摘要：對數(shù)控車床的故障診斷系統(tǒng)進行了研究。該系統(tǒng)軟件用vc++6.0語言編寫，它總結(jié)了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗，建立了故障樹，并用產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)建了知識庫。依據(jù)故障診斷的特性，該系統(tǒng)采用不精確推理和有限深度搜索策略，能完成數(shù)控車床80多種故障的診斷。 1 引言 　　數(shù)控機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)控機床的安全性和工作可靠性對于生產(chǎn)單位的效益直接產(chǎn)生很大的影響，所以對數(shù)控機床進行狀態(tài)監(jiān)測以實現(xiàn)故障診斷和維修變得十分重要。數(shù)控車床的故障診斷技術(shù)以吸收和應(yīng)用其它領(lǐng)域的一些成果為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)控車床自身的故障特點及機理，通過建立故障樹，對車床的各個組成部分進行了可行的劃分，對各個組成元件的故障機理、故障原因、故障表現(xiàn)以及排除對策等進行細致地總結(jié)，建立相應(yīng)的知識庫和規(guī)則庫。并結(jié)合車床的需要采取恰當?shù)闹R表示形式，以獲得較高的診斷效果。由于設(shè)備的故障規(guī)則在實際中具有一定的模糊性，即不確定性，為解決這一問題，筆者在本文中引入了規(guī)則置信度的做法，使得該故障診斷專家系統(tǒng)更加符合系統(tǒng)的實際情況。利用VisualC++6.0為開發(fā)工具，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)軟件，并通過實地測試驗證了它的可行性。 2 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)主要由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、知識獲取部分、解釋部分、人機接口等部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。 [align=center] 圖1 數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2.1 知識的表示 　　在專家系統(tǒng)中，知識的表示是指如何把有用的知識方便地存儲到計算機中，并且便于管理和處理這些知識，表示方案的恰當與否對于問題的求解是非常重要的。在該專家系統(tǒng)中知識庫的機器學(xué)習(xí)方法是機械學(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)知識庫針對數(shù)控車床故障進行構(gòu)造，通過對數(shù)控車床工作原理、具體結(jié)構(gòu)的細致分析，得到了診斷知識。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。 　　知識庫文件的格式如下： 　　故障診斷系統(tǒng)的知識庫主要包括5個部分：診斷故障樹、診斷規(guī)則庫、故障原因、檢測提示以及故障對策，由3個文件構(gòu)成：故障樹文件、規(guī)則庫文件、故障對策文件。診斷故障樹文件主要是診斷對象的故障類型內(nèi)容和可能導(dǎo)致這些故障發(fā)生的原因說明;故障規(guī)則庫文件主要是故障診斷推理過程中所用的規(guī)則內(nèi)容;故障對策文件主要包括各個規(guī)則相對應(yīng)的排除對策以及規(guī)則中各個條件項的檢測過程提示信息。例如： 　　故障樹文件：部件名+“故障樹” 　　如：主軸箱部分： 　　[主軸工作異常] 　　子節(jié)點數(shù)=8 　　…… 　　子節(jié)點5=精車外圓圓周表面上有混亂的波紋#14#15#16#17# 　　故障原因5=主軸、軸承等傳動件摩擦劇烈，主軸滾動軸承的滾道磨損，主軸的軸向間隙過大，主軸的滾動軸承外圈與床頭箱軸孔有間隙 　　…… 　　規(guī)則庫文件：部件名十“規(guī)則庫” 　　如：[規(guī)則14] 　　前件=主軸工作異常 　　后件=精車外圓圓周表面上有混亂的波紋 　　條件信息=1 0.9 　　條件1=主軸滾動軸承的滾道是否磨損灼#0.9 　　檢測提示1=請檢查支承主軸的軸承 　　故障對策=如果有磨損則立即更換 　　2.2 知識的管理 　　知識庫管理主要包括瀏覽知識庫、建立知識庫、擴展知識庫、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)是怎樣管理知識庫的。 　　故障樹節(jié)點的添加操作不僅涉及故障樹文件的操作，還包括了對規(guī)則庫文件的操作，向規(guī)則庫文件中寫入新規(guī)則;對于規(guī)則庫文件的新規(guī)則添加和規(guī)則刪除操作也同時必須對故障樹文件中相關(guān)內(nèi)容進行修改。知識庫的編輯為用戶提供了一個增添、刪除、修改的工具，同時為了保證只有用戶指定的具有權(quán)限的技術(shù)人員才能進行知識庫編輯，在編輯功能中設(shè)置了密碼。 　　首先，點擊“故障樹管理”按鈕（可以用快捷鍵F2，只要按下鍵盤上的F2鍵），然后，進行相應(yīng)的故障樹的操作;點擊按鈕后，進入故障樹管理界面。要對故障樹進行操作，須點擊相應(yīng)的按鈕，按下“故障樹添加”按鈕（快捷鍵F2）;另外，此處需選取“故障樹”部分的相應(yīng)項添加到樹的故障現(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”處的空白框內(nèi)輸入了內(nèi)容，將使得“添加規(guī)則”、“確認輸入”按鈕發(fā)生作用，此時，通過Tab鍵，將輸入焦點轉(zhuǎn)移到“添加規(guī)則”按鈕，按下回車鍵，進入添加規(guī)則界面。按照要求，輸入相應(yīng)的項，若需要“傳感器位置”，可通過下拉框選取。完成認為合格了的規(guī)則添加，就可以按下上圖中的“確認輸入”按鈕，結(jié)束本層的操作;當然，可以點擊“取消輸入”按鈕，放棄添加操作。在操作中，可以通過Tab鍵進行操作焦點轉(zhuǎn)移。返回后，通過點擊“確認操作”按鈕就可以添加故障樹操作。假如，不需要添加故障樹操作，可以通過點擊“取消退出”按鈕，放棄本次操作;也可通過Esc鍵放棄操作。 　　2.3 推理機的設(shè)計 　　根據(jù)此數(shù)控車床的故障診斷的特點，推理機構(gòu)造主要考慮了以下幾點。 　　（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)車床出現(xiàn)的故障尋找產(chǎn)生故障的原因。通過對用戶輸入的關(guān)鍵詞和診斷知識庫中的信息進行匹配，推理得到對應(yīng)的記錄，然后顯示故障原因和對應(yīng)的處理方法。其推理過程是首先啟動系統(tǒng)，裝入要使用的知識庫，本文調(diào)用的知識庫是數(shù)控車床的故障診斷知識庫，然后程序進入初始界面，在初始界面中選中菜單“診斷系統(tǒng)”，系統(tǒng)進入診斷界面，提示用戶輸入故障現(xiàn)象，用戶輸入完畢后，點擊“開始診斷”按鈕，系統(tǒng)開始推理，完成推理后，用戶可在輸出結(jié)果界面中看到系統(tǒng)推出的對應(yīng)的故障原因及解決方法。 　?。?）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)點總是往“深度”搜索，而是給定一個深度限制系數(shù)，當往下搜索的深度差達到深度限制系數(shù)時，就適當回溯，這樣就可以減少搜索的工作量。 　　（3）不確定性 　　故障現(xiàn)象由觀測獲得，一般不能以確定的方式表示，需要給每個規(guī)則子句附加一個可信度[0，1]。 　?。?）解釋器的設(shè)計 　　這部分功能模塊負責(zé)回答用戶提出的各種問題，包括與系統(tǒng)推理有關(guān)的問題和與推理無關(guān)的關(guān)于系統(tǒng)自身的問題。它可對推理路線和含義給出必要的清晰地解釋，為用戶了解推理過程以及系統(tǒng)維護提供了方便的手段，是實現(xiàn)系統(tǒng)透明性的主要模塊，同時也便于專家系統(tǒng)和知識工程師及時發(fā)現(xiàn)知識庫中的錯誤。在推理過程中，按時間次序?qū)⒚恳徊酵评硭罁?jù)的規(guī)則及變元的轉(zhuǎn)換情況記錄下來存人動態(tài)數(shù)據(jù)庫，形成不斷延伸的“鏈條”，一旦外界要求解釋，解釋器將這鏈條適當組織，將推理過程顯示給用戶。 　?。?）界面 　　界面由一些菜單命令組成。主要有：系統(tǒng)啟動命令、診斷系統(tǒng)命令、知識管理命令、參數(shù)設(shè)置命令、退出系統(tǒng)命令、解釋命令、輸入輸出命令等組成。 3 系統(tǒng)的實現(xiàn) 　　本系統(tǒng)用VisualC++6.0語言在Windows上開發(fā)了數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)的用戶界面。啟動系統(tǒng)即可顯示界面。用戶可根據(jù)菜單提示運行系統(tǒng)，在系統(tǒng)運行過程中可以在工具欄上或者菜單上選擇操作，該知識庫目前仍在進一步擴充，由于增加、刪除診斷知識的方便性，該系統(tǒng)實際上相當于一個專家系統(tǒng)骨架，可以不斷充實并完善。 4 系統(tǒng)功能 　　對數(shù)控車床的多種故障進行診斷。 　　具有解釋功能：回答為什么? 　　具有機器學(xué)習(xí)功能。 　　系統(tǒng)進行診斷時，只需將選擇相關(guān)的故障現(xiàn)象和檢測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會得出結(jié)論。 5 結(jié)論 　　本系統(tǒng)實現(xiàn)了對數(shù)控車床多種故障的診斷，具有一般專家的水平，車床操作者和維修工可方便地掌握和使用，經(jīng)試用，診斷結(jié)論基要正確。