Page 89 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 李 奇，等：面向机械振动信号的自主信号处理大语言模型智能体 2547

数 θ，它接收一个或多个信号张量 X 作为输入，并输 1.3.1 规划智能体
出一个新的张量： 规划智能体 A p 是系统的认知核心，负责宏观层
Y = Φ(X;θ)，X ∈ C B×D 1 ×D 2 ×···×D m ×C （2） 面的任务分解与策略生成。它接收用户定义的任务
本文约定一批标准的多通道振动信号被表示为 指令 I（例如，诊断特定设备的故障类型），并分析当前
一个多维张量, B 为样本数，C 为通道数，D m 为其余 信号处理流程 D t 的拓扑结构与语义。同时，为了实
的维度。除了维度的变化，算子还会引起数据语义 现迭代优化并避免重复无效的探索，该智能体会参考
的变化。例如，一个轴的语义可以从“时间域”转变 历史审查智能体生成的反馈信息 H t 。基于上述输入，
为“频率域”。因此，一个完整的算子规约不仅要定 解析到智能体提示词模板中，模板包括如下信息：
义其输入/输出的维度映射，还需声明其语义变换。 （1）身份定义；
基于维度变换的特性，将算子库中的原子操作归纳 （2）信号处理任务策略；
为以下 4 种基本类型：升维、降维、同维以及多信号 （3） 算子库规约；
算子。升维算子旨在将输入张量扩展至更高维度的 （4） 输出格式与例子；
空间，例如短时傅里叶变换算子。降维算子通过沿 （5）参数占位符；
一个或多个轴进行信息聚合，将输入张量压缩为更 （6） DAG 最小深度 d。
紧凑的低维表示，通常用于特征提取，例如平均算 结合任务指令 I 和上述提示词，规划智能体可生
子。同维算子在不改变输入张量形状的前提下，对 成一个具体、有序的原子操作序列，即执行计划 P t ，
其数值或语义进行变换例如傅里叶变换算子。多信 用以指导下一阶段的计算。其状态转移功能可表示为：
号算子接收两个或以上独立的信号张量，并输出一 P t = A p (I,D t ,H t ) （4）

个描述它们之间相互关系的新张量，例如相干谱算子。
1.3.2 执行智能体
在缺乏明确的安全规约时，LLM 智能体在信号
执行智能体 A e 是系统的程序化实现层，负责将
处理任务中常出现两类失效：其一为参数“幻觉”，
规划智能体制定的抽象计划 P t 转化为具体的数值计
即臆造采样率、滤波阶次、带宽等超出物理/算法约
算以及 DAG 的搭建。该智能体通过调用一个预定
束的超参数，导致结果不稳定且难以复现；其二为逻
义的、经过验证的工业级算子库 Φ，在信号数据上执
辑错配，表现为规划与执行脱节、前后假设不一致、
行具体操作（如傅里叶变换、小波包分解、统计特征
工具调用次序错误，造成处理链路断裂。于多智能
计算等）。每次执行的结果都会以新节点或新连接
体协作情境中，这些偏差会级联放大并形成“错误共
的形式更新到信号处理图 D t 中，从而生成新的图状
识”，引发无效甚至高风险操作（如无限重试与资源 态 D t+1 。这种设计将符号层面的规划与数值层面的
过耗）。其有效性见附录 A 中的失败案例与消融试
计算进行了解耦，确保了 LLM 在决策过程中的可靠
验。本研究所用到的完整原子算子库及其详细规约 性与计算过程的精确性。其状态转移功能可表示为：
可见前文提及的项目主页。

D t+1 = A e (D t ,P t ) （5）

1.3 多智能体角色定义与协作机制 1.3.3 审查智能体
审查智能体 A h 扮演了元认知评估的角色，是实
之所以采用多智能体而非单一智能体，是因为
现系统自我完善和鲁棒性提升的关键。在每一轮执
此类任务不仅要求系统具备宏观的策略规划能力，
还需要确保规划能被精确、安全地转化为数值计 行智能体完成操作后，审查智能体会对更新后的图
D t+1 进行批判性评估。评估的维度不仅限于执行的
算，系统需要具备自我批判和迭代优化的能力，在巨
成功与否，更侧重于策略的有效性，例如特征集的冗
大的解空间中探索出高质量的方案。因此，本节所
阐述的协作机制，旨在为解决本文所面临的核心挑 余度、处理流程的逻辑连贯性以及当前进展与最终
目标 I 的对齐程度。评估后，它会生成一条结构化
战提供一个鲁棒且高效的解决方案。将整个系统的
的反馈意见，并将其追加到审查历史 H 中，判断是否
演化过程形式化地描述为一个状态转移系统。系统
需要进一步优化 D。这个“规划-执行-审查”的反馈
的全局状态 S 可被定义为一个元组：
循环是本框架的核心机制之一。其状态转移功能可
S = (I,D,P,H, M,R) （3）
表示为：
式中，I 为任务指令；D 为信号处理决策链 DAG；P 为
待执行的计划；H 为审查历史；M 为最终的机器学习 H t+1 = A h (I,D t+1 )+ H t （6）
模型与结果；R 为分析报告。每个智能体的功能可 1.3.4 下游分析智能体决策链探针智能体
以被视为一个状态转移函数，驱动系统从当前状态 当信号处理决策链 D 的构建阶段终止后，决策
S t 演进至下一状态 S t+1 。 链探针智能体负责对决策链 D 节点上存储的特征集