一、專家系統(tǒng)基本原理
一般認(rèn)為，專家系統(tǒng)是一個或一組能在某些特定領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用大量的專家知識和推理方法求解復(fù)雜問題的一種人工智能計算機程序。一般專家系統(tǒng)如圖8-2所示。
它主要包括兩大部分，即知識庫和推理機。其中知識庫中存放著求解問題所需的知識，推理機負(fù)責(zé)使用知識庫中的知識去解決實際問題。知識庫的建造需要知識工程師和領(lǐng)域?qū)＜蚁嗷ズ献靼杨I(lǐng)域?qū)＜翌^腦中的知識整理出來，并用系統(tǒng)的知識方法存放在知識庫中。當(dāng)解決問題時，用戶為系統(tǒng)提供一些已知數(shù)據(jù)，并可從系統(tǒng)處獲得專家水平的結(jié)論。
由此可見，專家系統(tǒng)具有相當(dāng)數(shù)量的權(quán)威性知識，能夠采取一定的策略，運用專家知識進(jìn)行推理，解決人們在通常條件下難以解決的問題。它克服了專家缺少，其知識昂貴，難于永久保存以及專家在解決問題時易受心理、環(huán)境等因素影響而使臨場發(fā)揮不好等缺點。因此，專家系統(tǒng)自從問世以來，發(fā)展非常迅速，目前專家系統(tǒng)已經(jīng)成為人工智能應(yīng)用最活躍和最成功的領(lǐng)域。經(jīng)過多年的努力，其應(yīng)用范疇已遍及各個領(lǐng)域，如疾病診斷、探礦、設(shè)計、制造、自動控制、生產(chǎn)過程監(jiān)視，取得了極大的經(jīng)濟效益，并獲得了許多新的進(jìn)展。
二、 數(shù)控機床故障診斷專家系統(tǒng)
從數(shù)控機床故障診斷的內(nèi)容看，故障診斷專家系統(tǒng)具體可以用于以下三個方面：
(1) 故障監(jiān)測。
(2) 故障分析。
(3) 決策處理。
一個完整的故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)是圖8—3所示結(jié)構(gòu)。該圖中各功能模塊
(1)數(shù)據(jù)庫。用于存故監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)的、便于測量的也是必要的測量數(shù)據(jù)；用于實時監(jiān)測系統(tǒng)工作正常與否。對于離線分析，數(shù)據(jù)庫可根據(jù)推理需要，人為輸入。
(2) 知識庫?？梢远x為便于使用和管理的形式組織起來的用于問題求解的知識的集合。通常知識庫具有兩方面的知識內(nèi)容：一方面是針對具體的系統(tǒng)而言，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障現(xiàn)象，每個故障現(xiàn)象都是由哪些原因引起的，各種原因引起該故障現(xiàn)象可能性大小的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，判斷每一故障是否發(fā)生的一些充分及必要條件等；另一方面是針對系統(tǒng)中一般的設(shè)備儀器故障診斷的專家經(jīng)驗，內(nèi)容與前面相仿?；谶@兩方面內(nèi)容，知識庫還包含有系統(tǒng)規(guī)則，這些規(guī)則大多是關(guān)于具體系統(tǒng)或通用設(shè)備有關(guān)因果關(guān)系的邏輯法則。所以真實反映對象系統(tǒng)的知識庫的建立是專家系統(tǒng)進(jìn)行快速有效的故障診斷的前提。知識庫是專家系統(tǒng)的核心內(nèi)容，知識庫內(nèi)容，如故障現(xiàn)象對應(yīng)關(guān)系規(guī)則的建立，有些在理論上是嚴(yán)格的，有些則取決于該領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗。
(3) 知識庫的管理。建立和維護知識庫，并能根據(jù)運行的中間結(jié)果及知識獲取程序結(jié)果及時修改和增刪知識庫，對知識庫進(jìn)行一致性檢驗。
(4) 人機接口系統(tǒng)?？蓪⑾到y(tǒng)運行過程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障后觀察到的現(xiàn)象或系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整或變化后的信息輸入到知識庫獲取模塊，或?qū)⑿碌慕?jīng)驗輸入，以實時調(diào)整知識庫。還可通過人機接口啟動解釋系統(tǒng)工作。
(5) 推理機制。在數(shù)據(jù)庫和知識庫的基礎(chǔ)上，綜合運用各種規(guī)則，進(jìn)行一系列推理來盡快尋找故障源。
(6) 解釋系統(tǒng)?？梢越忉尭鞣N診斷結(jié)果的推理實現(xiàn)過程，并能解釋索取各種信息的必要性等。解釋系統(tǒng)是專家系統(tǒng)區(qū)別于系統(tǒng)方法的顯著特征，它能把程序設(shè)計者的思想及專家的推理思想顯示給用戶。
(7) 控制部分。使用各部分功能塊協(xié)調(diào)工作，在時序上進(jìn)行安排和控制。對于在線實時診斷系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是實時檢測到的目前系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)。對于離線診斷，則數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容可以是保存的故障發(fā)生時檢測到的數(shù)據(jù)，也可以是人為檢測的一些特征數(shù)據(jù)。人機接口系統(tǒng)可為知識庫提供系統(tǒng)實時運行時，或發(fā)生故障時觀察到的一些事實現(xiàn)象。專家系統(tǒng)診斷程序在知識庫和數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，通過推理機制，綜合利用各種規(guī)則，必要時還可調(diào)用各種應(yīng)用程序，并在運行時向用戶索取必要的信息，可盡快地直接找到最后故障，或最有可能的故障，再由人確定最后故障。