基于專家系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床故障診斷

數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修一直是困擾操作、維修人員的難題。由于數(shù)控機(jī)床的安全性和工作可靠性對(duì)于生產(chǎn)單位的效益直接產(chǎn)生很大的影響，所以對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以實(shí)現(xiàn)故障診斷和維修變得十分重要。鑒于以上情況本文的著眼點(diǎn)就放在了數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的研究上，建立數(shù)控機(jī)床基于專家系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，采用人工智能技術(shù)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。

1 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取部分、解釋部分、人機(jī)接口等部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1知識(shí)的表示

在該專家系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是機(jī)械學(xué)習(xí)，即將這些規(guī)則不做任何處理，直接將其輸入到故障診斷專家系統(tǒng)中。本系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)通過(guò)對(duì)數(shù)控車床工作原理、具體結(jié)構(gòu)的細(xì)致分析，得到了診斷知識(shí)。把每一種故障狀態(tài)按照故障原因的不同而分成多條記錄。

故障診斷系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)主要包括5個(gè)部分：診斷故障樹(shù)、診斷規(guī)則庫(kù)、故障原因、檢測(cè)提示以及故障對(duì)策，由3個(gè)文件構(gòu)成：故障樹(shù)文件、規(guī)則庫(kù)文件、故障對(duì)策文件。診斷故障樹(shù)文件主要是診斷對(duì)象的故障類型內(nèi)容和可能導(dǎo)致這些故障發(fā)生的原因說(shuō)明；故障規(guī)則庫(kù)文件主要是故障診斷推理過(guò)程中所用的規(guī)則內(nèi)容；故障對(duì)策文件主要包括各個(gè)規(guī)則相對(duì)應(yīng)的排除對(duì)策以及規(guī)則中各個(gè)條件項(xiàng)的檢測(cè)過(guò)程提示信息。

1.2知識(shí)的管理

知識(shí)庫(kù)管理主要包括瀏覽知識(shí)庫(kù)、建立知識(shí)庫(kù)、擴(kuò)展知識(shí)庫(kù)、添加規(guī)則、修改規(guī)則和刪除規(guī)則等功能子模塊?，F(xiàn)在以添加規(guī)則為例解釋此車床故障診斷專家系統(tǒng)是怎樣管理知識(shí)庫(kù)的。

故障樹(shù)節(jié)點(diǎn)的添加操作不僅涉及故障樹(shù)文件的操作，還包括了對(duì)規(guī)則庫(kù)文件的操作；對(duì)于規(guī)則庫(kù)文件的新規(guī)則添加和規(guī)則刪除操作也同時(shí)必須對(duì)故障樹(shù)文件中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行修改。知識(shí)庫(kù)的編輯為用戶提供了一個(gè)增添、刪除、修改的工具，同時(shí)為了保證只有用戶指定的具有權(quán)限的技術(shù)人員才能進(jìn)行知識(shí)庫(kù)編輯。首先，點(diǎn)擊“故障樹(shù)管理”按鈕，然后，進(jìn)行相應(yīng)的故障樹(shù)的操作；點(diǎn)擊按鈕后，進(jìn)入故障樹(shù)管理界面。要對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行操作，須點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，按下“故障樹(shù)添加”按鈕；另外，此處需選取“故障樹(shù)”部分的相應(yīng)項(xiàng)添加到樹(shù)的故障現(xiàn)象位置，假設(shè)選取故障現(xiàn)象“主軸工作異?！?，一旦在 “子節(jié)點(diǎn)”處的空白框內(nèi)輸入了內(nèi)容，將使得“添加規(guī)則”、“確認(rèn)輸入”按鈕發(fā)生作用，將輸入焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到“添加規(guī)則”按鈕，按下回車鍵，進(jìn)入添加規(guī)則界面。按照要求，輸入相應(yīng)的項(xiàng)，若需要“傳感器位置”，可通過(guò)下拉框選取。完成認(rèn)為合格了的規(guī)則添加，就可以按下上圖中的“確認(rèn)輸入”按鈕，結(jié)束本層的操作。返回后，通過(guò)點(diǎn)擊“確認(rèn)操作”按鈕就可以添加故障樹(shù)操作。

1.3推理機(jī)的設(shè)計(jì)

根據(jù)此數(shù)控車床的故障診斷的特點(diǎn)，推理機(jī)構(gòu)造主要考慮了以下幾點(diǎn)。

（1）推理方向

本系統(tǒng)采用了正向推理的控制方式，用戶可根據(jù)機(jī)床出現(xiàn)的故障尋找產(chǎn)生故障的原因。通過(guò)對(duì)用戶輸入的關(guān)鍵詞和診斷知識(shí)庫(kù)中的信息進(jìn)行匹配，推理得到對(duì)應(yīng)的記錄，然后顯示故障原因和對(duì)應(yīng)的處理方法。

（2）搜索方法

采用有限深度優(yōu)先搜索方法，它不是只要求未被搜索的子節(jié)點(diǎn)總是往“深度”搜索，而是給定一個(gè)深度限制系數(shù)，當(dāng)往下搜索的深度差達(dá)到深度限制系數(shù)時(shí)，就適當(dāng)回溯，這樣就可以減少搜索的工作量。

（3）不確定性

故障現(xiàn)象一般不能以確定的方式表示，需要給每個(gè)規(guī)則子句附加一個(gè)可信度[0，1]。

（4）解釋器的設(shè)計(jì)

這部分功能模塊負(fù)責(zé)回答用戶提出的各種問(wèn)題，包括與系統(tǒng)推理有關(guān)的問(wèn)題和與推理無(wú)關(guān)的關(guān)于系統(tǒng)自身的問(wèn)題。它可對(duì)推理路線和含義給出必要的清晰地解釋，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)透明性的主要模塊，同時(shí)也便于專家系統(tǒng)和知識(shí)工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)中的錯(cuò)誤。

2系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)用C語(yǔ)言在windows上開(kāi)發(fā)了數(shù)控機(jī)床故障診斷專家系統(tǒng)的用戶界面。啟動(dòng)系統(tǒng)即可顯示界面。用戶可根據(jù)菜單提示運(yùn)行系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以在工具欄上或者菜單上選擇操作，該知識(shí)庫(kù)目前仍在進(jìn)一步擴(kuò)充，由于增加、刪除診斷知識(shí)的方便性，該系統(tǒng)實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)專家系統(tǒng)骨架，可以不斷充實(shí)并完善。

系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，只需將選擇相關(guān)的故障現(xiàn)象和檢測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會(huì)得出結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

基于專家系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)研究.史晉芳

數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)的研究. 李世班 賈文友

數(shù)字化制造系統(tǒng)故障診斷方法的研究. 王世剛 沙勇 滕方清

基于故障診斷專家系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床故障診斷.王春生 李朝強(qiáng) 李素娟

基于實(shí)例推理的數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)研究.楊有君 王侃夫

機(jī)床故障診斷系統(tǒng)知識(shí)表示的研究. 張龍 熊國(guó)良 李嶷