王軍亞

摘? 要：在現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域中，數(shù)控機床是十分重要的加工設(shè)備。作為一種高端加工裝備，數(shù)控機床集合了機械、自動化以及計算機等大量的先進(jìn)技術(shù)，屬于典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床在使用過程中不可避免地會出現(xiàn)故障，影響機床正常的加工作業(yè)，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致機床停機，因此需要對機床的故障進(jìn)行診斷。為了提高數(shù)控機床故障診斷的智能化水平，在數(shù)控機床故障診斷中引入普通神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但存在著收斂速度不夠以及訓(xùn)練容易陷入局部極值等問題。針對這種情況，該文對數(shù)控機床存在的故障進(jìn)行了分析，以RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建立數(shù)控機床故障診斷模型，并在此基礎(chǔ)上提出了數(shù)控機床故障診斷算法，對研究數(shù)控機床的智能化故障診斷有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;人工智能;故障診斷

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展不僅局限于性能上，更多的開始向智能化的方向發(fā)展，通過引入智能化技術(shù)，使數(shù)控機床具備加工運動的規(guī)劃、推理、決策能力，智能監(jiān)控以及智能化的故障診斷等功能，而通過在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，能夠形成智能化診斷系統(tǒng)。數(shù)控機床作為一個結(jié)合了大量先進(jìn)技術(shù)的復(fù)雜被控對象，難以準(zhǔn)確地建立數(shù)學(xué)模型，使用經(jīng)典控制理論盡管能夠解決一些控制問題，但對于加工過程中的控制以及故障診斷維修方面相對比較困難。此外，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)和種類復(fù)雜程度較高，一旦出現(xiàn)故障，其復(fù)雜性和隱蔽性較強。為了改善這種情況，引入了智能化故障診斷技術(shù)，從而能夠?qū)C床故障的變化趨勢進(jìn)行及時有效的預(yù)測，對促進(jìn)數(shù)控機床的進(jìn)一步發(fā)展有重要意義。

人工智能診斷的本質(zhì)是通過對數(shù)控機床的機械部件的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，將所收集到的運行參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比分析，這樣就能對數(shù)控機床的工作狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)合理的判定。當(dāng)監(jiān)測到異常的運行數(shù)據(jù)后，通過將其與故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，就能判斷出數(shù)控機床的故障類型，并采取有針對性地應(yīng)對措施，同時還能將故障信息發(fā)送至后臺，技術(shù)人員就能及時了解數(shù)控機床的故障情況，并采取應(yīng)對措施，盡快恢復(fù)數(shù)控機床的工作能力，確保企業(yè)各項生產(chǎn)工作的順利開展。

1 數(shù)控機床常見故障

數(shù)控機床的故障主要是電氣故障，包括電源故障、斷路故障、開關(guān)與控制器故障、短路故障以及計算機故障，具體故障分析如下。

1.1 電源故障

數(shù)控機床穩(wěn)定運行的前提是其電源系統(tǒng)正常，能夠穩(wěn)定供電，假如電源出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致整個機床立即停機，在電氣系統(tǒng)中屬于常見故障。盡管我國的數(shù)控機床生產(chǎn)制造的水平不斷提升，但為了保證數(shù)控機床的整體性能，操作系統(tǒng)的選擇還是以國外為主。不過由于不同國家使用的電流電壓不同，因此國外設(shè)計的電子系統(tǒng)并不一定能夠適應(yīng)我國的工作電壓，因此如果在國內(nèi)使用這些類型的數(shù)控機床，就需要解決供電問題。此外，數(shù)控機床在實際工作的過程中還會出現(xiàn)一些意想不到的情況，導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常，機床的電氣系統(tǒng)容易出現(xiàn)死機以及數(shù)據(jù)庫信息丟失等問題，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致整個機床系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。為了避免這些問題的發(fā)生，需要單獨給數(shù)控機床配置配電箱，確保供電的單一性與穩(wěn)定性。如果工作區(qū)域的電壓不穩(wěn)，需要配置三相交流穩(wěn)壓設(shè)備。此外，為了盡可能地降低漏電、串電等問題出現(xiàn)的概率，機床的電源還要進(jìn)行接地處理。同時為了使數(shù)控機床的電氣系統(tǒng)具備更高的可靠性，機床可以采用三相五線的模式，不過要將接地線與中線分開[1]。

1.2 斷路故障

斷路故障也是數(shù)控機床中常見的電氣故障之一，造成斷路的根本原因是導(dǎo)線的連接不夠可靠，或是電氣元件被燒壞。而引起斷路故障的具體原因包括接觸器的觸點由于長時間的燒灼，導(dǎo)致觸點表面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的氧化問題，從而出現(xiàn)斷路故障。此外還有部分電器元件間的接觸不良以及引出線壓緊螺絲不夠牢固等。如果數(shù)控機床在實際工作過程中出現(xiàn)故障，根據(jù)機床的實際狀況初步斷定為斷路故障之后，可以使用萬用表、電阻器、電壓器等專業(yè)設(shè)備對機床進(jìn)行檢測，從而確定是不是斷路故障。具體操作為：使用電阻器對電路系統(tǒng)進(jìn)行檢查，判斷電路是否斷開，同時參照電路原理圖使用分段測量的方法，根據(jù)測得的阻值的大小對斷路位置進(jìn)行精確定位。如果使用電壓器對電路系統(tǒng)進(jìn)行檢查，需要接通電源電路，參照電路原理圖對電壓進(jìn)行分段測量，根據(jù)測得的數(shù)值大小對斷路位置進(jìn)行精確定位。此外，短接也是確定是否為斷路故障的一種方法，通過短接可能存在故障的路段，檢測電阻值是否存在異常，如果短接后機床故障消除，那么該路段即為故障點，如果故障依然存在，則需要進(jìn)行進(jìn)一步的檢測，直到最終定位故障的精確位置。

1.3 開關(guān)與控制器故障

如果觸點出現(xiàn)燒灼問題，會導(dǎo)致數(shù)控機床電氣系統(tǒng)中的開關(guān)與控制器之間接觸不良，進(jìn)而導(dǎo)致控制功能失效，對數(shù)控機床的正常工作產(chǎn)生較大影響。針對這種問題，在開關(guān)的選擇上就需要選擇能承受較大負(fù)荷的開關(guān)，同時盡可能的不使用繼電器。因為根據(jù)目前的實踐經(jīng)驗來看，電路出現(xiàn)故障的概率與繼電器的使用數(shù)量呈正相關(guān)，特別是維修過的部位以及不常檢修的部位格外容易出現(xiàn)電氣故障。出現(xiàn)這種類型的電氣故障多半都是由于沒有專業(yè)技術(shù)人員的支持，對設(shè)備中存在的隱患無法及時排除，并且在實際使用過程中操作不規(guī)范導(dǎo)致的。一旦出現(xiàn)這種故障，會給數(shù)控機床的日常運行帶來較大影響[2]。

1.4 短路故障

在數(shù)控機床的電路系統(tǒng)中，如果電路電勢接錯或者接通了電阻較小的導(dǎo)體，那么就會導(dǎo)致整個電路中的電阻降低，進(jìn)而出現(xiàn)短路故障。如果短路故障發(fā)生在數(shù)控機床中時，機床控制操作系統(tǒng)的執(zhí)行程序會變得混亂，嚴(yán)重時無法通過指令使機床停機，危害比較嚴(yán)重。引起短路故障的原因較多，常見的包括電氣元件的絕緣外層老化嚴(yán)重，如果機床處于潮濕的環(huán)境則易發(fā)生短路。繼電器或者接觸器出現(xiàn)連鎖失效的狀況，機床通電后產(chǎn)生強電弧，導(dǎo)致電路中的負(fù)荷超過設(shè)計承載值，從而引發(fā)短路。一旦發(fā)生短路故障，電路中的電流會不經(jīng)過用電器直接由導(dǎo)線的正極流向負(fù)極，從而燒壞電源。如果想要對短路故障的位置進(jìn)行精確定位，通常要將電路分段斷開，對斷開的區(qū)域進(jìn)行故障檢測，直到最終定位故障點并解決故障。

1.5 計算機故障

當(dāng)數(shù)控機床的計算機出現(xiàn)故障時，便不能夠操控數(shù)控機床進(jìn)行正常的生產(chǎn)加工作業(yè)，計算機故障的主要表現(xiàn)形式是鍵盤故障與報警故障。假如計算機在運行過程中突然斷電，生產(chǎn)加工程序容易出現(xiàn)混亂，并且還會導(dǎo)致相關(guān)的加工數(shù)據(jù)丟失，因此必須有備用電池，同時需要對數(shù)控機床的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄，當(dāng)電池電量不足時，系統(tǒng)會進(jìn)行故障報警。經(jīng)診斷確認(rèn)后，對電池及時進(jìn)行更換，同時查看機床的數(shù)據(jù)是否完好，保證系統(tǒng)能夠正常運行。在具體的操作過程中，如果存在字符無法輸入或者程序無法復(fù)位消除等問題時，初步診斷為按鍵接觸不良，應(yīng)及時維修或者更換，假如還是存在問題，則需要檢查接口電路軟件和電纜的情況，查看是哪個部分的連接存在問題，進(jìn)行相應(yīng)的解決即可。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

為了增強數(shù)控機床故障診斷的智能化水平，引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過大量的簡單的神經(jīng)元相互連接形成的，通過對腦細(xì)胞的自組織和分布式工作能夠完成自主學(xué)習(xí)以及并行處理等智能操作。其工作原理為：使用樣本信息作為輸入來源，通過神經(jīng)元的處理完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠具備類似大腦的功能，能夠完成辨識以及記憶等操作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是對大腦的真實映射，只是對大腦的部分特征進(jìn)行模擬。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運行方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠分成雙向網(wǎng)絡(luò)（有反饋）、前向網(wǎng)絡(luò)（無反饋）。其中前向網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、中間層以及輸出層，中間層還包括多層，而每一層的神經(jīng)元只能夠接收前一層的輸出[3]。

3 數(shù)控機床故障診斷流程

當(dāng)數(shù)控機床出現(xiàn)故障時，需要按照一定的基本流程對故障進(jìn)行排查，其中數(shù)控系統(tǒng)的具體故障以及處理建議見表1。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機床的故障診斷包括自適應(yīng)共振理論、雙向聯(lián)想記憶以及多等感知網(wǎng)絡(luò)等多種內(nèi)容。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)對故障有較快的診斷速度，并且其還具備較強的學(xué)習(xí)能力以及強大的容錯力等多種優(yōu)勢。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不適合對預(yù)測類的信息進(jìn)行處理，樣本的完備程度決定著其性能的優(yōu)劣，如果樣本完備則能夠提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷精度。

4 結(jié)語

總的來說，隨著數(shù)控機床在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了生產(chǎn)水平的不斷提高，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在長期的運行過程中難免會出現(xiàn)各種不同程度的故障，這就對維修人員提出了非常高的要求，并且還需要耗費大量的時間去排除故障，恢復(fù)數(shù)控機床的生產(chǎn)能力。該文對數(shù)控機床的常見故障進(jìn)行了一定程度的論述，在此基礎(chǔ)上，通過將人工智能應(yīng)用于數(shù)控機床的診斷工作中，能夠在一定程度上提高其故障診斷能力，促進(jìn)數(shù)控機床故障排除能力的不斷提高。為了提高數(shù)控機床故障診斷的智能化程度，該文結(jié)合數(shù)控機床實際的工作情況，應(yīng)用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，提出了對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而能夠提高故障診斷的效率，對數(shù)控機床的智能化故障診斷發(fā)展有一定幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]陳瀚.數(shù)控機床電氣故障診斷及維修研究[J].設(shè)備管理與維修，2020（2）：75-77.

[2]陳淳輝，歐陽一明，張偉.數(shù)控機床故障診斷智能化研究[J].機械制造與自動化，2007（4）：67-68.

[3]劉罡.基于人工智能的數(shù)控機床故障診斷研究[J].科技展望，2015，25（27）：60.