陷。

如图1所示，基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，安装于计算机中，计算机连接GPIB接口卡，再通过GPIB标准总线连接各个智能仪表设备，如电流源、电压源、负载、数字示波器、数值万用表、输出设备等。这些智能仪表再通过被测对象适配器与被测对象（Unit Under Test：UUT）相连。

如图2所示，本系统包括建库模块、故障树数据库、节点故障分析流程代码库、故障逻辑解释器、故障显示模块以及性能指标测试单元。

    本系统提供可视化的用户界面，用户在基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统提供的可视化软件界面中输入故障树节点信息、节点故障分析流程和电路测试节点性能指标参数。建库模块将电路测试节点性能指标参数存储入性能指标存储数据库表中、根据用户输入的故障树节点信息建立故障树数据库、并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库，所述故障逻辑解释器用于对故障树和节点故障分析流程代码进行解释，故障显示模块将每一步的解释过程显示在用户界面中，性能指标测试单元获取智能仪表的采集信号并传输给故障逻辑解释器。

性能指标存储数据库表的具体设计如表1所示，其中存入电路测试节点性能指标参数，这些参数也可通过仪器自动采集获得：

表1

故障树是根据电路依赖关系模型，结合故障字典而形成的、描述发生故障时各元件、节点间相互关系的树形网络图。它在故障隔离时逐级展开，引导操作员逐步完成对电源模块的故障隔离。故障树建立的是故障推理的一种规则，是故障推理的原理，也是绘制可视化故障树视图的依据。故障树数据库用于存储用户从界面上绘制的故障树，使用XML语言存储，故障树数据库中建立故障树信息表，具体设计如表2所示，表2中包含每个节点在故障中的位置编号、节点所代表的事件的描述、节点的父节点位置信息、节点的子节点数目、节点的门类型、节点的匹配度。其中故障树中的位置编号、节点的父节点位置信息、节点的子节点数目用于存储故障树的拓扑信息。

表2

建库模块根据故障树表和性能指标存储数据库表即可生成节点故障分析流程代码库，节点故障分析流程代码库的设计如表3所示：其中规则结论在故障树种的层数用于记录推理诊断过程中的推理层次；规则各个前提的匹配度是指各个前提对于规则结论的影响程度。节点故障分析流程代码沿用VB脚本语言的语句结构，包括如下语句块： 

1. 分支语句使用 IF (条件) then (执行语句块) End Else (执行语句块) End

2. 多分支语句使用 Swicth(条件) Case: (执行语句块) break; Case: (执行语句块) break; Default: (执行语句块) break; End

3. 循环使用 While (条件) (执行语句块) End

4. Goto (N节点号) 或(L代码行号)  当故障重复出现时 跳转到已建立的故障子树的首个节点

5. Alarm(信息)

用户输入括号中的部分并可选择下一个步骤进行的执行语句类型，建库模块将用户输入语句块结合用户选择的执行语句自动生成节点故障分析流程代码后，将每一步语句作为一条数据写入节点故障分析流程代码库中：

表3

XML数据交换，主要是保存各节点的性能指标数值，本发明中采用XML进行模块间交换数据：ID，节点号，性能指标号，性能指标类型，数值类型，性能指标值，备注。

故障逻辑解释器根据用户指定的故障树信息库中的特定故障树和故障推理流程库中的特定流程，来绘制和分析故障，实现故障推理。故障逻辑解释器不涉及某一具体故障推理，某一案例的故障推理过程由用户建立的XML故障树，以及自定义脚本语言编写的节点故障分析流程代码实现。解释执行时，故障树中的节点数据、节点故障分析流程代码以及性能指标存储数据库表中的电路测试节点性能指标参数相配合，每个故障树节点都有相应的流程语句提供自动判断故障，以及故障树的下一步的走向。可以避免故障树分支重复、重复存储，重复显示等现象产生。

具体地说，故障逻辑解释器的内部构造是使用C++编写一个控件，包括一个故障逻辑解释器类，还优选包括一个LEX词法分析器类。LEX词法分析器对自定义脚本语言进行词法分析，以供故障逻辑解释器对节点故障分析流程代码的解释执行。

故障显示模块应为触摸显示器，可采用平板电脑等常见设备，该模块中显示用户界面，故障逻辑解释器将每一步的解释过程发送给故障显示模块并将过程显示在用户界面中。

上述基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统的实现方法，包括如下步骤：

（1）建立故障树数据库和节点故障分析流程代码库,生成专家库系统：

由用户在基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统提供的可视化软件界面中输入故障树节点信息、节点故障分析流程和电路测试节点性能指标参数，建库模块将电路测试节点性能指标参数存储入性能指标存储数据库表中、根据用户输入的故障树节点信息建立故障树数据库、并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库；软件界面中还提供了用户直接输入完整的节点故障分析流程代码的功能，即无需性能指标存储数据库表和故障树数据库，就可根据用户输入直接建立节点故障分析流程代码库。

该过程优选由用户根据编制好的UUT测试说明书进行，UUT测试说明书，即某一电路的故障推理流程卡片，一般是使用MS Visio工具绘制的故障推理流程，在此基础上再实现故障树和节点故障分析流程代码。建库模块是UUT测试说明书转换成故障树和节点故障分析流程代码的软件模块，电路故障诊断系统提供了一个友好的用户界面，提供给用户进行录入。应根据不同的电路板型号，建立不同的故障树数据库和节点故障分析流程代码库。

建立好专家库系统之后，优选进行模拟测试，设计一些故障节点数据，验证故障树、节点故障分析流程代码和电路被测试点性能指标参数值，并做相应的修正。

（2）选择相应的电路板型号，系统自动调用该电路板型号相应的故障树和节点故障分析流程代码；

（3）故障逻辑解释器对故障树和节点故障分析流程代码逐步解释执行，对维修人员进行维修引导：包括测试何节点的何种性能指标值，进入到故障树的哪个分支，是何种故障，需要何种维修等信息；故障显示模块中将上述提示语句显示在用户界面中，根据提示维修人员进行性能指标测试和故障维修工作。

（4）用户根据用户界面中的提示，进行性能指标测试，性能指标测试单元将采集到的性能指标数据传输给故障逻辑解释器以供其继续解释执行，若故障逻辑解释器还未解释完毕则跳转至步骤（3）；

（5）反复执行步骤（3）和（4）直至故障排除，在此过程中，系统记录故障逻辑解释器的解释执行过程及性能指标测试单元采集到的性能指标数据，并给出排错报告。

根据电路故障诊断系统实际运行情况，还可进一步对UUT测试说明书进行修正，并通过电路故障诊断系统软件界面修改XML结构的故障树和节点故障分析流程代码。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，其特征在于：包括建库模块、故障树数据库、节点故障分析流程代码库、故障逻辑解释器、故障显示模块以及性能指标测试单元，本系统提供可视化的用户界面，建库模块根据用户输入信息生成性能指标存储数据库表、故障树数据库，并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库，所述故障逻辑解释器用于对故障树和节点故障分析流程代码进行解释，故障显示模块将每一步的解释过程显示在用户界面中，性能指标测试单元获取智能仪表的采集信号并传输给故障逻辑解释器。

2.根据权利要求1所述的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，其特征在于：所述故障树为XML结构。

3.根据权利要求2所述的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，其特征在于：故障逻辑解释器还包括LEX词法分析器。

4.根据权利要求1所述的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，其特征在于：所述节点故障分析流程代码为VB脚本语言形式。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统，其特征在于：其特征在于：所述智能仪表包括电流源、电压源、负载、数字示波器、数值万用表、输出设备。

6. 根据权利要求1～5中任意一项所述的基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统的实现方法，包括如下步骤：

（1）建立故障树数据库和节点故障分析流程代码库,生成专家库系统：

由用户在基于故障逻辑解释器的电路故障诊断系统提供的软件界面中输入故障树节点信息、节点故障分析流程和电路测试节点性能指标参数，建库模块将电路测试节点性能指标参数存储入性能指标存储数据库表中、根据用户输入的故障树节点信息建立故障树数据库、并根据故障树数据库和性能指标存储数据库表建立节点故障分析流程代码库；

（2）选择相应的电路板型号，系统自动匹配该电路板型号相应的故障树和节点故障分析流程代码；

（3）故障逻辑解释器对故障树和节点故障分析流程代码逐步解释执行，故障显示模块中将提示语句显示在用户界面中；

（4）用户根据用户界面中的提示，进行性能指标测试，性能指标测试单元将采集到的性能指标数据传输给故障逻辑解释器以供其继续解释执行，并跳转至步骤（3）；

（5）反复执行步骤（3）和（4）直至故障排除，系统记录故障逻辑解释器的解释执行过程及性能指标测试单元采集到的性能指标数据，并给出排错报告。

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