0 引言
隨著機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)床數(shù)控技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高工序集中、高精度、高復(fù)合化和高可靠性方面發(fā)展。數(shù)控機(jī)床功能的不斷提高，系統(tǒng)越趨復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，排除時(shí)間增長(zhǎng)，難度增大，費(fèi)用也隨之增加。由于數(shù)控機(jī)床涉及多個(gè)學(xué)科，對(duì)設(shè)備維修維護(hù)人員的技術(shù)要求越來(lái)越高，故障的及時(shí)診斷與維修越來(lái)越困難。如何在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行快速診斷及維修變得非常重要。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)備故障診斷技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，特別是知識(shí)工程、專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在診斷領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用，迫使人們對(duì)智能診斷問(wèn)題進(jìn)行更加深入與系統(tǒng)的研究。專家系統(tǒng)是人工智能的一個(gè)主要研究方向，它利用計(jì)算機(jī)程序解決那些只有人類領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的問(wèn)題，它以知識(shí)為研究對(duì)象，包括知識(shí)的獲取、表示和利用等。專家系統(tǒng)的解題能力主要取決于它所擁有知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量。所以，知識(shí)庫(kù)建立的質(zhì)量直接影響到專家系統(tǒng)的性能。本文研究的主要問(wèn)題就是在開(kāi)發(fā)數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)過(guò)程中，如何利用故障樹(shù)分析法建立專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)。
1 故障樹(shù)分析法的概念
對(duì)數(shù)控車床各部件、元件而言，產(chǎn)生故障的原因是多方面的，為此必須熟悉其原理，搞清車床各組成部分的功能，這是分析故障的基礎(chǔ)。深入實(shí)際，了解設(shè)備的使用和維修狀況，這是找出故障產(chǎn)生原因和排除故障的關(guān)鍵。故障產(chǎn)生后，列出可能產(chǎn)生故障的原因，然后逐個(gè)分析，排除次要原因，最后找出產(chǎn)生故障的主要原因。有時(shí)一種故障可能是某一元件的故障所在，也可能是幾個(gè)問(wèn)題的綜合。
故障樹(shù)分析把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標(biāo)，在故障樹(shù)中稱為頂事件，繼而找出導(dǎo)致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因，在故障樹(shù)中稱為中間事件。再跟蹤找出導(dǎo)致這些中間故障事件發(fā)生的所有可能直接原因。直追尋到引起中間事件發(fā)生的全部部件狀態(tài)，在故障樹(shù)中稱為底事件。用相應(yīng)的代表符號(hào)及邏輯們把頂事件、中間事件、底事件連接成樹(shù)形邏輯圖，則稱此樹(shù)形邏輯圖為故障樹(shù)。它是一種特殊的倒立樹(shù)狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號(hào)、邏輯門(mén)符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。應(yīng)用故障樹(shù)時(shí)應(yīng)遵循如下步驟：
1)給系統(tǒng)以明確的定義，規(guī)定可能發(fā)生的不希望事件作為頂事件。
2)對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行定義，分析其形成原因。
3)作出故障邏輯圖。
4)對(duì)故障結(jié)構(gòu)作定性分析，分析各事件結(jié)構(gòu)重要度。
5)對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)作定量分析，如掌握各元件、各部件的故障率數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)故障樹(shù)邏輯，對(duì)系統(tǒng)的故障作定量分析。
另外，故障樹(shù)分析還規(guī)定了一系列的常用符號(hào)，本文中采用框圖形式，故障樹(shù)也能表達(dá)得比較清晰。
2 數(shù)控車床故障經(jīng)驗(yàn)知識(shí)整理
專家知識(shí)是支撐一個(gè)專家系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，如果沒(méi)有正確和足夠的知識(shí)，專家系統(tǒng)很難按照人們?cè)O(shè)想的那樣運(yùn)行，也就很難得出正確的結(jié)論。因此，應(yīng)特別重視故障診斷經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的整理工作。把數(shù)控車床的組成部件、元件及其故障種類、原因及故障對(duì)策等都作了細(xì)致的分析。以主軸故障分析為例：
根據(jù)以上的分析，我們對(duì)主軸部件的常見(jiàn)故障現(xiàn)象有了總體的把握，然后再對(duì)每一具體的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出所有引起這些故障的原因，提出相應(yīng)地排地除方法。列表如下：
分析故障進(jìn)行之后，針對(duì)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，來(lái)確定其排除方法。針對(duì)知識(shí)庫(kù)中的故障對(duì)策，以主軸軸承出現(xiàn)的故障為例來(lái)說(shuō)明：
滾動(dòng)軸承對(duì)主軸工作性能影響甚大，很多故障的根源都來(lái)源于它。所以防止軸承出現(xiàn)故障是主軸使用與維護(hù)的重要內(nèi)容。軸承出現(xiàn)故障的原因及排除方法主要如表6所示：
3 故障樹(shù)分析法在數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)中的應(yīng)用
依據(jù)上面針對(duì)主軸的常見(jiàn)故障、故障原因及排除對(duì)策的分析，對(duì)數(shù)控車床的故障診斷進(jìn)行故障樹(shù)分析。通過(guò)以上研究工作，建立了車床的故障現(xiàn)象分類，如圖1所示。先把整個(gè)系統(tǒng)劃分為主軸箱、尾座部分、刀架部分、液壓部分、氣動(dòng)部分、潤(rùn)滑部分、伺服部分、數(shù)控系統(tǒng)等8個(gè)子系統(tǒng)模塊，并且以此為基礎(chǔ)，根據(jù)各系統(tǒng)的組成元件，繼續(xù)細(xì)化故障樹(shù)。直到滿足診斷要求為止。如以主軸箱故障為例說(shuō)明故障樹(shù)的建立方法。
圖1數(shù)控車床故障樹(shù)
主軸故障現(xiàn)象及排除方法在前面巳經(jīng)說(shuō)明，這里不再重述。根據(jù)對(duì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)原理及各部件的結(jié)構(gòu)(特別是主軸結(jié)構(gòu))分析畫(huà)出其故障樹(shù)如圖2所示，從故障樹(shù)的第一層入手，層層分解，可以找出各因素之間的相互關(guān)系，分析出各樹(shù)枝出現(xiàn)故障時(shí)的原因。
圖2主軸異常故障
以同樣的方法建立其他各子系統(tǒng)的故障樹(shù)。
4 小結(jié)
應(yīng)用故障樹(shù)分析方法對(duì)數(shù)控車床的故障進(jìn)行診斷排除，直觀性強(qiáng)，能把車床的故障及其成因形象地表現(xiàn)出來(lái)，并具有很強(qiáng)的靈活性，在設(shè)備維修中能發(fā)揮較好的作用。在實(shí)踐中應(yīng)用該方法的主要困難是建立被診斷系統(tǒng)的“故障樹(shù)”的工作量較大。對(duì)于設(shè)備維修者來(lái)說(shuō)，建立故障樹(shù)和獲得分析診斷結(jié)果的過(guò)程，也是知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程。故障樹(shù)的不斷完善為以后的維修工作奠定良好的基礎(chǔ)，且對(duì)于知識(shí)的收集、整理、表示都非常有利。從而大大提高故障診斷專家系統(tǒng)的靈活性，提高了診斷效率。
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本文標(biāo)題：數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)中的故障樹(shù)分析
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