0 引言

　　隨著機械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機床數(shù)控技術(shù)也得到了長足的進步。目前數(shù)控機床正朝著高工序集中、高精度、高復(fù)合化和高可靠性方面發(fā)展。數(shù)控機床功能的不斷提高，系統(tǒng)越趨復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，排除時間增長，難度增大，費用也隨之增加。由于數(shù)控機床涉及多個學科，對設(shè)備維修維護人員的技術(shù)要求越來越高，故障的及時診斷與維修越來越困難。如何在數(shù)控機床出現(xiàn)故障時，進行快速診斷及維修變得非常重要。近年來，由于計算機技術(shù)，現(xiàn)代測試技術(shù)及信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)備故障診斷技術(shù)也取得了很大的進步。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，特別是知識工程、專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在診斷領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用，迫使人們對智能診斷問題進行更加深入與系統(tǒng)的研究。專家系統(tǒng)是人工智能的一個主要研究方向，它利用計算機程序解決那些只有人類領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的問題，它以知識為研究對象，包括知識的獲取、表示和利用等。專家系統(tǒng)的解題能力主要取決于它所擁有知識的數(shù)量和質(zhì)量。所以，知識庫建立的質(zhì)量直接影響到專家系統(tǒng)的性能。本文研究的主要問題就是在開發(fā)數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)過程中，如何利用故障樹分析法建立專家系統(tǒng)的知識庫。

1 故障樹分析法的概念

　　對數(shù)控車床各部件、元件而言，產(chǎn)生故障的原因是多方面的，為此必須熟悉其原理，搞清車床各組成部分的功能，這是分析故障的基礎(chǔ)。深入實際，了解設(shè)備的使用和維修狀況，這是找出故障產(chǎn)生原因和排除故障的關(guān)鍵。故障產(chǎn)生后，列出可能產(chǎn)生故障的原因，然后逐個分析，排除次要原因，最后找出產(chǎn)生故障的主要原因。有時一種故障可能是某一元件的故障所在，也可能是幾個問題的綜合。

　　故障樹分析把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標，在故障樹中稱為頂事件，繼而找出導致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因，在故障樹中稱為中間事件。再跟蹤找出導致這些中間故障事件發(fā)生的所有可能直接原因。直追尋到引起中間事件發(fā)生的全部部件狀態(tài)，在故障樹中稱為底事件。用相應(yīng)的代表符號及邏輯們把頂事件、中間事件、底事件連接成樹形邏輯圖，則稱此樹形邏輯圖為故障樹。它是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。應(yīng)用故障樹時應(yīng)遵循如下步驟：

　　1)給系統(tǒng)以明確的定義，規(guī)定可能發(fā)生的不希望事件作為頂事件。

　　2)對系統(tǒng)的故障進行定義，分析其形成原因。

　　3)作出故障邏輯圖。

　　4)對故障結(jié)構(gòu)作定性分析，分析各事件結(jié)構(gòu)重要度。

　　5)對故障樹結(jié)構(gòu)作定量分析，如掌握各元件、各部件的故障率數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)故障樹邏輯，對系統(tǒng)的故障作定量分析。

　　另外，故障樹分析還規(guī)定了一系列的常用符號，本文中采用框圖形式，故障樹也能表達得比較清晰。

2 數(shù)控車床故障經(jīng)驗知識整理

　　專家知識是支撐一個專家系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，如果沒有正確和足夠的知識，專家系統(tǒng)很難按照人們設(shè)想的那樣運行，也就很難得出正確的結(jié)論。因此，應(yīng)特別重視故障診斷經(jīng)驗知識的整理工作。把數(shù)控車床的組成部件、元件及其故障種類、原因及故障對策等都作了細致的分析。以主軸故障分析為例：

　　根據(jù)以上的分析，我們對主軸部件的常見故障現(xiàn)象有了總體的把握，然后再對每一具體的故障現(xiàn)象進行分析，找出所有引起這些故障的原因，提出相應(yīng)地排地除方法。列表如下：

　　分析故障進行之后，針對出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，來確定其排除方法。針對知識庫中的故障對策，以主軸軸承出現(xiàn)的故障為例來說明：

　　滾動軸承對主軸工作性能影響甚大，很多故障的根源都來源于它。所以防止軸承出現(xiàn)故障是主軸使用與維護的重要內(nèi)容。軸承出現(xiàn)故障的原因及排除方法主要如表6所示：

3 故障樹分析法在數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　依據(jù)上面針對主軸的常見故障、故障原因及排除對策的分析，對數(shù)控車床的故障診斷進行故障樹分析。通過以上研究工作，建立了車床的故障現(xiàn)象分類，如圖1所示。先把整個系統(tǒng)劃分為主軸箱、尾座部分、刀架部分、液壓部分、氣動部分、潤滑部分、伺服部分、數(shù)控系統(tǒng)等8個子系統(tǒng)模塊，并且以此為基礎(chǔ)，根據(jù)各系統(tǒng)的組成元件，繼續(xù)細化故障樹。直到滿足診斷要求為止。如以主軸箱故障為例說明故障樹的建立方法。

圖1數(shù)控車床故障樹 

　　主軸故障現(xiàn)象及排除方法在前面巳經(jīng)說明，這里不再重述。根據(jù)對主運動系統(tǒng)的傳動原理及各部件的結(jié)構(gòu)(特別是主軸結(jié)構(gòu))分析畫出其故障樹如圖2所示，從故障樹的第一層入手，層層分解，可以找出各因素之間的相互關(guān)系，分析出各樹枝出現(xiàn)故障時的原因。

圖2主軸異常故障

　　以同樣的方法建立其他各子系統(tǒng)的故障樹。

4 小結(jié)

　　應(yīng)用故障樹分析方法對數(shù)控車床的故障進行診斷排除，直觀性強，能把車床的故障及其成因形象地表現(xiàn)出來，并具有很強的靈活性，在設(shè)備維修中能發(fā)揮較好的作用。在實踐中應(yīng)用該方法的主要困難是建立被診斷系統(tǒng)的“故障樹”的工作量較大。對于設(shè)備維修者來說，建立故障樹和獲得分析診斷結(jié)果的過程，也是知識與經(jīng)驗的積累過程。故障樹的不斷完善為以后的維修工作奠定良好的基礎(chǔ)，且對于知識的收集、整理、表示都非常有利。從而大大提高故障診斷專家系統(tǒng)的靈活性，提高了診斷效率。  

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本文標題：數(shù)控車床故障診斷專家系統(tǒng)中的故障樹分析

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