制造系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床故障處理技術(shù)研究

姜秀華

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 401120）

0 引言

由于飛速發(fā)展的電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)，這使得中國(guó)的制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)在廣大企業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越多，而且越來(lái)越多的機(jī)械加工企業(yè)的數(shù)控機(jī)床設(shè)備擁有數(shù)量很多，數(shù)控車間也初具規(guī)模[1]。所以，信息技術(shù)在這樣的數(shù)控車間隨處可見，比如控設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)編程、加工程序傳輸、甚至刀具都體現(xiàn)出了信息化的特點(diǎn)，所以如何有效提高數(shù)控機(jī)床的利用率，進(jìn)行先進(jìn)的管理手段和管理模式顯得較為重要。另一方面，由于相應(yīng)的數(shù)控加工的生產(chǎn)管理和相關(guān)輔助系統(tǒng)的技術(shù)準(zhǔn)備還不完善，這使得為滿足生產(chǎn)的快速反應(yīng)要求，應(yīng)該對(duì)于車間的數(shù)控設(shè)備信息管理化程度不斷提高，從而有效提高數(shù)控機(jī)床的利用率和生產(chǎn)能力[2,3]。所以，對(duì)于初具規(guī)模的數(shù)控車間來(lái)說(shuō)，有效提高數(shù)控車間信息集成與整合能力顯得尤為重要。

1 數(shù)控機(jī)床故障信息管理工作分析

1.1 數(shù)控機(jī)床故障信息管理的意義

數(shù)控機(jī)床故障信息管理的基本思想是及時(shí)反映設(shè)備使用狀態(tài)，記錄設(shè)備使用歷史記錄，即包括故障診斷也包括故障調(diào)度，面基本信息的管理是處理生產(chǎn)過(guò)程中故障及調(diào)度的基礎(chǔ)。在車間的設(shè)備、人員、加工零件的品種、工序的種類不太多或不太復(fù)雜的情況下，調(diào)度人員只要親臨現(xiàn)場(chǎng)，就可以憑經(jīng)驗(yàn)將生產(chǎn)任務(wù)合理地安排下去。在車間的設(shè)備、人員多，特別是具有相同加工能力的設(shè)備和人員較多，加工的零件及其工序數(shù)目繁多的情況下，進(jìn)行合理地調(diào)度就變成了一個(gè)復(fù)雜而重要的問(wèn)題了[4]。

數(shù)控機(jī)床信息管理系統(tǒng)對(duì)車間設(shè)備有明顯的促進(jìn)作用，以下三個(gè)方面正很好說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題：1）維修業(yè)務(wù)的無(wú)紙化辦公，同時(shí)也規(guī)范了故障信息的處理搓成，奠定相關(guān)信息化基礎(chǔ)；2）通過(guò)相關(guān)的及時(shí)反饋故障信息，使得領(lǐng)導(dǎo)能有效及時(shí)了解設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題及使用情況；3）領(lǐng)導(dǎo)可以通過(guò)信息化手段，在任意時(shí)間段內(nèi)的設(shè)備使用維修情況進(jìn)行分析，能更為合理的安排設(shè)別使用，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 數(shù)控機(jī)床故障信息管理的特點(diǎn)探討

我國(guó)制造企業(yè)中的數(shù)控機(jī)床的作用日益突出，所以影響業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)進(jìn)度的關(guān)鍵往往就是數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)，另外對(duì)于一些企業(yè)存在的設(shè)備管理，這里可以做如下的探討：1）設(shè)備技術(shù)檔案和臺(tái)帳管理存在問(wèn)題，對(duì)于以紙張手寫為主的情況來(lái)說(shuō)，往往不便于綜合查詢與隨機(jī)檢索；2）設(shè)備基礎(chǔ)信息、故障記錄、維修記錄、備件使用情況等等相關(guān)的設(shè)備管理工作基本信息，保存較為隨意，格式不同意，這樣也造成了信息查詢的困難；3) 各維修部門之間交流存在一定問(wèn)題，由于比較分散造成了交流不及時(shí)，信息溝通不及時(shí)；4）對(duì)于設(shè)備備件、配件管理工作量大，人工管理存在一定缺陷；5）手工完成的設(shè)備的使用狀況的調(diào)查，往往表現(xiàn)出信息反饋不及時(shí)的特點(diǎn)。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，很有必要對(duì)于企業(yè)的數(shù)控機(jī)床信息化管理進(jìn)行有效探討，探討了有效管理的軟件系統(tǒng)，這樣能夠規(guī)范化的進(jìn)行設(shè)備管理工作。

2 建立故障診斷知識(shí)庫(kù)分析

2.1 知識(shí)獲取

知識(shí)獲取的途徑取決于問(wèn)題域，獲取知識(shí)過(guò)程即要分析機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能，還要進(jìn)行專家交流工作。

這里采用面向?qū)ο蟮姆椒枋鲱I(lǐng)域知識(shí)，主要是利用便于領(lǐng)域知識(shí)的收集、整理以及轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生式規(guī)則的特點(diǎn)，其中，可以把每條專家經(jīng)驗(yàn)視為一個(gè)知識(shí)對(duì)象，這樣就能夠利用對(duì)象標(biāo)識(shí)區(qū)分知識(shí)對(duì)象。由屬性集、方法集組成的知識(shí)對(duì)象，可以用這樣的方式進(jìn)行區(qū)別。其中，1）存放知識(shí)對(duì)象屬性的是屬性集，往往是由故障現(xiàn)象、故障原因和解決措施三部分組成；2）用來(lái)存放操作知識(shí)屬性的方法的是方法集，這樣就可以屬性集轉(zhuǎn)換成規(guī)則集，建立知識(shí)屬性到產(chǎn)生式規(guī)則之間的映射關(guān)系；3）用來(lái)存放領(lǐng)域知識(shí)屬性轉(zhuǎn)換成的產(chǎn)生式規(guī)則就是規(guī)則集。本系統(tǒng)中規(guī)則集存儲(chǔ)結(jié)論規(guī)則。

2.2 知識(shí)庫(kù)

對(duì)于知識(shí)庫(kù)來(lái)講，一般具有知識(shí)存儲(chǔ)、檢索、編排、增刪、修改和擴(kuò)充等功能，往往其中大量的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則被存儲(chǔ)其中，可以在系統(tǒng)推理判斷的時(shí)候進(jìn)行調(diào)用，另外，知識(shí)庫(kù)的可用性、確定性、完善性往往影響一個(gè)故障診斷系統(tǒng)性能高低。這里采用融合實(shí)例(Case)與規(guī)則(Rule)的推理方法進(jìn)行數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，把知識(shí)庫(kù)分成兩部分：實(shí)例庫(kù)和規(guī)則庫(kù)，是為了更好知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)。這里面，以前曾成功解決過(guò)的問(wèn)題或案例在實(shí)例庫(kù)中。故障根據(jù)機(jī)床故障發(fā)生的部位可以分類如下：

2.2.1 數(shù)控裝置部分的故障

數(shù)控裝置部分的故障又可以分為軟件故障和硬件故障。

對(duì)于軟件故障來(lái)說(shuō)，加工程序編制出現(xiàn)錯(cuò)誤造成的機(jī)床故障常見，另外由于機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)也容易引起故障，這些都稱為軟件故障。這類故障一般都在故障原因找到并修改后得以解決。

對(duì)于硬件故障來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)硬件出現(xiàn)問(wèn)題造成機(jī)床故障，就必須更換損壞的器件或者維修后才能排除故障。

2.2.2 PLC部分的故障

軟件和硬件故障兩種也存在于PLC部分的故障。

對(duì)于軟件故障來(lái)說(shuō)，PLC用戶程序編制有問(wèn)題，致使數(shù)控機(jī)床在一定條件下發(fā)生故障。這往往和用戶的PLC編程問(wèn)題相關(guān)，有時(shí)間常會(huì)出現(xiàn)無(wú)報(bào)警的機(jī)床側(cè)故障，這樣就決定了盡可能完善的進(jìn)行PLC用戶程序善。

對(duì)于硬件故障來(lái)說(shuō)，PLC輸入輸出模塊出現(xiàn)問(wèn)題則往往屬于硬件問(wèn)題，有時(shí)可以利用改PLC程序，使用備用接口替代出現(xiàn)故障的接口，這樣就得以問(wèn)題解決。

例如一臺(tái)采用德國(guó)SIEMENS810系統(tǒng)的數(shù)控磨床，自動(dòng)加工不能連續(xù)進(jìn)行，磨削完一個(gè)工件后，主軸砂輪不退回修整，自動(dòng)循環(huán)中止。分析機(jī)床的工作原理，機(jī)床的工作狀態(tài)是通過(guò)機(jī)床操作面板上的鈕子開關(guān)設(shè)定的，鈕子開關(guān)接入PLC的輸入E7.0，利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能，檢查其狀態(tài)，但不管怎樣撥動(dòng)鈕子開關(guān)，其狀態(tài)一直為“0”，不發(fā)生變化，而檢查開關(guān)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將該開關(guān)的連接線連接到PLC的備用輸入接口E3.0上，這時(shí)觀察這個(gè)狀態(tài)的變化，正常跟隨鈕子開關(guān)的變化，沒(méi)有問(wèn)題，由此證明PLC的輸入接口E7.0損壞，因?yàn)槭诸^沒(méi)有備件，將鈕子開關(guān)接到PLC的E3.0的輸入接口上，然后通過(guò)編程器將PLC程序中的所有E7.0都改成E3.0，這時(shí)機(jī)床恢復(fù)了正常使用。

2.2.3 伺服系統(tǒng)故障

伺服系統(tǒng)的故障一般都是由于伺服控制單元、伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速裝置、編碼器等出現(xiàn)問(wèn)題引起的。

例如：一臺(tái)數(shù)控車床使用FANUC OiTC系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)417報(bào)警，報(bào)警信息為“SERVOALARM：2-TH AXIS PARAMETER INCORRECT"，檢查伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置發(fā)現(xiàn)，參數(shù)N0：2023被人修改成為負(fù)值。(該參數(shù)為電機(jī)一轉(zhuǎn)的速度反饋脈沖數(shù))。修改此參數(shù)，系統(tǒng)報(bào)警解除。

2.2.4 機(jī)床主體部分的故障

這類故障大多數(shù)是由于外部原因造成的，機(jī)械裝置不到位、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題、檢查開關(guān)損壞、驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)問(wèn)題。機(jī)床主軸、導(dǎo)軌、絲杠、軸承、刀庫(kù)等由于種種原因，會(huì)出現(xiàn)喪失精度、爬行、過(guò)載等問(wèn)題。這些問(wèn)題往往會(huì)造成數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警。因此，數(shù)控系統(tǒng)的故障判斷是一個(gè)綜合問(wèn)題。所以，每種類型的故障都是一張表，該類的所有故障診斷實(shí)例都在每張表記錄。一條記錄就是每個(gè)診斷實(shí)例，診斷實(shí)例所需要的參數(shù)為一個(gè)字段。

對(duì)采集到的故障信息進(jìn)行加工中心故障模式與部位的分類。故障模式即故障的表現(xiàn)形式。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)講，其組成的基礎(chǔ)是零部件、元器件，所以數(shù)控機(jī)床的故障多數(shù)是由零部件、元器件故障引起的。因此，在描述臥式加工中心的故障模式時(shí)，應(yīng)盡量以其零部件、元器件的故障模式來(lái)表示。只有在難以用零部件、元器件的故障模式進(jìn)行描述時(shí)，才能用子系統(tǒng)的故障模式進(jìn)行描述。

初步判定故障發(fā)生的部位是通過(guò)故障發(fā)生的現(xiàn)象。在整個(gè)系統(tǒng)中，可以通過(guò)計(jì)算時(shí)候的相關(guān)的故障概率(置信度)（這個(gè)數(shù)據(jù)往往是通過(guò)維修人員的經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)值）進(jìn)行選擇判斷，可能發(fā)生的故障原因是由置信度高低選擇來(lái)決定的，這樣就可以得到相應(yīng)的處理方法，使得故障發(fā)生的原因進(jìn)一步縮小，從而故障發(fā)生的原因和故障模式得以最終確定，找到故障處理方法。

2.3 推理機(jī)

推理機(jī)按一定的推理策略，利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，再具有啟發(fā)推理的特點(diǎn)去求解提出的專門問(wèn)題，一般分為啟發(fā)推理、算法推理、正向推理、反向推理和正反向推理、串行推理和并行推理等等功能。

1）推理方向

正向推理的控制方式在此系統(tǒng)被采用，這樣尋找產(chǎn)生故障的原因就可以通過(guò)機(jī)床出現(xiàn)的故障找到，另外可以進(jìn)行相關(guān)的信息匹配，這主要是利用用戶輸入關(guān)鍵詞方法，從而推理到相關(guān)的記錄，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中得到故障的原因和處理方法。

2）搜索方法

這里采用有限深度優(yōu)先搜索方法，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的一個(gè)給定的深度限制系數(shù)，使得不是只要求未被搜索的子節(jié)點(diǎn)總是往“深度"搜索，適當(dāng)?shù)幕厮莶僮骺梢越档拖嚓P(guān)搜索的工作量。

3）不確定性

一般不能以確定的方式表示故障現(xiàn)象由觀測(cè)獲得，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)

解釋器負(fù)責(zé)回答用戶提出的各種問(wèn)題，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)題也包括其中。必要的清晰地解釋針對(duì)推理路線和含義可以出給，同時(shí)這樣就為用戶提供了相關(guān)的推理過(guò)程以及系統(tǒng)維護(hù)的手段，可以視為系統(tǒng)透明性的主要模塊。另外，對(duì)于推理過(guò)程中來(lái)說(shuō)，可以把每一步推理所依據(jù)的規(guī)則，還有加上變?cè)霓D(zhuǎn)換情況記錄下來(lái)，一起存入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣的“鏈條”信息不斷增加，當(dāng)外界要求解釋，解釋器將這鏈條適當(dāng)組織，將推理過(guò)程顯示給用戶。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析數(shù)控機(jī)床故障信息管理工作的意義和特點(diǎn)，指出目前企業(yè)的故障信息管理技術(shù)還有很多不足之處，為了加強(qiáng)信息網(wǎng)絡(luò)化及資源共享，

企業(yè)迫切需要完善故障信息的管理?；谶@種需求，文章提出針對(duì)故障信息管理系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，以幫助企業(yè)更有效的進(jìn)行數(shù)控機(jī)床故障信息管理。故障知識(shí)庫(kù)是故障信息管理的核心，建立故障知識(shí)庫(kù)包括知識(shí)獲取、規(guī)則生成和故障診斷推理。

[1] 楊龍興, 賈民平, 許飛云. 基于規(guī)則控件的數(shù)控機(jī)床故障診斷專家系統(tǒng)[J]. 機(jī)床與液壓, 2001, (6).

[2] 夏衛(wèi)鋒. 潤(rùn)滑系統(tǒng)引起的數(shù)控機(jī)床故障的排除方法[J].機(jī)床與液壓, 2010, 38(24).

[3] 史晉芳. 基于專家系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2006, (7).

[4] 王侃夫, 劉溪涓, 于忠海, 等. 基于實(shí)例推理的數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2008, (10).