面向對象的方法在機械故障診斷系統中的應用

發布時間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數:627

作者：上海交通大學自動化系張苗苗謝劍英合肥工業大學電氣工程系方敏來源：《電子技術應用》

面向對象的方法在機械故障診斷系統中的應用

摘要：針對機械設備的故障診斷，應用面向對象的方法和技術簡化了復雜系統的設計，提高了知識的表達能力和診斷效率。

關鍵詞：面向對象建模知識庫消息傳遞故障診斷

面向對象的方法作為一種新的程序設計思想和認知方法學引起了人們廣泛的重視。其基本特征有：信息隱蔽（或封裝）、數據抽象、動態鏈接和繼承。面向對象的程序具有模塊化、表達廣泛概念、默認值表達和代碼復用等特點。面向對象編程使系統軟件結構和空間中對問題的描述相一致，把對應于客觀存在實體的數據和作用于實體的過程包含在一個“對象”之內，從而使對象成為比數據和過程具有更高結構層次的計算實體[1]。

診斷是在對某一研究對象的目前所處狀態及其有關參數作出判決后，得到有益的信息，進而對所研究對象的運行情況作出正確與否的結論。對于復雜系統的診斷問題，診斷過程復雜，診斷知識多樣。而采用面向對象的技術則可以使故障診斷系統具有良好的可擴充性和可重用性，便于從現實事物對象提取系統抽象模型，實現復雜系統的設計；并且有利于實現系統對故障知識進行層次表示和混合表達，提高系統故障診斷效率。可以說，面向對象的技術在故障診斷系統的設計及實現中得到了充分的體現。下面結合所研制的故障診斷系統對此作以描述。此系統由軟、硬件實現，主要是有目的地采集相關信息，用適當的分析方法提取有意義的特征；并應用診斷知識與合適的分析策略，分析出系統中故障的部位及原因，并加以定量描述；最后作出診斷決策和狀態預測，實現采用了面向對象的分析和編程方法。主要包括數據采集、信號分析、診斷對象建模、神經網絡建模、診斷等模塊。

１面向對象的基本特征[1][3][5][6]

１．１層次性

面向對象方法學認為對象都可由相對簡單的對象經層層組合而成，因此復雜對象可按其結構抽象分解關系組成層次結構，這樣可把復雜系統看成是一個由有限的結構元素按一定規律聚合而成的系統，系統的元素是子系統，子系統的元素可以是更深層次的子系統，如此類推，直至把元素表示為某一具體的物理零件。現以ce6140型車床的結構分解來說明這種層次結構，示意圖如圖1所示。同樣，復雜系統的故障也具有層次關系，這樣可深入到基本結構元素，找到引起故障的最終原因，如圖２所示。因此，基于機床這一復雜診斷對象的層次特性，可對其進行結構分解和故障分解，以逐步細化縮小故障范圍，降低診斷問題求解的復雜性，提高診斷的準確性和靈活性。

由于機械設備機構和故障的層次性與面向對象技術中的對象的繼承性和層次性相對應，因此設備診斷對象的構成適合采用面向對象的方法。在機械設備中，如果設備的元素或系統有故障，則所有包含這個元素的上級設備子系統直至設備本身也有故障。而當上一級設備元素有故障，則此故障必源于下一級相應的元素或聯系的故障[2]。

１．２類和實例

在面向對象方法學中，所有對象都是類的實例。對象類是建立在對象概念基礎上，由類所描述的對象即稱為類的實例。類是實例的模板，也是數據的抽象；實例是類的一個個體。設備的基本元件有齒輪、軸、軸承等。可分別設計類，包含其屬性描述和功能描述。如齒輪類聲明如下：

tgeartool：public tboxtool{ ／／從tboxtool繼承

public:

tgeartool():tboxtool(″″);　

tgeartool(char*name):tboxtool(name);／／運用多態性技術

～tgeartool(); ／／析構函數

virtual void drawobject(tdc＆);　 ／／畫齒輪

bool oprrator ＝＝(const tgeartool＆ other) const;

gearparam gearparam; ／／齒輪屬性

protected:

friend ostream＆ operator ＜＜(ostream＆ os,const tgeartool＆ tool); ／／運用流類的輸入來保存永久對象

friend istream＆ operator＞＞(istream＆is,tgeartool＆ tool); ／／運用流類的輸出打開永久對象

．．．．．．

};