故障樹分析法在數(shù)控加工中心故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試！ 隨著工廠自動(dòng)化程度的提高，精工加工中心已經(jīng)成生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，如果出現(xiàn)故障但維修不及時(shí)，往往會(huì)波及到整個(gè)生產(chǎn)過程，長時(shí)間停機(jī)將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失..精工加工中心是由主機(jī)、精工裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，其故障產(chǎn)生的原因往往比較復(fù)雜：因此，有必要采用故障樹分析法對(duì)精工加工中心故障進(jìn)行分析，按層級(jí)建立故障樹，并以此作為專家系統(tǒng)的知識(shí)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(jī)械傳動(dòng)、液壓靜壓、冷卻、排屑、刀具等綜合在一起的機(jī)電設(shè)備，其中包括床身機(jī)械、齒條齒輪絲杠傳動(dòng)、潤滑靜壓冷卻、電氣控制、伺服模塊、伺服電機(jī)及制動(dòng)、測量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制及其他..把系統(tǒng)功能進(jìn)行層次分解，通過表示精工系統(tǒng)中各個(gè)子模塊之間關(guān)系的方法，將系統(tǒng)的功能用它的下級(jí)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(jié)果就是一棵故障樹..這個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)、經(jīng)驗(yàn)輸入到計(jì)算機(jī)中，使計(jì)算機(jī)能夠“思考”和“推理”，從而解決問題的人工智能方法。一個(gè)專家系統(tǒng)由知識(shí)獲取系統(tǒng)、知識(shí)庫、推理機(jī)、解釋器、輸入輸出系統(tǒng)組成。 故障樹和專家系統(tǒng)知識(shí)庫的聯(lián)系在于：故障樹的頂事件對(duì)用于專家系統(tǒng)要分析解決的任務(wù)，故障樹的每個(gè)最小割集就是該系統(tǒng)的故障原因，對(duì)應(yīng)于專家系統(tǒng)要推理的最終結(jié)果,故障樹由上到下的邏輯關(guān)系對(duì)用于專家系統(tǒng)的推理過程，故障樹的樹枝對(duì)應(yīng)于專家系統(tǒng)中知識(shí)庫中的規(guī)則，其樹枝數(shù)對(duì)應(yīng)于規(guī)則的規(guī)則數(shù)，知識(shí)庫的獲取來源于故障樹。專家系統(tǒng)用知識(shí)進(jìn)行推理和判斷，一般采用產(chǎn)生式規(guī)則模型，其基本形式為：IK (條件）THE、（操作或結(jié)論），知識(shí)庫的建立過程也就是將故障樹中的知識(shí)轉(zhuǎn)化為專家系統(tǒng)中規(guī)則的過程： 2. 1知識(shí)獲取系統(tǒng) 知識(shí)的獲取是專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)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(jìn)行解決..這些知識(shí)來源于操作人員、技術(shù)人員：再經(jīng)過專家的提煉抽取..最終形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能處理的知識(shí)：知識(shí)獲取是一個(gè)迭代的過程..通過多次迭代：實(shí)現(xiàn)知識(shí)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(shí)庫設(shè)計(jì) 專家系統(tǒng)的工作過程是獲得知識(shí)并加以應(yīng)用的過程..處理知識(shí)的首要問題就是如何表示知識(shí)的問題：對(duì)于真正的專家來說，知識(shí)就是經(jīng)驗(yàn)，是無形的，但是要形成計(jì)算機(jī)專業(yè)家系統(tǒng)，就必須用規(guī)范的語言將知識(shí)描述出來，這就需要對(duì)知識(shí)進(jìn)行編碼，也就是知識(shí)的符號(hào)化過程..需要把知識(shí)編碼成為一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)并處理。精工加工中心故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)庫，主要采用框架表示法，知識(shí)庫中的每條知識(shí)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(guān)聯(lián)..對(duì)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(shí)中，一般都引入閾值和權(quán)值..其中閾值用來表示應(yīng)該肯定還是否定的限度，權(quán)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(shí)，否則該條件表示一條否定事實(shí)..而“權(quán)值_'是反映其功能關(guān)鍵程度、故障概率和檢測代價(jià)的參數(shù)，權(quán)值越大說明該條件越重要，在推理過程中更應(yīng)作為優(yōu)先考慮的對(duì)象.. (2) 框架表示法。針對(duì)本文用故障樹來分析精工加工中心故障，雖然其內(nèi)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(diǎn)，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(gè)上層框架，再把各類事件獨(dú)有的屬性分別構(gòu)成下層框架，并可在下層框架間隔設(shè)立一個(gè)專用的中間層，反映上、下層之間的關(guān)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(shí)冗余和保持知識(shí)一致性，又節(jié)約了時(shí)間和空間： 2.3推理機(jī)設(shè)計(jì) 推理就是對(duì)數(shù)據(jù)加工中心故障進(jìn)行識(shí)別，其過程就是將數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)與知識(shí)庫中的規(guī)則進(jìn)行匹配的過程：推理機(jī)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(shí)庫中的知識(shí)，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(shí)庫的設(shè)計(jì)中，將故障樹知識(shí)轉(zhuǎn)化成基于規(guī)則的專家系統(tǒng)知識(shí)。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(jié)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(hào)初步確定故障樹中各節(jié)點(diǎn)事件的優(yōu)先級(jí)；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(duì)兩者進(jìn)行模式匹配，匹配成功則進(jìn)行故障樹下一節(jié)點(diǎn)的故障診斷，直到進(jìn)行到底事件也就是葉節(jié)點(diǎn)；最后給出診斷結(jié)果 2.4解釋器設(shè)計(jì) 解釋器是對(duì)推理結(jié)果的解釋，通常推理結(jié)果只是簡單的描述，對(duì)于用戶來說，還需要將結(jié)果轉(zhuǎn)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(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)，操作人員可以進(jìn)行故障知識(shí)的積累，也可以進(jìn)行故障的診斷操作- 3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)基于1 Net平臺(tái)，應(yīng)用VTPF技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，充分利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)..在關(guān)系數(shù)據(jù)方面，該系統(tǒng)采用SQLSrn_er數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫數(shù)據(jù)以及推理規(guī)則的存儲(chǔ)，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(tái)開發(fā)，使用模塊化的組織方式，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的交互性、可用性和可擴(kuò)展性，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí).應(yīng)用故障樹技術(shù)進(jìn)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(jié)語 本文在深入分析了精工加工中心典型故障后，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，將故障樹分析法和專家系統(tǒng)應(yīng)用于精工加工中心的故障診斷..用層次分析法構(gòu)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(shí)庫和推理機(jī)，應(yīng)用技術(shù)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(duì)故障進(jìn)行快速的診斷判別和維修。