現(xiàn)代生產(chǎn)中史简，機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)越來越受到重視。如果設(shè)備出現(xiàn)故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，其結(jié)果不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)器的損壞乡试，甚至還可能造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果。在連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中猾蔫，如果某關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障吻蟹，往往會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，并造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的高技術(shù)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備果邢，因此晚沙，對(duì)其檢測(cè)、維修技術(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的辙恨。數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床有著較大的區(qū)別喝赎，需采用更為先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，及時(shí)在線監(jiān)測(cè)和診斷數(shù)控機(jī)床的故障赡模，一旦發(fā)現(xiàn)故障前兆就可及時(shí)判斷出故障的性質(zhì)和部位田炭，找出事故隱患，有目的地進(jìn)行適時(shí)控制漓柑，予以排除教硫，這就是預(yù)知維修(或狀態(tài)維修)。
從傳統(tǒng)的定期維修改變?yōu)轭A(yù)知維修辆布，可大大提高機(jī)床運(yùn)行的安全性瞬矩、可靠性和機(jī)床的利用率，節(jié)約大量的維修時(shí)間和費(fèi)用谚殊，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益丧鸯。近年來，隨著電子測(cè)量技術(shù)嫩絮、信號(hào)處理技術(shù)丛肢、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)也有了很大的發(fā)展〗烁桑現(xiàn)將其作一簡(jiǎn)單介紹蜂怎。
遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)也稱為設(shè)備遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)一端連接用戶的CNC系統(tǒng)中的專用“遠(yuǎn)程通信接口”置尔，通過局域網(wǎng)或?qū)⑵胀娫捑€連接到Internet上登彪，另一端則通過Internet連接到設(shè)備遠(yuǎn)程維修中心的專用診斷計(jì)算機(jī)上。由診斷計(jì)算機(jī)向用戶的CNC系統(tǒng)發(fā)送診斷程序城搀，并將測(cè)試數(shù)據(jù)送回到診斷計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析标狼，得出診斷結(jié)論，然后再將診斷結(jié)論和處理方法通知用戶诞茶。
這種遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)不僅可用于故障發(fā)生后對(duì)CNC系統(tǒng)進(jìn)行診斷纠徘，還可對(duì)用戶作定期預(yù)防性診斷。雙方只需按預(yù)定時(shí)間對(duì)數(shù)控機(jī)床作一系列試運(yùn)行檢查哆幸，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到維修中心的診斷計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析暴雕、處理，維修人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)凫体，就可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障隱患豫鞭。SIEMENS公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)具有這種故障診斷功能抡悼。
自診斷系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床自診斷系統(tǒng)也稱為自修復(fù)系統(tǒng)，就是在數(shù)控系統(tǒng)的軟件中裝有自診斷程序在CNC系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置備用的模塊鬓预。軟件運(yùn)行中篮烈，一旦發(fā)現(xiàn)某一模塊發(fā)生故障，該系統(tǒng)就會(huì)將故障信息及時(shí)顯示在CRT上西轩，同時(shí)自動(dòng)尋找是否擁有備用模塊员舵，若有備用模塊脑沿，該系統(tǒng)就能自動(dòng)切斷故障模塊而接通備用模塊藕畔，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。Cincinati-Milacron公司生產(chǎn)的950系統(tǒng)就采用了這種技術(shù)庄拇，因而具有自診斷注服、自修復(fù)功能。
專家故障診斷系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是一種“基于知識(shí)”(knowledge-based)人工智能診斷系統(tǒng)措近，它的實(shí)質(zhì)是在某些特定領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用大量人類專家的知識(shí)和推理方法求解復(fù)雜的實(shí)際問題的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序溶弟。
通常，專家系統(tǒng)由知識(shí)庫瞭郑、推理機(jī)辜御、數(shù)據(jù)庫以及解釋程序、知識(shí)獲取程序等5個(gè)部分組成屈张，見圖1擒权。
其核心部分為知識(shí)庫和推理機(jī)。其中知識(shí)庫存放著求解問題所需的專業(yè)知識(shí)讽益，推理機(jī)負(fù)責(zé)使用知識(shí)庫中的知識(shí)去解決實(shí)際問題逊床。知識(shí)庫的建造需要知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜蚁嗷ズ献鳎杨I(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)整理出來泞叉，并用系統(tǒng)的知識(shí)方法存放在知識(shí)庫中蚪库。當(dāng)解決問題時(shí)，用戶向系統(tǒng)提供一些已知數(shù)據(jù)嫡决，就可從系統(tǒng)處獲得專家水平的結(jié)論人杜。對(duì)于數(shù)控機(jī)床，專家故障診斷系統(tǒng)主要用于故障監(jiān)測(cè)坷疙、故障分析皱蝙、故障處理等3個(gè)方面。在F-NUC15系統(tǒng)中烫毡，已將專家故障診斷系統(tǒng)用于故障診斷谁汤。使用時(shí)，操作人員以簡(jiǎn)單的會(huì)話問答方式弄萨，通過數(shù)控系統(tǒng)上的MDI/CRT操作裝置就能如同專家親臨現(xiàn)場(chǎng)一樣殉俗，快速進(jìn)行CNC系統(tǒng)的故障診斷圾纤。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)
人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)倦逐，它是在對(duì)人腦思維研究的基礎(chǔ)上譬正，模仿人的大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法將其簡(jiǎn)化檬姥、抽象并模擬曾我，而建立的一種非線性動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有處理復(fù)雜多模式及進(jìn)行聯(lián)系健民、推測(cè)抒巢、容錯(cuò)、記憶秉犹、自適應(yīng)蛉谜、自學(xué)習(xí)等功能，作為一種新的模式識(shí)別技術(shù)和知識(shí)處理方法崇堵，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷領(lǐng)域中顯示出極大的應(yīng)用潛力型诚，這是數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)新的發(fā)展途徑。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于3個(gè)方面：1)從模式識(shí)別角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器進(jìn)行故障診斷鸳劳；2)從預(yù)測(cè)角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行故障診斷狰贯；3)從知識(shí)處理角度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷專家系統(tǒng)。同時(shí)念澜，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)結(jié)合起來吼闽，發(fā)揮二者各自的優(yōu)點(diǎn)，更有助于數(shù)控機(jī)床的故障診斷诽檬。
“基于行為”的智能化故障診斷技術(shù)
“基于行為”(Behavior-based)的計(jì)算機(jī)輔助診斷的基本原理是：從某臺(tái)機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)出發(fā)脏拦，“自下而上”，即從具體到一般(而“基于知識(shí)”的專家系統(tǒng)則是“自上而下”殿扮，即從一般到特殊)摇昌，從機(jī)器工況狀態(tài)的變化判斷其故障屬性。按此原理構(gòu)建的基于行為的智能化故障診斷(Behavior-based Fault Diagnosis篓围，簡(jiǎn)稱BFD)系統(tǒng)净耍，見圖2。其核心內(nèi)容是一個(gè)診斷系統(tǒng)應(yīng)在運(yùn)行過程中培按，不斷提高自身的智能化水平嘉警，即診斷系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有智能化功能。BFD系統(tǒng)的基本目標(biāo)就是最終達(dá)到完全根據(jù)實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行行為沪识，決定診斷系統(tǒng)的實(shí)際工況拼缝，經(jīng)過自動(dòng)識(shí)別，自我完善彰亥，自我提高咧七，從而可以從具備初級(jí)智能的簡(jiǎn)單系統(tǒng)發(fā)展成為高級(jí)智能的衰齐、針對(duì)某一特定設(shè)備的專用診斷系統(tǒng)。
BFD系統(tǒng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是在缺乏設(shè)備先驗(yàn)診斷知識(shí)的情況下继阻，仍然能夠通過與實(shí)際設(shè)備行為的交互作用耻涛，建立一個(gè)有效的診斷系統(tǒng)。BFD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)為：1)故障行為征兆的自動(dòng)獲任灵荨抹缕；2)故障的自動(dòng)診斷策略和程序；3)BFD的知識(shí)表示和處理墨辛；4)BFD的自學(xué)習(xí)卓研、自完善技術(shù)；5)設(shè)備的行為預(yù)測(cè)技術(shù)背蟆。
虛擬現(xiàn)實(shí)在故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality鉴分，簡(jiǎn)稱VR)是在綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)带膀、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的市黔。它利用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)和軟件而產(chǎn)生另一種境界的仿真诅订，為用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖形世界，并通過頭盔顯示器插棱、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感器設(shè)備乡羹，向用戶提供一個(gè)觀察并與該虛擬世界交互的多維用戶界面，使用戶可以直接參與和探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化肘何，具有較強(qiáng)的“身臨其境”之感矫震。
由于機(jī)械設(shè)備的有些故障不能在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模擬，而虛擬現(xiàn)實(shí)則可以發(fā)揮其特點(diǎn)艰膀，進(jìn)行仿真研究控屡，彌補(bǔ)了某些故障難以現(xiàn)實(shí)模擬的不足。利用現(xiàn)代通信技術(shù)的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)辫田、局域網(wǎng)絡(luò)(包括有線或無線網(wǎng)絡(luò))峻维、調(diào)制解調(diào)器等，可以研制虛擬故障診斷環(huán)境嚎论，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷桐猬。在虛擬故障診斷環(huán)境中，在某一固定地點(diǎn)的專家或多個(gè)不同地點(diǎn)的專家可以投入到在另一個(gè)地方(異地)發(fā)生的事件或過程中去刽肠，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)溃肪，從而實(shí)現(xiàn)在專家面前的計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況或發(fā)生故障的過程，經(jīng)專家診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析和診斷音五，作出決策處理惫撰，并通過網(wǎng)絡(luò)及調(diào)制解調(diào)器反饋到現(xiàn)場(chǎng)杜秸，進(jìn)行指導(dǎo)，并解決問題润绎。對(duì)于數(shù)控機(jī)床故障診斷來說撬碟，這是一種很有發(fā)展前途的診斷技術(shù)。
結(jié)語
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備日益向著大型化莉撇、復(fù)雜化呢蛤、自動(dòng)化、高速化和連續(xù)化的方向發(fā)展棍郎，對(duì)機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的要求也越來越高其障。應(yīng)用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)(或系統(tǒng))對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障恃感，消除事故隱患和預(yù)防設(shè)備惡性事故的發(fā)生斜曾。并且，隨著高新技術(shù)快速發(fā)展侦需，數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)將不斷完善和日趨成熟南椒。
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