布尔基于多色集合的数控机床故障诊断模型构建与推理方法

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1、西安理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１６）Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３２６５ＤＯＩ：１０．１９３２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００６４７１０．２０１６．０３．００３基于多色集合的数控机床故障诊断模型构建与推理方法高新勤１，张艳平１，杨明顺１，李言１，王一珺２（１．西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安７１００４８；２．西安理工大学水利水电学院，陕西西安７１００４８）摘要：数控机床故障具有层次性和相关性等复杂特点，构建形式化的数控机床故障诊断模型并推理出故障原因，是进行故障诊断的重要过程。本文基于多色集合理论

2、，提出数控机床故障诊断形式化结构模型的构建与推理方法。在阐述多色集合基本概念的基础上，构建了基于多色集合的数控机床故障诊断层次结构模型；利用多色集合的元素、个人颜色、统一颜色以及布尔矩阵，从横向和纵向两个方向对该模型进行了形式化描述；给出了数据机床故障诊断模型的推理算法流程，实现了自顶向下的自动推理。最后以刀架系统故障诊断建模与推理过程为例，验证了所提理论和方法的正确性和有效性。关键词：多色集合；数控机床；故障诊断；建模与推理；刀架系统中图分类号：ＴＨ１７文献标志码：Ａ文章编号：１００６４７１０（２０１６）０３０２６５０６犕狅犱犲犾犻狀犵犪狀犱狉犲犪狊狅狀犻狀

3、犵犿犲狋犺狅犱狅犳犳犪狌犾狋犱犻犪犵狀狅狊犻狊狅犳犆犖犆犿犪犮犺犻狀犲狋狅狅犾狊犫犪狊犲犱狅狀狆狅犾狔犮犺狉狅犿犪狋犻犮狊犲狋狊１，ＺＨＡＮＧＹａｎｐｉｎｇ１，ＹＡＮＧＭｉｎｇｓｈｕｎ１，ＬＩＹａｎ１，ＷＡＮＧＹｉｊｕｎ２ＧＡＯＸｉｎｑｉｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉ

4、ｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｆａｕｌｔｓｏｆＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｈａｖｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｅｒａｒｃｈｙａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｉｔ’ｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｎｄｒｅａｓｏｎａｆｏｒｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃｓｅｔｓｔｈｅｏｒｙ，ａｆｏｒｍａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎ

5、ｄｒｅａｓｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｓｏｆｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃｓｅｔｓ（ＰＳ）ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄａＰＳｂａｓｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔ，ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｐｉｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｕｎｉｆｉｅｄｐｉｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅ

6、ｌｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｆｏｒｍａｌｌｙｆｒｏｍｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅａｓｏｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｏｄｅｌｆｏｒＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｏｐｄｏｗｎｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｏｄｅｌｗａｓｒｅａｓｏｎｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｆａｕｌｔｍｏｄｅｌｏｆｔｏｏｌｃａｒｒｉｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｕｓｅｄａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｉｌｌｕｓｔ

7、ｒａｔｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃｓｅｔｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ；ｔｏｏｌｃａｒｒｉｅｒｓｙｓｔｅｍ数控机床故障部件层次结构复杂，故障模式与模型主要包括贝叶斯网络模型、Ｐｅｔｒｉ网模型和本体［１］［２４］故障原因之间具有多关联特性。故障诊断模型是模型等。贝叶斯网络适用于不确定性故障知识故障诊断推理的基础，已建立的数控机床故障诊