基于故障樹的數控機床故障診斷系統研究

引言：數控機床技術為我國工業化的推進做出了積極的作用，故障樹分析作為數控機床診斷的一種重要方法，加強對其的研究具有重要意義。本文在簡要介紹數控機床故障診斷的基礎上，對故障樹自身及其在數控機床診斷中的應用與分析進行了詳細的分析與研究。

一、研究背景

在我國工業化推進的進程中，相當的技術在整個進程中有著不可磨滅的貢獻，數控機床作為其中的一個重要技術，使得我國的機械生產在很大程度上實現了高精度、高效和加工自動化，在機床的發展中得到相當普遍的應用，得到相關工程師的高度重視。因此，在現在以及將來的工業發展進程中，數控技術還將得到更加廣泛的應用。具體來說，數控機床是一種集電、機、液于一體的比較復雜的機電產品。因為數控機床比較負責，所以一旦出現問題，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，要求他們具有相當豐富的經驗與專業的業務水平，而故障樹分析法是一種解決數控機床復雜系統診斷問題的高級方法。

二、故障樹在數控機床中的研究

由美國貝爾實驗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演化出來的方法，通過對認為因素、硬件、環境、軟件等各種可能造成系統故障的因素進行分析，得到故障樹。在此基礎上，將故障發生的原因進行細化，最終判明系統發生故障因素的相關重要性。

2.1 故障樹的構建

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系統不希望發生故障事件為頂端事件，然后是找出直接導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影響因素，一直往下延伸，直至找出引起系統發生故障的所有的原因。最后用相應的邏輯關系與符號將所有的事件與影響因素連接起來，這就構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

在整個故障樹，有時候是故障樹的底層幾個事件同時發生，頂端事件才能發生，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事件，頂端事件將不再發生，也就說去除其中一個事件后的集合，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量。一般而言，求割集常用的方法是下行法，即根據故障樹的結構從頂端事件出發，逐級向下尋找，最終確定割集，最后將所得到的割集進行簡化與合并，即可得到最小割集。為了確保得到割集的準確性，可以對得到的最小割集進行定量檢驗。

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

三、專家知識庫研究

將人類專家的知識與經驗輸入計算機中組成的系統成為專家系統，計算機通過專家系統，就能夠有效地運用專家的知識與經驗解決遇到的問題。一般來說，專家系統由知識庫、知識積累系統、推理機、輸入系統、輸出系統組成。因此，專家系統的好壞直接取決于所輸入專家的知識與經驗，其表示方式目前有框架式、謂詞式、產生式與語義網絡等，在這幾種方式中，產生式是最基本的也是運用最成熟的模式，其基本形式是if P then Q，其中P是事件產生的條件，Q是當滿足P條件時所產生的響應的結果或者所執行的響應的操作。數控機床的知識庫是根據數控機床的故障建立的，又因為故障樹的子節點是父節點的故障源頭，因此子事件必然導致父事件的發生。因此，可以采用反向搜索的模式進行診斷，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。對于專家系統的軟件實現，可以Windows系統中采用Visual C語言或者C++，結合SQL Server共同實現，在操作過程中，也有可能會用到ADO組件對數據庫進行訪問，因為ADO相對而言占用內存較少、編程較簡單、相對比較容易實現。因此ADO在整個過程中起到了重要的作用。

四、研究結語

不得不承認，在數控機床方面我國已經取得了很好的研究與實踐成果，但是在我們也應該看到在故障樹應用方面還有很多問題需要去解決與完善。這就對數控工作人員提出了較高的要求，需要他們在平時及時的更新自己的知識結構體系，將所學的理論知識運用到實踐中去，注重與其他工作人員之間的有效溝通與交流，進而發現自身存在的問題與鞏固自己所有的知識。只有經得起實踐檢驗的理論還能長久的存在并服務于社會，加強實踐檢驗是數控工作的必有程序。

參考文獻

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（作者單位：江蘇省淮陰中等專業學校）