航空机械装备失效分析专家系统应用研究
收稿日期:2001-11-07
基金项目:973国家重点基础研究规划资助项目
文章编号:100622343(2003)0120053204
航空机械装备失效分析专家系统应用研究
徐元铭,骆晶妍,邢小楠
(北京航空航天大学 飞行器设计及应用力学系,北京 100083)
摘 要:介绍了应用数据库与AI 逻辑推理相结合,建立一个以材料、力学、设计、断裂分析等知识为依托的,
综合典型失效案例和专家经验的失效分析专家系统。着重论述了系统的结构、功能设计和实现策略,阐明了获取和发现失效分析知识的有效方法和用于失效分析决策的不确定性推理模型,实现了相应的逻辑推理系统,并通过航空机械装备疲劳断裂失效模式应用实例,说明系统的有效性,为航空机械装备失效分析这一病态结构问题的解决,提供计算机化的方法和途径。 关键词:失效分析;专家系统;数据库;疲劳断裂 中图分类号:TP391.5 文献标识码A : 航空机械装备的失效分析,涉及到材料、物理、化学、力学、设计、制造、可靠性和使用维护等多方面的知识和信息,是一门综合性、实践性强的应用技术。它往往需要依赖于人类专家丰富的实践经验,以及借助于以往分析成功的典型案例知识,才能分析出符合实际的合理结论。人们在长期的实践中,已经积累了大量丰富的失效分析知识和经验,但这些知识和经验大都是分散的、具体的和领域相关的,缺乏高层次的系统性、通用性、完整性和实用性[1]。随着数据库技术和人工智能知识处理技术的应用和发展,人们已经开始研究计算机化的失效分析系统,为获取、发现和高效利用失效分析知识提供方法和手段,为进一步揭示航空机械装备的失效机理及其与失效特征、失效模式的因果联系开辟新的途径。
对于分层次的结构,较高层次的失效分析(系统或子系统极)称为故障诊断。有关计算机化的故障诊断技术,目前国内外已有相当丰富的研究成果[2],但这些技术大都是系统相关的(system 2dependent ),即一个系统的诊断知识不能转化和移置,为另一系统所用。相对来说,很少有人真正开发出零件级的失效分析系统。Mayer [3]、Liao [4]分别在电厂蒸汽管和石油化工领域运用专家系统来判别失效类型和模式;
K omai [5]则描述了一种基于图象处理和模式识别的程序来
区分六种不同的断裂表面形态;可以看出,国外在运用知识化方法来进行辅助失效分析方面已开展了初步的尝试。本文在此介绍用于航空机械装备失效分析的专家系统,重点介绍运用数据库技术和逻辑推理相结合的问题求解模型,包括失效分析数据信息的建模、领域知识的表达与获取、以及基于置信度的推理方法,并通过应用实例来阐明该系统的有效性。
▲图1 辅助分析专家系统基本功能流程
1 系统的结构和功能
航空机械装备失效分析的任务是以获取的客观失效信息(即失效对象、失效现象与特征、失效环境)为事实证据,全
面采用逻辑推理的分析策略和思路,来判断失效事件的失效模式、推断失效原因、进而为采取合适的预防改进措施提供依据。由于失效分析所用到的知识具有模糊性和不确定性,以及失效分析过程本身具有启发性的特点,因而失效分析问题不能用普通程序来解决[4]。
本文在考察航空机械装备失效分析专家求解思路[6]的基础上,运用专家系统知识推理技术来构造计算机化的辅助
分析系统。该系统能够根据用户给出的初始事实(如失效构件表面特征的宏观检查信息)等,搜索相应知识库,并咨询推理得出与其相关的某种失效模式结论;并在这一失效模式所蕴涵的失效条件下(即材料及其工艺条件、力学条件和环境介质条件等),寻求补充性数据(如化学成分、力学性能、疲劳源的微观特征等),来进一步推理证实最有可能的失效原因,从而为分析人员提供决策参考依据。系统的基本功能流程如图1所示。
其中,逻辑推理机是实现失效分析求解的核心,它利用符号模式匹配机制和搜索算法来处理领域知识和证据事实,产生失效分析所需的各种结论,如失效模式、失效原因和预防改进措施。知识库用于存放从书本、期刊和专家那里获取的、用产生式规则表达的失效分析经验知识;分析库则存放需要进行分析的失效事件的证据信息、中间结果和推理结
第19卷第1期2003年2月机械设计与研究
Machine Design and Research Vol.19No.1Feb.,2003
论;案例库存放以往积累的、并分析成功了的典型案例。案例库结构与分析库具有同一数据结构,它们的区别仅在于案例库包含了失效事件的整个分析信息,包括证据信息、分析依据以及已被证实的正确结论等;而分析库是被推理机所用,用于动态地记录推理过程。当一个失效事件分析完成后,用户可以将分析库中的数据导入案例库中作为典型案例。
在辅助分析过程中,用户可以用两种方式使用该系统:①通过查询案例库,找到与当前失效事件类似的典型案例,从而获知该失效案例以往的分析结论;②也可以进入机器推理模块,运用知识库中的知识,
通过机器的逻辑推理推出分析结论,以供参考。这两种方式也可以是相辅相成的。下面具体介绍本专家系统的各个功能组成模块的具体技术内容。
2 失效分析数据库的建立
由于航空机械装备失效形式的多样性,导致失效的因素的复杂性,失效分析所涉及到的知识和数据内容十分广泛,因此,如何有效地组织、表达和管理这些信息是开发失效分析专家系统中的一个关键性问题。本文采用Access97的实体—关系(Entity —Relation )数据建模技术来设计失效分析信息库,可以分为三大主要功能库模块;分析/案例数据库、失效分析因果关系知识库、规范化的数据字典库。三者的关系如图2所示:
▲图2 失效分析数据库的实体—关系模型
▲图3 案例信息的二级结构组织表示
(1) 分析/案例库
主要记录了案例事件的失效属性信息,包括零件名称和类型、材料类型与牌号、载荷类型与大小、使用环境与介质、外观损伤特征、失效位置、断口宏观特征、断口微观特征、分析手段、化学成分、力学性能、金相组织、失效模式、失效原因、预防与改进措施等。由于失效属性常常允许取多值信息(如断口微观特征可以取有二次裂纹、泥纹花样等),因此使得每个案例记录的字段个数不尽相同,字段结构也长短不一。如果采用单层表固定的记录结构,则存储效率低,且通用性差,为此采用如下的二级组织模式来构造分析/案例库:
第一级:存放与推理机处理无关的信息,如:案例名称、图片、说明描述等。
第二级:统一采用〈案例代码、属性、值、置信度〉的四元组作为基本字段来表达失效属性及取值,这样就使得分析/
案例库中与案例代码对应的一组记录构成对一个失效案例
的完整描述,案例代码为主索引。这种动态记录组的方式效率高,通用性好。
例如,图3显示了WP 27系列发动机二级压气机工作叶片“掉块”失效分析(取自文献[1])的数据表示形式。其中,置信度信息部分根据实际情况给出。图中黑线以上为证据信息,以下为该案例分析的结论信息。本专家系统可以根据黑线以上的证据信息,通过机器推理,自动得到失效分析结论。
(2) 因果关系知识库
它包括失效模式知识库和相应的失效原因知识子库。知识库结构仍采用二级组织模式,即由规则编号表、规则前项(L HS )、规则后项(RHS )三个表组成(如图2所示);其中规则编号表包含规则代码、规则说明、和置信度字段,以用于说明该条规则知识本身的可信度。规则前项(L HS )和规则后项(RHS )表都有规则代码、属性、值字段。其中L HS 和
RHS 中的属性和值的维护,可以通过点选相应下拉菜单,从
字典库中的术语中进行选择,其属性对应字典中的类名,值对应字典中的术语项。
例如,对于如下描述的产生式规则:
IF ′材料类型及牌号′is ′结构钢′and
′载荷类型′is ′接触疲劳载荷′and ′外观特征′is ′颜色改变′and ′断口微观特征′is ′鳞片状花样′
THEN ′失效模式′is ′疲劳磨损′cf 90
用数据库的二级组织形式表示,则如图4所示。 (3) 数据字典库
它是系统各主要功能模块都可以使用的,用于统一在本专家系统中所涉及到的专业术语和符号及图片代码等。它包括类名、术语名称、术语代码、说明、图片等字段。本系统将所涉及到的术语分为21个大类,总共407条。限于篇幅,在此不再予描述。
3 领域知识的获取
有关航空机械装备失效分析的知识,主要来源于三个方面:一是以往的分析成功的失效案例,二是失效理论研究成
4
5机械设计与研究 第19卷
▲图4 规则的数据表结构
果,三是失效分析专家的经验体会。失效案例可以从期刊、报告、杂志等获取;通过收集、编号、分类、筛选有效案例等一系列步骤,形成案例文本,然后按数据字典库术语进行描述,并进行统计、归纳、合并等操作,最终总结出失效分析规则。基于归纳的机器学习方法(如ID3算法)可用于获取此类知识。目前本专家系统收集了疲劳/断裂失效方面的案例约240个,形成了判别失效模式的具体规则43条。而失效理论知识和专家经验体会则需要通过访问、记录、整理、分析、提炼和归纳总结,方可形成失效分析规则。文献[7]给出了断裂失效模式和原因相结合的实用分类方法和失效特征判据的对比分析。据此,可以总结出几种常用的失效分析规则句型:
句型1:宏观或微观特征+(材料+载荷+环境)=》一级失效模式
句型2:一级失效模式+宏观或微观特征+(材料+载荷+环境)=》二级失效模式或失效原因
句型3:失效模式+(失效位置/走向+力学性能+化学成分+显微组织)=》失效原因(设计原因+材质原因+
工艺原因+环境原因)
举例:
rule4
if′ 材料类型及牌号′is′结构钢′
and′载荷类型′is′接触疲劳载荷′
and′外观特征′is′剥落′
and′断口微观特征′is′鳞片状花样′
then′失效模式′is′疲劳磨损′cf85.
rule25
if′ 外观特征′is′附近有裂纹′
and′断口微观特征′is′沿晶′
and′断口微观特征′is′腐蚀产物′
and′失效模式′is′疲劳断裂′
then′失效模式′is′腐蚀疲劳断裂′cf95.
rule53
if′ 失效模式′is′韧性断裂′
and′化学成分′is′合格′
and′显微组织′is′合格′
and′力学性能′is′不合格′
then′失效原因′is′设计问题′cf90.4 基于可信度的推理机制
专家系统的控制策略和推理机制是用符号逻辑来模拟领域专家处理问题时的思维和运用知识的形式逻辑方法。本系统以可信度为不确定性测度,运用正反向混合数据驱动的推理方法进行求解。
4.1 可信度的处理方法
在失效分析决策中,不确定性因素是存在的。特别是失效特征,如宏观的疲劳弧线和微观的疲劳条带,在不同的条件和情况下(腐蚀、高强材料等)其清晰程度有所不同。所以,在确定一个失效分析决策时,可以使用不确定性推理模型来实现。
由于本系统把失效分析决策知识表示成规则形式;证据事实→假设结论所以不确定性表现在规则知识本身的可信度、证据的可信度和假设的可信度三个方面。可信度的度量可以以0到100的确定性因子来表示,其中100表示完全确定,0表示完全不确定,并以20为可信的最小阈值。若规则前提的可信度低于20,则规则失效。
在推理过程中可信度的处理描述如下:
(1) 推论可信度取证据可信度与规则可信度之乘积的规范值:
CF(B|A′)=round(CF(A′|A)3CF(R(A→B))/100)
其中round为圆整处理。
(2) 若规则前提为多个条件的合取,则前提证据的总可信度取各证据的最小值:
CF(A′|A)=(min{(CF(A′1|A1),CF(A′|A2),…,CF(A′N|A N)})
其中,A=A1∧A2∧…∧A N。
(3) 若规则前提为多个条件的合取,则把它们视为可推出同一结论的多条规则。
(4) 若同一结论可由多条规则推出,则将用下面的公式对其可信度进行综合:
CF(B)=(CF(B R1)+CF(B R2)3(1002CF(B R1))/100)
(5) 若规则前提中某一必要条件的可信度小于阈值20时,则规则不被激活。
4.2 推理求解策略
Prolog是基于一阶谓词逻辑的程序设计语言,具有识别数据、确定控制匹配模式和进行自动演绎的能力,提供有搜索、匹配和回溯等推理机制,在编制问题求解程序时,无需编写专用的搜索算法。
本文依据航空机械装备失效分析问题求解的特点,采用prolog语言来设计失效分析推理机,其逻辑推理的求解过程可概括为如下步骤:
(1) 系统先根据收集到的某失效事件的证据,激活一定的规则生成部分假设(正推过程)。
(2) 再设定目标模块,根据所需求解的目标,设一个可能解(以下为反推过程)。
(3) 然后,系统根据所需求解的目标,调用规则库中的启发式规则,先在RHS中查找、并激活某条规则。然后调用验证模块,逐条验证该规则L HS的各条件项是否满足。当系统缺乏证据时,会弹出询问用户窗口,请求用户输入;当假
55
第1期 徐元铭等:航空机械装备失效分析专家系统应用研究
附表 航空发动机构件疲劳断裂失效模式识别预测实例(表中括号中的数值为可信度因子)
涡轮发电机装置叶片断裂分析发动机锁片微动疲劳断裂失效分析J T9D发动机地面停车故障分析零件名称涡轮叶片锁片叶片
载荷类型拉伸载荷微动疲劳载荷
载荷大小接近或超过屈服强度(100)
材料类型及牌号K3镍基铸造合金1Cr18Ni9Ti不锈钢
环境高温(100)
外观特征擦伤(100),磨损(100)附近有裂纹(90)
失效位置微动磨损损伤处(100)
断口宏观特征 多源(90)、疲劳沟线(90)
颜色改变(100)
分为三区(100),疲劳弧线(90)
有剪切唇(90)
腐蚀产物(90)
氧化物(90)
断口微观特征 疲劳条带(90)
韧窝(90)
二次裂纹(90)
起源于表面(90)
沿晶(90),疲劳条带(90)
泥纹花样(100),蚀坑(90)
分析手段材质分析,化学成分,断口分析,力学性能,金相组织断口分析断口分析,化学成分
预测失效模式 疲劳断裂(86)
低周疲劳断裂(86)
疲劳断裂(90)
微动疲劳断裂(72)
疲劳断裂(86)
腐蚀疲劳断裂(69)
实际失效模式低周疲劳断裂微动疲劳断裂腐蚀疲劳断裂
设未被证实时,回到第(2)步,将该假设定为求解目标。如果有证据或前期生成的假设全部支持条件项,则该规则完全匹配,并对置信度作相应的处理,求解目标达成,并回溯。如条件项未得到全部证实时,求解目标失败,则回溯。
(4) 回到第(1)步,再设定下一个可能解,继续上述过程,直到可能的解都证明完毕,推理结束。
5 应用实例
为了检验上述方法和系统的正确性和有效性,现以涡轮发电机装置叶片断裂分析[8]、发动机锁片微动疲劳断裂失效分析[9]J T9D发动机地面停车故障分析[10]为例,来进行失效模式的识别预测,并与实际分析结果相比较(附表)。对以上三案例的分析交互过程可描述如下:
①用户输入案例代码,并将所收集的失效特征信息输入至分析库(批量输入方式);
②加载失效分析规则知识库;
③加载含该案例代码的分析库;
④输入失效分析求解目标,即失效模式;
⑤进行推理咨询与结果显示。
由附表可以看出,用本专家系统识别失效模式和航空领域专家实际分析的结论是相符合的。说明运用本专家系统来辅助失效分析是完全可行的。本系统所建立的失效分析知识库是合理的。
6 结束语
从问题求解的角度来看待航空机械装备失效分析的过程和特点,它属于病态结构(ill2structured)问题,在传统上是基于人工行为的,它需要人的智慧、知识、专业经验和技巧,因而对失效分析人员的专业素质有很高的要求。本文在航空机械装备失效分析专家求解的一般思路的基础上,阐明了利用数据库技术和人工智能相结合,来建立航空构件的计算机化辅助失效分析系统,其特点在于:
(1) 运用ACCESS97关系数据库的二级组织模式来建立失效的分析/案例库、因果关系知识库和失效术语字典库。
(2) 运用基于归纳学习的自动获取方法与总结专家经验相结合,来处理典型失效案例数据和失效理论研究成果,以期获得失效分析的有效知识。
(3) 建立基于逻辑的,以可信度不确定性模型为基础的推理求解机制。
通过实例应用验证了该系统的有效性。今后的工作应放在发展高效的数据挖掘技术来改善知识自动获取功能和建立具有类比推理的失效分析机制,从而为工程实践中构造高效实用的失效辅助分析系统提供技术基础。
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作者简介:徐元铭,(1965-),男,博士,副教授,研究领域:飞行器结构设计与分析,现研究方向为智能化CAD,自适应有限元分析,以及智能化机械故障诊断与失效分析技术。
65机械设计与研究 第19卷
300161,china)P42
Abstract:This paper has synthetically analyzed and dis2 cussed many interface modes about autoCAD.It has resolved the problem of link and communication between AutoCAD and CAD applied system.
K ey w ords:AutoCAD;hing2level program language;interface; communication technology
Analysis and R esearch on Characteristics of Magnetic Suspen2 sion T echnique Used for Vibration Isolating System
WAN G Fu2qiang,MA Lu2zhong,SHEN Chun2gen
(Institute of Mechanical engineering,Jiangsu University,Zheng Jiang212013,China)P44
Abstract:In this paper,the magnetic suspension applied characteristics of Rare earth Permanent magnet material in the vibration isolating system are studied,and the method with which spatial flux density and magnetic force is calculated quan2 titatively is presented.A newly magnetic suspended absorber is developed,and its good magnetic suspension trait and favorable nonlinear rigidity trait are tested and analyzed synthetically by the methods of the experiment and artificial neural network. Moreover,an experiment coefficient is introduced to ad just the theory so as to meet the design of magnetic suspension absorber. K ey w ords:magnetic suspension,absorber;neural network
H ydrokinetics Analysis of Fused Polymer Extruded B y A Screw Mechanism
L IU Guang2fu,Li Ai2ping
(Institute on AM T of Tongji University Shanghai200092,Chi2 na)P46
Abstract:In this paper,the N2S equations of fused poly2 mer in grooves of a screw extrusion machine will be derived. Considering the actual use condition of the screw extrusion ma2 chine,five hypotheses will be done,consequently,the N2S equa2 tions can be largely simplified,and velocity distributing in flight channel of metering section,relation between pressure in flight channel and parameters of a screw,formula of flow rate of vol2 ume,and formula of power consumption in the screw extrusion machinery can be deduced.In orde to control better inner con2 figuration characteristics of RP products,law of motion of poly2 mer in a state of viscous and influences of the screw parameters to flowratio in the flowing process of fused polymer must be re2 searched and analyzed.
K ey w ords:screw extrusion;fused deposition;hydrokineti2 cs;rapid prototyping technology N ovel Protected Clutch
L IAN G yi2de
(Mechanical Institute,xiangtan University,xiangtang411105 China)P49
Abstract:This paper introduces one novel protected clutch,which is simple in construction,good in usability,low for cost and movement expenditure,long for working life,rapid for jont or separation,compensable for all kinds of offset,and pro2 tected for overload.
K ey w ords:new type;protected;clutch
The Optimal Policy research of Tw o2stage Preventive Mainte2 nance of the Equipment in Manufacturing Workshop
HAN Bang2jun,FAN Xiu2min,MA Deng2zhe
(School of Mechanical Engineering,Jiao2Tong University, Shanghai200030,China)P50
Abstract:The optimal model of two2stage preventive maintenance is proposed.At first stage,the minimum number of preventive maintenance is determined.On the base of the result of the first stage,the optimal cycle of preventive maintenance is determined at second stage.The model proposed simplifies the calculation difficulty and avoids the shortcoming of expected cy2 cle model in infinite time horizon.This a pproach is suitable for operation in practice and can be used to provide decision sup2 porting for repair job scheduling and job shop scheduling.
K ey w ords:preventive maintenance;age reduction factor; finite time horizon;failure rate
The Study of Application of Expert System To F ailure Analysis of Aeronautical equipment
Xu Yuan2ming,LUO Jing2yan,XIN G Xiao2na
(Department of Flight Vehicle Design and Applied Mechanics, Beijing University of Aeronautics And Astronautics,Bei jing 100083,China)P53
Abstract:By combining AI Iogic reasoning and database technology,a failure analysis expert system based on typical aeronautical equipment failure cases and human analysis experi2 ence is introduced in this paper.such system requires the knowl2 edge of metal material,mechanics,structure/com ponent design, and facture analysis,etc.First the function and structure of the system are described,followed by the details in relational database management for failure case base,rule base and failure term dictionary.The knowledge discovery and acquisition meth2 ods for failure analysis rules are pointed out,and the practical useful uncertainty reasoning model for making failure analysis
8
decisions is given.The effectiveness of the a pprocach has been proven through several application examples.
K ey w ords:failure analysis;expert system;database;fa2 tigue fracture
The Improvement of a Minibus’Structure B ased on Computer Simulation of C rashw orthiness
L I Yuxuan,ZHAN G Xiao2yun,GE Long,L IN Zhongqin, CHEN Guanlong
(Shanghai Jiao Tong University,Automotive Body Manufactur2 ing Technology Center,Shanghai200030,China)P57
Abstract:A detailed full vehicle finite element model was established for the simulation of frontal im pact with a rigid wall of the original design of a minibus.The simulation results show that the original design has some problems with regard to crash2 worthiness.S ome parts had inefficient energy absorbing charac2 teristics and improper deformation mode.Based on the simula2 tion result,the foreside of the seven2seat bus was redesigned to gain better energy absorbing characteristic.After modeling and impact simulation of the redesigned minibus,the results showed considerable improvement in performance.
K ey w ords:crashworthiness;minibus;simulation;finite el2 ement model
Design of Multi2f ingered Dexterous H and With U nderactu ated T endons
YE J un
(Mechatronic Department,Shaoxing College of Arts and Sci2 ences,Shaoxing312000,China)P59
Abstract:A kind of multi2fingered dexterous hand with underactuated tendons is presented in this paper.It is simple structure,dexterous operation,easy control,and higher operating adaptability.Each multiphalanges finger with only one actuator of tendon can perform movement in bending finger manners. This paper described the structure design of multi2fingered dex2 terous hand and dis placement analysis of the finger.The multi2 fingered dexterous hand has simpler and more compact stucture than current multi2fingered dexterous hands and underactuated hands of robot with multi2phalanges.It can reduce the control complexity,weight and cost,and can realize the ability of catch2 ing different objects in multi2functions.
K ey w ords:hand of underactuated tendons;multi2fingered dexterous hand;kinematics analysis
Analysis With Finite E lements Method for the Structure of Main Body in the Automatic Platen Die2cutting&Foil2stamp2ing Machine
SHAN G Y ou2xuan,L I Ning
(Shanghai Y AWA Printing Machinery CO.,Ltd.Cha Ling Road(N),Shanghai,200032,China)P61
Abstract:With the structure of main body being modified in one kind of automatic platen die2cutting&foil2stamping ma2 chine,theoretical analysis should be provided.First,two three2 dimensional models22one is modified,the other is not modified, are set up in Pro/E.With the s pecial interface software,the CAD models are not only transmitted to ANSYS but also modi2 fied in ANSYS.Second,with the structure of main bod y being meshed,the finite elements model are established.With the characteristics of material and constraints in the structure bein g given,the stress and deformation in the structure of main bod y are caculated under the provided diecutting load.The anlaysis results show the maimum stress and deformation in the main body with the important parts included.S ome conclusions can be drawn from the results.The conclusions are:the material in the main body are properly chosen;The weakness is around the window on the wallboards;The rigidity of the transmission wallboard is recommended to be reinforce.,etc.Ex perimented with the tri2axial strin gauges,the correctness about the finite elements model of the main body is testified.Thus the results and conclusion are reliable.
K ey w ords:automatic platen die2cutting&foil2stamping machine;structure of main body;finite elements method;stress; deformation
Structure Analysis of R otation G in2pole and R esearch of Cor2 relative Problems
ZHAN G Chuan2zhong1,AI Guang2fu1,WAN G Jian2,DAI Y ong2qian2
(1.ShengLi Oil Field Y ellow River Pre2drill Company.,Dongy2 ing257045,china,2.Shandong University of Technology,Traf2 fic and Vehicle Engineering Institute,Z ibo255012China)P63 Abstracts:Be aimed at the strength accounting of rotation gin2pole,make the structure reduce a beam2bar cell,and make e2 lasticity frontier2cell finite element straggling,have a finite ele2 ment analysis by the rotation at the derrick’s two terminus loca2 tion,main analysis the structure’s stained conse at horizontal, verticality,one limb and two limb constitution of the gin2pole, and make analysis by the stress effect.
K ey w ords:rotation gin2pole;finite element;sleeve;elasti2 city frontier2cell
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机械故障诊断综合大作业—航空发动机的状态监测和故障诊断
机械系统故障诊断 综合大作业 航空发动机的状态监测和故障诊断 1.研究背景与意义 航空发动机不但结构复杂，且工作在高温、大压力的苛刻条件下。从发动机发展现状看，无论设计、材料和工艺水平，抑或使用、维护和管理水平，都不可能完全保证其使用中的可靠性。而发动机故障在飞机飞行故障中往往是致命的，并且占有相当大的比例，因此常常因发动机的故障导致飞行中的灾难性事故。 随着航空科学技术的发展并总结航空发动机设计、研制和使用中的经验教训，航空发动机的可靠性和结构完整性已愈来愈受到关注。自70年代初期即逐步明确航空发动机的发展应全面满足适用性、可靠性和经济性的要求，也就是在保证达到发动机性能要求的同时，必须满足发动机的可靠性和经济性（维修性和耐久性）的要求。 可靠性工作应贯穿在发动机设计-生产-使用-维护全过程的始终。对新研制的发动机，应在设计阶段就同时进行可靠性设计、试验和预估；对在役的发动机，应经常进行可靠性评估、监视和维护。军机和民用飞机的主管部门，设计、生产、使用和维护等各部门，应形成有机的、闭环式的可靠性管理体制，共同促进航空发动机可靠性的完善和提高。 2.国内外进展 自70年代前期，国外一些先进的民用和军用航空公司即着手研究和装备发动机的状态监视和故障诊断系统。电子技术与计算机技术的迅速发展，大大促进了航空发动机的状态监视与故障诊断技术的发展。至今，监视与诊断技术作为一项综合技术，已发展成为一门独立的学科，其应用已日趋广泛和完善。 按民航适航条例规定航空发动机必须有15个以上的监视参数。现今美国普?惠公司由有限监视到扩展监视，逐步完善了其TEAMIII等系统，美国通用电气公司也不断在发展其ADEPT系统。 从各国空军飞机发动机的资料来看，大都采用了发动机状态监视与故障诊断系统。包括发动机监视系统EMS，发动机使用情况监视系统EUMS和低循环疲劳计数器LCFC等，同时为了帮助查找故障，近年来还发展了发动机故障诊断的专家系统，如XMAN和JET—X。美国自动车工程协会（SAE）E-32航空燃气涡轮监视委员会研究并颁布了一系列指南，包括航空燃气涡轮发动机监视系统指南、有限监视系统指南、滑油系统监视指南、振动监视系统指南、使用寿命监视及零件管理指南等。 我国相关民用航空公司和院校开展的发动机状态监测与故障诊断的研究工作已初见成效。并且对于新研制的高性能发动机已将实施状态监视列为重要的技、战术指标，因此正较全面的开展这方面的研究工作。但是总的看来，国内该项工作开展得还不够，亟待有计划、有步骤地借鉴国外的成功经验，发展并推广我们自己的状态监视与故障诊断技术，以适应飞机和发展的需要。
故障诊断专家系统及其发展
综述与评论 计算机测量与控制.2008.16(9) C omputer Measurement &Control 1217 中华测控网https://www.wendangku.net/doc/471338081.html, 收稿日期:2008-06-08; 修回日期:2008-07-16。 作者简介:安茂春(1967-),山东莱阳人,副研究员,主要从事测试与故障诊断技术的管理工作。 文章编号:1671-4598(2008)09-1217-03 中图分类号:TP182 文献标识码:A 故障诊断专家系统及其发展 安茂春 (北京系统工程研究所,北京 100101) 摘要:文章对主要的故障诊断专家系统进行了系统的归纳和分类,主要关注故障诊断专家系统在军事领域的应用;重点讨论了基于规则的诊断专家系统、基于模型的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统的技术要点、发展现状、优缺点及其在军事方面的应用;最后,对该学科的发展做出了预测,指出基于多种模型结合的诊断专家系统、分布式诊断专家系统、实时诊断专家系统是今后的发展方向。 关键词:专家系统;故障诊断;军事应用;基于规则推理;建模技术;人工神经网络;模糊推理;基于事例推理 A Survey on Fault Diagnosis Expert Systems An M ao chun (Beijing Institute o f System and Eng ineering ,Beijing 100101,China) Abstract:In this article w e present a s urvey of fault diagnosis expert system s,and categorize them into 5different types according to know ledge organiz ation m ethod and reasoning m ech anis m,w hich are ru le-b as ed fault diagn osis expert system,model-based fault diagnosis ex pert system,n eural netw ork fault diagnosis exp ert sy stem,fuz zy fault diagn osis expert system and cas e-based fault diagn os is expert sys -tem,for each type w e describ e its techn ical pr op erties,curren t status,ad vantag es and disadvantages,and application s in military field.At the end of th is article,w e point out that hybrid model-based,distributed and real-time diagnosis expert sys tems are fu tu re direction s. Key words:ex pert sys tem;fault diagnosis ;military application;rule -b as ed reasoning;modelin g;artificial neural netw or k;fuzzy reasonin g;ease-b as ed reasoning 1 故障诊断专家系统及其分类 专家系统(Ex per t Sy st em,ES)是人工智能技术(A rt if-i cial I ntelligence,A I)的一个重要分支,其智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。 故障诊断技术是一门应用型边缘学科,其理论基础涉及多门学科,如现代控制理论、计算机工程、数理统计、模糊集理论、信号处理、模式识别等。故障诊断的任务是在系统发生故障时,根据系统中的各种量(可测的或不可测的)或其中部分量表现出的与正常状态不同的特性,找出故障的特征描述并进行故障的检测与隔离。 故障诊断专家系统是将专家系统应用到故障诊断之中,可以利用领域知识和专家经验提高故障诊断的效率[1]。目前专家系统在故障诊断领域的应用非常广泛,如美空军研制的用于飞机喷气发动机故障诊断专家系统XM AN [2],N A SA 与M IT 合作开发的用于动力系统诊断的专家系统,英国某公司为英美军方开发的直升机发动机转子监控与诊断专家系统[3]等,此外在电力、机械、化工、船舶等许多领域中也大量应用了故障诊断专家系统。 根据知识组织方式与推理机制的不同,可将目前常用的故障诊断专家系统大致分为基于规则的诊断专家系统、基于模型 的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统。 2 故障诊断专家系统对比分析 2 1 基于规则的诊断专家系统 在基于规则的诊断专家系统中,领域专家的知识与经验被 表示成产生式规则,一般形式是:if<前提>then<结论>其中前提部分表示能与数据匹配的任何模型,结论部分表示满足前提时可以得出的结论。基于规则的推理是先根据推理策略从规则库中选择相应的规则,再匹配规则的前提部分,最后根据匹配结果得出结论。 基于规则的诊断知识表达方式直观、形式统一,在求解小规模问题时效率较高,并且具有易于理解与实现的优点,因而取得了一定成功。20世纪90年代,国外在军用水压系统、电力供应网络等方面进行了应用。 但是,对于复杂系统,所观测到的症状与对应的诊断之间的联系是相当复杂的,通过归纳专家经验来获取规则有着相当的难度,且诊断时只能对事先预想到的并能与规则前提匹配的事件进行推理,存在知识获取的瓶颈问题。2 2 基于模型的诊断专家系统 在基于模型的诊断专家系统中,领域专家的专业知识包含在建立的系统模型中,这种基于模型的诊断更多地利用系统的结构、功能与行为等知识。相比基于规则的诊断专家系统,这种诊断方式能够处理预先没有想到的情况,并且可能检测到系统存在的潜在故障。这类系统的知识库相对容易建立并且具有一定的灵活性,已应用于航天器动力燃烧系统故障诊断等方面。
专家系统
专家系统发展概
述 院系：化工学院化工机械系 班级：10自动化（1） 姓名：李正智 学号：1020301016 日期：2013年10月1日 专家系统发展概述 摘要:回顾了专家系统发展的历史和现状。对目前比较成熟的专家系统模型进行分析,指出各自的特点和局限性。最后对专家系统的热点进行展望并介绍了新型专家系统。 关键词:专家系统;知识获取;数据挖掘;多代理系统;人工神经网络 Abstract:The history and recent research ofexpertsystem was reviewed. Severalwell-researched expertsystemmodelswereintroduced respectively, and their featuresand limitationswere analyzed. Finally, the hotspotofexpertsystem wasoverlookedand future research direction ofexpertsystem wasdiscussed. Key words:expertsystem; knowledge acquisition; datamining; multi-agentsystem; artificialneuralnetwork 近三十年来人工智能(Artificial Intelligence,AI)获得了迅速的发展,在很多学科领域都获 得了广泛应用,并取得了丰硕成果。作为人工智能一个重要分支的专家系统在20世纪60年代初期产生并发展起来的一门新兴的应用科学,而且正随着计算机技术的不断发展而日臻完善和成熟。一般认为,专家系统就是应用于某一专门领域,由知识工程师通过知识获取手段, 将领域专家解决特定领域的知识,采用某种知识表示方法编辑或自动生成某种特定表示形式存放在知识库中;然后用户通过人机接口输入信息、数据或命令,运用推理机构控制知识库及整个系统,能像专家一样解决困难的和复杂的实际问题的计算机(软件)统。 专家系统有三个特点:1.启发性,能运用专家的知识和经验进行推理和判断;2.透明性,能解决本身的推理过程,回答用户提出的问题;3.灵活性,能不断地增长知识,修改原有知识。 1 专家系统的产生与发展 专家系统按其发展过程大致可分为三个阶段[1~3],即初创期(1971年前)、成熟期(1972)1977年)和发展期(1978年至今)。 1.1 初创期 人工智能早期工作都是学术性的,其程序都是用来开发游戏的。尽管这些努力产生了如国际象棋、跳棋等有趣的游戏[4],但其真实目的在于在计算机编码中加入人的推理能力,以
航空发动机典型故障处理报告
目录 第1章绪论 1.1 发动机概述··2 1.2 可靠性与故障··2 1.2.1 可靠性··2 1.2.2 故障··2 1.2.3 故障分析与排故方法··3 第2 章压气机喘振故障分析 2.1 概述··5 2.2 喘振时的现象··5 2.3 喘振的根本原因··5 2.4 压气机的防喘措施··6 第3 章压气机转子叶片故障分析 3.1 概述··9 3.2 压气机转子叶片受环境影响的损伤特征和有关安全准则与标准··9 3.3 压气机转子叶片故障模式及其分析··10 3.3.1 WP7系列压气机转子叶片现行检查标准﹙含判废标准﹚··10 3.4 WP7系列报废叶片主要失效模式统计分析··12 第4 章发动机篦齿盘均压孔裂纹故障分析及预防 4.1 概述··14 4.2 篦齿盘结构与工作状态分析··14 4.2.1 结构分析··14 4.2.2 工作状态分析··14 4.2.2.1 工作温度高··14 4.2.2.2 工作转速高··14 4.2.2.3 易产生振动··14 4.3 裂纹特征与产生原因分析··15 4.3.1 裂纹特征··15 4.3.2 裂纹原因分析··15 4.4 结论··16 结束语··17 致谢··18 文献··19
第1 章绪论 1.1发动机概述 二十世纪以来，特别是第二次世界大战以后，航空和空间技术有了飞跃的发展。现在，飞机已经成为一种重要的﹑不可缺少的作战武器和运输工具。飞机的飞行速度﹑高度﹑航程﹑载重量和机动作战的能力，都已达到了相当高的水平。这些成就的取得，在很大程度上取决于动力装置的发展。然而，航空发动机属于高速旋转式机械，处于高转速﹑高负荷（高应力）和高温环境下工作的；发动机是飞机的心脏，是体现飞机性能的主要部件。又由于发动机由许多零组件构成，即本身工作情况和外界环境都十分复杂，使发动机容易出现故障，因此航空发动机属于多发性故障的机械。经过多年的努力，在航空领域工作的研究人员已经了解和解决了发动机许多故障，然而，一些故障还是无法完全解决的，只能尽量减少故障对飞机的危害。本论文列举出发动机几种典型故障，并且尽可能的根据科学研究数据来研究分析这几种故障，给出科学的预防故障和排故方法。 1.2可靠性与故障 1.2.1可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力为产品的可靠性。所谓产品，是指任何元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统。规定条件主要指环境条件和使用条件，如产品在工作中所承受的应力水平、温度、振动和腐蚀环境等。规定时间是指广义时间，除产品的工作小时外，还可指其循环次数等。 1.2.2故障 产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态。对某些产品如电子元器件、弹药等称失效。 产品的故障： a. 在规定的条件下，不能完成其规定的功能； b. 在规定的条件下，一个或几个性能参数不能保持在规定的范围内； c. 在规定的应力范围内工作时，发生产品的机械零部件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等损坏状态，从而导致产品不能满足其规定功能。 故障率： 指工作到时刻t尚未发生故障产品，在该时刻后的单位时间内发生故障的
专家系统的实例分析
专家系统的实例分析 张宏昊 研电1203 1122201030 一、实验要求 1.1 已知：电网的接线、操作前的开关、刀闸状态初始态、现场的运行规程、要操作的设备、操作前状态、操作后状态 求出：是否允许某设备在当前运行方式下，由操作前状态转换到操作后状态。 信息流图（系统结构图） 1.2 用产生式表示刀闸的操作规则 规则一：IF 与刀闸同间隔的开关分 THEN 刀闸能分或合 规则二：IF 与刀闸相关的接地刀闸/线全部为分 THEN 刀闸能合 规则三：IF 刀闸是母线刀闸 且 停电操作 且出线刀闸分 THEN 刀闸能分 规则四：IF 刀闸两端具备等电位条件 THEN 刀闸能分或合 1.3 知识表示方法（数据库结构设计） 以设备为核心 85 853 851 852 8530 8510 85J1 85J2 856 典型间隔 Typical Unit 855
二、程序设计 2.1 程序主界面 2.2程序功能介绍 2.2.1 图示模块 程序左上角有一个图示模块，在这个模块里可以直观的显示各个开关、断路器的开断状态，并且可以直接点击开关进行操作，操作结果也会动态显示在界面上。 2.2.2开关状态操作块
这个模块可以分别对各个开关和断路器今天开断操作，操作结果会与图示模块同步显示。 2.2.3操作日志表 操作日志表可以显示程序执行的各种状态，从启动程序起，这里将显示所有操作记录，例如当操作某个开关，则这里相应记录着操作。而且相关的操作提示也会在这里显示，例如当某个开关操作违反规程时，这里将进行具体提醒。 2.2.4 程序操作模块 这个模块是进行读取数据和保存操作日志表到本地的地方。 2.3 数据结构 该程序包含这实验一和实验二的两个数据结构。 实验一是用来计算系统节点的程序，数据结构全部由类实现。数据节点类有：IN_BranchInfo, IN_BreakerInfo, IN_NodeInfo和IN_SubSystemInfo,这些类用来记录每个branch，breaker，node和subsystem节点的信息。而这几个类的数据操作由相应的CAL_Branch, CAL_Breaker, CAL_Node, CAL_SubSystem来控制，在这几个类中包含着相应类型数据的读取，保存，设置，清除以及显示等操作。 最后，所有的这几个类都由一个CAL_Calculate来管理。这个类有个最高的管理权，每个类型数据的读取，保存等函数都是从这里调用的，而最关键的生成数据表的计算函数也在这个类中。 对于实验二的数据结构，鉴于已给的系统是固定的，而且程序包含了图像显示，为了简单操作，数据结构使用了固定形式，即实验二的节点数是不能修改的。 节点信息用SecEquiInfo这个类来实现，相应的读取，保存等操作是在SecEqui这个类中实现的。而对系统开关的控制，已经相应的规则逻辑判断是在CVCSBPowerFormView类中实现的，因为这是控制主界面的类。
航空发动机结构分析思考题答案
《航空发动机结构分析》 课后思考题答案 第一章概论 1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。 答： 2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？ 答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）； 涡扇 1960~1962 军用涡扇 1966~1967 3.简述涡轮风扇发动机的基本类型。 答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。 4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？ 答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比； （二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn） 5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。 答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。 6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？ 答： a)发动机类型 b)轴数 c)压气机级数 d)燃烧室类型 e)支点位置 f)支点类型 第二章典型发动机 1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指 标。 答：涡喷表2.1 涡扇表2.3 军用涡扇表2.2 2.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？ 答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静
子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。 3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？ 答：ALF502，涡轮风扇。优点： ●单元体设计，易维修 ●长寿命、低成本 ●B/T高耗油率低 ●噪声小，排气中NOx量低于规定 第三章压气机 1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？ 答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂； （二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。 2.轴流式压气机转子结构的三种基本类型是什么？指出各种转子结构的优缺点。 答 3.在盘鼓式转子中，恰当半径是什么？在什么情况下是盘加强鼓？ 答：（一）某一中间半径处，两者自由变形相等联成一体后相互没有约束，即无力的作用，这个半径称为恰当半径；（二）当轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；实际变形处于两者自由变形之间，具体的数值视两者受力大小而定，对轮盘来说，变形减少了，周向应力也减小了；至于鼓筒来说，变形增大了，周向应力增大了。 4.对压气机转子结构设计的基本要求是什么？ 答：基本要求：在保证尺寸小、重量轻、结构简单、工艺性好的前提下，转子零、组件及其连接处应保证可靠的承受载荷和传力，具有良好的定心和平衡性、足够的刚性。 5.转子级间联结方法有哪些 答：转子间：1>不可拆卸，2>可拆卸，3>部分不可拆部分可拆的混合式。 6.转子结构的传扭方法有几种？答： a)不可拆卸：例，wp7靠径向销钉和配合摩擦力传递扭矩； b)可拆卸：例，D30ky端面圆弧齿传扭； c)混合式：al31f占全了；cfm56精制短螺栓。 7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？ 答：P40 图3.6 _c\d 8.工作叶片主要由哪两部分组成 答：叶身、榫头（有些有凸台） 9.风扇叶片叶身凸台的作用是什么？ 答：减振凸台，通过摩擦减少振动，避免发生危险的共振或颤振。 10.叶片的榫头有哪几种基本形式？压气机常用哪一种？答： a)销钉式榫头； b)枞树型榫头；
电力系统故障诊断专家系统
电力系统故障诊断专家系统 李向峰 （哈尔滨工程大学信息与通信工程工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要:针对电力系统故障诊断问题存在的大量不确定性，提出了将模糊集和模糊推理方法结合专家系统进行故障诊断的新方案。同时，尝试将分布式问题求解方法用于电力系统故障诊断问题，开发了基于模糊推理的分布式电力系统故障诊断专家系统。为方便用户使用，开发了图形建模和模糊知识学习平台，以及故障信息管理系统通过在某地区电网的测试表明，所提方案具有准确的诊断结果和很好的实用性关键词:故障诊断;模糊推理;专家系统;分布式问题求解;故障信息管理。 关键词:故障诊断; 模糊推理; 专家系统; 分布式问题求解; 故障信息管理 Power System Fault Diagnosis Expert System LiXiangfeng (Information and Communication Engineering, Engineering, Harbin Engineering University, Harbin) Abstract: Fault detection system of power exists a lot of uncertainty, the proposed fuzzy sets and fuzzy inference method combines expert system for fault diagnosis of the new program. At the same time, try to distributed problem solving method for power system fault diagnosis, develop a distributed power system fault diagnosis expert system based on fuzzy reasoning. For the convenience of users, the development of graphical modeling and fuzzy knowledge learning platform, and fault information management system through a regional grid in the test shows that the proposed scheme has an accurate diagnosis and good usability Key words: fault diagnosis; fuzzy reasoning; expert system; distributed problem solving; fault information management. Keywords：fault diagnosis; fuzzy inference; expert system; distributed problem solving 1引言 电力系统故障诊断是近年来十分活跃的研究课题之一，人们对此进行了大量研究[1~9]，取得了许多有价值的理论研究成果，提出了多种解决方案，如采用专家系统方法[2，4，6，8]和神经网络方法[4]等. 由于实际运行中用于故障诊断的断路器和保护动作信息存在着大量的不确定性，近年来有学者将模 糊推理方法应用于电力系统故障诊断[3，5~7，9]。但以 前的研究大多集中在理论探讨上，在解决电力系统运行过程中出现的实际问题方面进展不大。现代电网互联规模和运行复杂性越来越大，运行越来越接近极限，一旦发生故障，造成的损失也较以往增大，因此对运行人员迅速准确处理事故的能力的要求进一步提高。电力系统故障自动诊断系统不仅可以成为运行人员在处理事故时的得力助手，还可成为运行人员培训的有力工具。 本文在前期开发的面向对象的电力系统故障 诊断专家系统[8]的基础上，借鉴其他研究成果[3，5~7] 增加了基于模糊集的报警信息处理，不但考虑了开关和保护动作的不确定性，还将故障时电压、电流不同于正常运行时的特征信息用模糊集表示，利用模糊推理来提高诊断结果的准确性和可用性；同时开发了模糊集学习平台，以缓解专家系统知识获取 的难题;利用网络通信技术和分层分布式问题求解 方法，解决电力系统信息分层和应用于实际电力系统故障诊断时出现的问题，提出了两种分层分布式故障诊断问题求解方案，并就其中一种方法进行了
农业专家系统应用实例分析资料
农业专家系统应用实例分析 摘要:专家系统是人工智能领域中较为成熟的一个分支。本文阐述了专家系统的基本概念及基本要素，介绍了专家系统在我国农业中的应用和我国农业专家系统的发展趋势。 关键词:人工智能;专家系统;农业专家系统;应用 农业专家系统也可叫农业智能系统,是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机系统。它应用人工智能技术,依据一个或多个农业专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断,模拟农业专家就某一复杂农业问题进行决策。典型的农业专家系统主要由知识库、数据库、模型库、推理机、知识库管理系统、解释器、用户界面7个部分组成。其中,知识库和推理机是农业专家系统最核心部分,这是任何一个农业专家系统都不可缺少的组成部分。知识库的质量直接影响到农业专家系统质量及可信度;推理机是农业专家系统的运行动力。而知识库管理系统则是对知识库中的知识进行检查和检索,还可以把推理过程中使用知识的实际情况显示出来,这是数据库管理系统中所没有的。知识获取是农业专家系统开发过程中的瓶颈,其主要任务是完成领域知识的收集与整理.解释器是用来向用户,特别是专用户,解释推理的结果和在推理过程中所发生的一切。 专家系统有四个特点,即:启发性,能运用专家的知识和经验进行推理和判断;透明性,能解决本身的推理过程,能回答用户提出的问题;灵活性,能不断地增长知识,修改原有的知识。综合性,能解答种子、土肥、植保、农经等多专业问题,克服了单个农业专家的专业局限。研发农业专家系统的主要目的是使计算机在农业领域中起农业专家的作用,对那些需要专家知识才能解决的难题提供相关专业权威专家水平的解答。 专家系统在世界农业领域中的应用始于20世纪70年代末,经过20余年发展,应用已遍及作物栽培管理、设施园艺管理、畜禽管理、水产养殖、植物保护、育种以及经济决策等各方面。专家系统在灌溉、施肥、栽培、病虫害的诊断与防治、作物育种、作物产量预测、畜禽饲养管理和水产养殖管理等方面,展示了广阔的应用前景。 一．农业专家系统在作物病虫害综合治理中的应用 根据以往的研究和病虫害综合治理的过程，专家系统的研究主要集中在6个方面: 1.1病虫害诊断在病虫害诊断中，如果人工开具病虫处方，工作人员必须有牢固的植物保护基础知识和丰富的实践经验，需要查询大量资料，无法及时满足农户的需要。专家系统把这些资料编制成简单的程序，达到迅速确定目标的目的，从而得到最佳防治时期和方案。 1.2预测预报病虫预测预报需要的基本信息是:病虫害的生物学参数(如发生
西工大航空发动机结构分析课后作业答案
第六章加力燃烧室 1.加力燃烧室由哪些基本结构组成？ 答：加力燃烧室由扩压器、预燃室、火焰稳定器、喷嘴和加力输油总管、加力燃烧室壳体等组成。 2.加力燃烧室（预燃）点火方式有哪几种类型？说明相应的预燃点火装置的组 成和特点。 答：①电嘴点火：WP6发动机采用这种点火方式，其预燃室由内外锥体，内外壁，点火电嘴，导流板和火焰喷口等组成。内外壁之间是助燃冷却的二股气流通道，内壁上两排交错的16个小孔使二股气流进入预燃室。当接通加力时，用专门的汽化器形成混合气，输入预燃室，经过内外锥体组成的环形气流通道后，截面突然扩张，在预燃室头部内锥体后的凹面内形成强烈的涡流：用电嘴点燃后，火舌从预燃室喷出，点燃后输油圈上两个喷嘴喷出的燃油，形成中心火焰稳定区，然后火焰经过V型支柱点燃环形状火焰稳定器迥流区的混合气。经过8.5~14秒后，在加力燃烧室内形成稳定的点火源，预燃室便自动停止工作。 ②火舌点火系统：当启动加力燃烧室时，由专门的附件将附加的燃油喷入主燃烧室中的某个火焰筒内，这股附加燃油形成的火焰穿过涡轮，点燃加力燃烧室的混合气。这种点火方式的优点是：点火能量大，高空性能好，迅速可靠，不能添加附加机构件，只要主燃烧室不熄火就总能点燃，缺点是：火舌传递路程远，流程复杂尤其在穿过多级涡轮时，受到强烈的扰动，在调试加力燃烧室时相应地要做大量的点火试验。 ③催化点火系统：利用铂能吸附氧气和氢气的特性，使点火用的混合气借助铂铑丝网的催化作用，在较低的温度下点燃。这种点火装置结构简单，重量轻，点火方便，但铂铑丝价格贵，易受污染而失效，影响其工作可靠性。 5.为什么加力燃烧室的输油圈常有主副之分？ 答：加力燃烧室的供油为分圈分压式供油，当加力泵后的油压小于0.98MPa时，副油路供油，主油路关闭；加力泵后油压大于0.98MPa时，主、副油路同时供油。故一般有主副之分。 7.为什么说高温陶瓷适合于作未来加力燃烧室材料？ 答：未来先进发动机燃烧室的单位推力将比F110高70%~80%，对所用的材料也提出了更高的要求。在推重比为15~20的发动机加力燃烧室中，火焰稳定器的工作温度是1200摄氏度左右，加力燃烧室的喷嘴也要在1530摄氏度以上的温度工作，高温陶瓷具有非常好的耐高温特性，是其他金属无可替代的。
航空发动机的故障诊断方法研究
摘要 通过回顾航空维修理论及技术的发展历程，分析了以可靠性为中心的维修思想的优越性,阐述了几种航空维修方式各自的特点,指出了新维修思想所带来的革命性成果,即保证安全的前提下降低了维护成本和维修工作量。最后，对新维修思想在我国的应用途径与前景提出了自己的观点。 关键词: 可靠性; 航空维修; 视情; 事后。 1课题背景及其意义 航空维修是随着飞机的诞生而出现的,它是一门综合性的学科。随着科学技术的发展,航空维修经历了从经验维修、以预防为主的传统维修阶段到以可靠性为中心和逻辑决断法的现代维修阶段。目前航空维修已经是一门系统性的学科。 1传统和现代维修思想的对比 1.1传统的维修思想 按照传统的观念,航空维修就是对航空技术装备进行维护和修理的简称,即为保持和恢复航空技术装备实现规定功能而采取的一系列工程技术活动。其基本思想是安全第一,预防为主,也就是按使用时间进行预防性维修工作,通过定时检查、定期修理和翻修来控制飞机的可靠性。这种以定时维修为主的传统维修思想将飞机的安全性与各系统、部件、附件、零件的可靠性紧密相联,认为预防性维修工作做得越多,飞机就越可靠,翻修间隔期的长短是控制飞机可靠性的重要因素。西方通常将这种以定期全面翻修为主的预防维修思想也叫定时维修思想称之为翻修期控制思想。 1.2 现代维修思想的形成 随着航空工业的发展,飞机设计及可靠性、维修性都有了极大提高,特别是余度技术的采用使飞行安全基本有了保障。维修手段上检测设备日益完善,磁粉、着色、荧光、X光等无损探伤手段和电子计算机得到普遍运用。详细的寿命统计资料的积累、疲劳对飞机结构影响程度的掌握,充实了维修经验和理论知识,使可靠性理论和维修性理论得到发展。另外,维修的经济性、维修方针的适用性也越来越多地成为航空维修工作中必须考虑的问题。自此,新的维修思想应运而生,以可靠性为中心的现代维修思想在对传统的航空维修思想继承和发展的基础上对航空维修的历史。经验和理论知识进行概括和总结,除了仍坚持传统维修思想
最新2016航空发动机典型故障分析
目录 第 1章绪论 1.1 发动机概述〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 1.2 可靠性与故障〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 1.2.1 可靠性〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 1.2.2 故障〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 1.2.3 故障分析与排故方法〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃3 第 2 章压气机喘振故障分析 2.1 概述〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃5 2.2 喘振时的现象〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃5 2.3 喘振的根本原因〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃5 2.4 压气机的防喘措施〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6 第 3 章压气机转子叶片故障分析 3.1 概述〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃9 3.2 压气机转子叶片受环境影响的损伤特征和有关安全准则与标准〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃9 3.3 压气机转子叶片故障模式及其分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃10 3.3.1 WP7系列压气机转子叶片现行检查标准﹙含判废标准﹚〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃10 3.4 WP7系列报废叶片主要失效模式统计分析〃〃〃〃〃12 第 4 章发动机篦齿盘均压孔裂纹故障分析及预防 4.1 概述〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2 篦齿盘结构与工作状态分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2.1 结构分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2.2 工作状态分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2.2.1 工作温度高〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2.2.2 工作转速高〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.2.2.3 易产生振动〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14 4.3 裂纹特征与产生原因分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃15 4.3.1 裂纹特征〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃15 4.3.2 裂纹原因分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃15 4.4 结论〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃16 结束语〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃17 致谢〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃18 文献〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃19
故障诊断专家系统软件开发整体框架
故障诊断专家系统软件开发整体框架 专家系统的主要组成： ①知识库用于存储领域专家的专门知识，这些知识需要用计算机能够理解的形式表达； ②综合数据库用于存放初始数据和推理过程中得到的中间数据； ③推理机用于记忆所采用的规则和控制策略的程序使整个专家系统能够以逻辑方式协调地工作； ④解释器能够向用户解释专家系统的行为，包括推理结论的正确性和系统推出其他候选解的原因； ⑤解释接口是实现系统与用户的对话。 中央空调故障诊断专家系统主要功能： ①在中央空调系统正常运行时监测系统的运行状况； ②中央空调系统运行中对所发生的故障进行实时诊断，能够及时的做出故障报警，并给操作人员提示故障发生的原因。 ③通过人机接口界面向操作人员提供故障应对措施，以便及时控制故障的规模、保护设备的安全。
专家系统的知识表示与获取 知识的表示 知识的表示方法有很多种，产生式规则是目前专家系统中使用最为广泛的一种知识表示方法，使用它的专家系统被称为产生式系统。产生规则是一个“如果条件成立则进行操作”形式的语句。它的一般形式为： 其中R#作为规则号，表示其在知识库中的序号。RLS 称为条件部分、前项或产生式的左边。RRS 称为结论部分、后项或产生式的右边。 产生式系统的规则条件部分和结论部分采取什么方式来表达，专家系统本身没有明确规定，但应尽可能注意以下原则：条件部分和结论部分的表示形式应该与综合数据库中的事实表示形式尽可能一致,这样便于条件与事实的检索匹配和修改综合数据库中的事实；在能够清晰表达意思的前提下,尽可能使它们简洁,以便于处理。 规则结构的主要优点是：知识库中每条规则可以自由增减、修改, 规则之间是独立的,它们的关系间接的、动态的表示出来；知识库中的每条规则是统一的结构；用规则可以很方便地表示专家的知识和经验，解释专家们是怎样做他们的工作的；有利于表示启发性知识，易于知识获取。 冷水机组运行状态对应的特征参数变化特征 选定了蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度、压缩机排气温度和制冷剂过冷度这五个内在参数作为故障判断参数。 经过分析实验数据，参考了中华人民共和国国家标准(GB/T 18430.1-2001)中的有关参数，并考虑了一定的实验误差，确定出温度精度为0.3℃。
医疗专家系统方法
医生一般是 ①通过询问病史、体格检查、实验室检查和辅助检查手段搜集临床资料；②整理、分析、评价资料；③提出诊断；④给出治疗处理。 医学专家系统的推理方法: 1.基于规则推理 基于规则的推理是从领域专家那获取问题求解的知识，概括、转化为易于被计算机表示和推理的形式，然后以知识库中已有知识构成的规则为基础，将初始证据与知识库中的规则进行匹配的推理技术。而当知识库中的规则太多时会导致系统推理前后产生矛盾，另外，自学习能力很弱。 2.基于案例推理 基于案例的推理是通过查找知识库中过去同类问题的解决方案从而获得当前问题解决的一种推理模式，这一过程与医生看病采取的方法很相似。然而这种系统也有局限性：怎样有效地表示病例以及如何在大型病例库中快速有效地检索相似病例等问题。 3.模糊数学推理 模糊推理是运用模糊数学的理论建立模型，对不明确的信息进行分类，解决用一般数学模型难以描述的高度复杂和非线性的问题。 4.基于规则的神经网络推理 在许多疾病的诊断中，由于获得的临床信息可能不完整又含有假象，经常遇到不确定性信息，决策规则可能相互矛盾，有时表现无明显的规律可循，这给传统推理方法的专家系统应用造成极大困难。人工神经网络(artificial neural network，ANN)能突破这些障碍。但也存在缺点：①仅适用于解决一些规模较小的问题；②系统的性能在很大程度上受训练数据集的限制，难以解决异类数据源的融合和共享；③知识提取过程繁杂而低效。④得出结论的“黑箱”特征也限制了系统对诊断结果的解释功能。
医学专家系统的发展趋势 医学专家系统可借鉴数据库关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，对知识库的管理、设计以及大型知识库、共享知识库和分布式知识库提供帮助，改善专家系统的特性，扩大规模。 将多媒体技术应用于医学专家系统，可集多种知识表达形式为一体(文字、图形、图像、影像及声音)；能够充分发挥其高速处理综合问题的特点，提高系统识别速度，有效地模拟医生在临床诊断中用的直觉和模拟诊断功能；并具有友好的用户界面，系统将能以类似人类专家的方式来传播信息，与用户深入沟通，用户可向系统寻求解释、咨询、谈话；利用多媒体专家系统的知识获取模块，采用图像扫描器，可直接将医学图像及精确的解剖位置转化为系统内部知识表示，也可由人类专家用话筒直接向系统传授知识，从而使知识获取更方便。 将网络技术用于医学专家系统，一是可采用分布式知识库结构，将知识按其专业和特点分为若干个相关的知识库，提高数据的安全性，方便用户访问数据；二是可采用分布式推理机制，改善应用环境的系统运行能力，提高专家系统推理的速度和灵活性；三是可采用分布式结构，在一个网络运行多个专家系统，为疑难杂症诊断提供多种途径；四是远程医疗的蓬勃发展和网上医疗站的出现。 ⑴医学专家系统应以解决一些特殊的问题为目的。这些特殊的问题在计算机视觉和人工智能方面没有被研究过。人类对可视图案的认识不同于常规的推理, 并且代表明确的领域知识常常在视觉认识过程中下意识地忽略了被用到的那些因素。 ⑵医学专家系统的模型可能会是以多种智能技术为基础, 以并行处理方式、自学能力、记忆功能、预测事件发展能力为目的。目前发展起来的遗传算法、模糊算法、粗糙集理论等非线性数学方法, 有可能会跟人工神经网络技术、人工智能技术综合起来构造成新的医学专 家系统模型。
(整理)西北工业大学航空发动机结构分析课后答案第2章典型发动机
第二章典型发动机 1、根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡轮喷气、涡轮风扇、军用涡扇发动机的性能特征。 涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、军用涡扇发动机对比如下，以典型的三代发动机的性能指标加以对比，如下表所示： 通过分析比较，涡喷发动机随着技术的更新，新一代的发动机比上一代的发动机拥有高的增压比，推重比，涡轮燃气温度也有较大幅度的提高，特别是第三代发动机，整体性能有了大幅度的提升。 民用涡扇发动机的涵道比进一步增大，涡轮燃气温度也进一步升高，在不影响整体性能的情况下，采用了一系列措施降低了耗油率。
军用涡轮风扇发动机每一代的性能提高十分迅速，增压比，推重比，涡轮前燃气温度都有大幅度提高，而涵道比降低，耗油率也有较明显的下降。对于军用发动机来说，推重比的大幅提高提高了战机的机动性能，耗油率降低也相应的增大了载弹量，这些性能的提高均有利于空中作战. 2、АЛ—31Ф发动机的主要特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？ 主要特点： АЛ—31Ф发动机是苏—27的动力装置，其主要部件有低压压气机、中介机匣、高压压气机、环形燃烧室、双转子涡轮、射流式加力燃烧室、全状态可调拉瓦尔喷管和附件传动机匣等。其中压气机有13级，低压压气机4级，高压压气机9级；涡轮为双转子流反应式，高、低压涡轮各1级。高压转子为刚性连接，支承在两个支点上；打压转子由部分组成，各个部分之间用销钉连接，支撑在4个支点上。 先进技术： 进气匣为全钛结构，有23个可变弯度的进口导流叶片； 风扇和高压压气机才、广泛采用钛合金结构，转子的级间采用了电子束焊； 高压压气机有三级可调静子叶片，所有9级工作叶片均为环形燕尾形榫头； 环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴； 高压压气机不带冠，榫头处带有减震器，低压涡轮叶片带冠； 涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气—空气换热器，可使冷却空气降温125~210℃，加强了冷却效果； 加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障； 收敛—扩张喷管有亚音速、超音速调节片及密封片各16片组成； 排气方式为内、外涵道混合排气； 燃油控制系统为监控型电子控制，模拟式电子控制装置—综合调节器提供超限保护，提高了控制精度；发动机全流程几何通道控制系统和防喘系统使发动机稳定工作范围扩大，工作可靠性提高； 附件传动装置中游恒速传动装置。 3、ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些优点？ ALF502发动机是为商用短程及支线客机发展的小推力级别高涵道比双子涡轮风扇发动机。 优点： 该发动机采用单元体设计，整台发动机由4个单元体组成，每个单元体在出厂前都经过平衡，可以直