数控机床远程故障诊断技术研究与应用

摘要

我国数控机床在设计、制造和应用维护等方面与国际先进水平相比存在较大差距，造成产品可靠性水平不足、设备故障频发等缺陷，使得高端数控机床大部分依靠国外进口，严重制约了我国制造业和国防工业的发展，因此，提高国产数控机床以及数控系统的可靠性是非常必要的。
　　为了减少国产数控机床的故障，提高机床的可靠性水平，必须要做好故障监控和诊断工作，同时将可靠性工程与故障诊断相结合，在理论和实践两个方面寻求突破。本文在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“万台数控机床配套国产数控系统应用工程”的研究背景下，开展了数控机床故障树综合诊断技术以及远程故障诊断应用系统的研究。主要包括以下两大部分内容：
　　首先，开展了故障树综合诊断技术的研究。该技术融合定性分析和定量分析方法，开展故障匹配和机床状态信息评估，主要分为三个方面：①故障匹配。以故障树作为故障匹配的主线，寻找与给定故障现象匹配的故障树节点，此节点对应的所有底事件都是可能导致故障发生的原因，把这个底事件集合称为潜在故障集。②机床状态评估。通过远程网络系统获得数控机床的运行状态信息，先初步判断哪些部位运行异常，再结合多信息融合理论对该状态信息数据的处理结果，把潜在故障集简化成仅有一项或几项故障原因的集合，称为故障确定集。③对于由非同型单元构成的组件，建立了非同型单元k/n(G)可修复系统的可靠性分析模型，利用马尔可夫过程研究了该类型系统可靠性的分析和计算方法。
　　第二，建立了远程故障分析诊断系统。与企业联合搭建了数控机床运行状态数据采集、传输、存储和应用平台，开发了终端故障诊断软件。主要包括两部分内容：①考察并确定被监测机床运行状态所需数据的项目和格式，以及数据传输和存储的方式。②开发故障诊断系统软件，该软件应用机床运行状态数据进行故障诊断与分析工作，阐述了软件项目的需求分析、知识库定义、输入输出方式、工作原理、功能和界面设计以及实现方案等。

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1 绪 论

1.1 研究背景与课题来源

1.2 论文的研究意义

1.3 国内外研究历史与现状

1.4 论文主要研究内容与结构

2 数控机床远程故障诊断体系

2.1 引言

2.2 故障树综合诊断技术

2.3 远程故障诊断系统

2.4 本章小结

3 基于故障树分析的故障匹配

3.1 故障信息系统的建立

3.2 关键词识别与约简

3.3 故障节点匹配

3.4 故障原因提取

3.5 应用实例

4 基于多信息融合理论的状态评估

4.1 状态空间的建立

4.2.基于FCM的故障分类

4.3.DS证据理论建模

4.4.多目标规划的求解

4.5 小结

5 非同型单元k/n(G)系统可靠性评估

5.1 系统模型描述

5.2 系统分析

5.3 系统可靠性评估

5.4 算例分析

5.5 小结

6 远程故障分析诊断系统

6.1 远程数据的采集与传输

6.2 诊断系统软件

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 论文总结与创新点

7.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文及成果目录:

B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目: