朱連芳

摘要：在機電一體化設備中，數(shù)控機床是最重要設備，在一定領域（如技術密集型產品方面）具有廣泛運用。由于其作為生產中的最關鍵設備，當其任何部分出現(xiàn)這樣和那樣的問題，都會直接影響企業(yè)正常的運營，給企業(yè)造成無關的損失，如果厲害的話，甚至會影響到個人的安全，因此，提高數(shù)控機床的使用效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益，保障數(shù)控機床安全、可靠、高效的運行，就顯得尤為重要。本文就針對數(shù)控機床的機械故障，進行一定的分析，通過采用網(wǎng)絡集成的方法（基于Web的神經(jīng)網(wǎng)絡和系統(tǒng)集成），來對其機械故障進行處理，使得設備能夠有效運轉。

關鍵字：數(shù)控機床；機械故障；專家系統(tǒng)；神經(jīng)網(wǎng)絡；網(wǎng)絡化

1 引言

由于數(shù)控機床具有提高零件的加工精度、穩(wěn)定產品的質量、提高產品的生產率、可適應不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動加工等優(yōu)點，因此其運用越來越廣泛，已經(jīng)成為一個國家工業(yè)水平和綜合科技水平的重要標志。數(shù)控機床對大中型企業(yè)來說，是其最重要的設備，如果其任何部分出現(xiàn)故障，其就會導致精度減低，嚴重的話，使企業(yè)停頓，企業(yè)的經(jīng)濟損失更大，進而對相關人員的安全造成危害。在一方面，數(shù)控機床特點就是先進、復雜和智能化，當其出現(xiàn)故障后，維修也相對困難，因此對數(shù)控機床機械故障診斷進行分析研究就顯得非常迫切。

2 診斷故障系統(tǒng)的網(wǎng)絡化管理

2.1專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡內涵

1）專家系統(tǒng)的基本原理；具有獲取、處理、存儲和使用知識的特點的系統(tǒng)叫做專家系統(tǒng)（可以進行知識處理），其主要包括知識庫、推理機、數(shù)據(jù)庫、知識獲取模塊、解釋程序和人機接口等方面組成。

2）專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的結合；盡管在運用方面，專家系統(tǒng)取得了不小的成就，但是，其在模擬人類抽象思維方面也有著明顯的缺陷，這些缺陷主要有：（1）存在“瓶頸”問題；（2）推理能力弱；（3）自學習能力差；（4）存在“窄臺階效應”。

3）神經(jīng)網(wǎng)絡的基本結構；神經(jīng)網(wǎng)絡的基本結構主要有以下七部分組成，具體如：（1）一組處理單元（讓相關單元可以激活）；（2）輸出函數(shù)（由處理單元進行輸送）；（3）銜接模式（主要處理單元之間的鏈接問題）；（4）一定規(guī)則進行傳遞；（5）一定規(guī)則進行激活（輸入處理單元和當前狀態(tài)結合規(guī)則）；（6）一定的學習規(guī)則（根據(jù)經(jīng)驗進行聯(lián)接）；（7）系統(tǒng)所需要的環(huán)境。

2.2專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的結合

2.2.1對專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡進行比較

根據(jù)其二者不同的定義、結構及工作原理，神經(jīng)網(wǎng)絡與專家系統(tǒng)是兩種截然不同的技術：其主要區(qū)別有：（1）知識獲取不同；（2）知識表示不同；（3）推理形式不同。

2.2.2 對專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的相關性進行分析

二者存在的特點各不相同，神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)在其各自的領域都運用較為廣泛，但同時在滿足設備故障診斷任務方面又各自存在著的局限性，因此就需要讓其二者有效結合起來，其結合方式主要有：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡與專家系統(tǒng)共存于一個系統(tǒng)中；（2）使用神經(jīng)網(wǎng)絡來構造專家系統(tǒng)。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡的類型選擇及結構設計

2.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡不同選擇類型

由于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡具有確定自適應、輸出與初始權值無關等各種優(yōu)點，因此其在擬合多維曲面、重構自由曲面和故障診斷等方面有著巨大的運用。因此認為徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡是最好的。

2.3.2 隱層神經(jīng)元的設計

提取并存儲內在規(guī)律，使每個隱層神經(jīng)元都有不同的權值，同時每個權值都相對應著一個參數(shù)（增強網(wǎng)絡映射能力）。

2.4基于web的神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)

對現(xiàn)代信息傳輸載體（比如Internet）進行有效利用，可以較快地傳遞和收集相關故障信息，高效提高診斷故障的能力，使數(shù)控機床設計者和使用者更好地參與進來，以期得到更合理的措施。

3 系統(tǒng)的總體設計原則

3.1網(wǎng)絡化專家系統(tǒng)的設計原則

其設計的原則主要有以下幾方面，具體如下：（1）模塊化原則。（2）實用性原則。（3）可擴充原則。（4）安全性原則。（5）統(tǒng)一性與簡單性原則。

3.2專家系統(tǒng)的功能模塊設計

新用戶首次登陸必須要通過注冊模塊先進行注冊，老用戶可以直接登陸，登陸又分為管理員和普通用戶登陸，只有管理員有權利處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。通過故障診斷模塊對相應故障進行診斷，其功能模塊主要主軸、進給系統(tǒng)、刀庫刀和輔助裝置等幾部分組成。

3.3系統(tǒng)運行的環(huán)境

1）Web服務器的選??；通過Windows操作系統(tǒng)，發(fā)揮在PC界的優(yōu)勢，推出的IIS成為目前運用最廣泛的服務器，經(jīng)過驗證，也是目前用戶最好的選擇。

2）后臺數(shù)據(jù)庫的選取；通過分析研究，同時結合Access的特性、相關程序的匹配性和開發(fā)者的業(yè)務水平，本文的系統(tǒng)選取Access最為合適。

3.4系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境

3.4.1 服務器相應的軟件環(huán)境

操作系統(tǒng)：Windows XP Server/Professional；服務器：IIS6.0；數(shù)據(jù)訪問：ADO -ActiveX Data Objects；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：ACCESS

3.4.2 客戶自己機器所對應的軟件

操作系統(tǒng)：Windows 98/2000/xp，瀏覽器：IE5.0以上，MATLAB6.5以上版本。

3.5開發(fā)相應工具分析

目前開發(fā)工具主要有以下兩種形式：（1）網(wǎng)絡化專家系統(tǒng)開發(fā)工具：具體采用FrontPage。（2）徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡開發(fā)工具：具體采用MATLAB程序控制。

4 系統(tǒng)的研究與實施

4.1總體結構設計

該系統(tǒng)的總體結構主要采用一個并列協(xié)調式（神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)并存）。兩者分別處理各自不同的知識，管理著不同的模塊，分別處理各自不同的功能，但是也可以進行聯(lián)合診斷。

4.2知識庫的設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)直接把數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為知識庫的重要組成部分，一方面通過數(shù)據(jù)對象來處理知識，另一方面，用數(shù)據(jù)庫來對相關知識的存儲、編輯、刪改、更新查詢和安全保護等功能進行有效管理。

4.3推理機的研究與實實施

通過模擬專家的思維模式，對相應問題進行控制和研究，這是推理機的主要功能。結合目前已知的事實，通過知識庫，按照一定的規(guī)則和方法，進行推理分析，再對其修正，得到最終的結果。

4.4解釋模塊及人機界面

解釋功能作為數(shù)控機床機械故障診斷系統(tǒng)最主要的功能，其主要具有向用戶、遠程用戶、領域專家和知識工程師解釋相關的問題的優(yōu)點。目前的人機界面都需要通過ASP編程來實現(xiàn)，主要采用中文視窗的的模式，這樣比較簡單明了，更容易實現(xiàn)人機交互。

4.5徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷

當專家系統(tǒng)部分得出的初期診斷結果不能使用戶滿意那么就需要進行進一步的深層次診斷。采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡進行深層次的定量診斷。

5 結論

由于現(xiàn)在數(shù)控機床的技術和水平的快速提高，其相應結構復雜程度進一步提高，功能也越來越多，這樣就是的設備出現(xiàn)的問題概率大大增加，因此針對數(shù)控機床存在的機械故障進行分析研究，提出采用網(wǎng)絡化對其故障進行控制的方法，以期更好地服務相關公司，為之后出現(xiàn)的機械故障提供一定的參考。

參考文獻

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