[摘要]數(shù)控機床故障診斷技術已經有30多年的發(fā)展歷史, 但作為一門綜合性新學科《故障診斷學》,還是近些年發(fā)展起來的。從不同的角度出發(fā),設備故障診斷的理論和方法很多,其中故障診斷專家系統(tǒng)方法是近年來故障診斷領域zui顯著的成就之一,其內容包括診斷知識的表達、診斷推理方法、不確定性推理及診斷知識的獲取等。 [關鍵詞]數(shù)控機床 故障分析 
 
一、數(shù)控機床故障的診斷研究意義所在 
故障診斷始于機械設備故障診斷,主要指制造設備和制造過程的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。制造設備主要指加工機床、夾具、量具和刀具;制造過程指制造工藝過程、工藝參數(shù)。機械設備運行時的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷包含兩方面內容:一是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測;二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對設備的故障進行分析、診斷。 
設備故障診斷是隨設備管理和設備維修發(fā)展起來的。歐洲各國在歐洲維修團體聯(lián)盟(FENMS)推動下,主要以英國倡導的設備綜合工程學為指導;美國以后勤學為指導;日本吸收二者特點,提出了全員生產維修(TPM)的觀點。 
美國自1961年開始執(zhí)行阿波羅計劃后,出現(xiàn)一系列因設備故障造成的事故,導致1967年在美國宇航局(NASA)倡導下,由美國海事研究室(ONR)主持成立了美國機械故障預防小組(MFPG),并積極從事技術診斷的開發(fā)。美國診斷技術在航空、航天、軍事、核能等部門仍處于Leader地位。 
英國在上世紀60-70年代,以機器保健和狀態(tài)監(jiān)測協(xié)會(MHMG&CMA)為zui先開始研究故障診斷技術,在摩擦磨損、汽車和飛機發(fā)電機監(jiān)測和診斷方面具leader地位。 
日本的新日鐵自1971年開發(fā)診斷技術,1976年達到實用化。日本診斷技術在鋼鐵、化工和鐵路等部門處Leader地位。 
我國在故障診斷技術方面起步較晚,1979年才初步接觸設備診斷技術,近年來得到迅速發(fā)展。目前國內對裝備的故障診斷技術,尤其是板級故障診斷技術的研究有了較大的進展。經過二十多年的研究與發(fā)展,我國的故障診斷技術己廣泛應用于軍工、化工、工業(yè)制造等領域,如數(shù)控機床、汽車、發(fā)電、船舶、飛機、衛(wèi)星、核反應堆等。 
二、現(xiàn)代故障診斷技術概述 
1.故障診斷主要內容 
故障診斷的實質是在診斷對象出現(xiàn)故障的前提下,通過來自外界或系統(tǒng)本身的信息輸入,經過處理,判斷出故障種類,定為故障部位(元部件),進而估計出故障可能時間、嚴重程度、故障原因等,甚至還可以提供評價、決策以及進行維修的建議。 
現(xiàn)代故障診斷的主要內容應包括實時監(jiān)測技術,故障分析(診斷)技術和故障修復策略三個部分。從信息獲取到故障定位,再到故障的排除,作為單獨的技術領域發(fā)展的同時,又作為故障診斷的技術共同協(xié)調發(fā)展。 
2.數(shù)控機床故障診斷常用的策略 
(1)直觀。由維修人員利用感覺器官,觀察故障發(fā)生時的各種聲、光、味等異常現(xiàn)象,查看CNC機床系統(tǒng)的各個模塊和線路,有無燒毀和損傷痕跡,迅速將故障范圍縮小到一個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,已經成為衡量數(shù)控系統(tǒng)性能的重要指標,數(shù)控系統(tǒng)的自診斷Function實時監(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上顯示報警信息,或通過發(fā)光二極管指示故障的原因、故障模塊,這是CNC機床故障診斷維修中zui有效和直接的一種策略。 
(3)功能程序測試。功能程序測試就是將數(shù)控系統(tǒng)的常用功能和特殊功能用手工編程或自動編程的策略,編制成一個功能測試程序,送入數(shù)控系統(tǒng),然后讓數(shù)控系統(tǒng)運行這個測試程序,借以檢查機床執(zhí)行這些功能的準確性和可靠性,進而判斷出故障發(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的部分,將功能相同的模板或單元相互交換,觀察故障的轉移情況,從而快速判斷故障部位的策略。 
(5)原理分析。根據CNC組成原理,從系統(tǒng)各部件的工作原理著手進行分析和判斷,從邏輯關系上分析電路故障疑點的邏輯電平和特征參數(shù),從而確定故障部位的策略。這種策略對維修人員要求很高,必須熟悉整個系統(tǒng)或每個部件的工作原理,才能對故障部位進行定位。 
(6)PLC程序。根據PLC報警信息,查閱有關PLC程序,對照報警點相應的模塊程序,比較相關I/O元件的邏輯狀態(tài),判斷故障。 
數(shù)控機床的故障診斷的策略還有參數(shù)檢查、測量比較、敲擊、局部升溫、隔離和開環(huán)檢測等,這些策略各有特點,維修時常同時采用幾種策略綜合運用,分析并逐步縮小故障范圍,以達到排除故障的目的。 
3.數(shù)控機床故障診斷技術發(fā)展趨勢 
(1)針對數(shù)控車床不完整信息和不信息的處理利用,更強調信息融合策略和處理技術,知識的表示策略; (2)針對現(xiàn)代數(shù)控設備復雜化、集成化、自動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,更強調多智能技術的融合,系統(tǒng)級診斷技術,混合智能診斷技術的研究;(3)針對專家系統(tǒng)知識獲取的瓶頸問題,更強調自適應能力和自學習能力的研究,在線診斷技術、多傳感器技術的研究。 
三、數(shù)控機床故障的診斷展望 
數(shù)控機床的故障診斷一直是困擾操作、維修人員的難題。由于數(shù)控機床的安全性和工作可靠性對于生產單位的效益直接產生很大的影響,專家系統(tǒng)在故障診斷領域中的應用,實現(xiàn)了基于人類專家經驗知識的設備與系統(tǒng)故障診斷技術。 
CNC機床作為一個復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,如何結合模糊技術以及人工智能方面的優(yōu)點,總結出更加智能的故障診斷策略,將是以后需要努力的方向。 
隨著設備自動化的進一步提高,其故障診斷也變得更加的復雜,特別是對于工程機械來說,要解決作業(yè)過程中的所有故障是十分困難的。鑒于此情況,在技術實力雄厚的科研院所建立遠程故障診斷系統(tǒng),通過Internet與工程機械操作現(xiàn)場連接,建立一個實時故障檢測系統(tǒng),及時地發(fā)現(xiàn)作業(yè)過程的故障,迅速地進行診斷。在本地的故障診斷系統(tǒng)無解決時,利用Internet訪問遠程故障診斷中心,通過技術實力雄厚的科研院所來解決這些故障,及時地恢復生產,也有效地實現(xiàn)了技術資源共享,因此基于Internet的遠程故障診斷系統(tǒng)將是一個重要的發(fā)展方向。 
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