本发明涉及为寻找工业厂矿装置的停机或误动作故障的知识基础上的诊断报告系统和方法，特别涉及一个易于正确找到产生停机或误动作的操作的异常情况的原因，从而能加速修理并使工厂恢复正常工作的寻找工业厂矿装置的停机或误动作故障的方法。 工业厂矿装置特别是化学工厂都是庞大而复杂的系统，它包括化学地、机械的、电气的设备子系统。任何一台设备的工作不正常或障碍能使工厂的产量或运行效率降低，或使整个工厂停工。因此，尽快地寻找障碍并修理它是很重要的。通常，一个化工厂的设计总包括一块可以在工厂现场安置的仪表板，用来识别适当的报警或停机情况。该仪表板包括有大量的信号灯，它们通过控制电路与化学、机械和/或电气设备子系统结成整体以响应对应于过程变量中的预定变化的异常现象，以便监测工厂运行中存在的异常情况。一个信号灯用于辨认存在的保警或停机情况，它们与工厂中每一个主要设备子系统相对应。一个警报或停机信号的发生只能说明一个或多个可能受对应于该警报或停机信号灯的主要设备子系统中的故障影响的过程变量已经超过或跌落到预定设置点范围之下。它不能具体地识别故障或者指示关于可能已经损坏的那个具体设备部件的任何线索、损坏的程度或如何进行查找该障碍及采取补救措施。这得由负责判断警报或停机情况的技术人员来完成。除了警报或停机情况的显示以外，还可利用电子设备把警报或停机信号存储到计算机存储器内及让计算机提供声音信号给操作人员发出警告和/或通过调制解调器把这种信号送到远处的服务人员。
为了帮助技术人员确定警报或停机情况故障所在，通常许多工厂公司都出版有包含寻找障碍的操作手册指南。这些指南包括通常为表格形式的可能故障表及对预期先兆、可能的原因和推荐的补救办法的扼要说明。要得到更多的信息，得参照该同一文件的其他章节、其他出版物如商品指南的内容以及包装图中的某些说明。不巧的是一旦发生了报警或停机情况，确定造成警报或工厂停机的故障并加以纠正，时间是关键的。技术人员根本没有空闲时间详尽搜索操作手册中所陈述的各种交互参照指示内容以寻找所发生的工厂警报故障所在。况且技术人员如此紧张地要解决警报或停机情况，看参考资料并不总是被认为会有成效的。不管怎样，为寻找障碍，指南中标明的材料毕竟是涉及到各种不同的信息来源，而与技术人员用于解决它们恰恰需要诊断其原因的特定的警报或停机情况的有关问题不相协调。
近些年诊断专家系统已成为可实用的，这种系统中采用“if-then（如果一则）”规则表述经挑选的人类专家对任何给定对象的推论用于诊断工具。此“if-then”规则可以由在知识采集期间从被选择的人类专家所得的知识中编制得，这一知识采集过程是专门为保存多年所取得和经过完善的用于诊断工厂设备和处理过程障碍的宝贵推断而进行的。也可以从配套资料诸如操作手册、商品指南、培训手册、流程图、故障树状逻辑图及其他这类技术文件中搜集知识来产生“if-then”规则，并对其进行编辑以产生一个基于规则的专家系统。通常这样一个专家系该利用操作人员提出多种选择的问题来判断已知障碍的可觉察到的征兆。如果现有的电子设备能自动地获得并输入某种工作的处理数据到专家系统，就可由操作者或维护技术人员回答多重选择问题来补充该自动收集到的信息。该专家系统按一个预定的推理顺序（例如后向链接和/或前向链接）来处理这些规则，并根据包含在被采集得的过程数据中的信息和/或包含在操作者对多重选择问题的回答中的信息判断问题所在，就可能对所考虑中的过程或设备故障的真正原因作出可能的回答，并建议补救行动。根据此基于规则的诊断专家系统产生的建议的可靠程度很大程度上取决于由人类专家的诊断经验翻译成为使专家系统能利用收集到的工厂生产过程的信息和/或通过服务人员提供的信息来弄清问题的一组具体的规则所取得经验的质量。因此在评估对判断问题的有用的信息方面，操作者不是一个积极的决定者，也没有机会实际精于查明可能的征兆或确认所怀疑的障碍或选择适当的补救措施。而且，如果专家系统的查询不能适当或充分地满足，那么诊断专家系统就将产生不明确和/或无用的建议，或如果服务人员提出的问题过多，其中许多不易回答，则他们多半会是失败的。因为操作者不能参与作出决定，而操作者由其应用几乎没有获得什么经验，专家系统随着时间就会成为不能令人满意的。
本发明是一种用于寻找工矿设备中生产异常情况故障的诊断方法，其中异常情况是以与影响工厂正常生产的各种故障情况相对应的警报或停机信号识别的，此方法包含以下步骤：
为对操作者提供建议及指导，使操作者能决定故障情况的原因及最有效的解决办法的知识单元按分层结构构成知识库，对于每一个被识别的故障情况都具有一组知识单元，用作提供文字的、图象的、和/或视觉的资料，这些知识单元以对应于不同级别信息的优先级顺序排列成序列，具有最高优先级的知识单元为该被识别的故障情况提供一预定数量的诊断对策，每一个对策均将一个或多个从属知识单元按级别顺序结合到较高层知识单元，并根据给予每一信息级别的优先级顺序互相结合;
把所述的知识库存储到计算机中;
为了显示，选择对应一种存在的故障情况的最高优先级知识单元;
在连接到所述计算机的一个监示器上显示所选择的最高优先级知识单元;
在所选择的最高优先级知识单元内，选择一被指明的从属知识单元，所述从属知识单元包括为将故障情况与已知造成这种故障的特定装置、部件或工作过程相关联的用户要采取的动作步骤表，并扼要提出一个或多个合适的纠正这类设备、部件或生产过程的维修行动步骤;
在所述的监示器上以相对于其较高级知识单元的分级方式显示被选择的从属知识单元;
顺序加亮度显示所述从属知识单元中欲被用户采取的每一行动步骤;
将每一个从属知识单元里每一个加亮显示的行动步骤连接到较低级别的其他知识单元，以供用户选取与每个行动步骤有关的辅助信息和建议;及
当需要时顺序显示每一个被连接的较低级别的知识单元并采取局部叠加在每一个较高级的知识单元上的分级形式，向用户提供更多的信息，以便于操作者始终都知道所显示的知识单元相对于所有被连接较高级知识单元的位置并利于排除故障情况的修复行动。
本发明也涉及到一用于寻找工矿设备生产中异常情况故障的诊断报告系统，其中该异常情况通过所影响所说正常生产的不同故障情况而触发的一个及多个警报或停机信号而被识别，所述诊断报告系统包括：
一台加以编程的包括有用来存储由分级结构的知识单元组成的知识库的存储装置的计算机，该知识单元包含了文字的、图形的和/或视觉的材料，给操作者提供建议和指南，以使操作者能确定故障情况的原因及最有效的解决办法，其中知识单元对应于不同级别信息优先级顺序而排列，而最高级知识单元为被识别的故障情况提供预定数量的诊断对策，每一个对策包括一个或多个从属知识单元，按级别顺序结合到较高级知识单元及根据被给予每一信息级别的优先级次序互相结合;
用于交互式将从属知识单元链接到它们的较高优先级的知识单元的装置;
用于有选择地显示每一个所述知识单元的装置，其中每一从属知识单元均以相对其所链接的较高级知识单元作分级显示;
当需要时用于顺序显示该知识单元链接中的每一个较低级的知识单元的装置，以促进排除故障情况的维修行动;及
用于返回到所显示的较低级知识单元所依从的任一较高级知识单元的装置。
本发明的其他优点将在下面结合附图对本发明的详细说明中表现出来，所列附图中：
图1是本发明的诊断报告系统的系统方框图;
图2（a）-2（d）说明对应于当前大量运行的制氮空气分离厂中的异常操作情况的典型的警报或停机情况的知识单元的屏幕显示图;
图3是从图2（a）的显示中列出的知识单元中选择的知识单元“RHX工作循环故障”的屏幕显示图;
图4（a）、4（b）和4（c）是对应于被指定为“检查定时器”的三页从属知识单元的屏幕显示图;
图5（a）和5（b）是被分别指定为“可逆热交换器的操作”及“RHX定时器的功能”的每一个从属知识单元的第一页屏幕显示;
图6用于图4（a）中被指定的计算器逻辑判定树状图的屏幕显示;
图7是用于工厂重新启动的逻辑判定树状图的屏幕显示;
图8是从属于被指定的“检查定时器”的知识单元的所有链接单元的流程图;
图9是被指定的“制止”的较低级别的知识单元与它的所有的较高级别的知识单元逐级链接的屏幕显示;
图10是根据本发明的目录搜索的屏幕图形;和
图11是根据本发明的说明键盘搜索的屏幕显示。
一座大型化学工厂设备的操作通常可以工厂中为生产产品所需的过程和设备作功能性分类。为了辨认任何产品生产中的异常情况或工厂的停机情况，习惯上是用信号灯或一些其他的警报或停机情况的指示来表明由于某种产品的生产中一个或多个关键的过程参量失常而引起的机械、化学、或电气子系统中的损坏或不正常工作。一种警报或停机信号说明一种紧急情况，这种情况要求立刻引起负责维护工厂运行中正常工作的技术人员的注意。通常警报或停机信号被做成仪表板上的指示灯，或一台计算机监示器的闪烁信号和/或声音信号，并且可以通过调制解调被传送到远处。
本发明的诊断报告系统是通过下文详细讨论的知识库来实现的，它以存在的警报及停机信号作为前提来启动对工厂内异常工作情况的检查。为了解释简单起见，本发明将结合针对一为形成纯净氮气的空气分离化工厂的故障寻找过程来加以说明。前面对此报告系统的说明很易于应用到为将空气分解为包括氮、氧、氩及其他稀有气体的纯净成份作为气体和/或液体供应的空气分离工厂。作为本发明的诊断报告系统的基础和方法的机理，对任何其他制造工厂也是容易应用的，而与制造的产品无关，其中警报及停机信号被用来辨认工作异常或停机情况。
空气分离工厂通常由合适的仪器及控制装置进行监示。许多过程的参数诸如温度、压力、流速、产品浓度、冷却水的PH值、转子的振动幅度、涡轮机的转动速度等等均被连续地加以测量和记录。针对许多关键的过程参量预先规定了警报及门限情况的特定的设定点值。如果这些过程变量中一个或多个超出设置点的限制范围之外或一个或多个设备子系统损坏了，就造成了工厂的异常情况。这可以表现为例如可逆热交换器的异常情况、空气压缩机的过度振动、低温透平超速等等。当一个异常工厂情况发生时，该工厂的监测系统通过产生一个警报或停机信号去表明它的存在。通常这个信号可通过工厂的主仪表板上的一个特定的“报警”或“停机”信号灯被看到。每一个具有许多与功能相关的过程参数的主要设备子系统，例如空气压缩机、RHX（可逆热交换器）工作过程等均被设置有独立的报警或停机信号灯。这样的工厂的操作者就能立刻知道哪一个主要设备系统正在超出正常范围之外运行，或已经损坏了。报警或停机信号不能辨认造成问题的原因，或指示对修理故障情况应该采取的行动。这一任务留给了服务技术人员，他必须立刻寻找出警报或停机情况的故障所在并采取相应的措施修理它。
本发明在一台个人计算机20中实现，如图1的系统方框图所示。计算机20包括一个中央处理单元21（CPU），通常的操作系统软件程序30，一个内部存储器31，及一个或多个磁盘驱动器32。CPU与一个显示监示器22及外部存储器23联接，也可以联接到局域网服务器24。另外的硬件诸如打印机25及调制解调器26也可以被连接到计算机20。计算机20也装载着一个知识库软件程序19，它包含一组知识单元，及为实现有用的功能，诸如将要在下文更详细说明的链接操作、屏幕管理、搜索引导、访问外部程序等而用的软件程序。在下面说明中所叙述的所有的这些功能，通过对本技术熟练的软件程序员是容易被编程来由计算机20实现的。外部软件程度，例如文本编辑软件程序33、图形显示软件程序34、统计分析程序35、数据采集程序36及其他程序也能被存储到计算机20中，与本发明的诊断报告系统相配合使用。用户27通过键盘28、鼠标器29与计算机20进行对话，并能由打印机25打印出任何被选定的显示内容。
为了启动本发明的诊断报告系统，技术人员接通计算机20的电源，于C：处打入提示存有知识库软件程序19的子目录的名称，并压下<Enter>键。然后该技术人员打入成批文件名称去启动知识库软件程序19并再次按压<Enter>键。最初显示在监示器22上的将是表示知识库软件程序标志及一些欢迎信息画面。然后监示器22的屏幕上显示“主寻找故障菜单”。执行主寻找故障菜单将在监示器22上提供一个如图2（a-d）中所示的表示为四页的显示，该四页集中地指出了该工厂所有报警和停机情况。对于一座典型的空气分离工厂的故障类型被表示为分别归属四类主要设备，而每一主类再进一步分成子类过程及设备。一个报警或停机信号灯对应于该寻障菜单中的每一个子类，亦即该菜单中应该包括一个针对于每一个警报或停机情况的子类。
由分级结构的知识单元组成的知识库19，对服务技术人员提供建议和指南，使技术人员能根据报警信号去决定工作异常情况的原因并修理它。寻障菜单中每一个子类均构成一个按照本发明的知识单元。该知识单元包括诸如文字材料和图形以及其他适当的手段，如声道、视频图象、动画等表达的知识。对于由用户检索来说，知识单元的排列及它们的连接方法是本发明的知识库的关键。根据包含在知识单元中的信息内容或信息级别，每一个知识单元被给定一个优先级。最高级别知识单元包括有一用以决定造成故障情况的原因，并进行修复它的备用诊断对策表。每一个诊断对策包含文字材料且还可以包括一个或多个较低级别的知识单元。例如假定在图2（a）中由项1.4所指定的RHX循环故障警报情况已经发生了，这表明可逆热交换器中的一种故障或可逆热交换器工作在故障情况下，或者可逆热交换器的进气和/或排气中的任何一个存在有造成可逆热交换器出故障的情况。
此可逆热交换器的工作是为了从输入的空气流中的排除气态杂质，诸如二氧化碳及水汽，这是通过打开和关闭一组RHX阀门使之在一个方向上流过热变换器时，这些杂质凝聚在热交换器表面之上来实现的。而使这些热交换器表面复原则依靠用氧浓缩废氮加热将所凝聚的杂质气化来进行，此时将RHX阀门转变方向来使该浓缩氮以相反应的（逆向）流向通过同一热交换器通道。为了诊断可逆热交换器工作故障状态，操作者把光标移到图2（a）中相应于项1.4的位置，并压下键盘上的<Enter>键。这样就将显示出“RHX工作故障”知识单元，如图3所示。列于图3显示中的每一诊断对策均包括另一个在级别上从属于“RHX工作故障”知识单元的知识单元。在此诊断对策中识别的该从属知识单元对应于它们每一个所从属的较高级知识单元里的所有关键部件和子系统。因此操作者只要观察图3中的显示就能决定哪一个关键部件或子系统被检测出来。
图3的诊断对策表已经按照由先前的经验所得的关键部件或子系统的故障频度进行了分类及优先级排列，因而表示了所建议的对应于可逆热交换器工作故障状态的警报或停机情况的故障查找顺序。建议服务技术人员遵循所推荐的这一代表处理一定报警或停机情况的综合经验的查找故障顺序。然而尽管有此“RHX工作障碍”知识单元的显示中所建议的顺序，技术人员也能够作出一种选择以任何次序去评估列在“RHX工作障碍”知识单元表中的任何一个诊断对策，而不考虑表示在图3中的优先级顺序。在目前的例子中，假设操作者希望立刻去评估图3中项1-4-4所指明的被命名为“检查定时器（1-4-4）”的特定诊断对策。前面已提出过，每一个诊断对策均包括有一从属知识单元，在这一例子中为“检查定时器”知识单元。技术人员靠移动光标到该知识单元并压下<Enter>键即能打开，即显示这个知识单元。从属知识单元“检查定时器（1-4-4）”第一页被显示出来，如图4（a）中所示。连续一次一页地压<PgDn>键，可以显示出如图4（b）和4（c）所示的另外几页。为了从图4（c）和4（b）中所示的页卷回到图4（a）中所示的那一页，技术人员需要连续一次一页地压下<PgUp）键。
每一个从属知识单元均互相连接并连接到对应于各个警报或停机情况的最高级知识单元，其连接序列是根据它们的级别高低，并以对应于所有较高次序链接的知识单元的分级方式来显示每一知识单元。这样直观的指明到每一个较高级的知识单元的链接，就使得技术人员总是能准确地知道在相连接的知识单元链中该显示所处的位置。依靠压下键盘上的<Esc>键，技术人员能以向后的返回步骤到达链接里的较高级知识单元。这就允许技术人员立即开始不同的诊断对策或者干脆从头启动某一知识元件中的不同的行动步骤而不必考虑遵循任何特定的或推荐的诊断途径。
如图4（a）所示的从属知识单元“检查定时器（1-4-4）”显示的第一页以一个扼要顶批说明开始，指明定时器在可逆热交换中的作用，提供给技术人员所遵循行动步骤的整体对策。该扼要顶批中的说明指定分别名为“可逆热交换器的运行”和“RHX定时器的功能”的两个附加的从属知识单元。为了清楚起见，所有被连接的从属知识单元均以下划线突出标明或者更好的是在能采用彩色监示器时，被连接的从属知识单元可以相反的视频颜色或反相视频颜色组合来突出显示。因此如果技术人员需要得到对可逆热交换器是什么，及它是如何运行的，和/或RHX定时器是如何工作的一类问题的完善解释，就可把光标移到欲要知道的知识单元的加亮显示的标题之上，并压下<Enter>键，从而将其中一个知识单元或两者依次打开而显示出来。每一个显示的例子分别如图5（a）及5（b）所示。
在采取一个从属知识单元诸如图4（a）-（c）中所示的“检验计时器”知识单元说明中指明的任何一个行动步骤之前，技术人员可以选择首先察看逻辑判断树状图，该图提供了如何寻找RHX定时器故障总貌，如图6所示。这个被识别的知识单元如图4（a）的顶批的下面所示。换句话说，或者在研究了逻辑判断树状图之后，技术人员就可以按照列于“检查定时器”知识单元1至3段中的行动步骤进行。技术人员在替换了该行动步骤中识别的故障定时器后，便可以重新启动设备，或者如果警报或停机情况仍然存在就继续寻找“RHX工作故障”监示信号灯的故障所在。一个用于重新启动设备的逻辑判断树状图，如图7所示。在知识单元“检查计时器”的最后一页中也可以发现重新启动设备的指令。如果监示灯仍然亮着，则命令技术人员返回到与警报或停机情况相对应的所选择的最高级知识单元，在本例中为“RHX工作故障”，并选择另一个诊断对策，诸如“检查用于正常运行的RHX工作故障压力控制开关（1-4-3）”。在技术人员进行完所有的诊断对策后或在他认为合适时，可通过一个“要求协助”功能来寻求另外的帮助。
所有从属于用于可逆热交换器工作故障的名为“检查定时器”知识单元的知识单元的链接流程图被表示在图8中。这些知识单元全部被链接到“检查定时器”知识单元，而且根据它们的互相链接列成一张表。如果技术人员在图4（a）的诊断步骤1-4-4中选择“检查定时器”知识单元并打开图5（a）顶批中指明的“可逆热交换器的运行”知识单元，就有四页屏幕文本可予以显示，其中之一包括有名为“抑止”的较低级别的知识单元。然后技术人员即能打开该知识单元予以显示，如图9所示。当技术人员如上所述进行操作时，“抑止”知识单元即以分级形式局部叠加在所有按照图8流程图链接到的较高级别知识单元之上被显示出来。
换句话说，本发明的诊断报告系统，允许技术人员跳出现有的连接知识单元组以加速检查任何特定的知识单元，或使用键盘搜索或访问外部的软件程序，而不会丢失知识库中的最后显示位置。这是采用专门的特殊功能键来完成的，它能使技术人员更灵活地搜索知识单元，而不需要遵循在知识库内知识单元之间存在的任何特定的优先级顺序分级结构。它也允许技术人员在诊断调查期间任何特定时刻完全跳出知识库去进行独立的操作。
本发明的知识库软件程序包括有允许技术人员能保持知识库不动、跳出知识库、执行其他的操作而后再返回到知识库中同一地点的很有用的功能。
现在我们假设，特殊功能键F9是被指定用于启动这个功能，而所需的独立操作是使用一个文本编辑软件程序“B.exe”，它驻留于子目录C：\中名为“Notes.asc”的给电子文件写注释的建议中，此“Notes.asc”则驻留在C：\N-Plant子目录中。下面用Pascal程序完成这个任务：
FN9：Begin
Savescreen;
Swapvectors;
Exec（′c：\advisor\B.exe′，′c：\N-plant\Notes.asc′）;
SwapVectors;
RestoreScreen;
End;
该任务可以由本技术领域的程序员用他所偏爱的方法去完成。为了完成其他的附加功能也可以对其他的特殊功能键进行编程。
也允许技术人员利用一特殊功能键去进行知识单元的目录搜索。压下该特殊功能键，包含在知识库中的所有知识单元的名称将按字母表顺序的排列显示在现行知识单元的上部，如图10所示。图10仅仅是知识单元名称的一个综合列表的第一页的显示。该表中的剩下几页通过按<PgDn>键一次或也能多次进行访问。技术人员把光标置于想要的名称之上并压下<Enter>键以访问没有链结到现行知识单元的那个特殊知识单元。按<Esc>键，技术人员将能终止目录搜索，并立即返回到现行知识单元中先前开始目录检查的同一地点。利用另一个专门的特殊功能键也可以进行一个字，即“关键字”的搜索，该功能键产生一个小窗口，出现在现行知识单元的顶部，如图11所示。在前面的例子中，如果技术人员选择打开知识单元“抑止”，这可以在任何时候只要压下用于该关键字搜索和选择该“抑止”知识单元的特殊功能键做到。这将在当前的显示上面覆盖显示“抑止”知识单元，而压下<Esc>键则可恢复当前的显示。以同样的方式，技术人员使用另一个专门的特殊功能键可以启动“格式搜索”去寻找包括有指定的文字格式即文字的特定组合的一个特殊句子。格式搜索不同于关键字搜索之外，在于格式搜索使得包括在当前知识单元中的所有句子产生一个向上的位移从而使包含在指定格式搜索中的字的窗口中的搜索字的该特殊句子将出现在当前知识单元显示的第一行。通过另外的特殊功能键，技术人员可以访问市场上能买得到的大量外部软件的任何一个，诸如执行特殊分析和程序以显示知识库的多级别层次结构的程序，或从遥远工厂所在地采集在线处理数据，及解释该输入数据并将其结果输送到知识库的程序。还有另一个特殊功能键能被编程来使技术人员更新知识库。