Xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ ô tô TS. Nguyễn văn bang Bộ môn Cơ khí ôtô Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Báo cáo trình by phơng pháp xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ xăng ô tô, khẳng định tính khả thi của hệ chuyên gia đã xây dựng. Summary: The article presents a method of building expert system assisting in diagnosing technical status of the automobile gasoline engines, aknowledging the feasibility the expert system built. Hệ chuyên gia (expert system) là hệ máy tính gồm các thuật toán thực hiện một nhiệm vụ nghề nghiệp chuyên môn, thờng khó khăn ở mức (hoặc đôi khi quá mức) của một chuyên gia. Các chuyên gia giải bài toán nhờ sử dụng tổ hợp tri thức có thực và khả năng lập luận. ở hệ chuyên gia, hai điểm cốt yếu đó nằm trong hai thành phần tách riêng nhng có liên quan chặt chẽ với nhau là cơ sở tri thức và cơ chế suy diễn. Cơ sở tri thức cung cấp các sự kiện và quy tắc riêng về chủ đề và cơ chế suy diễn cung cấp khả năng lập luận để rút ra các kết luận. Các hệ chuyên gia cũng cho những công cụ bổ sung dới dạng các giao diện với ngời sử dụng và các phơng tiện giải thích [1]. Vẻ hấp dẫn của một hệ chuyên gia dựa trên khả năng sẵn sàng và khả năng thích ứng của nó. Không giống nh chuyên gia ngời cần phải ăn, ngủ, giải trí, nghỉ ngơi, hệ chuyên gia luôn sẵn sàng để sử dụng 24 giờ/ngày, với mọi ngày trong năm. Có thể lập đợc rất nhiều hệ chuyên gia trong khi số chuyên gia ngời có hạn. Hơn nữa, không phải nh ngời, hệ chuyên gia không bao giờ chết. Tri thức của hệ chuyên gia có thể dễ dàng sao chép lu giữ, trong khi khó mà lấy đợc vĩnh viễn tri thức của một chuyên gia. Một u thế nữa của hệ chuyên gia là nó không có cá tính. Nh ta đã thấy cá tính không phải khi nào cũng tơng thích. Nếu bạn không a một chuyên gia nào đó thì bạn sẽ rất miễn cỡng sử dụng tri thức của họ. Tình huống ngợc lại cũng đúng. Một chuyên gia ngời nếu không thích bạn thì sẽ không đa ra những thông tin tin cậy. Các bớc để xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô nh sau: Xây dựng ma trận chẩn đoán; Xây dựng tập luận; Xây dựng chơng trình cho máy tính. Để minh hoạ, chúng ta chọn đối tợng chẩn đoán là động cơ xăng ô tô. Ma trận chẩn đoán gồm 9 cột 8 hàng (Bảng 1) [2]. Các h hỏng đợc lựa chọn: X 1 - Mòn các chi tiết nhóm piston xi lanh (vòng găng và xi lanh); X 2 - Mòn cổ trục, cổ biên và các bạc lót; X 3 - Mòn các chi tiết cơ cấu phối khí. Chủ yếu xét đến mòn bạc và cổ trục cam mòn vành và đế xuppáp; X 4 - Hỏng gioăng quy lát; X 5 - Hỏng gioăng ống nạp; X 6 - Hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu. Chủ yếu xét đến lợng xăng cung cấp không đủ hoặc quá nhiều; X 7 - Hỏng hệ thống bôi trơn (áp suất dầu bôi trơn giảm); X 8 - Hỏng hệ thống làm mát (hỏng chức năng làm mát làm động cơ nóng lên); X 9 - Hỏng hệ thống đánh lửa (lửa yếu hoặc đánh lửa không đúng thời điểm). Trên đây là những h hỏng lớn của động cơ, quyết định đến tính năng động lực và kinh tế của ô tô. Các thông số chẩn đoán (triệu chứng) đợc lựa chọn trên cơ sở lập luận sau: - Công suất động cơ và lợng tiêu thụ nhiên liệu là những thông số hiệu quả, đặc trng cho tình trạng kỹ thuật của hầu hết các cụm, hệ thống, bộ phận cấu thành đông cơ. Trong quá trình sử dụng, tình trạng kỹ thuật của các cụm, hệ thống bị biến xấu, làm giảm công suất của động cơ và tăng lợng tiêu thụ nhiên liệu. Đây là hai thông số chẩn đoán quan trọng để đánh giá tình trạng kỹ thuật tổng quát của động cơ. Các thông số chẩn đoán này giúp ta phân biệt ngay đợc động cơ nào còn tốt, động cơ nào cần chẩn đoán tiếp để phát hiện bệnh cụ thể. tổng quát của động cơ. Các thông số chẩn đoán này giúp ta phân biệt ngay đợc động cơ nào còn tốt, động cơ nào cần chẩn đoán tiếp để phát hiện bệnh cụ thể. - Nhóm các thông số chẩn đoán thứ hai ta quan tâm là các thông số biểu hiện rõ nét ra bên ngoài, dễ nhận biết ngay bằng trực quan, bằng thiết bị, dụng cụ đồng hồ đo đợc trang bị sẵn trên ô tô và các dụng cụ thiết bị khác. - Nhóm các thông số chẩn đoán thứ hai ta quan tâm là các thông số biểu hiện rõ nét ra bên ngoài, dễ nhận biết ngay bằng trực quan, bằng thiết bị, dụng cụ đồng hồ đo đợc trang bị sẵn trên ô tô và các dụng cụ thiết bị khác. STT H hỏng Triệu chứng Mòn các chi tiết nhóm piston - xi lanh (X 1 ) Mòn các chi tiết nhóm trục khuỷu - thanh truyền (X 2 ) Mòn các chi tiết cơ cấu phối khí (X 3 ) Hỏng gioăng quy lát (X 4 ) Hỏng gioăng ống nạp (X 5 ) Hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu (X 6 ) Hỏng hệ thống bôi trơn (X 7 ) Hỏng hệ thống làm mát (X 8 ) Hỏng hệ thống đánh lửa (X 9 ) 1 Giảm công suất (S 1 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 Tăng lợng tiêu thụ nhiên liệu (S 2 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 Máy nóng (S 3 ) 0 1 1 1 0 1 1 1 1 4 Thay đổi thành phần hoá học, màu sắc khí thải (S 4 ) 1 0 1 1 1 1 0 0 1 5 Giảm áp suất cuối kỹ nén (S 5 ) 1 0 1 1 0 1 0 0 0 6 Giảm độ chân không trong đờng ống nạp (S 6 ) 1 0 1 1 1 0 0 0 0 7 Giảm áp suất dầu bôi trơn (S 7 ) 0 1 1 0 0 0 1 0 0 8 Tăng lợng lọt hơi xuống cácte (S 8 ) 1 0 0 0 0 0 1 0 0 Bảng 1. Ma trận chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ xăng ôtô " Trên cơ sở phân tích ta chọn các thông số chẩn đoán sau: S 1 - Giảm công suất; S 2 - Tăng lợng tiêu thụ nhiên liệu; S 3 - Máy nóng; S 4 - Thay đổi thành phần hoá học, màu sắc khí thải; S 5 - Giảm áp suất cuối kỳ nén; S 6 - Giảm độ chân không trong đờng ống nạp; S 7 - Giảm áp suất dầu bôi trơn; S 8 - Tăng lợng lọt hơi xuống cacte. Bảng ma trận chẩn đoán biểu thị mối quan hệ giữa các thông số kết cấu (h hỏng) và các thông số chẩn đoán (triệu chứng). Trong bảng này hàng ngang là các thông số chẩn đoán S i , cột dọc là các thông số kết cấu X j . Giao điểm giữa các hàng và cột có giá trị 1 nếu chúng có quan hệvới nhau và có giá trị 0 nếu chúng không có quan hệ. Từ ma trận chẩn đoán, ta xây dựng tập luận để tạo điều kiện xử lý thông tin bằng máy tính. Tập luận phải đảm bảo các yêu cầu: - Xem xét hết các khả năng h hỏng của đối tợng chẩn đoán; - Thể hiện đúng mối quan hệ giữa các triệu chứng và các h hỏng; - Loại trừ các thông tin thừa. Các thông tin thừa dễ dẫn đến kết quả chẩn đoán sai, thậm trí không thể đa ra kết quả chẩn đoán cuối cùng. Khi xây dựng tập luật đã sử dụng phơng pháp suy diễn loại trừ với các bớc nh sau: - Tối thiểu hoá ma trận nguồn: Trong ma trận nguồn (bảng 1) có 9 cột đều khác nhau về điều kiện 0 và 1 vì vậy ta giữ nguyên; có 2 dòng (S 1 và S 2 ) có các điều kiện 0 và 1 giống nhau nên gộp làm một. Ma trận tối thiểu còn 7 dòng và 9 cột. Xếp thứ tự các dòng theo nguyên tắc: triệu chứng nào biểu hiện nhiều bệnh thì xếp lên trên, triệu chứng biểu hiện ít bệnh nhất xếp ở hàng cuối cùng. - Xây dựng cây quyết định có gốc là S 1 (hoặc S 2 ), các nút tơng ứng với các triệu chứng trong ma trận tối thiểu, mỗi nút có hai nhánh có và không xuất hiện triệu chứng đó (C,K), h hỏng ở bộ phận nào thể hiện ở các lá (hình 1) [2]. Hình 1. Cây quyết định chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ xăng ôtô Từ cây quyết định ta có tập luật gồm 18 luật. Mỗi luật là một đờng di trong cây từ gốc tới lá. Ví dụ: Luật thứ nhất: Nếu S 1 (hoặc S 2 ) không xuất hiện thì động cơ tốt nghĩ là nếu động cơ không bị giảm công suất (hoặc không tăng lợng tiêu thụ nhiên liệu) thì trạng thái kỹ thuật là tốt. Luật thứ bảy: nếu S 1 (hoặc S 2 ), S 3 , S 4 có xuất hiện; S 5 , S 6 , S 7 không xuất hiện thì chắc chắn xuất hiện X 9 và có khả năng xuất hiện cả X 8 nghĩa là nếu động cơ bị giảm công suất (hoặc tăng lợng tiêu thụ nhiên liệu), bị nóng, có thay đổi thành phần hoá học, màu sắc khí thải, không giảm áp suất dầu bôi trơn, không giảm áp suất cuối kỳ nén, không giảm độ chân không trong đờng ống nạp thì chắc chắn bị hỏng hệ thống đánh lửa có khả năng h hỏng hệ thống làm mát. Luật thứ 18: nếu S 1 (hoặc S 2 ), S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , S 7 , S 8 có xuất hiện thì động cơ hỏng hoàn toàn - nghĩa là nếu xuất hiện cả 8 triệu chứng trong ma trận chẩn đoán thì động cơ không có khả năng làm việc. Trên cơ sở tập luật, ta xây dựng chơng trình cho máy tính bằng ngôn ngữ Delphi. Khi chẩn đoán, trên màn hình hiện hai menu ở góc trên bên trái: Chức năng, Giúp đỡ (hình 2). Menu Chức năng có ba chức năng sau: - Chẩn đoán mới; - Cấu hình máy in; - Thoát khỏi chơng trình; Khi chọn chức năng Chẩn đoán mới trên màn hình sẽ hiện nên các câu hỏi xe của bạn có bị các triệu chứng sau không?. Ngời sử dụng sẽ lần lợt trả lời Có hoặc Không. Quá trình hỏi đáp sẽ dừng lại khi hệ thống suy diễn trên cơ sở tri thức đa ra kết quả chẩn đoán, chúng ta có thể thoát khỏi chơng trình hoặc báo cáo kết quả. Hình 2. Giao diện giữa ngời v máy Kết luận Trong những năm gần đây, số hệ chuyên gia đợc áp dụng vào thực tiễn tăng lên đáng kể. Các lĩnh vực mà hệ chuyên gia xâm nhập rất đa dạng trong đó có lĩnh vực chẩn đoán h hỏng của thiết bị máy móc. Hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ ôtô theo nội dung của bài báo này tuy khả thi nhng còn rất sơ sài, cần đợc hoàn chỉnh hơn nữa về cả bề rộng lẫn chiều sâu để vừa đảm bảo tính khoa học và tính thực tiễn. Tài liệu tham khảo [1]. Phạm Thanh Thuý. Trí tuệ nhân tạo. NXB giáo dục, Hà Nội,1996. [2]. Bùi Quang Vinh. Nghiên cứu xây dựng cơ sở tri thức của hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô. Luận văn thạc sỹ KHKT, Hà Nội, 1998. [3]. Ngô Thnh Bắc, Nguyễn Xuân Phú. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ôtô. NXB KHKT, Hà Nội, 1994 . Xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ ô tô TS. Nguyễn văn bang Bộ môn Cơ khí ôtô Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Báo cáo trình by. Một chuyên gia ngời nếu không thích bạn thì sẽ không đa ra những thông tin tin cậy. Các bớc để xây dựng hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô nh sau: Xây dựng ma trận chẩn. mà hệ chuyên gia xâm nhập rất đa dạng trong đó có lĩnh vực chẩn đoán h hỏng của thiết bị máy móc. Hệ chuyên gia trợ giúp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ ôtô theo nội dung của bài báo