模糊逻辑与人工神经网络技术在灭菌器失效分析中的应用.pdf

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1、第4期-79-模糊逻辑与人工神经网络技术在灭菌器失效分析中的应用惠志全,杨俊强,毛力,罗健刚,关甲芬(广州特种承压设备检测研究院,广东广州510663)[摘要]灭菌器失效的影响因素具有模糊性,难以用精确的数学模型标识。本文采用人工神经网络和模糊逻辑相结合的方法系统分析了影响灭菌器失效的相关因素,建立了分析模型,并进行了计算验证。[关键词]模糊逻辑;人工神经网络;灭菌器;失效分析灭菌器在使用过程中往往承受交变载荷,同递函数通常是Sigmoid型可微函数。在人工神经网时因其结构形式为矩形,受力通常没有圆筒形压络中,最基本的组成单元是人工神经元(如图2所力容器均匀,且使用过程中易受

2、到介质的影响。示),人工神经元相当于一个多输入多输出的非因此,从设计、制造、直至使用的整个过程中的线性阈值器件。人工神经元的输出可描述为:相关因素均会影响灭菌器的失效与否。影响灭菌器失效的各因素又具有一定的关联性,关联程度往往又随着使用状态有所差异。同时,诱发灭菌器失效的因素具有一定的模糊性,各类风险影响式中,x1,x2,Λxn为输入信号,wk1,wk2,Λwkn为神经元权值,θ为阈值,f()为激活函数,y因素不能被精确地数量化。为此,本文采用人工为神经元的输出。神经网络与模糊逻辑相结合的方法分析探讨影响灭菌器失效的相关因素。1人工神经网络简介人工神经网络(Artificia

3、lNeuralNetwork,简称ANN)是由大量神经元互相组成的复杂的网络系统,具有自组织、自学习等功能,对非线性系统具有很强的模拟能力。神经网络的“黑箱”特性很适合预测系统领域的应用需要,它不需要任何经验公式,就能从已有数据中自动地归纳规则,获得这些数据的内在规律,因此即使不清楚图1三层BP神经网络示意图预测问题的内部机理,只要有大量的输入、输出样本,经神经网络“黑箱”内部自动调整后,便可建立良好的输入、输出映射模型。所以,在神经网络的运算推测过程中,不存在人为的定性或定量推理,因此其使用范围在逐步推广。其中,BP神经网络是应用最广泛、最基本的一种网络。BP神经网络通常是

4、D.E.Rumelhart和J.L.McCelland及其研究小组在1986年研究并设计图2神经元示意图出来的,基于误差反向传播算法的多层前向神经网络。BP神经网络是由输入层、一个或多个隐含作者简介:惠志全(1987—),男,河南人,硕士,工程师。研层以及输出层组成,如图1所示,神经元采用的传究方向为特种承压设备检验检测安全评价及失效分析。石油和化工设备-80-故障诊断2017年第20卷2灭菌器失效因素分析转向反向传播,通过网络将误差信号沿原来的连灭菌器失效通常指在使用过程中,灭菌器内接通路反传回来修改各神经元的权值直至达到期筒的筒体或焊缝发生破坏性开裂或影响使用功能望输出目

5、标值。的本体结构方面的缺陷。灭菌器失效因素的评价在灭菌器的风险评价中占用重要地位。影响灭菌器失效的因素主要有10个,即灭菌器的应力大小X1,应力波动情况X2,结构特征X3,介质情况X4,设计水平X5,设备材质X6,焊缝焊接水平X7,设备操作水平X8,设备管理水平X9和设备保养状况X10。这10个因素并不是互无联系,单独对灭菌器失效产生影响,而是存在一定的联系共同作用于灭菌器,最终导致灭菌器失效破坏,将上述引起灭菌器的失效因素以简化故障树的形式表示如图3。图4神经网络计算流程图由于造成灭菌器失效的影响因素具有模糊性,我们采用模糊逻辑与BP神经网络相结合的模型,如图5。图3灭菌器

6、失效分析事故树3灭菌器失效分析的ANN模型BP网络的算法是一种监督式的学习算法。对12q图5模糊逻辑与BP神经网络结合的示意图于一个有n个输入的学习样本:p,p,L,p,已知12q与其对应的输出样本为:T,T,L,T。学习的目的12q12q输入参量的模糊化和输出参量的反模糊化是是用网络的实际输出A,A,L,A与目标值T,T,L,T由模糊逻辑完成的,模糊逻辑是整个网络分析的之间的误差来修改其权值,使A与期望的T尽可能核心部件,主要由模糊产生器、模糊规则库、模接近,其算法流程如图4所示。BP算法是由两部分糊推理机组成,根据各个参量的模糊特性,选定组成:信息的正向传递与误差的反向传

7、播。在正合适的模糊隶属函数。表1给出了操作水平的模糊向传播过程中,输入信息从输入经隐含层没有得等级划分依据。到期望输出,则计算输出层的误差变化值,然后表1操作水平等级划分表因素I级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级操作水平无差距较小差距有一定差距较大差距很大差距神经网络模型的主要工作是合理选取学习数了检验数据学习的质量,必须对学习网络进行校据样本,训练网络,确定网络中各权重的数值,验,表3为检验样本。灭菌器失效分析的学习样本数据如表2所示。为第4期惠志全等模糊逻辑与人工神经网络技术在灭菌器失效分析中的应用-81-表2灭菌

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