基于故障樹的數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究

引言：數(shù)控機(jī)床技術(shù)為我國工業(yè)化的推進(jìn)做出了積極的作用，故障樹分析作為數(shù)控機(jī)床診斷的一種重要方法，加強(qiáng)對其的研究具有重要意義。本文在簡要介紹數(shù)控機(jī)床故障診斷的基礎(chǔ)上，對故障樹自身及其在數(shù)控機(jī)床診斷中的應(yīng)用與分析進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究。

一、研究背景

在我國工業(yè)化推進(jìn)的進(jìn)程中，相當(dāng)?shù)募夹g(shù)在整個(gè)進(jìn)程中有著不可磨滅的貢獻(xiàn)，數(shù)控機(jī)床作為其中的一個(gè)重要技術(shù)，使得我國的機(jī)械生產(chǎn)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了高精度、高效和加工自動(dòng)化，在機(jī)床的發(fā)展中得到相當(dāng)普遍的應(yīng)用，得到相關(guān)工程師的高度重視。因此，在現(xiàn)在以及將來的工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)控技術(shù)還將得到更加廣泛的應(yīng)用。具體來說，數(shù)控機(jī)床是一種集電、機(jī)、液于一體的比較復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床比較負(fù)責(zé)，所以一旦出現(xiàn)問題，就需要故障定位或者故障源得到暴露，這必然對故障診斷工程提出了更高的要求，要求他們具有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)的業(yè)務(wù)水平，而故障樹分析法是一種解決數(shù)控機(jī)床復(fù)雜系統(tǒng)診斷問題的高級(jí)方法。

二、故障樹在數(shù)控機(jī)床中的研究

由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的故障樹分析法是一種按照樹枝狀把故障形成原因由整體至部分逐級(jí)演化出來的方法，通過對認(rèn)為因素、硬件、環(huán)境、軟件等各種可能造成系統(tǒng)故障的因素進(jìn)行分析，得到故障樹。在此基礎(chǔ)上，將故障發(fā)生的原因進(jìn)行細(xì)化，最終判明系統(tǒng)發(fā)生故障因素的相關(guān)重要性。

2.1 故障樹的構(gòu)建

故障樹的定性分析與定量分析是依托于故障樹的完整性，而故障樹的完整性完全取決于故障樹的建立，因此故障樹分析的關(guān)鍵在于故障樹的建立。一般情況下，都是采用演繹法建立故障樹，該法是首先需要確定整個(gè)系統(tǒng)不希望發(fā)生故障事件為頂端事件，然后是找出直接導(dǎo)致頂端事件的各種可能的影響因素，再次是找出這些影響因素的下一層級(jí)影響因素，一直往下延伸，直至找出引起系統(tǒng)發(fā)生故障的所有的原因。最后用相應(yīng)的邏輯關(guān)系與符號(hào)將所有的事件與影響因素連接起來，這就構(gòu)成了一棵將頂端事件作為根、中間事件為莖、頂端事件為葉的若干等級(jí)的故障樹，通過分析可知，該故障樹是完全倒置的，如圖1所示。

2.2 故障樹的定性分析

在整個(gè)故障樹，有時(shí)候是故障樹的底層幾個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，頂端事件才能發(fā)生，則稱這些底端事件所組成的集合為割集，它是一種故障系統(tǒng)模式。另外，將這種最小故障模式的割集定義為最小割集。如果在最小割集中去除其中一個(gè)事件，頂端事件將不再發(fā)生，也就說去除其中一個(gè)事件后的集合，將不再是最小割集，換言之，最小割集是所有的必須事件的最小數(shù)量。一般而言，求割集常用的方法是下行法，即根據(jù)故障樹的結(jié)構(gòu)從頂端事件出發(fā)，逐級(jí)向下尋找，最終確定割集，最后將所得到的割集進(jìn)行簡化與合并，即可得到最小割集。為了確保得到割集的準(zhǔn)確性，可以對得到的最小割集進(jìn)行定量檢驗(yàn)。

在一棵數(shù)控機(jī)床故障樹模型中往往包含多個(gè)底事件，各個(gè)底事件在故障樹中的重要性必然因它們所代表的設(shè)備在系統(tǒng)中的位置（或作用、功能）的不同而不同。故障樹中如果其某幾個(gè)底事件的集合同時(shí)發(fā)生時(shí)，將引起頂事件（系統(tǒng)故障）的發(fā)生，這個(gè)集合就稱之為割集。最小割集的意義就在于它為我們描繪了處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)所必須要修理的基本故障，指出了系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。

三、專家知識(shí)庫研究

將人類專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)輸入計(jì)算機(jī)中組成的系統(tǒng)成為專家系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過專家系統(tǒng)，就能夠有效地運(yùn)用專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)解決遇到的問題。一般來說，專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、知識(shí)積累系統(tǒng)、推理機(jī)、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)組成。因此，專家系統(tǒng)的好壞直接取決于所輸入專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，其表示方式目前有框架式、謂詞式、產(chǎn)生式與語義網(wǎng)絡(luò)等，在這幾種方式中，產(chǎn)生式是最基本的也是運(yùn)用最成熟的模式，其基本形式是if P then Q，其中P是事件產(chǎn)生的條件，Q是當(dāng)滿足P條件時(shí)所產(chǎn)生的響應(yīng)的結(jié)果或者所執(zhí)行的響應(yīng)的操作。數(shù)控機(jī)床的知識(shí)庫是根據(jù)數(shù)控機(jī)床的故障建立的，又因?yàn)楣收蠘涞淖庸?jié)點(diǎn)是父節(jié)點(diǎn)的故障源頭，因此子事件必然導(dǎo)致父事件的發(fā)生。因此，可以采用反向搜索的模式進(jìn)行診斷，采用if父事件then子事件，則表示為：if T then X1；if T then X2；……；if T then Xn。對于專家系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，可以Windows系統(tǒng)中采用Visual C語言或者C++，結(jié)合SQL Server共同實(shí)現(xiàn)，在操作過程中，也有可能會(huì)用到ADO組件對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，因?yàn)锳DO相對而言占用內(nèi)存較少、編程較簡單、相對比較容易實(shí)現(xiàn)。因此ADO在整個(gè)過程中起到了重要的作用。

四、研究結(jié)語

不得不承認(rèn)，在數(shù)控機(jī)床方面我國已經(jīng)取得了很好的研究與實(shí)踐成果，但是在我們也應(yīng)該看到在故障樹應(yīng)用方面還有很多問題需要去解決與完善。這就對數(shù)控工作人員提出了較高的要求，需要他們在平時(shí)及時(shí)的更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，將所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，注重與其他工作人員之間的有效溝通與交流，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)自身存在的問題與鞏固自己所有的知識(shí)。只有經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的理論還能長久的存在并服務(wù)于社會(huì)，加強(qiáng)實(shí)踐檢驗(yàn)是數(shù)控工作的必有程序。

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（作者單位：江蘇省淮陰中等專業(yè)學(xué)校）