胡小波，鄧俊紅

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013）

基于數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的知識(shí)獲取

胡小波，鄧俊紅

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013）

知識(shí)獲取技術(shù)是創(chuàng)建知識(shí)工程系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過(guò)提取數(shù)控機(jī)床故障診斷的案例整理成故障案例庫(kù)，建立數(shù)控機(jī)床故障診斷知識(shí)庫(kù)，解決了數(shù)控機(jī)床故障咨詢系統(tǒng)中知識(shí)獲取的問題。

知識(shí)獲??；數(shù)控機(jī)床；故障案例庫(kù)

0 引言

知識(shí)獲取技術(shù)是智能知識(shí)工程的基本技術(shù)，其重要性不言而喻。知識(shí)型系統(tǒng)初時(shí)只需要一些基本知識(shí)，當(dāng)系統(tǒng)工作之后，其可以逐漸累積來(lái)自各個(gè)方面專家的知識(shí)，從而進(jìn)行進(jìn)化。知識(shí)型系統(tǒng)與知識(shí)獲取相輔相成，互相支持。知識(shí)獲取和知識(shí)表達(dá)[1]是推理的前提，計(jì)算機(jī)通常把所獲取的知識(shí)存儲(chǔ)在相對(duì)應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，然后就可以用對(duì)應(yīng)的知識(shí)進(jìn)行推理并最終解決問題。由此可知，知識(shí)獲取是創(chuàng)建設(shè)計(jì)人工智能的關(guān)鍵，也是創(chuàng)建知識(shí)工程系統(tǒng)的關(guān)鍵。在建立數(shù)控機(jī)床知識(shí)型系統(tǒng)時(shí)，基于數(shù)控機(jī)床案例庫(kù)的知識(shí)獲取對(duì)于系統(tǒng)有很大幫助。

1 知識(shí)獲取的概念和途徑

1.1 知識(shí)獲取的基本概念

“知識(shí)獲取”概念[2]指的是如何在人工智能的系統(tǒng)當(dāng)中，使用計(jì)算機(jī)獲得相關(guān)知識(shí)。它有兩種說(shuō)法。

（1）狹義知識(shí)獲取

狹義知識(shí)獲取，是通過(guò)相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使計(jì)算機(jī)獲取對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。比如知識(shí)工程師怎樣利用知識(shí)表達(dá)技術(shù)，然后建立相對(duì)應(yīng)的案例庫(kù)，并使專家咨詢系統(tǒng)獲取對(duì)應(yīng)的知識(shí)。即把相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)中，使用人工“搬運(yùn)”的方法。所以狹義知識(shí)獲取也被稱作“人工的知識(shí)獲得”。

（2）廣義知識(shí)獲取

除了人工的知識(shí)獲得，計(jì)算機(jī)還可以自主或半自主地吸收相應(yīng)的知識(shí)。比如通過(guò)計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行中學(xué)習(xí)知識(shí)，并累積知識(shí)。又或者通過(guò)計(jì)算機(jī)的自主感知學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行刪減、增加、修改、擴(kuò)展和刷新。廣義的知識(shí)獲取獲得知識(shí)的渠道更加寬廣，它包含了人工的知識(shí)獲得以及自主或者半自主的知識(shí)獲得。

1.2 知識(shí)獲取的主要途徑

知識(shí)獲取的主要途徑[3]大體可以分為兩大類：

（1）人工移植

人工移植是在相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或者相關(guān)的輔助工具下，通過(guò)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、編程者、使用者或者相關(guān)的專家，把其想法知識(shí)“搬運(yùn)”至計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)當(dāng)中去，從而使計(jì)算機(jī)獲得對(duì)應(yīng)的知識(shí)。

人工移植的方法又可以分為兩類：靜態(tài)移植和動(dòng)態(tài)移植。

靜態(tài)移植方法指的是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)相應(yīng)的方法（比如知識(shí)的表達(dá)、知識(shí)庫(kù)的設(shè)立），使得相應(yīng)的系統(tǒng)獲得一些需要的靜態(tài)知識(shí)點(diǎn)。靜態(tài)移植流程相應(yīng)比較死板，其獲得的來(lái)源相對(duì)有限。

動(dòng)態(tài)移植的方法是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)人機(jī)之間的交流（比如鍵盤的輸入，顯示器的輸出等），或者是相應(yīng)的輔助工具（比如相應(yīng)的編輯軟件），對(duì)計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)進(jìn)行刪減、增加、修改、擴(kuò)展和刷新，使得系統(tǒng)獲得對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)知識(shí)。動(dòng)態(tài)移植的來(lái)源較為廣泛，只要有暢通的渠道，其更新速度將會(huì)非常迅速。

（2）機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)指的是計(jì)算機(jī)對(duì)其知識(shí)庫(kù)進(jìn)行刪減、增加、修改、擴(kuò)展和刷新，一般是通過(guò)機(jī)器運(yùn)行的時(shí)候，互相連接的計(jì)算機(jī)自主學(xué)習(xí)并獲得對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，并逐漸累積。

機(jī)器學(xué)習(xí)的方式可分為二種：示教式學(xué)習(xí)和自學(xué)式學(xué)習(xí)。

示教式教學(xué)，是指專家在計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的過(guò)程當(dāng)中對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行檢查，對(duì)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和對(duì)學(xué)習(xí)步驟進(jìn)行指導(dǎo)。這種學(xué)習(xí)方式比較多元化，根據(jù)實(shí)際需求既可以是離線的非實(shí)時(shí)性學(xué)習(xí)，也可以是在線的實(shí)時(shí)性學(xué)習(xí)。

在計(jì)算機(jī)自主的學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中是不需要專家作為示教者的，一般其學(xué)習(xí)方式是由系統(tǒng)本身來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視，提供對(duì)應(yīng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，按照系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)一些相應(yīng)的反饋進(jìn)行檢驗(yàn)，從而達(dá)到對(duì)自主學(xué)習(xí)的控制選例和相應(yīng)的訓(xùn)練。相對(duì)來(lái)說(shuō)，自主學(xué)習(xí)的方法比較單一，一般是在線的實(shí)時(shí)性學(xué)習(xí)。

2 基于數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的知識(shí)獲取

2.1 基于數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的知識(shí)獲取概念

數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)組成非常復(fù)雜，包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等，而且各系統(tǒng)通常都使用了最新技術(shù)，這使得數(shù)控機(jī)床設(shè)備故障分析診斷難度很大。將數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)作為知識(shí)獲取方式，強(qiáng)化了具有代表性案例的知識(shí)庫(kù)在系統(tǒng)中的引導(dǎo)作用。在數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的知識(shí)管理中，用戶不僅是使用者，也可以是案例的提供者或者案例的改進(jìn)者。

基于數(shù)控機(jī)床案例庫(kù)的知識(shí)獲取本質(zhì)是將對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障診斷經(jīng)驗(yàn)制作成知識(shí)庫(kù)，并提取精煉成為可以傳承教導(dǎo)的一種知識(shí)獲取方式[4]。相對(duì)其他的知識(shí)獲取方式，案例庫(kù)知識(shí)獲取來(lái)的更加直接，其可以使用戶直接使用其操作中的經(jīng)驗(yàn)，并利用相關(guān)案例解決數(shù)控機(jī)床的實(shí)際故障。

比如某位機(jī)床操作人員在操作CK6132數(shù)控車床時(shí)，機(jī)床出現(xiàn)過(guò)電流警報(bào)。過(guò)電流報(bào)警主要原因就是數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)承受的負(fù)載超過(guò)設(shè)定額定值，導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置激活，出現(xiàn)警報(bào)并凍結(jié)機(jī)床的一切運(yùn)動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的電路沒有問題，主要是加工時(shí)的進(jìn)給量給的太大，導(dǎo)致主軸負(fù)載太大，最后將刀具移出并減小進(jìn)給量，警報(bào)消除，問題解決。

這個(gè)案例作為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)存入咨詢系統(tǒng)當(dāng)中，下一次用戶遇見同樣故障時(shí)，可以優(yōu)先檢查主軸負(fù)載。如果不是同樣的問題，則可增加案例或者優(yōu)化修改案例，通過(guò)不斷的更新知識(shí)庫(kù)，使得案例庫(kù)逐漸完善。

2.2 數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)的來(lái)源

數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)主要來(lái)源于平時(shí)本廠里的工人操作數(shù)控機(jī)床時(shí)遇到的故障問題或者其他平行廠技術(shù)人員之間的技術(shù)交流，甚至是網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)專家技術(shù)人員的技術(shù)交流以及對(duì)應(yīng)數(shù)控機(jī)床的相關(guān)故障案例的傳承，將相關(guān)的數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障案例收集起來(lái)，制作成相應(yīng)的案例庫(kù)，構(gòu)成了故障咨詢系統(tǒng)的知識(shí)獲取。

數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)獲取的案例源可分為兩類：內(nèi)部知識(shí)源和外部知識(shí)源，如圖1。

圖1 數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)的構(gòu)建

內(nèi)部知識(shí)源是來(lái)自工廠內(nèi)部的案例知識(shí)源，這類案例知識(shí)源來(lái)自于工廠內(nèi)，涉及到相關(guān)數(shù)控機(jī)床操作人員維修人員，他們所給出的故障信息組織起來(lái)構(gòu)成了內(nèi)部案例知識(shí)源，其優(yōu)點(diǎn)在于由于是內(nèi)部人士，所以記錄的故障知識(shí)源更加詳細(xì)可靠，大多數(shù)可以直接進(jìn)入優(yōu)選步驟，缺點(diǎn)是來(lái)源的范圍比較窄，短期內(nèi)形成案例的數(shù)量可能不能滿足案例庫(kù)的要求。外部知識(shí)源是所有非本廠的故障信息來(lái)源的外部案例庫(kù)知識(shí)源，相比內(nèi)部知識(shí)源，外部案例庫(kù)知識(shí)源范圍更廣，但是獲取的難度也隨之增加，且其數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性需仔細(xì)驗(yàn)證，在案例識(shí)別的過(guò)程中需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。

2.3 建立數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的工作過(guò)程

數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)是知識(shí)獲取的源頭，案例庫(kù)的質(zhì)量決定了知識(shí)獲取的優(yōu)劣。數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)點(diǎn)主要是由一些具體的數(shù)控機(jī)床故障案例信息組成，形成這些案例的個(gè)體對(duì)系統(tǒng)都有影響。初時(shí)構(gòu)成的案例庫(kù)相對(duì)較少，但是根據(jù)分析獲取，案例庫(kù)隨著時(shí)間推移會(huì)逐漸增加，這也使得系統(tǒng)逐漸完善完美。建立數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的流程如圖2。

圖2 建立數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的流程

數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)知識(shí)獲取的過(guò)程總來(lái)說(shuō)是先由操作者提供案例源，然后通過(guò)案例識(shí)別其案例是否符合案例庫(kù)的要求，符合要求的案例再將其用合適的表達(dá)并優(yōu)選相似案例，最終存儲(chǔ)案例并建立案例庫(kù)。數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)建立的具體操作過(guò)程如表1。

表1 建立數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的工作過(guò)程

3 總結(jié)

數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生數(shù)控機(jī)床故障的原因和解決方式各種各樣。為了解決龐大的數(shù)控機(jī)床故障，將數(shù)控機(jī)床故障診斷案例進(jìn)行精選提取而制作案例庫(kù)，可以幫助數(shù)控機(jī)床維修人員更好的維修保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床，大大延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床的使用壽命，提高數(shù)控機(jī)床的加工效率。此外，基于數(shù)控機(jī)床故障案例庫(kù)的知識(shí)獲取所建立的知識(shí)庫(kù)還可以幫助數(shù)控機(jī)床使用人員更加了解和更好地操作數(shù)控機(jī)床，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的作用。

［1］劉釗.數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)知識(shí)獲取、表示及推理研究［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012（02）：118-120.

［2］張偉，張正松.設(shè)備故障診斷知識(shí)獲取方法的探討［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1998（07）：103-107.

［3］楊曾芳，呂希勝.基于故障樹的數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（18）：68-69.

［4］郭慧，胡兆吉.專家系統(tǒng)的一種智能知識(shí)獲取技術(shù)研究［J］.化工裝備技術(shù)，1999（01）：37-40.

Knowledge Acquisition Based on Fault Case Database of CNC Machine Tools

HU Xiao-bo，DENG Jun-hong
（Jiangxi Vocational College of Mechanical&Electrical Technology，Nanchang330013，China）

Knowledge acquisition technology is the key to creating knowledge engineering systems.The paper built case database by taking the fault diagnostic case of CNC machine tools，and it built diagnostic knowledge base of CNC machine tools，then it solve knowledge acquisition's problem in CNC machine tools fault advisory system.

knowledge acquisition；CNC machine tools；fault case database

TP311

A

1009－9492(2015)10－0077－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.019

胡小波，男，1980年生，江西九江人，碩士研究生，講師。研究領(lǐng)域：數(shù)控技術(shù)。已發(fā)表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2015－06－05