電梯安全評價數據庫的建立分析

邵永青

（同濟大學機械與能源工程學院，上海 200092）

隨著社會現代化發展進程的不斷推進，高樓大廈林立成為現代文明的重要標志。而電梯作為提高人民生活質量和工作效率的重要交通工具，已成為生活和工作中不可或缺的組成部分。電梯行業的高速發展，涉及的學科及領域范圍甚廣，是技術密集型產業。隨著對電梯性能要求的越來越高，電梯的安全性、舒適性及高效性成為評價電梯的重要判定標準。電梯控制系統是電梯的核心組成，其控制性能的優劣將直接影響電梯的綜合性能指標。電梯故障診斷及分析過程相對繁瑣，耗費大量人力、物力和財力。因此，智能化電梯專家系統作為一種電梯故障高效診斷及分析系統，能夠大幅減少人工成本，提高電梯工程師的工作效率。

1 電梯控制系統故障分析及診斷

1.1 電梯控制系統分析

電梯控制系統是電梯系統的重要組成部分，主要用于控制電梯門的開合、電梯的運行方向、電梯制動、電梯主驅動控制及電梯安全保護等環節。明確電梯的工作流程及電梯控制系統的運行模式對診斷電梯故障、分析電梯故障原因具有重要意義。

用戶在乘坐電梯的過程中，電梯控制系統進行了一系列的技術指令：①登記用戶樓層指令（內選或層外召喚）；②控制電梯門的開啟或閉合；③控制電梯啟動加速；④電梯滿速或中間分速運行；⑤到達目的樓層前預置距離點進行減速制動；⑥控制電梯門開啟。在整個電梯運動過程中，根據電梯的狀態控制系統主要進行響應召喚、基于召喚輸出運動方向、基于位置響應速度信號、消除召喚命令并控制電梯門狀態、判斷電梯是否超載及電梯超載執行等命令。

1.2 專家系統故障分析

電梯運行過程中，因設置程序問題或設備硬件問題等，會產生一系列故障。針對電梯故障進行診斷分析，并對電梯故障的嚴重程度、故障發生頻率及可能引起的后果進行分類，即電梯故障模式及后果處理。故障分析權衡的準則是預防該故障的費用要低于故障排除的費用。通過對電梯控制系統的故障診斷及后果分析易知，其故障具有復雜性、不確定性、層次性及相關性等特點。

電梯控制專家系統是人工智能領域的一項重要應用，利用存儲于計算機內的專家知識以人類專家的模式來解決實際問題。優良的專家控制系統，能夠模擬人類的思維進行問題診斷、處理，還可進行學習更新。其核心組成部分為知識庫模塊、推理機制、綜合數據庫、解釋接口、知識獲取入口及人機接口。由于計算機強大的計算、存儲及邏輯判斷能力，功能強大的專家控制系統可解決人類專家都無法解決的問題。

2 電梯控制專家系統的建立及實現

電梯可能出現故障的原因很多，類型也多種多樣。故障診斷專家系統是電梯控制系統的核心，在電梯運行過程中監測電梯運行狀態，發現電梯故障及時分析診斷。因此，人類專家知識的錄入及對知識數據的有效處理是專家系統分析診斷電梯故障的前提。

2.1 電梯專家系統知識獲取

操作人員盡可能將所有故障的情況及原因分析、教科書記載及人工經驗等知識以數據庫的形式存入專家系統。對于智能專家系統而言，其知識的獲取就是將知識抽離出來且轉化成計算機能夠識別的信號。概況來講，專家系統的知識獲取可分為5個步驟：知識的確定階段、概念化階段、形式化階段、實現階段及測試階段。

知識確定階段是指程序參與人員明確電梯故障及故障解決方案。概念化階段是對知識確定階段的詳細描述及說明，確定將相關領域知識進行抽離，組建知識庫及推理機制。形式化階段是在概念化階段的基礎上，明確問題、信息流程、推理策略等，確定數據處理的結構。實現階段是在形式化階段的基礎上，將知識轉化成計算機可以識別并理解的模式，確保計算機能夠明確知識指令，形成專家控制系統的原型系統。測試及完善階段是對已生產的原型系統進行測試，判斷系統的局限性及不完整性，并針對存在的問題能夠取長補短，進一步完善系統的功能。

2.2 電梯故障診斷知識表示

專家系統基于錄入的工程專家、書籍及人工經驗等知識，對問題進行邏輯判斷的前提是知識的有效識別及判斷。因此，專業知識是專家系統能夠運行的重要基礎。知識的表示具有完備性、一致性、準確性，其方法具有多樣性及差異性等特點，同一知識不同的表示方法，反饋效果可能會不一致。因此，迄今為止，尚未研究出一種通用、完善的知識表示模式。對于電梯故障知識的表示而言，在進行知識表示時要充分考慮到知識的可理解性、可訪問性及可解釋性，便于專家系統基于知識做出診斷分析及用戶信息反饋。

2.3 故障推理策略分析

電梯故障進行診斷分析是專家控制系統的核心內容。電梯控制系統端口的狀態變化存在嚴格的時序，不正確的端口狀態可能導致多種多樣的故障情況。因此，為達到高效故障推理的目的，目前常采用故障樹深度優化查找法和狀態空間轉移法。

（1）故障樹深度優化查找法

故障樹每個節點處衍生出多個子樹，在進行數據存儲時采用多重鏈表的形式，各節點有多個指針域，當進行故障分析時可根據邏輯判斷進行調用及信息反饋。

（2）狀態空間轉移法

狀態空間轉移法即將電梯控制系統的不同情況進行表述，并通過狀態的轉移表達電梯系統的運行狀態。

2.4 專家系統解釋機制

電梯系統中的解釋模塊從上世紀70年代建立以來，受重視程度越來越明顯。專家系統的解釋功能作為電梯控制系統的重要特性之一，對于推廣應用具有重要意義。解釋系統不僅可以提高專家系統的可接受性，同時在系統的自身構建、測試維護等過程中發揮著重要作用。其功能主要可分為3個方面。

（1）檢索知識庫、跟蹤記錄專家系統運行，輔助發現數據庫知識錯誤的功能。

（2）對用戶使用情況作出反饋，給出合理的推理及過程，提高專家系統使用信賴度。

（3）對非專業人員提供簡單知識培訓，確保用戶可以掌握該行業的基本知識。

3 電梯控制系統故障診斷系統數據庫建立

3.1 數據庫系統設計

專家控制系統作為一個實時數據采集、分析及反饋的動態系統，需要對數據采集卡與系統端口建立靈活對應關系。因此，需要設計數據庫對各類數據及信息進行管理。所設計的數據庫需具備以下功能。（1）建立數據采集卡與專家系統端口對應關系。（2）端口及相關信息的說明。（3）電梯控制系統的狀態。（4）故障信息的記錄及數據分析。（5）測試結果的管理。（6）生成測試報告及信息報表。

3.2 數據庫的管理及維護

動態專家系統的數據庫要對數據進行及時的管理、更新和維護，包括對數據的添加、刪除、查詢及結果報表顯示等內容。（1）數據的添加主要是將實時的交互數據寫入實時數據庫，防止數據太多、訪問量大導致數據庫系統變慢。（2）數據的刪除主要是防止測試次數過多導致數據的溢出。（3）數據的查詢功能主要是通過輸入測試日期、測試編號等信息，對測試結果進行查詢及顯示。（4）結果報表顯示主要是生成測試結果報表及顯示電梯故障信息報表，便于故障的分析判斷。

4 結語

電梯控制專家系統的設計涉及多學科交叉領域，具備較高的技術含量，是確保電梯運行正常的重要環節。專家系統通過構建數據庫，學習、判斷電梯相關知識，為電梯故障診斷分析奠定基礎。在解放人力的同時，可大幅提高電梯的使用效率及安全性，降低電梯的運行維護成本。

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