基于B/S模式的數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)研究

劉 勇，吳 磊，程國(guó)飛

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院光機(jī)電工程系，廣東中山528436）

數(shù)控機(jī)床是制造企業(yè)生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，而其主軸系統(tǒng)，則是關(guān)鍵零部件。由于其技術(shù)密集和知識(shí)密集的特點(diǎn)，如果發(fā)生故障，通常都是由機(jī)床制造廠商或者相關(guān)維修專家檢測(cè)、診斷和維修，現(xiàn)場(chǎng)工作人員和技術(shù)人員通常無(wú)力解決。在現(xiàn)有的條件下，機(jī)床制造廠商的專業(yè)技術(shù)人員和相關(guān)專家如果親臨現(xiàn)場(chǎng)診斷維修，必然會(huì)增加各方面的費(fèi)用，同時(shí)也延誤了生產(chǎn)企業(yè)的加工生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效率，增加了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推廣，網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)速度、計(jì)算機(jī)硬件以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件等方面，都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從而為各行業(yè)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)行業(yè)技術(shù)推廣和應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了解決機(jī)床維修成本高、效率低的問題，李鵬南[1]、張書誠(chéng)[2]等人先后提出了數(shù)控機(jī)床應(yīng)用Internet實(shí)施遠(yuǎn)程故障診斷方案。

針對(duì)上述行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，本文提出了基于B/S模式的數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過搭建面向生產(chǎn)制造的數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷服務(wù)平臺(tái)，以有償服務(wù)的方式向行業(yè)內(nèi)企業(yè)提供信息業(yè)務(wù)的外包服務(wù)，建立了一種利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的機(jī)床主軸診斷系統(tǒng)，來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)故障維修技術(shù)的不足。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)客戶端的傳感檢測(cè)設(shè)備采集信號(hào)，一旦出現(xiàn)故障，及時(shí)將信號(hào)傳遞給本系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，給出建設(shè)性的解決方案。

1 基于B/S模式的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)總體框架

1.1 基于B/S的三層系統(tǒng)模型

系統(tǒng)采用 B/S（Browser/Server）三層體系結(jié)構(gòu)[3~5]，即表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)層，整個(gè)系統(tǒng)組織如圖1所示。表示層，即用戶瀏覽器所能瀏覽到的網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面，其負(fù)責(zé)處理用戶設(shè)計(jì)參數(shù)輸入和設(shè)計(jì)結(jié)果顯示；邏輯層，即應(yīng)用服務(wù)器層，是整體系統(tǒng)的核心，采用微軟IIS技術(shù)構(gòu)建，其根據(jù)用戶的請(qǐng)求，進(jìn)行后臺(tái)運(yùn)算；數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示等操作。

B/S模式簡(jiǎn)化了客戶端負(fù)荷，只需裝上瀏覽器作為客戶端的運(yùn)行平臺(tái)，把原來(lái)在客戶機(jī)一側(cè)的應(yīng)用程序模塊放到應(yīng)用服務(wù)器上單獨(dú)組成一層，從而大大減輕了客戶機(jī)的壓力。用戶使用瀏覽器上網(wǎng)，向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行應(yīng)用程序，并將結(jié)果信息組織成超文本標(biāo)記語(yǔ)言頁(yè)面發(fā)送給用戶。這種模式克服了C/S二層結(jié)構(gòu)負(fù)荷不均勻的弊端，具有易于維護(hù)和升級(jí)、用戶界面具備一致性和友好性、操作使用方便、應(yīng)用程序開發(fā)與管理成本低等優(yōu)點(diǎn)，是開發(fā)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)系統(tǒng)的最佳模式。

圖1 系統(tǒng)B/S結(jié)構(gòu)圖

1.2 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)主要包括數(shù)控機(jī)床主軸故障信息采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程故障診斷三大模塊。

圖2 數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

故障信息采集系統(tǒng)主要借助安裝在數(shù)控機(jī)床主軸上的各種傳感器，采集設(shè)備上的狀態(tài)信息，如轉(zhuǎn)速、振動(dòng)頻率等信息。Web網(wǎng)絡(luò)是連接用戶與故障診斷系統(tǒng)的橋梁。此外，還可以連接不同地點(diǎn)的專家，通過視頻會(huì)議等方式，對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合診斷，極大的提高了診斷效率。

數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要有系統(tǒng)管理模塊、故障診斷模塊、專家系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、在線幫助模塊和系統(tǒng)安全模塊。

圖3 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

（1）系統(tǒng)管理模塊。負(fù)責(zé)系統(tǒng)配置、安全管理。模塊實(shí)現(xiàn)企業(yè)用戶的注冊(cè)、登陸、修改、注銷；同時(shí)要完成用戶權(quán)限的分配、設(shè)計(jì)過程的全程監(jiān)控管理等功能。

（2）故障診斷模塊。對(duì)系統(tǒng)接收的遠(yuǎn)程信號(hào)進(jìn)行分析診斷，給出診斷結(jié)論，提出建設(shè)性維修意見。

（3）專家系統(tǒng)模塊。將機(jī)床主軸系統(tǒng)常用的故障診斷方法和經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)化為一定規(guī)則解釋，貯存于系統(tǒng)之中，同時(shí)將典型的數(shù)控機(jī)床主軸故障及其維修方法，也保存在專家系統(tǒng)模塊。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括以下內(nèi)容：

第一，保存遠(yuǎn)程客戶提供的注冊(cè)信息、請(qǐng)求指令和任務(wù)數(shù)據(jù)等；

第二，保存采集到的客戶端信號(hào)以及故障診斷結(jié)論，供遠(yuǎn)程用戶查看、下載；

第三，保存系統(tǒng)常用的公用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和其它模塊實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)連接，對(duì)系統(tǒng)起到重要的支撐作用。

（5）在線幫助模塊。系統(tǒng)會(huì)在用戶提供設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)提供在線幫助功能，使用戶能夠方便、快捷得使用本系統(tǒng)。

（6）網(wǎng)絡(luò)安全模塊。此模塊作用使防止注冊(cè)或非注冊(cè)客戶的惡意或無(wú)意的攻擊，以保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行、客戶個(gè)人信息及設(shè)計(jì)資料的安全。通過以下三個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全：一是對(duì)服務(wù)器合理配置；二是對(duì)資料和源程序進(jìn)行加密保護(hù)；三借助現(xiàn)有的殺毒軟件和防火墻。

2 系統(tǒng)所需要的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

通過在Microsof t Windows 2000 Server操作系統(tǒng)上安裝Microsof t SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫(kù)，用以存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)。SQL Server 2000是基于客戶機(jī)/服務(wù)器的大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，具有高性能、分時(shí)性、基于服務(wù)器的處理能力等優(yōu)點(diǎn)。由于SQL Server與Microsof t Windows 2000 Server采用無(wú)縫連接，使得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)具有更高的安全性。

2.2 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)技術(shù)

早期傳統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)只是靜態(tài)的圖文組合，用戶可以在網(wǎng)頁(yè)上閱讀文字和圖像信息，但無(wú)法做到查詢、在線調(diào)查、留言、討論、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等一系列的服務(wù)器和客戶端的交互性質(zhì)的活動(dòng)，這顯然不能滿足本服務(wù)系統(tǒng)的要求。

目前動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)技術(shù)，主要有公共網(wǎng)關(guān)接口技術(shù)、ASP技術(shù)、PHP技術(shù)、JSP技術(shù)、ASP(Active Server Page).net技術(shù)。ASP.net是Microsof t.NET的一部分，具有強(qiáng)大性和適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)?；贏SP.net的諸多，本服務(wù)系統(tǒng)采用其作為動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)技術(shù)。在其環(huán)境下，結(jié)合其他工具，開發(fā)上述設(shè)計(jì)服務(wù)系統(tǒng)的各大功能模塊。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

系統(tǒng)中大量采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸是一個(gè)難題。為解決這個(gè)問題，系統(tǒng)利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，構(gòu)成基于B/S的數(shù)據(jù)傳輸模式，并采用VB.net編寫ActiveX控件，作為ASP.net組件直接嵌入到網(wǎng)頁(yè)中，并運(yùn)用VBScript語(yǔ)言編程?？蛻舳嗽谑褂贸Ｓ脼g覽器瀏覽相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面時(shí)，立即下載運(yùn)行內(nèi)嵌的小程序。該程序的功能就是連接服務(wù)器中的SQL Server2000數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出數(shù)據(jù)，并在客戶端瀏覽器上顯示采樣數(shù)據(jù)和相應(yīng)的診斷信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向機(jī)械行業(yè)的B/S應(yīng)用服務(wù)模式，目前正在中國(guó)興起，但許多方面仍處于探索、嘗試之中。本文提出的數(shù)控機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，是對(duì)如何利用互聯(lián)網(wǎng)為生產(chǎn)加工企業(yè)提供機(jī)床主軸診斷的一種嘗試。通過本系統(tǒng)，中小制造企業(yè)可以在機(jī)床故障診斷過程中得到有力的技術(shù)支持，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。本系統(tǒng)整體架構(gòu)是一個(gè)開放的架構(gòu)，在此平臺(tái)下可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)，添加新的功能模塊。

本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)速度優(yōu)化等方面需要進(jìn)一步提高。此外，由于機(jī)床主軸遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，仍然有許多工作需要去完善，隨著后續(xù)工作的開展和基礎(chǔ)環(huán)境的逐步成熟，系統(tǒng)將會(huì)得到進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

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