一种新的数控系统故障诊断方法及其应用

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1、第20卷第3期计算技术与自动化Vol.20No.32001年9月COMPUTINGTECHNOLOGYANDAUTOMATIONSept2001文章编号:1003--6199(2001)03-0243-04一种新的数控系统故障诊断方法及其应用王倩(华中科技大学汉口分校武汉430012)摘要:本文详细阐述了一种新的故障诊断方法及其在数控系统故障诊断中的应用，它结合了常用于故障诊断的专家系统和故障树分析法的优点。大幅减少了建立数控设备智能故障诊断系统的工作，使得数控设备智能故障诊断从理论走向实用。关键词:专家系统;故障树分析法;扩展故障树中图分类号:

2、TP311文献标识码:A1前言数控系统是集机、电、液一体化的先进制造设备，属知识密集和技术密集型设备。因而要求维修人员不仅具有机械、加工工艺以及液压、气动方面的知识，还要具备计算、控制、驱动及测量技术等方面的知识，并且要对制造设备有比较详尽的了解。现代数控系统的发展，对故障诊断提出了越来越高的要求，这仅靠维修人员诊断修复故障是不够的，他要求实现诊断的智能化和自动化。而实现诊断自动化与智能化的关键技术就是建立智能化的诊断系统。人工智能与专家系统技术的出现，为建立智能诊断系统提供了可能。故障树分析法(FTA:AaultTreeAnalysis)是一种

3、安全性和可靠性分析技术，广泛应用于宇航、航空、核能、电子、化工和机械等工业部门，甚至在社会安全和经济管理领域也得到了应用。本文分析了专家系统和故障树分析法在数控系统故障诊断应用中各自的局限性，提出了一种综合两种方法，建立实用数控设备智能诊断系统的新方法。2方法专家系统的形成首先需要的是建立维修知识库，然后对网络的拓朴结构进行编程，编程工作中不仅要考虑采用正确的推理策略，而且还要随时与维修知识库交换信息。在编程过程中，针对网络拓朴结构的正确处理将是整个编程的关键，一方面它将直接影响到专家系统的准确性，所以需要编程人员不能遗漏任何一个环节;另一方面如

4、果系统比较复杂的话，那么其相应的网络结构也必然庞大，最后使得建立在网络结构上的编程工作成倍增长。专家系统的建立一般除了需要编程人员具有足够的数控系统知识外，还需要编程人员投入大量的时间来编制相当繁琐的程序。因此，形成一个专家系统将要投入大量的人力和物力，也就是说需要大量的投收稿日期:2001-05-15作者简介:王倩，1961年生，实验师，主要研究方向为自动控制理论及数字控制。计算技术与自动化2001年9月资，这一点对于普通的数控系统生产厂家来讲是难以承受的。正是因为这一缺陷，所以专家系统很少应用在数控系统中。故障树分析法是一种需要整体、综合、定

5、量地考虑子系统异常行为的系统方法。在这个方法中，先要确定系统可能产生的不希望发生事件;该不希望发生事件就是故障树的顶事件，然后在特定条件下(即内外边界条件)，对系统进行分析，从而找出导致系统不希望事件发生的一系列初级事件，故障树就是这些初级事件以图形的模式进行的串联和并联的组合。系统故障树建立以后，一般都是先经过定性及定量分析计算，然后才将所得出的结果投入使用。对故障树进行定分析，实际上就是对故障树进行简化(删去相互重复的部分)、概率值截断(忽略一些小概率事件)、阶次截断(对于需多种条件同时发生才能导致事件的集合，将其忽略)。进行完上述过程，最后

6、所得的便是实用树，该实用树所代表的意义便是:导致系统某一严重故障事件发生的系统内部所有最可能的直接原因的集合。有了该实用树，如果系统出现故障，我们不必要去查找图纸，只需检测实用树所包含的一系列最可能发生故障的元件，一旦某元件被发现是工作在不正常情况下，就可断定该元件的失效导致了系统发生严重故障。所以，这种方法对于查找系统所出现的故障，有一定程度上的指导作用。实用树的产生是由系统故障树经简化而得，系统的故障树往往具有上干个基本事件，而经简化后则只剩下几十个，这样一来，维修人员在使用时较为方便、简洁，但是尚有几个问题值得探讨。(1)故障概率的准确性。

7、我们目前计算时所采用的故障率往往是根据维修人员的经验的估计值，不同的维修人员，对同一故障的发生概率的估计可能相差很大，而我们在进行故障树的定性、定量分析时，由于根本无法得到真实的故障概率，所以只能参考维修人员所提供的失效率数据，在定性、定量分析计算时将小于某一失效率之下的基本事件全部删去，这种简化方法必然要导致很多故障原因不包含在实用树之内，使实用树价值降低。<2)大概率事件和小概率事件的取舍问题。数控系统广泛的应用于各行各业，各个生产厂家的环境相差很大，某些故障在某些生产厂家可能为大概率事件，而在另外一些厂家中可能就为上概率事件。鉴于这两种原因

8、，如果将实用树直接应用于数控系统的故障诊断中，其准确性及可用性就要大大降低，如果我们能回避这两个问题，当然就既能做到充分发挥故障树分析法