黄易 崔健
航空工业西飞 陕西省西安市 710089
摘要：介绍故障树分析法和知识表示的分类、特征、工作过程，阐述了知识表示方法的重要性，重点介绍了产生式表示法的原理、优点，提出基于故障树分析的知识表示的流程和方法，为知识应用奠定了良好的基础。
关键词：知识表示；产生式；故障树分析
1.故障树分析
故障树分析法（Fault Tree Analysis，即FTA）是一种很重要的故障诊断方法。诊断时，定性分析各种故障原因，绘制成树状图，在可能导致系统故障的部位、原因和分析结果等事件间使用标准的逻辑符号（与、或等）表示，表述各事件的逻辑因果关系。这样就能清晰地看出故障传递过程，快速找到故障原因，识别出潜在的故障隐患，降低复杂系统中可能的风险。
另外，还可以对故障树进行定量分析，引入故障模式危害度的概念，对每条故障模式进行危害程度的优先排序，从单一故障概率计算组合后的概率，针对性采取措施，使系统的可靠性得以提升。
2.知识表示
知识是人类在实践中所积累的认识和经验的总和。如今，人工智能领域应用广泛，知识就是人工智能系统最基础也是非常重要的部分。
知识的表示就是对知识的一种描述，或者说是对知识的一组约定，使知识符号化、形式化。从计算机科学的角度，知识的表示研究计算机表示知识的可行性、有效性的一般方法，描述计算机可以接受的知识，把人类知识表示成机器能处理的数据结构和系统控制结构的策略。
在一个完整的知识表示过程中，首先设计者针对各种类型的问题设计多种知识表示方法；然后表示方法的使用者选用合适的表示方法表示某类知识；最后知识的使用者使用或学习经过表示方法处理后的知识。在知识的表示中，隐性知识被转化为显性知识，或者说知识由一种表示形式被转化成另一种表示形式。
知识表示有几个特征：透明性，所表示的知识易读、易懂；可访问性，所表示的知识能方便的访问；可扩充性，所表示的知识易于增补、丰富。
3.知识表示方法
知识表示方法能给我们清晰、简洁又便于理解的数据结构方式。首先，我们选择的知识表示方法表示的知识模式，要便于我们自己去认识和理解，这样人工智能系统的用户、知识工程师才有可能接受消化这种知识模式。如果选用的知识表示方法不符合普通人的思维习惯，也不便于在计算机系统上实现，那我们的一切工作便化为泡影，失去了实际利用的价值。
常见的知识表示方法有逻辑表示法、产生式表示法、框架表示法、面向对象表示法、语义网表示法、神经网络表示法等。其中效果最好的是产生式表示法，其它表示方法单独使用的不多，大多是以产生式规则为主体增加和扩展语义、框架等。
产生式表示法使用“若…则…”语句，可以典型地表达为IF[premise]THEN[conclusion]，还可以演变为IF OR THEN或IF THEN ELSE等。“若”可以是一个条件，也可以是多个条件；“则”可以是一个结论，也可以是多个结论。这种方法可以简单理解为：如果前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。
相比其他方法，产生式表示法尤其适用于较容易形成因果关系的系统。产生式规则表示法的原理就是从某初始事实出发，采用模式匹配技术寻找合适的规则。如果代入已知事实后，规则的前提为真，那么该规则可用，得到新的事实，依次类推，最终形成结论。
产生式表示法的优点非常明显：首先，产生式规则有统一形式，各规则松散地连接、组织在一起，较为独立，便于随时对知识进行扩展、修改、管理。其次，这种规则接近于人的思维方式，表示直观、自然，便于推理，通俗易懂。再就是很灵活，它可以表示确定性知识、不确定性知识，还可以表示启发性知识。不过，它有执行效率低的缺点。如果规则库非常庞大，系统匹配规则需要很长时间，效率不高的同时可能引起组合爆炸。
4.基于故障分析法的知识表示
基于故障树分析的故障知识存在一系列的因果关系特征，故障事件和故障基本影响事件之间有明显的层次性关联，即知识库结论和知识库规则前提之间有层层递进的关系，某一个知识库的结论可以作为另一个知识规则的前提。这种相互之间的关联关系，直接联系到用产生式表示法来表示故障知识，类似于用条件推导出结论，如果条件发生，则有对应的结论。
通过产生式表示法，对故障树划分得到不同的故障模式，使用最小割集法，从故障顶事件逐步向下分析，求解得到最小的故障模式，简化、优化后，最小的故障模式就形成了一条或多条规则，条件和结论之间由and、or等进行连接，即“与门”、“或门”。每一个简化后的最基本故障树模型的“与”、“或”门都对应一条或者多条规则，如图1。知识的产生式表示流程见图2。
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以“正常刹车系统刹车压力小”故障为例，从顶事件往下，可以分析得到“刹车片长期使用磨损变薄”等5个底事件。通过收集相关资料上的知识和操作人员的使用维护经验，加以整理得到故障的原因、排除方法和相关解释内容，设计故障规则表，将该故障的知识表示出来，如表1。“故障原因”栏代表产生式规则中的前提条件，“故障现象”栏代表知识的结论，“排除方法”栏代表产生式规则中提问内容的具体描述。
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因此，“正常刹车系统刹车压力小”故障知识表示为：若“刹车片长期使用磨损变薄”，或“刹车管路气塞”，或“减压活门内漏”，或“减压活门调整不当”，或“电子防滑刹车系统故障”，则“正常刹车压力小”。
5.结论
知识按故障树分析后形成故障知识规则，容易形成因果关系，而且故障顶事件展开分析得到底事件属于确定性问题，最合适的知识表示方法是产生式规则表示法。但是对于不确定性的问题，需要将产生式表示法与诸如框架、神经网络等其它表示方法结合起来，形成混合表示方法。
知识的表示方法多种多样，在实际使用中应该根据使用知识的系统的要求和特点，正确选择知识的表示方法，人工智能系统才能利用这些知识进行更高效的推理和判断。