1 概述
隨著機(jī)械設(shè)備的大型化、自動(dòng)化、高速化和復(fù)雜化，機(jī)械設(shè)備的故障診斷也變得十分復(fù)雜。解決這一題目的一個(gè)方法是建立基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障 診斷系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷是計(jì)算機(jī)科 學(xué)、通訊技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合的一種設(shè)備診 斷方式，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)的是數(shù)據(jù)而不是人”，從而改變一旦設(shè)備發(fā)生故障，診斷職員就疲于奔命的被動(dòng)局面。 在此基礎(chǔ)上，建立了fms遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 與故障診斷系統(tǒng)總體框架，提出了進(jìn)步數(shù)據(jù)傳輸和圖象傳輸速度的新方 法。
2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的總體框架
機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)開放的分布式系統(tǒng)，主要由監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳輸設(shè)備、傳輸通道、信息處理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)治理系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)的 主要功能如圖1所示。
圖2為機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是該遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷中心的出發(fā)點(diǎn)，它完成對(duì)fms中換刀機(jī)器人、加工中心的主要狀態(tài)信息的采集、存儲(chǔ)和處理，以及簡易診斷，狀態(tài)信息經(jīng)加工處理后可以直接通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)間隔傳輸，也可以將簡易診斷后的結(jié)果直 接傳輸給診斷中心。遠(yuǎn)程診斷中心為該用戶建立虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖象，根據(jù)傳輸來的信號(hào)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的加工狀態(tài)，由專家和專家系統(tǒng)綜合現(xiàn)場(chǎng)和經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸來的監(jiān)測(cè)信息，得出診斷結(jié)果并給出維修決策，通過網(wǎng)絡(luò)反饋至現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)維修排除故障。也可以用現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)簡易診斷的結(jié)果直接啟動(dòng)遠(yuǎn)程診斷中心專家系統(tǒng)的相應(yīng)模塊，或者詢問遠(yuǎn)程中心的專家，獲得精密診斷結(jié)果，并由遠(yuǎn)程中心將結(jié)果傳輸至現(xiàn)場(chǎng)。
3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
fms在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)底層設(shè)備的主要部位、部件的傳感器信號(hào)、可直接丈量的設(shè)備運(yùn)行信號(hào)、控制網(wǎng)絡(luò)可上傳的故障代碼、底層設(shè)備及控制器的故障報(bào)警燈和狀態(tài)變換指示燈信號(hào)、數(shù)控設(shè)備crt上可顯示的軟件報(bào)警代碼。在線監(jiān)測(cè)系同一方面綜合這些信號(hào)對(duì)fms狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)緊急故障作出快速診斷，對(duì)其它故障作出大體定位。通知現(xiàn)場(chǎng)的fms主控制器進(jìn)行相應(yīng)處理，并伴隨聲音和畫面報(bào)警。另一方面將所有監(jiān)測(cè)信息加工成可以在網(wǎng)上傳輸?shù)男问剑l(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷中心，由這里的專家和專家系統(tǒng)作出精密診斷。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息流如圖3所示。
4 數(shù)據(jù)和圖象傳輸
利用labview中的netdde在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，可以使用客戶申請(qǐng)模式、服務(wù)器建議模式及同步傳輸3種模式。 labview可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種數(shù)學(xué)分析，并可以直觀的顯示分析結(jié)果，專家或?qū)＜蚁到y(tǒng)可以直接從此獲取分析后的數(shù)據(jù)。
為了進(jìn)一步了解fms設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，更好地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷，并指導(dǎo)用戶進(jìn)行設(shè)備的使用和維修，在用戶和fms監(jiān)測(cè)與故障診斷中心之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖象傳輸。為了減小網(wǎng)上圖象數(shù)據(jù)的傳輸量，進(jìn)步數(shù)據(jù)的傳輸速度，利用vrml(虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言)技術(shù)，制作fms仿真現(xiàn)場(chǎng)的3維圖形，并利用vrml的動(dòng)畫及交互功能，使fms3維動(dòng)畫程序能夠根據(jù)人和傳輸信號(hào)的控制，產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)變化，從而虛擬出fms現(xiàn)場(chǎng) 的工作流程和工作狀態(tài)。
vrml2．0編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的交互，即在程序的運(yùn)行過程中，用特定的信號(hào)實(shí)時(shí)控制程序所定義的3維物體的運(yùn)動(dòng)。交互作用的產(chǎn)生主要靠傳感器節(jié)點(diǎn)與內(nèi)插器節(jié)點(diǎn)和路徑語句。vrml2．0的傳感器節(jié)點(diǎn)有6種，它們可以在程序運(yùn)行的過程中改變物體的一些狀態(tài)，如顏色、位置、尺寸等。路徑語句的主要作用是感知一些狀態(tài)變化，并把這些變化傳給其他節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而使物體的一些狀態(tài)發(fā)生變化。
利用vrml所具有的動(dòng)畫功能及交互作用，將fms系統(tǒng)里的設(shè)備工作運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過傳感器節(jié)點(diǎn)、內(nèi)插器節(jié)點(diǎn)及路徑語句再現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖象的虛擬傳輸。
5 開放式遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)
fms遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)完成對(duì)fms主要設(shè)備換刀機(jī)器人、有軌運(yùn)輸車、立式加工中心、車削中心、臥式加工中心、立體倉庫、3坐標(biāo)丈量機(jī)的診斷。系統(tǒng)主要由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、模糊推理模塊、知識(shí)庫治理系統(tǒng)和維修庫治理系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊。模糊推理模塊：是專家系統(tǒng)的核心，主要完成由故障現(xiàn)象尋找故障原因的過程，采用模糊反向推理算法和基于意向的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速推理算法實(shí)現(xiàn)多種有效的推理；對(duì)于沖突消解策略，按感官與直觀信息——設(shè)備外診斷到內(nèi)診斷規(guī)則——規(guī)則置信度從大到小——規(guī)則本身存儲(chǔ)順序選取，大大進(jìn)步了推理效率。模糊規(guī)則的匹配及結(jié)論置信度的計(jì)算采用匹配函數(shù)的方法，即條件條件與事實(shí)的匹配程度由匹配函數(shù)決定，而結(jié)論的置信度為規(guī)則的條件與數(shù)據(jù)庫事實(shí)的匹配值和規(guī)則置信度的乘積。
知識(shí)庫：包括規(guī)則庫、概念庫和圖形庫。規(guī)則庫是專家系統(tǒng)推理的知識(shí)部分，圖形庫是推理中提供檢測(cè)信息的圖形集合，概念庫是規(guī)則的基礎(chǔ)，規(guī)則庫由概念庫自動(dòng)天生。
知識(shí)庫治理：對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行治理和控制，完成對(duì)知識(shí)庫的各類操縱，包括系統(tǒng)的維護(hù)，日常系統(tǒng)事務(wù)治理，使用權(quán)限治理。
機(jī)器學(xué)習(xí)：隨著fms的不斷運(yùn)行，可能出現(xiàn)新的故障，也可能發(fā)現(xiàn)原來知識(shí)庫中的某些知識(shí)不正確。機(jī)器學(xué)習(xí)就是自動(dòng)在維修記錄庫中發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)完善原來的知識(shí)庫。本系統(tǒng)采用例子學(xué)習(xí)和指導(dǎo)學(xué)習(xí)相結(jié)合的集成式學(xué)習(xí)算法來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲 取。
6 fms遠(yuǎn)程診斷中心的運(yùn)行模式
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)可分為兩種運(yùn)行模式：實(shí)時(shí)診斷和遠(yuǎn)程查詢?cè)\斷。兩者的主要區(qū)別在于實(shí)時(shí)診斷時(shí)專家可以通過視訊會(huì)議系統(tǒng)與其他專家現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)職員一起實(shí)時(shí)討論，并可根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后給出診斷意見。而遠(yuǎn)程查詢?cè)\斷模式，一種是現(xiàn)場(chǎng)職員訪問遠(yuǎn)程診斷中心，申請(qǐng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷，遠(yuǎn)程診斷專家以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸過來的信息為依據(jù)進(jìn)行分析判定，以電子信函方式將診斷結(jié)果反饋至監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。另外一種是直接通過網(wǎng)絡(luò)查詢遠(yuǎn)程診斷中心的專家系統(tǒng)得到診斷結(jié)果。
(1)實(shí)時(shí)診斷模式的工作方式是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)信息及診斷申請(qǐng)傳至遠(yuǎn)程診斷中心，由診斷中心根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備及信息確定由哪些專家和專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷，然后診斷中心確定實(shí)時(shí)診斷時(shí)間，并通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及有關(guān)專家啟動(dòng)相應(yīng)的專家系統(tǒng)，在約定的協(xié)同診斷時(shí)間內(nèi)，各專家和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)職員通過視訊會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行討論。假如必要就進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，診斷中心模擬現(xiàn)場(chǎng)的加工流程和加工狀態(tài)，最后專家根據(jù)協(xié)同診斷情況及監(jiān)測(cè)信息做出診斷結(jié)論并傳輸至現(xiàn)場(chǎng)。
(2)遠(yuǎn)程查詢?cè)\斷模式的工作方式是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)職員將監(jiān)測(cè)信息及診斷申請(qǐng)傳至診斷中心，由診斷中心將信息輸進(jìn)專家系統(tǒng)或通過專家進(jìn)行診斷，專家根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)信息的分析、處理，得出診斷結(jié)果，并發(fā)送至監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。用戶也可以通過上網(wǎng)直接運(yùn)行遠(yuǎn)程診斷中心的專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷。
7 結(jié)論
fms設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷網(wǎng)絡(luò)將治理部分、運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)、診斷專家和制造廠之間的信息結(jié)合起來，利用現(xiàn)代的信息傳輸載體網(wǎng)絡(luò)，可以縮短收集故障信息的時(shí)間，進(jìn)步故障診斷的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備異地的協(xié)同監(jiān)測(cè)和診斷。