数控机床常见故障诊断专家系统的开发与设计

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1、数控机床常见故障诊断专家系统的开发与设计：本文研究数控机床常见故障诊断专家系统的开发与设计思路。运用故障树分析法FTA(FaultTreeAnalysis)建立数控机床主要故障部位的故障树，通过Access建立故障数据库，并采用VisualBasic6.0来开发设计数控机床故障诊断系统，可为机床故障诊断与维修提供帮助。　　关键词：FTA数据库专家系统故障诊断　　:TG659：A：1007-9416(2011)11-0006-03　　　　1、引言　　1.1数控机床故障诊断的必要性　　数控机床故障，就是数控机床全部或者部分丧失了

2、规定的功能。由于数控系统种类繁多、功能增强、形式多样，同时涉及电子、机械、液压、气动和光学多个方面，给维修和诊断带来了许多困难。一旦发生故障，专业技术人员很难在短时间内判断出故障原因，更难以排除和维修，给加工生产带来很多不便。如何在较短的时间里对数控机床所发生的故障做出准确判断，查明故障部位，找出故障原因和排除方法，是数控机床故障诊断研究的重点〔1〕。　　系统作故障检测和诊断的最终目的是使系统能长期可靠工作。由于新技术广泛使用，系统规模越来越大，人们对可靠性问题的重视也与日俱增。可以这么认为：没有故障诊断，就没有可靠性，就没

3、有自动化〔2〕。　　1.2数控机床故障诊断方法　　数控机床广泛应用以来，故障诊断与排除方法一直受到关注，也探索出许多故障诊断方法。国内外已将一些新的概念和方法引入到诊断领域。1990年Majstorvic对诊断与维修专家系统进行了总结、评论，剖析并列举了典型的维修专家系统和它们的应用范围。TorGuimaraes在分析了机床专家系统需求、实例后，提出了设计建立机床专家系统的成功因素，这些研究使故障诊断技术突破传统的故障诊断方法，以知识和经验为基础的智能检测和诊断技术已经得到重视和应用，一种能为机床维修、操作人员提供帮助的故障

4、诊断专家系统应运而生。　　利用专家系统和数据库技术设计数控机床故障诊断系统，可为现场技术维修人员快速完成故障定位并进行故障维修提供帮助。　　2、故障树分析法表达数控机床的故障　　2.1故障树分析法FTA　　故障树分析法（FTA）是研究引起系统发生故障这一事件的各种直接或间接的原因，在这些原因间建立逻辑关系，并用逻辑框图表示的一种方法〔1〕。故障树以图形化的方式表示一个系统内故障或其它事件之间的交互关系。　　2.2基于FTA数控机床故障表达实例　　以某数控机床自动换刀装置（ATC）的“刀库与机械手故障”为分析对象，介绍故障树分

5、析方法在数控机床故障诊断中的应用。　　本例中的顶事件T为“刀库与机械手故障”。　　中间事件：S1－刀套不能夹紧刀具；S2－刀库不能旋转；S3－刀具脱落；S4－换刀时掉刀；S5－换刀速度不正常；S6－液压故障；S7－气压故障。底事件X1、X2为导致S1发生的原因事件；X3为导致S2发生的原因事件；X4-X6为导致S3发生的原因事件；X7-X9为导致S4发生的原因事件；X10-X13为导致S5发生的原因事件(图1)。　　按照故障发生的部位建立故障数据表，包括数控系统、主轴系统、进给系统、伺服系统、PLC、机械结构等，根据故障发生

6、的现象初步判定故障发生的部位，选择对应的故障现象，分析该故障现象可能发生的故障原因，得出相应的处理方法，逐步排除，缩小故障发生的原因，最终确定故障发生的原因，找到故障处理方法〔3〕。故障原因表的结构见表1。　　2.3故障树分析法与诊断专家系统之间的联系　　从诊断专家系统和故障树的产生和作用来看，二者是有一定的联系的〔4〕。故障树是图形化的用于可靠性分析和故障诊断的系统故障模型，而诊断专家系统的任务是当系统失效时综合利用各种诊断信息，依据知识库中的知识，通过推理确定系统的故障模式，找出故障源和故障原因，并给出排除故障的方法和建

7、议。　　通过运用故障树分析法对所建的故障树进行定性分析，将简化的等效故障树用于专家系统知识库的建立，不仅可以解决诊断知识获取的难题，而且可以简化知识库，降低冗余，便于推理机制的实现。　　通过利用故障树来形成专家系统的这一方法不仅结构简单，而且所需投资小，这种形式的专家系统在工厂企业中得到广泛应用。　　3、故障诊断系统及其实现　　3.1系统需求分析　　数控机床故障诊断就是鉴别数控机床的技术状态是否正常，发现并确定故障的部位和性质，寻找故障起因，得出相应的诊断结论并给出维修建议。　　故障诊断就是将诊断知识，按照一定的推理算法，通

8、过人机接口的形式让用户与计算机进行对话，由用户回答系统提出的问题，系统根据提问和回答的答案进行推理，并最终给出专家级的诊断结论。故障诊断原理示意图如图2所示。　　3.1.1数据需求分析　　数控机床故障诊断系统应提供的故障诊断信息尽可能多，且要有一定的类别分类，以利于信息的检索和查询。经过权