曹丕磊，籍剑锋

（日照钢铁有限公司，山东 日照 276806）

从数控机床的特点进行分析，具有一定的复杂性，主要有液压系统、机械装置、软件程度和电气控制等方面的内容。在数控机床的传动系统中，存在有较多的故障，主要是由以下因素引起：①机械自身存在的故障，主要由于损坏、磨损、锈蚀等引起的；②由于长时间的使用电气元件，使得电气元件出现老化问题，引起失效问题发生；③插接元件和电气元件在使用中存在由接触不良的问题；④对整体的工作环境带来了温度、流量等方面的变化；（5）软件本身的程序遭到了破坏，出现丢失等问题。

1 专家系统的组成

（1）人及界面：利用人机之间的西南西交流完成信息的录入。

（2）获得知识部分：在知识数据录入采集到的信息，并将新、旧知识结合在一起，并建立操作流程的专家系统。

（3）知识库：主要存储相关知识，当知识和专家经验运用到系统中时，系统调用该技术，并确保其具备较为顺畅的知识组织建构和检索维护功能。

（4）推理机：为了保证专家系统能够正常进行，推理机的大脑是最重要的部分。专家系统用于推理大脑。要有效地解决出现的问题的含义，就需要模拟专家的真实思维方式。

（5）数据库管理系统：只有建立完整的系统运行体系，清楚地分析事件细节、问题描述、中间环节和最终结果，记录运行信息，表明数据中的知识已被使用。

（6）解释机构：能回答用户提出的问题，对其行为机制和结果做出合理的解释，其推理追踪有一组程序文件进行，并为操作人员提供合理的建议或可行的维护计划。

2 横梁夹紧机构工作原理

从横梁夹紧机构进行分析，图1表示的是其主要的工作原理。在该机构目前的工作过程中，第一点是在操作过程中，需要采用“点动”的方法，使随后的放松-移动-固定过程自动结束。二是保证横梁夹紧机构处于自动放松状态，一旦达到完全放松状态，电动机会自动停止，之后移动电视机将启动，确保横梁在移动状态下，同时控制是基于行程的。此时，梁将自动附加到柱子上。最后一点，基于上下两个方向，当横梁在其中移动时，移动距离会非常有限，在向上的过程中，上梁不能被触及，在向下的过程中，它不能被它击中左侧和右侧的工具架。横梁运动和夹紧结构都必须处于互锁位置，在工作过程中不能同时进行；同时，对于主运动和牵引力的测量，还需要保证它们是相互关联的，在工作过程中不能同时进行。

图1 横梁夹紧机构工作原理图

3 诊断系统设计原理

3.1 系统原理

在目前对特定缺陷的诊断中，可以对整个梁固定结构进行一系列指标测试，以确定是否存在缺陷问题。如果在测试过程中有故障出现，则应对这些模块采用逐级测试的方法进行测试，然后才能找到错误的模块。一旦发现错误的模块，就会进入模块内部并进行相应的测试，然后进行诊断，直到找出故障点。系统对这些设备进行指标测试，借用正确的推理机制，根据专家在知识库中的知识和经验，根据实际诊断结果诊断实际设备缺陷并解决相关问题，并提供相关的解决方案。如图2所示。

图2 专家系统原理

3.2 设计关键技术

从故障诊断专家系统在数控机床电气传动部分的应用进行分析，目前的推理机制是将基于知识的推理算法定义作为主要依据进行的，也就是说其实际的依据是以生产或规则提供的，同时也是一种最基本的算法应用在人工质量领域中。本系统在实际操作过程中，其应用的最主要的技术就是正向推理技术，将规则的部分原因与当前字段数据的征兆值结合在一起进行匹配，且必须将每一步的推理结果在数据中予以存储，并对该过程进行重复执行，直到不在出现新的匹配结果。最后，在现场数据中的故障的基础上，实时确定相关的推理结果。

对事实也就是征兆进行E1，E2，...，En的设定；对结论也就是故障，进行H1,H2，...，Hm的设定。在实际的特性表之中，特 性 值P（Hi，Ej）（l≤i≤m，l≤j≤n,0≤P（Hi，Ej）≤1）表示故障Hi发生时，征兆Ej出现的拼读。令NC（Hi，Ej，Hk）=P（Hi，Ej）@P（Hi，Ej）@@（1-P（Hi，Ej））；称为Ej出现时，则Hk对Hi的信度区分率。

其中@为非负减，而且实际的定义为：x@y=ifx≥ythenxyelse0。

对于@@而言，在这里其主要代表的含义就是负非减，而且实际的定义为x@@y=ifx≥ythenx-yelse。

同 样，NC（Hi，Ej，Hk）=（1-P（Hi，Ej）@P（Hi，Ej）@@P（Hi，Ej）），此时，Ej不出现，则为Hk对Hi的信度区分率。

在大部分的专家系统中，在实际设计的过程中，都会将信任率的模型大量应用进来。

3.3 故障诊断专家系统的基本结构

由图3表示故障诊断专家系统的基本结构。

图3 故障诊断专家系统的基本结构

4 故障诊断系统及其实现

4.1 系统需求分析

所谓的数控机床故障诊断，就是指对数控机床的状态进行分析，确定是是否正常，针对所出现的故障的部位及性质予以确定，并分析可能引起故障发生的原因，得出具体的诊断结果，并提出相关的改进策略。通产情况下，将按照确定的推理算法，利用人机接口的形式，对诊断知识进行用户和计算机间的对话，并由于用户针对系统所提出的问题进行回答，同时，系统对提问和回答的答案进行推理，最后由专家针对推理得出结论，这一过程指的就是故障诊断。

（1）数据需求分析。数控机床故障诊断系统应尽可能多地提供有关故障诊断的信息，并应具有一定的类别，以方便信息的检索和检索。经过权衡评估后，故障诊断信息存储在“诊断系统数据库”中，主要由两个数据表的组成，分别为故障原因和故障现象。

一般情况下，将添加、修改、删除、查询故障针对信息的这一操作流程称之为数据处理。主要为数控机床故障诊断提供数据支持。同时要保证大量数据的存储和正确运行。

（2）功能需求分析。故障诊断在数控机床的应用中实用性能较强，应对数控机床的故障诊断由足够的了解，针对目前机床故障诊断中出现的问题可以有效的解决。主要从以下三个方面对该系统功能进行分析：① 系统用户为普通机床操作人员。考虑到当前用户的技术水平，有必要提供一种合适且安全的操作方法，以方便实现故障查询功能。②应对系统的开放性有足够的考虑。在进行实际应用时，用户可以实时更新数据库，保存当前用户诊断过程中的诊断信息。③应增加安全保护措施，使其具备基本的用户管理功能。

4.2 故障诊断系统运行实例

本系统采用基于数据库的构建方法，通过数据库操作完成推理和解释功能，在推理过程中利用数据库技术对推理的方向予以控制，使得推理结论的i笑傲率得到有效的提升。

数控机床故障诊断专家系统是一种基于智能知识的计算机程序。系统采用VisualBasic、内部控件和ActiveX控件的集成开发环境、数据库技术，使用SQL语句实现数据库搜索操作。同时，利用强大的VisualBasic数据库访问功能，将数据控件连接到不同类型的数据源，完成数据库应用的开发，以将人机对话功能应用到数控机床故障诊断系统中。

（1）Access数据库实例。Access是Windows环境下比较知名的数据库系统。它不仅具有大中型数据库的基本功能，而且与SQL Server等大型数据库管理系统有着必然的联系；还保持了桌面数据库的便利性和易用性，提供了大量的可视化开发工具，引入了VBA面向对象编程技术，是当前桌面数据库系统开发的主要工具。在对数控机床故障数据库进行整理的过程中，由于数控机床中有很多的故障点，因此，在诊断系统数据库中放置了两个数据库：分别为故障现象库和故障原因库，旨在依据故障树理论创建各故障点的故障表。

（2）VB编程系统实例。VisualBasic 6.0 是一款功能强大的集成开发工具，集语言编辑和综合开发于一体。它具有良好的图形用户界面，采用可视化和事件驱动的编程机制，易学易用，是目前使用人数最多的编程语言。在VisualBasic中，可以直接创建Access格式的数据库或使用Access中的数据，可以保存和检索数据。①菜单界面。在 Windows 应用程序窗口中，所有操作都可以通过菜单访问。菜单不仅可以提供人机对话界面，方便用户选择应用程序中的不同应用，还可以对应用进行管理，控制各个功能模块的运行。为方便使用，菜单编辑器用于创建菜单和菜单栏，系统界面创建为下拉菜单。②故障树的创建主要是基于TreeView 控件进行的。使用树来操作数据库，可以方便用户在数据库中进行操作。使用树选择操作比选择卡更灵活。③使用 ListView 控件搜索和显示数据。a.故障定位界面。错误位置查询界面使用两个ListViews来引导用户输入信息。用户可以从 ListView1 中显示的错误位置选项中进行选择。选择选项后，ListView2将显示故障位置发生的所有故障现象，故障原因和故障排除方法。用户可以通过移动光标在三个文本框中查看和显示相关故障信息。b.错误现象搜索界面。在错误现象查询界面创建“关键字输入”表单。由于对错误现象的描述因人而异，界面设计相对复杂。

5 结语

综上所述，本文针对数控机床传动故障的诊断设计了一套相适应的专家系统，在专家系统中，首先需要检测所出现的故障。在运行过程中，系统一旦发生故障，其内部的主要功能指标与目标的期望值有很大的差距，因此，可以确定，该系统出现故障，将故障程度按照实际的情况进行划分，分别为早期警报和紧急警报，如果遇到特别紧急的情况时，系统应执行强制停机操作。