机械故障智能诊断系统本体建模及推理的应用研究

摘要

近年来，机械故障智能诊断系统的研究成为机械故障诊断领域的研究热点，而系统的智能化程度和诊断准确度依赖于系统知识库中知识的数量与质量以及知识的组织、分类以及更进一步的知识共享和推理。本体作为一种能在语义和知识层次上描述知识模型的建模工具，可以提供对某一领域的概念以及相互关系的概念化描述，为知识共享奠定基础，本体支持对知识信息的区分，可以实现对领域知识的层次化表示，本体中包含的类公理以及约束公理可以用于知识的推理，且现有的本体推理机可以对本体提供直接的推理服务。
　　本文主要研究如何应用本体构建机械故障智能诊断系统的知识库，使用本体推理保证知识库知识的正确性以及通过本体推理实现故障诊断的方法。具体对以下内容进行了分析和研究:
　　(1)针对机械故障诊断需求，在现有的领域本体建模方法的基础上提出了一套适用于机械故障诊断领域的本体构建方法，通过对故障领域知识的分析，提出了纵向建模方案，对故障诊断领域知识根据故障类型、故障征兆、故障原因以及故障处理方法进行分类。通过定义属性来表达故障类型、故障征兆、故障原因以及故障处理方法之间存在的复杂的对应关系，从而将故障诊断领域知识组织为具备语义关系的本体知识库。
　　(2)依据提出的机械故障诊断领域的本体构建方法以及纵向建模方案，以一类交流电动机故障为例，使用本体建模工具Protégé4.0构建了交流电动机故障诊断本体，验证了本文提出的方法的可行性。
　　(3)本文提出通过定义复合类的方法实现故障诊断，即使用OWL中的构造子对故障类型做复合类定义并将其声明为等价类，本体推理机通过对等价类的推理实现故障诊断。
　　(4)使用本体推理机对故障诊断本体进行了推理，对于推理检测出的逻辑错误提出了相应的解决方案，并通过对等价类的推理，实现了对起动故障、过热故障以及电刷等故障的诊断，其诊断结果的准确性和合理性较高。
　　结果表明，本文提出的机械故障诊断领域的本体构建及推理的方法具有可行性，为机械故障智能诊断领域的本体建模及推理的理论与方法研究提供了一条值得探索的途径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外相关研究现状

1．3 研究内容及意义

1．4 论文组织结构

1．5 小结

第二章 本体理论概述

2．1 本体基本知识

2．1．1 本体的概念

2．1．2 本体建模原语

2．1．3 本体的构建原则

2．2 本体描述语言

2．2．1 OWL语言简介及语言规范

2．2．2 OWL中的推理规则

2．3 本体建模工具Protégé简介

2．4 小结

第三章 机械故障诊断领域本体的构建方法研究

3．1 本体构建方法概述

3．1．1 本体构建的主要方法

3．1．2 本体构建方法的比较

3．2 适合机械故障诊断的本体构建方法研究

3．2．1 基于本体的故障诊断结构模型

3．2．2 机械故障诊断领域的本体构建方法

3．3 机械故障诊断领域的本体建模

3．3．1 故障诊断领域知识收集与分析

3．3．2 故障诊断领域本体纵向建模方案

3．3．3 故障诊断本体的构建

3．3．4 故障诊断本体中类的构建

3．3．5 故障本体中复合类的构建

3．4 交流电动机故障诊断本体结构

3．5 小结

第四章 机械故障智能诊断中的本体推理应用研究

4．1 本体推理概述

4．1．1 本体与描述逻辑

4．1．2 描述逻辑推理与Tableau算法

4．1．3 本体推理与本体推理机

4．2 本体推理在机械故障诊断本体中的应用

4．2．1 故障诊断本体推理

4．2．2 机械故障本体中起动故障的推理诊断

4．2．3 机械故障本体中过热故障的推理诊断

4．2．4 机械故障本体中机械性故障的推理诊断

4．3 Pellet与FaCT++推理比较分析

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录A：硕士期间发表的论文