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基于改进Rete算法的旋转机械故障诊断专家系统的研究

作　者: 徐文明
导　师: 江志农
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 旋转机械故障诊断规则推理专家系统 Rete算法
分类号: TP182
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

自工业革命以来,社会生产水平得到飞速的发展,为了满足人们对产品日益增长的需求,工业自动化生产水平不断提高。在这种背景下,生产设备日趋向大型化、复杂化、自动化、连续性生产方向发展。一旦工厂关键机组出现故障停机,往往造成重大安全事故和严重经济损失,特别是在石化企业,造成的损失往往数以百万计。因此,如何保证生产线能够安全稳定的运行就成了各大企业一个非常重要的课题,设备故障诊断技术也是在这一需求背景下发展而来的。在工业生产中,应用先进的设备故障诊断技术可以有效准确的对设备进行故障诊断,分析其故障机理与故障原因,从而有效改善设备维修效率,提高企业经济效益,降低设备维护成本并减少企业发生重大安全事故几率,因此具有重要的经济意义和应用价值。本论文以旋转机械智能故障诊断技术为研究对象,结合专家系统技术,对旋转机械智能故障诊断技术进行了研究,全文主要内容主要分为如下几部分。第一章绪论部分主要介绍本课题来源和研究意义,并简单概述了故障诊断技术的发展历史和专家系统在故障诊断领域的应用现状,以及当前智能故障诊断技术的发展方向和前景,并在最后提出本课题的研究内容和研究目的。第二章主要针对本课题的研究对象,系统阐述了专家系统领域的经典前向匹配算法Rete算法的发展历史以及算法数据流网络实现原理,并根据本课题需求用伪代码的形式描述了该算法的具体实现。第三章主要针对旋转机械常见故障包括转子动平衡、转子不对中、转子弯曲等常见故障的特征和机理进行深入分析,并在最后将旋转机械常见故障以表格的形式进行了整理,这也是本课题专家系统知识库的建立基础。旋转机械本身结构复杂,且在现场经常处理连续工作状态,因此其故障具有多样性和复杂性的特点,同一种故障常常会表现出多种征兆,一种征兆也往往是多种故障的叠加的结果。因此对旋转机械常见故障进行分析整理具有重要的实际意义,第四章在前文内容基础上,利用前向快速匹配算法Rete算法作为专家系统规则推理算法,以第三章所总结的故障征兆表作为基础整理的知识规则库,利用Java语言和Eclipse开发平台设计并完成旋转机械故障诊断专家系统。第五章对本课题的完成情况进行了回顾,并指出了本课题研究过程中的缺陷以及对下一步研究工作的展望与建议。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-22
  1.1 论文选题的背景及意义  14
  1.2 故障诊断技术的历史及现状  14-16
    1.2.1 故障诊断技术的概念  14-15
    1.2.2 国外故障诊断技术的发展与现状  15-16
    1.2.3 国内故障诊断技术的发展与现状  16
  1.3 专家系统的历史及应用  16-21
    1.3.1 专家系统的定义及历史  17-18
    1.3.2 专家系统的类型及特点  18-19
    1.3.3 专家系统的结构  19-20
    1.3.4 专家系统在故障诊断领域的应用  20-21
  1.4 本文的主要研究内容  21-22
第二章改进Rete算法的原理与实现  22-42
  2.1 前言  22
  2.2 基于规则的专家系统  22-23
  2.3 Rete算法简介  23-25
  2.4 Rete数据流网络  25-28
  2.5 α网络的实现  28-32
    2.5.1 传统α网络实现  28-30
    2.5.2 改进的α网络实现  30-32
  2.6 数据存储器的实现  32-35
    2.6.1 传统数据存储器实现思想  32
    2.6.2 改进的数据存储器实现思想  32-33
    2.6.3 改进的α存储器的实现  33-34
    2.6.4 改进的β存储器的实现  34-35
  2.7 改进的域结点结构实现  35-37
  2.8 改进的移除事实实现  37-39
  2.9 小结  39-42
第三章旋转机械故障机理的研究  42-60
  3.1 引言  42
  3.2 旋转机械振动的基本特点  42-43
  3.3 转子不平衡故障机理的研究  43-45
    3.3.1 转子不平衡的故障机理  43-44
    3.3.2 转子不平衡故障特征  44-45
  3.4 不对中故障机理的研究  45-49
    3.4.1 转子不对中的故障机理  45-48
      3.4.1.1 齿式联轴器联接不对中的振动机理  45-48
      3.4.1.2 刚性联轴节不对中的故障机理  48
    3.4.2 转子不对中的故障特征  48-49
  3.5 转子弯曲故障机理的研究  49-50
    3.5.1 转子弯曲振动的机理  49
    3.5.2 转子弯曲的故障特征  49-50
  3.6 旋转机械故障类型及征兆总结  50-59
  3.7 结语  59-60
第四章旋转机械故障诊断专家系统的实现  60-84
  4.1 引言  60
  4.2 故障诊断专家系统结构组成  60-61
  4.3 旋转机械故障诊断专家系统开发环境  61-64
    4.3.1 编程语言和开发环境的选择  61-63
    4.3.2 专家系统数据库选择  63-64
  4.4 旋转机械故障诊断专家系统结构设计  64-67
  4.5 专家系统知识库设计  67-70
    4.5.1 规则文件格式设计以及规则表示  67-68
    4.5.2 数据库结构设计以及知识表示  68-70
  4.6 专家系统推理机设计  70-73
    4.6.1 专家系统推理策略选择  70-71
    4.6.2 专家系统推理机设计  71-73
      4.6.2.1 专家系统推理机总体设计  71-72
      4.6.2.2 专家系统推理机通讯接口设计  72-73
  4.7 现有状态监测系统与专家系统模块的整合应用  73-78
  4.8 专家系统客户端设计  78-81
    4.8.1 用户权限管理模块设计  79-80
    4.8.2 知识管理模块设计  80-81
    4.8.3 故障诊断模块设计  81
  4.9 旋转机械故障诊断专家系统应用实例  81-83
  4.10 小结  83-84
第五章结论  84-86
参考文献  86-88
致谢  88-90
研究成果及发表论文  90-91
作者和导师简介  91-92
附录  92-93

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