淺析數(shù)控機床網(wǎng)絡化機械故障診斷研究

朱連芳

摘要：在機電一體化設備中，數(shù)控機床是最重要設備，在一定領域（如技術密集型產(chǎn)品方面）具有廣泛運用。由于其作為生產(chǎn)中的最關鍵設備，當其任何部分出現(xiàn)這樣和那樣的問題，都會直接影響企業(yè)正常的運營，給企業(yè)造成無關的損失，如果厲害的話，甚至會影響到個人的安全，因此，提高數(shù)控機床的使用效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益，保障數(shù)控機床安全、可靠、高效的運行，就顯得尤為重要。本文就針對數(shù)控機床的機械故障，進行一定的分析，通過采用網(wǎng)絡集成的方法（基于Web的神經(jīng)網(wǎng)絡和系統(tǒng)集成），來對其機械故障進行處理，使得設備能夠有效運轉(zhuǎn)。

關鍵字：數(shù)控機床；機械故障；專家系統(tǒng)；神經(jīng)網(wǎng)絡；網(wǎng)絡化

1 引言

由于數(shù)控機床具有提高零件的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率、可適應不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動加工等優(yōu)點，因此其運用越來越廣泛，已經(jīng)成為一個國家工業(yè)水平和綜合科技水平的重要標志。數(shù)控機床對大中型企業(yè)來說，是其最重要的設備，如果其任何部分出現(xiàn)故障，其就會導致精度減低，嚴重的話，使企業(yè)停頓，企業(yè)的經(jīng)濟損失更大，進而對相關人員的安全造成危害。在一方面，數(shù)控機床特點就是先進、復雜和智能化，當其出現(xiàn)故障后，維修也相對困難，因此對數(shù)控機床機械故障診斷進行分析研究就顯得非常迫切。

2 診斷故障系統(tǒng)的網(wǎng)絡化管理

2.1專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡內(nèi)涵

1）專家系統(tǒng)的基本原理；具有獲取、處理、存儲和使用知識的特點的系統(tǒng)叫做專家系統(tǒng)（可以進行知識處理），其主要包括知識庫、推理機、數(shù)據(jù)庫、知識獲取模塊、解釋程序和人機接口等方面組成。

2）專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)合；盡管在運用方面，專家系統(tǒng)取得了不小的成就，但是，其在模擬人類抽象思維方面也有著明顯的缺陷，這些缺陷主要有：（1）存在“瓶頸”問題；（2）推理能力弱；（3）自學習能力差；（4）存在“窄臺階效應”。

3）神經(jīng)網(wǎng)絡的基本結(jié)構；神經(jīng)網(wǎng)絡的基本結(jié)構主要有以下七部分組成，具體如：（1）一組處理單元（讓相關單元可以激活）；（2）輸出函數(shù)（由處理單元進行輸送）；（3）銜接模式（主要處理單元之間的鏈接問題）；（4）一定規(guī)則進行傳遞；（5）一定規(guī)則進行激活（輸入處理單元和當前狀態(tài)結(jié)合規(guī)則）；（6）一定的學習規(guī)則（根據(jù)經(jīng)驗進行聯(lián)接）；（7）系統(tǒng)所需要的環(huán)境。

2.2專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)合

2.2.1對專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡進行比較

根據(jù)其二者不同的定義、結(jié)構及工作原理，神經(jīng)網(wǎng)絡與專家系統(tǒng)是兩種截然不同的技術：其主要區(qū)別有：（1）知識獲取不同；（2）知識表示不同；（3）推理形式不同。

2.2.2 對專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的相關性進行分析

二者存在的特點各不相同，神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)在其各自的領域都運用較為廣泛，但同時在滿足設備故障診斷任務方面又各自存在著的局限性，因此就需要讓其二者有效結(jié)合起來，其結(jié)合方式主要有：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡與專家系統(tǒng)共存于一個系統(tǒng)中；（2）使用神經(jīng)網(wǎng)絡來構造專家系統(tǒng)。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡的類型選擇及結(jié)構設計

2.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡不同選擇類型

由于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡具有確定自適應、輸出與初始權值無關等各種優(yōu)點，因此其在擬合多維曲面、重構自由曲面和故障診斷等方面有著巨大的運用。因此認為徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡是最好的。

2.3.2 隱層神經(jīng)元的設計

提取并存儲內(nèi)在規(guī)律，使每個隱層神經(jīng)元都有不同的權值，同時每個權值都相對應著一個參數(shù)（增強網(wǎng)絡映射能力）。

2.4基于web的神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)

對現(xiàn)代信息傳輸載體（比如Internet）進行有效利用，可以較快地傳遞和收集相關故障信息，高效提高診斷故障的能力，使數(shù)控機床設計者和使用者更好地參與進來，以期得到更合理的措施。

3 系統(tǒng)的總體設計原則

3.1網(wǎng)絡化專家系統(tǒng)的設計原則

其設計的原則主要有以下幾方面，具體如下：（1）模塊化原則。（2）實用性原則。（3）可擴充原則。（4）安全性原則。（5）統(tǒng)一性與簡單性原則。

3.2專家系統(tǒng)的功能模塊設計

新用戶首次登陸必須要通過注冊模塊先進行注冊，老用戶可以直接登陸，登陸又分為管理員和普通用戶登陸，只有管理員有權利處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。通過故障診斷模塊對相應故障進行診斷，其功能模塊主要主軸、進給系統(tǒng)、刀庫刀和輔助裝置等幾部分組成。

3.3系統(tǒng)運行的環(huán)境

1）Web服務器的選??；通過Windows操作系統(tǒng)，發(fā)揮在PC界的優(yōu)勢，推出的IIS成為目前運用最廣泛的服務器，經(jīng)過驗證，也是目前用戶最好的選擇。

2）后臺數(shù)據(jù)庫的選??；通過分析研究，同時結(jié)合Access的特性、相關程序的匹配性和開發(fā)者的業(yè)務水平，本文的系統(tǒng)選取Access最為合適。

3.4系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境

3.4.1 服務器相應的軟件環(huán)境

操作系統(tǒng)：Windows XP Server/Professional；服務器：IIS6.0；數(shù)據(jù)訪問：ADO -ActiveX Data Objects；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：ACCESS

3.4.2 客戶自己機器所對應的軟件

操作系統(tǒng)：Windows 98/2000/xp，瀏覽器：IE5.0以上，MATLAB6.5以上版本。

3.5開發(fā)相應工具分析

目前開發(fā)工具主要有以下兩種形式：（1）網(wǎng)絡化專家系統(tǒng)開發(fā)工具：具體采用FrontPage。（2）徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡開發(fā)工具：具體采用MATLAB程序控制。

4 系統(tǒng)的研究與實施

4.1總體結(jié)構設計

該系統(tǒng)的總體結(jié)構主要采用一個并列協(xié)調(diào)式（神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)并存）。兩者分別處理各自不同的知識，管理著不同的模塊，分別處理各自不同的功能，但是也可以進行聯(lián)合診斷。

4.2知識庫的設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)直接把數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為知識庫的重要組成部分，一方面通過數(shù)據(jù)對象來處理知識，另一方面，用數(shù)據(jù)庫來對相關知識的存儲、編輯、刪改、更新查詢和安全保護等功能進行有效管理。

4.3推理機的研究與實實施

通過模擬專家的思維模式，對相應問題進行控制和研究，這是推理機的主要功能。結(jié)合目前已知的事實，通過知識庫，按照一定的規(guī)則和方法，進行推理分析，再對其修正，得到最終的結(jié)果。

4.4解釋模塊及人機界面

解釋功能作為數(shù)控機床機械故障診斷系統(tǒng)最主要的功能，其主要具有向用戶、遠程用戶、領域?qū)＜液椭R工程師解釋相關的問題的優(yōu)點。目前的人機界面都需要通過ASP編程來實現(xiàn)，主要采用中文視窗的的模式，這樣比較簡單明了，更容易實現(xiàn)人機交互。

4.5徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷

當專家系統(tǒng)部分得出的初期診斷結(jié)果不能使用戶滿意那么就需要進行進一步的深層次診斷。采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡進行深層次的定量診斷。

5 結(jié)論

由于現(xiàn)在數(shù)控機床的技術和水平的快速提高，其相應結(jié)構復雜程度進一步提高，功能也越來越多，這樣就是的設備出現(xiàn)的問題概率大大增加，因此針對數(shù)控機床存在的機械故障進行分析研究，提出采用網(wǎng)絡化對其故障進行控制的方法，以期更好地服務相關公司，為之后出現(xiàn)的機械故障提供一定的參考。

參考文獻

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