模糊Petri網(wǎng)在航站樓電子系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)的電子系統(tǒng)日趨復(fù)雜,一方面設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多,另一方面復(fù)雜程度越來(lái)越高,這使得系統(tǒng)故障診斷變得異常困難。面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的安全管理要求,傳統(tǒng)查找設(shè)備手冊(cè)的方法時(shí)間過(guò)于漫長(zhǎng),急需一種快速診斷的方法,以最快的速度定位故障點(diǎn)。本文將Perti網(wǎng)系統(tǒng)模糊化,建立故障診斷的模糊Petri網(wǎng)模型(FPN）,用模糊Petri網(wǎng)(FPN）的模糊產(chǎn)生規(guī)則和變遷激活的可信度,分析異常行為過(guò)程之間的因果關(guān)聯(lián),并推理出故障的原因及可信度。

1原理描述

1.1模糊&Petr網(wǎng)模型

模糊Petri網(wǎng)(FPN）模型[1-3]可以用一個(gè)8元組表示,FPN=(P,7,D,I,0,f,a,8）,其中P=（P1,P2,···,Pn）是一個(gè)有限的庫(kù)所集;7=（l1,l2,···,lm）是一個(gè)有限的變遷集;D=（d1,d2,···,dn）;I:P×7二（0,1）表示輸入函數(shù),若I(p,l）=1,則表示p與l之間有聯(lián)系,此時(shí)p為l的輸入庫(kù)所,l的所有庫(kù)所集合表示為·l或I(l）;若I(p,l）=0,則p與l之間無(wú)聯(lián)系;0:7×P二（0,1）表示輸出函數(shù),若0(p,l）=1,則表示l與p之間有聯(lián)系,此時(shí)p為l的輸出庫(kù)所,l的所有庫(kù)所集合表示為l·或I(l）;若0(p,l）=0,則l與p之間無(wú)聯(lián)系;f:7二[0,1]為7的一個(gè)關(guān)聯(lián)函數(shù),表示從7至一個(gè)0到1之間的實(shí)數(shù)的映射;a:P二[0,1],表示從P至一個(gè)0到1之間的實(shí)數(shù)映射;8:P二D為P的一個(gè)關(guān)聯(lián)函數(shù),表示從P至命題集合的雙向映射。

該8元組滿足以下條件:

(1）Pu7≠0;

(2）Pn7=0;

(3）n>0,m?0。

1.2故障模糊規(guī)則的2&F描述

故障傳播是一種狀態(tài)逐步觸發(fā)的過(guò)程,一個(gè)故障狀態(tài)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致一系列故障狀態(tài)的發(fā)生。如交換機(jī)故障可能性為0.4,而交換機(jī)故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓,其可能性為0.8,則這一系列故障發(fā)生的綜合可能性為0.4×0.8=0.32。由此可見,可以由模糊產(chǎn)生式規(guī)則描述故障傳遞關(guān)系。

簡(jiǎn)單的模糊產(chǎn)生式規(guī)則有以下3種,如圖1所示:

類型一:如果故障P1為真,則P2為真,即IFP1THENP2,可信度為CF。

類型二:如果故障P1,P2,···,Pn同時(shí)為真,則Pn+1為真,即IF(P1andP2and···andPn）THENPn+1,可信度為CF。

類型三:只要故障P1,P2···,Pn有一個(gè)或多個(gè)為真,則Pn+1為真,即IF(P1orP2or···orPn）THENPn+1,可信度為CF。

2模糊&Petr網(wǎng)故障診斷實(shí)例應(yīng)用

機(jī)場(chǎng)航班信息顯示系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱FIDs）是機(jī)場(chǎng)航站樓面對(duì)旅客的主要系統(tǒng),負(fù)責(zé)為旅客及送接站人員提供全方位的信息服務(wù)。系統(tǒng)主要包括服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)、顯示系統(tǒng)。以大連機(jī)場(chǎng)某型航班顯示系統(tǒng)為例,根據(jù)系統(tǒng)組成、專家經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù),構(gòu)成如下知識(shí)庫(kù)規(guī)則:

R0:IF(IMF消息平臺(tái)故障）THEN(服務(wù)器故障）,CF=0.75;R1:IF(數(shù)據(jù)庫(kù)軟件故障）THEN(服務(wù)器故障）,CF=0.7;R2:IF(磁盤陣列故障）THEN(服務(wù)器故障）,CF=0.6;

R3:IF(HA心跳檢測(cè)故障）THEN(服務(wù)器故障）,CF=0.65;

R4:IF(小型機(jī)操作系統(tǒng)故障）THEN(服務(wù)器故障）,CF=0.55;

R5:IF(軟件BUG）THEN(客戶端軟件故障）,CF=0.75;

R6:IF(客戶端故障）THEN(客戶端軟件故障）,CF=0.9;

R7:IF(輸入性錯(cuò)誤）THEN(客戶端軟件故障）,CF=0.95;

R8:IF(網(wǎng)線故障）THEN(網(wǎng)絡(luò)故障）,CF=0.95;

R9:IF(接入層交換機(jī)故障）THEN(網(wǎng)絡(luò)故障）,CF=0.65;

R10:IF(光纖鏈路故障）THEN(網(wǎng)絡(luò)故障）,CF=0.7;

R11:IF(核心交換機(jī)故障）THEN(網(wǎng)絡(luò)故障）,CF=0.6;

R12:IF(離港信息顯示器）THEN(顯示故障）,CF=0.5;

R13:IF(值機(jī)信息顯示器）THEN(顯示故障）,CF=0.9;

R14:IF(登機(jī)信息顯示器）THEN(顯示故障）,CF=0.85;

R15:IF(行李轉(zhuǎn)盤信息顯示器）THEN(顯示故障）,CF=0.75;

R16:IF(進(jìn)港信息顯示器）THEN(顯示故障）,CF=0.55;

R17:IF(服務(wù)器故障）THEN(航班顯示系統(tǒng)故障）,CF=0.75;

R18:IF(客戶端軟件故障）THEN(航班顯示系統(tǒng)故障）,CF=0.9;

R19:IF(網(wǎng)絡(luò)故障）THEN(航班顯示系統(tǒng)故障）,CF=0.6;R20:IF(顯示故障）THEN(航班顯示系統(tǒng)故障）,CF=0.85。將以上規(guī)則用模糊佩特里網(wǎng)表示,如圖2所示。

由圖2可以確定能到達(dá)性集合Rs和立即到達(dá)性集合IRs如表1所示。

由已知"航班信息顯示系統(tǒng)故障"對(duì)應(yīng)的位置P21,反向推理可導(dǎo)致目標(biāo)庫(kù)所表示故障現(xiàn)象的起始庫(kù)所步驟如下:

(1）參照?qǐng)D1,建立Rs、IRs表,設(shè)系統(tǒng)閾值A(chǔ)為0.7。

(2）由已知故障位置為P21,只有P17、P18、P19、P20能引發(fā)P21的發(fā)生,其中CF18較大,因此首先經(jīng)過(guò)P18反向推理,并在P18位置上做出標(biāo)記,避免重復(fù)查詢。

(3）針對(duì)P18,重復(fù)進(jìn)行(2）步驟,得到P7最大并標(biāo)記,提示系統(tǒng)維護(hù)人員對(duì)輸入性錯(cuò)誤進(jìn)行檢查,P7的可信度為0.9×0.95=0.855,大于閾值0.7,推理成功。

(4）如果維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)無(wú)輸入性錯(cuò)誤,應(yīng)選擇另一條位置P18二P6,并標(biāo)記P6,其可信度為0.9×0.9=0.81,大于閾值0.7。

(5）如P6仍未發(fā)生故障,排除掉可信度小于0.7的P5,繼續(xù)選擇路徑P20二P13,并標(biāo)記P13,其可信度為0.9x0.85=0.765,大于閾值0.7。以次類推,繼續(xù)查找故障原因。

3模型算法仿真

依據(jù)上述步驟,使用MATLAB編寫自動(dòng)診斷和提示軟件,其流程圖如圖3所示,使用MATLABGUI制作界面,如圖4所示。

4結(jié)語(yǔ)

利用模糊Perti網(wǎng)模型能較好地描述和分析模糊知識(shí),推斷航站樓設(shè)備故障的邏輯關(guān)系,理清故障傳遞路徑,與傳統(tǒng)的按序查找設(shè)備手冊(cè)方法相比,該方法故障定位速度快,邏輯關(guān)系更加清楚。通過(guò)航班顯示系統(tǒng)的故障案例仿真結(jié)果,說(shuō)明使用模糊Perti網(wǎng)建立故障診斷體系是行之有效的,具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值