故障樹分析法在數(shù)控加工中心故障診斷系統(tǒng)中的應用研究
備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試！ 隨著工廠自動化程度的提高，精工加工中心已經成生產線上的關鍵設備，如果出現(xiàn)故障但維修不及時，往往會波及到整個生產過程，長時間停機將會造成巨大的經濟損失..精工加工中心是由主機、精工裝置、驅動裝置、輔助裝置等多個子系統(tǒng)構成的復雜機電系統(tǒng)，其故障產生的原因往往比較復雜：因此，有必要采用故障樹分析法對精工加工中心故障進行分析，按層級建立故障樹，并以此作為專家系統(tǒng)的知識獲取，能有效建立基于規(guī)則的故障診斷系統(tǒng).. 1故障樹的建立和分析 精工加工中心是由PLC電氣控制、伺服、機械傳動、液壓靜壓、冷卻、排屑、刀具等綜合在一起的機電設備，其中包括床身機械、齒條齒輪絲杠傳動、潤滑靜壓冷卻、電氣控制、伺服模塊、伺服電機及制動、測量系統(tǒng)、計算機控制及其他..把系統(tǒng)功能進行層次分解，通過表示精工系統(tǒng)中各個子模塊之間關系的方法，將系統(tǒng)的功能用它的下級子系統(tǒng)的功能來表示，而其子模塊的功能又用它本身的各功能模塊的功能表示系統(tǒng)功能的這種層次分解，也就是系統(tǒng)故障分析過程中的模擬，功能分解的結果就是一棵故障樹..這個故障樹共有四層：第0層頂事件，即系統(tǒng)故障；第1層中間事件是可能引起系統(tǒng)故障的各個子系統(tǒng)故障；第2層中間事件為可能引起子系統(tǒng)故障的各個功能模塊故障；而第3層即底事件，是引起系統(tǒng)故障的最終不可分割的功能子模塊故障。 2精工加工中心故障診斷專家?guī)?精工加工中心的專家知識庫是依據(jù)精工加工中心的故障樹建立的，專家系統(tǒng)是將人類專家的知識、經驗輸入到計算機中，使計算機能夠“思考”和“推理”，從而解決問題的人工智能方法。一個專家系統(tǒng)由知識獲取系統(tǒng)、知識庫、推理機、解釋器、輸入輸出系統(tǒng)組成。 故障樹和專家系統(tǒng)知識庫的聯(lián)系在于：故障樹的頂事件對用于專家系統(tǒng)要分析解決的任務，故障樹的每個最小割集就是該系統(tǒng)的故障原因，對應于專家系統(tǒng)要推理的最終結果,故障樹由上到下的邏輯關系對用于專家系統(tǒng)的推理過程，故障樹的樹枝對應于專家系統(tǒng)中知識庫中的規(guī)則，其樹枝數(shù)對應于規(guī)則的規(guī)則數(shù)，知識庫的獲取來源于故障樹。專家系統(tǒng)用知識進行推理和判斷，一般采用產生式規(guī)則模型，其基本形式為：IK (條件）THE、（操作或結論），知識庫的建立過程也就是將故障樹中的知識轉化為專家系統(tǒng)中規(guī)則的過程： 2. 1知識獲取系統(tǒng) 知識的獲取是專家系統(tǒng)的基礎，對于故障診斷系統(tǒng)來說，發(fā)現(xiàn)故障并通過一定的手段進行解決..這些知識來源于操作人員、技術人員：再經過專家的提煉抽取..最終形成計算機系統(tǒng)能處理的知識：知識獲取是一個迭代的過程..通過多次迭代：實現(xiàn)知識庫的建立..真正能夠滿足精工加工中心的故障診斷： 2. 2知識庫設計 專家系統(tǒng)的工作過程是獲得知識并加以應用的過程..處理知識的首要問題就是如何表示知識的問題：對于真正的專家來說，知識就是經驗，是無形的，但是要形成計算機專業(yè)家系統(tǒng)，就必須用規(guī)范的語言將知識描述出來，這就需要對知識進行編碼，也就是知識的符號化過程..需要把知識編碼成為一種合適的數(shù)據(jù)結構，可以在計算機系統(tǒng)中存儲并處理。精工加工中心故障診斷專家系統(tǒng)知識庫，主要采用框架表示法，知識庫中的每條知識又是采用規(guī)則來表示： (1) 規(guī)則表示法.規(guī)則表示法將指定原因信息與某些故障相關聯(lián)..對新信息或需要執(zhí)行的故障過程做出斷言：規(guī)則表示的知識中，一般都引入閾值和權值..其中閾值用來表示應該肯定還是否定的限度，權值表示同一規(guī)則中不同條件的重要程度，如果條件的置信度大于閥值，則該條件表示一條肯定事實，否則該條件表示一條否定事實..而“權值_'是反映其功能關鍵程度、故障概率和檢測代價的參數(shù)，權值越大說明該條件越重要，在推理過程中更應作為優(yōu)先考慮的對象.. (2) 框架表示法。針對本文用故障樹來分析精工加工中心故障，雖然其內容不同，但都可分成頂事件、中間事件和底事件，都有故障樹節(jié)點，存在一些共同屬性。因此我們可以把這些共同屬性分離出來，建成一個上層框架，再把各類事件獨有的屬性分別構成下層框架，并可在下層框架間隔設立一個專用的中間層，反映上、下層之間的關系，指出其上層框架，以建立上下框架間聯(lián)系，下層框架還可以繼承其上層的屬性和值，既減少知識冗余和保持知識一致性，又節(jié)約了時間和空間： 2.3推理機設計 推理就是對數(shù)據(jù)加工中心故障進行識別，其過程就是將數(shù)據(jù)庫中的事實與知識庫中的規(guī)則進行匹配的過程：推理機是故障診斷專家系統(tǒng)的核心：該系統(tǒng)就是根據(jù)操作人員所感知到的故障現(xiàn)象，并將特征輸入到系統(tǒng)中，利用知識庫中的知識，并按照一定的推理策略逐步求解問題..故障診斷專家系統(tǒng)知識庫的設計中，將故障樹知識轉化成基于規(guī)則的專家系統(tǒng)知識。本系統(tǒng)采用基于規(guī)則的推理，采用正向推理為主、反向推理相結合的混合推理模式：其推理流程為：先初始化系統(tǒng)，根據(jù)編號初步確定故障樹中各節(jié)點事件的優(yōu)先級；然后根據(jù)系統(tǒng)中提供的故障模式，系統(tǒng)從規(guī)則庫中選擇規(guī)則對兩者進行模式匹配，匹配成功則進行故障樹下一節(jié)點的故障診斷，直到進行到底事件也就是葉節(jié)點；最后給出診斷結果 2.4解釋器設計 解釋器是對推理結果的解釋，通常推理結果只是簡單的描述，對于用戶來說，還需要將結果轉換成可以理解的語言： 2.5輸入輸出系統(tǒng) 輸入輸出系統(tǒng)是精工加工中心故障診斷系統(tǒng)與用戶間交互的平臺，通過這個平臺，操作人員可以進行故障知識的積累，也可以進行故障的診斷操作- 3系統(tǒng)實現(xiàn) 本系統(tǒng)基于1 Net平臺，應用VTPF技術進行開發(fā)，充分利用關系數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲..在關系數(shù)據(jù)方面，該系統(tǒng)采用SQLSrn_er數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)知識庫數(shù)據(jù)以及推理規(guī)則的存儲，保證了數(shù)據(jù)的安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性.. 由于該系統(tǒng)采用.m't平臺開發(fā)，使用模塊化的組織方式，整個系統(tǒng)具有良好的交互性、可用性和可擴展性，有利于系統(tǒng)的維護和升級.應用故障樹技術進行精工加工中心的故障診斷，極大地提高的故障診斷效率： 4結語 本文在深入分析了精工加工中心典型故障后，結合當前先進的故障診斷技術，將故障樹分析法和專家系統(tǒng)應用于精工加工中心的故障診斷..用層次分析法構建了精工加工中心的故障診斷模型，建立了專家系統(tǒng)的知識庫和推理機，應用技術完成了數(shù)據(jù)加工中心故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)。此系統(tǒng)方便用戶對故障進行快速的診斷判別和維修。