[摘要]數(shù)控機床故障診斷技術(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(guān)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(shè)備故障診斷,主要指制造設(shè)備和制造過程的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。制造設(shè)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(shè)備運行時的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷包含兩方面內(nèi)容:一是對設(shè)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(shè)備的故障進行分析、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(dǎo)的設(shè)備綜合工程學(xué)為指導(dǎo);美國以后勤學(xué)為指導(dǎo);日本吸收二者特點,提出了全員生產(chǎn)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(shè)備故障造成的事故,導(dǎo)致1967年在美國宇航局(NASA)倡導(dǎo)下,由美國海事研究室(ONR)主持成立了美國機械故障預(yù)防小組(MFPG),并積極從事技術(shù)診斷的開發(fā)。美國診斷技術(shù)在航空、航天、軍事、核能等部門仍處于Leader地位。 
英國在上世紀(jì)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(shù),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(shù),1976年達到實用化。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),近年來得到迅速發(fā)展。目前國內(nèi)對裝備的故障診斷技術(shù),尤其是板級故障診斷技術(shù)的研究有了較大的進展。經(jīng)過二十多年的研究與發(fā)展,我國的故障診斷技術(shù)己廣泛應(yīng)用于軍工、化工、工業(yè)制造等領(lǐng)域,如數(shù)控機床、汽車、發(fā)電、船舶、飛機、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 
故障診斷的實質(zhì)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(jīng)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(yán)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(nèi)容應(yīng)包括實時監(jiān)測技術(shù),故障分析(診斷)技術(shù)和故障修復(fù)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(shù)領(lǐng)域發(fā)展的同時,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?，F(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(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(zhǔn)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(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行分析和判斷,從邏輯關(guān)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(jù)PLC報警信息,查閱有關(guān)PLC程序,對照報警點相應(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(shù)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(diào)信息融合策略和處理技術(shù),知識的表示策略; (2)針對現(xiàn)代數(shù)控設(shè)備復(fù)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(diào)多智能技術(shù)的融合,系統(tǒng)級診斷技術(shù),混合智能診斷技術(shù)的研究;(3)針對專家系統(tǒng)知識獲取的瓶頸問題,更強調(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(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,實現(xiàn)了基于人類專家經(jīng)驗知識的設(shè)備與系統(tǒng)故障診斷技術(shù)。 
CNC機床作為一個復(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,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)備自動化的進一步提高,其故障診斷也變得更加的復(fù)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(shù)實力雄厚的科研院所建立遠(yuǎn)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(yuǎn)程故障診斷中心,通過技術(shù)實力雄厚的科研院所來解決這些故障,及時地恢復(fù)生產(chǎn),也有效地實現(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)將是一個重要的發(fā)展方向。 
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