[摘要]數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)已經(jīng)有30多年的發(fā)展歷史, 但作為一門綜合性新學(xué)科《故障診斷學(xué)》,還是近些年發(fā)展起來(lái)的。從不同的角度出發(fā),設(shè)備故障診斷的理論和方法很多,其中故障診斷專家系統(tǒng)方法是近年來(lái)故障診斷領(lǐng)域zui顯著的成就之一,其內(nèi)容包括診斷知識(shí)的表達(dá)、診斷推理方法、不確定性推理及診斷知識(shí)的獲取等。 [關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床 故障分析 
 
一、數(shù)控機(jī)床故障的診斷研究意義所在 
故障診斷始于機(jī)械設(shè)備故障診斷,主要指制造設(shè)備和制造過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。制造設(shè)備主要指加工機(jī)床、夾具、量具和刀具;制造過(guò)程指制造工藝過(guò)程、工藝參數(shù)。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷包含兩方面內(nèi)容:一是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析、診斷。 
設(shè)備故障診斷是隨設(shè)備管理和設(shè)備維修發(fā)展起來(lái)的。歐洲各國(guó)在歐洲維修團(tuán)體聯(lián)盟(FENMS)推動(dòng)下,主要以英國(guó)倡導(dǎo)的設(shè)備綜合工程學(xué)為指導(dǎo);美國(guó)以后勤學(xué)為指導(dǎo);日本吸收二者特點(diǎn),提出了全員生產(chǎn)維修(TPM)的觀點(diǎn)。 
美國(guó)自1961年開(kāi)始執(zhí)行阿波羅計(jì)劃后,出現(xiàn)一系列因設(shè)備故障造成的事故,導(dǎo)致1967年在美國(guó)宇航局(NASA)倡導(dǎo)下,由美國(guó)海事研究室(ONR)主持成立了美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組(MFPG),并積極從事技術(shù)診斷的開(kāi)發(fā)。美國(guó)診斷技術(shù)在航空、航天、軍事、核能等部門仍處于Leader地位。 
英國(guó)在上世紀(jì)60-70年代,以機(jī)器保健和狀態(tài)監(jiān)測(cè)協(xié)會(huì)(MHMG&CMA)為zui先開(kāi)始研究故障診斷技術(shù),在摩擦磨損、汽車和飛機(jī)發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷方面具leader地位。 
日本的新日鐵自1971年開(kāi)發(fā)診斷技術(shù),1976年達(dá)到實(shí)用化。日本診斷技術(shù)在鋼鐵、化工和鐵路等部門處Leader地位。 
我國(guó)在故障診斷技術(shù)方面起步較晚,1979年才初步接觸設(shè)備診斷技術(shù),近年來(lái)得到迅速發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)對(duì)裝備的故障診斷技術(shù),尤其是板級(jí)故障診斷技術(shù)的研究有了較大的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)二十多年的研究與發(fā)展,我國(guó)的故障診斷技術(shù)己廣泛應(yīng)用于軍工、化工、工業(yè)制造等領(lǐng)域,如數(shù)控機(jī)床、汽車、發(fā)電、船舶、飛機(jī)、衛(wèi)星、核反應(yīng)堆等。 
二、現(xiàn)代故障診斷技術(shù)概述 
1.故障診斷主要內(nèi)容 
故障診斷的實(shí)質(zhì)是在診斷對(duì)象出現(xiàn)故障的前提下,通過(guò)來(lái)自外界或系統(tǒng)本身的信息輸入,經(jīng)過(guò)處理,判斷出故障種類,定為故障部位(元部件),進(jìn)而估計(jì)出故障可能時(shí)間、嚴(yán)重程度、故障原因等,甚至還可以提供評(píng)價(jià)、決策以及進(jìn)行維修的建議。 
現(xiàn)代故障診斷的主要內(nèi)容應(yīng)包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù),故障分析(診斷)技術(shù)和故障修復(fù)策略三個(gè)部分。從信息獲取到故障定位,再到故障的排除,作為單獨(dú)的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的同時(shí),又作為故障診斷的技術(shù)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。 
2.數(shù)控機(jī)床故障診斷常用的策略 
(1)直觀。由維修人員利用感覺(jué)器官,觀察故障發(fā)生時(shí)的各種聲、光、味等異?，F(xiàn)象,查看CNC機(jī)床系統(tǒng)的各個(gè)模塊和線路,有無(wú)燒毀和損傷痕跡,迅速將故障范圍縮小到一個(gè)模塊或一塊印刷線路板。這是一種zui基本和常用的策略。 
(2)CNC系統(tǒng)自診斷。數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力,已經(jīng)成為衡量數(shù)控系統(tǒng)性能的重要指標(biāo),數(shù)控系統(tǒng)的自診斷Function實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。一旦發(fā)生異常情況,立即在CRT上顯示報(bào)警信息,或通過(guò)發(fā)光二極管指示故障的原因、故障模塊,這是CNC機(jī)床故障診斷維修中zui有效和直接的一種策略。 
(3)功能程序測(cè)試。功能程序測(cè)試就是將數(shù)控系統(tǒng)的常用功能和特殊功能用手工編程或自動(dòng)編程的策略,編制成一個(gè)功能測(cè)試程序,送入數(shù)控系統(tǒng),然后讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行這個(gè)測(cè)試程序,借以檢查機(jī)床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確性和可靠性,進(jìn)而判斷出故障發(fā)生可能的部位和故障原因。 
(4)模塊交換。所謂模塊交換就是在分析出故障大致起因的情況下,利用備用的印刷線路板、模板、集成電路芯片或元件替換有疑點(diǎn)的部分,將功能相同的模板或單元相互交換,觀察故障的轉(zhuǎn)移情況,從而快速判斷故障部位的策略。 
(5)原理分析。根據(jù)CNC組成原理,從系統(tǒng)各部件的工作原理著手進(jìn)行分析和判斷,從邏輯關(guān)系上分析電路故障疑點(diǎn)的邏輯電平和特征參數(shù),從而確定故障部位的策略。這種策略對(duì)維修人員要求很高,必須熟悉整個(gè)系統(tǒng)或每個(gè)部件的工作原理,才能對(duì)故障部位進(jìn)行定位。 
(6)PLC程序。根據(jù)PLC報(bào)警信息,查閱有關(guān)PLC程序,對(duì)照?qǐng)?bào)警點(diǎn)相應(yīng)的模塊程序,比較相關(guān)I/O元件的邏輯狀態(tài),判斷故障。 
數(shù)控機(jī)床的故障診斷的策略還有參數(shù)檢查、測(cè)量比較、敲擊、局部升溫、隔離和開(kāi)環(huán)檢測(cè)等,這些策略各有特點(diǎn),維修時(shí)常同時(shí)采用幾種策略綜合運(yùn)用,分析并逐步縮小故障范圍,以達(dá)到排除故障的目的。 
3.數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 
(1)針對(duì)數(shù)控車床不完整信息和不信息的處理利用,更強(qiáng)調(diào)信息融合策略和處理技術(shù),知識(shí)的表示策略; (2)針對(duì)現(xiàn)代數(shù)控設(shè)備復(fù)雜化、集成化、自動(dòng)化程度的提高以及可持續(xù)工作能力和可靠性要求的提高,更強(qiáng)調(diào)多智能技術(shù)的融合,系統(tǒng)級(jí)診斷技術(shù),混合智能診斷技術(shù)的研究;(3)針對(duì)專家系統(tǒng)知識(shí)獲取的瓶頸問(wèn)題,更強(qiáng)調(diào)自適應(yīng)能力和自學(xué)習(xí)能力的研究,在線診斷技術(shù)、多傳感器技術(shù)的研究。 
三、數(shù)控機(jī)床故障的診斷展望 
數(shù)控機(jī)床的故障診斷一直是困擾操作、維修人員的難題。由于數(shù)控機(jī)床的安全性和工作可靠性對(duì)于生產(chǎn)單位的效益直接產(chǎn)生很大的影響,專家系統(tǒng)在故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了基于人類專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的設(shè)備與系統(tǒng)故障診斷技術(shù)。 
CNC機(jī)床作為一個(gè)復(fù)雜多變的非線性系統(tǒng),充分考慮自然情況的變化以及人為誤操作,如何結(jié)合模糊技術(shù)以及人工智能方面的優(yōu)點(diǎn),總結(jié)出更加智能的故障診斷策略,將是以后需要努力的方向。 
隨著設(shè)備自動(dòng)化的進(jìn)一步提高,其故障診斷也變得更加的復(fù)雜,特別是對(duì)于工程機(jī)械來(lái)說(shuō),要解決作業(yè)過(guò)程中的所有故障是十分困難的。鑒于此情況,在技術(shù)實(shí)力雄厚的科研院所建立遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng),通過(guò)Internet與工程機(jī)械操作現(xiàn)場(chǎng)連接,建立一個(gè)實(shí)時(shí)故障檢測(cè)系統(tǒng),及時(shí)地發(fā)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程的故障,迅速地進(jìn)行診斷。在本地的故障診斷系統(tǒng)無(wú)解決時(shí),利用Internet訪問(wèn)遠(yuǎn)程故障診斷中心,通過(guò)技術(shù)實(shí)力雄厚的科研院所來(lái)解決這些故障,及時(shí)地恢復(fù)生產(chǎn),也有效地實(shí)現(xiàn)了技術(shù)資源共享,因此基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 
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