基于CLIPS的数控机床故障诊断专家系统研究.pdf

基 于 CL I P S的数控 机床 故障诊 断专家 系统研究 口何彦虎 口钱振华 口朱建伟 口问朋朋 湖 州职业技 术 学 院 机 电分 院 浙 江湖 州3 1 3 0 0 0 摘 要 针对数控机床的故障诊断， 提 出了基于专家系统的智能故障诊断方法 ， 阐述 了其 实现的基 本原理、 专家系统的基本组成和开发步骤 。对 目前 C L I P S与 高级语 言 V C 的混合编程进行 了优化 ， 并 对混合 编程 的 方法进行 了介 绍 叙述 了 C UP S与 V C 基 于文本 平 台交互 的基本 原理 与 实现方 法 ， 该 方 法 弥补 了传 统 的基 于 V C 开发 环境 的 不足 ， 大大提 高 了开发 速度 与 质量 。 最后 ， 对基 于 F A T的数 控机 床 故 障分 析进 行说 明 ， 并对 开发 过程 进行 了介 绍 ， 以 实例 形 式说 明 了专 家 系统 开发 的过 程 ， 对 其 它基 于 C L I P S的专家系统开发具有参考价值。 关 键词 推 理故 障诊 断专家 系统C L I P S 中图分类号 T P 1 8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 5 0 9 0 0 6 2 0 4 数 控 机 床 是 制 造 业 最 常 用 的 设 备 ， 它 集 机 、 电 、 液 于 一 体 ， 复 杂 性 高 ， 维 修 难 度 大 ， 对 维 修 人 员 的 要 求 极 高 ． 即 使 一 个 经 验 丰 富 的 维 修 师 ， 有 时 也 需 要 比较 长 的 时 间 去 维 修 ． 因此 智 能 化 的 维 修 方 法 近 年 来 得 到 广 泛 的 研 究 和 应 用 。智 能 化 维 修 理 论 主 要 有 基 于 模 糊 集 的 维 修 方 法 ． 基 于 神 经 网 络 的维 修 方 法 ， 还 有 比 较 常 用 的 基 于 专 家 系 统 的 维 修 方 法 。 专 家 系 统 可 以 将 专 家 的维 修 思 想 用 智 能 化 语 言 实 现 ， 维 修 的 时 候 ， 只 需 要 查 询 专 家 系 统 ， 便 可 以 得 到 比 较 满 意 的 维 修 方 法 ， 更 重 要 的 是 专 家 系 统 可 以 不 断 地 再 学 习 和 完 善 。 目前 已 经 有 较 多 浙江省教育厅科研资助项 目 编 号 Y 2 0 1 3 2 7 8 7 7 收稿 日期 2 0 1 5年 3月 的 专 家 系 统 得 到 成 功 应 用 ，其 编 程 一 般 采 用 智 能 化 设 计 语 言 完 成 。CL I P S是 继P r o l o g之 后 被 广 泛 使 用 的 人 工 智 能 语 言 ， 它 是 用 C语 言 实 现 的 ， 继 承 了 P r o l o g语 言 的 优 点 ， 并 进 行 了 改 进 ， 因 效 率 高 ， 可 移 植 性 强 而 得 到 广 泛 的 应 用 。CL I P S是 产 生 式 专 家 系 统 开 发 工 具 ， 结 构 简 洁 ， 采 用 模 块 化 编 程 ， 与 C、 VB、 P a s c a l 等 语 言 的 兼 容 性 强 。 VC 不 擅 长 逻 辑 推 理 ， 但 在 人 机 界 面 及 数 据 库 操 控 方 面 优 势 明 显 ， 而 CL I P S在 逻 辑 推 理 方 面 功 能 强 大 。因 此 。 二 者 的 混 合 编 程 能 产 生 良好 的效 果 。文 献 『 1 ] 采 用 De fi n e F u n c t i o n函 数 实 现 二 者 的 交 互 ， 文 献 [ 2] 采 用 故 障 树 的 方 法 分 析 故 障 ， 文 献 [ 3] 采 用 了 实 体 的故 障 分 析 方 法 ， 在 交 互 模 式 上 采 用 了 函 数 指 针 方 式 ， 文 献 『 4] 采 用 了 基 于 VC 环 境 的 交 互 方 式 。 产生 原 因 ① 阀体 内有 毛 刺 ； ② 阀体 内有 异物 ， 清 洗 不 干净 ； ③ 阀体或 阀芯 加工 尺寸 有偏差 。 解决 方 法 ① 去 毛刺 ； ② 重 新 清洗 ； ③ 更换 阀芯 或 阀 体 。 4泄 漏 量 偏 大 。 产生 原 因 ① 阀芯 和阀体 配合 间隙过 大 ； ② 阀体 和 阀 芯 同轴 度 或 形 状 度 不 好 。 解决 方法 ① 调 整 阀体或 阀芯加 工 尺寸 ； ② 调整 阀 体 或 阀芯 的 加 工 精 度 。 6 结论 本 文 设 计 的 液 压 测 试 系 统 能 完 全 满 足 电液 换 向 阀 的 出 厂 试 验 要 求 ， 在 各 项 测 试 项 目 中 ， 对 电 液 换 向 阀 的 综 合 性 能 给 出 了非 常 直 观 的 显 示 ，并 经 过 实 际 应 用 证 2 0 1 5 ／ 9 明 测 试 数 据 稳 定 可 靠 ， 操 作 方 便 ； 通 过 对 不 合 格 产 品 的 分 析 总 结 ， 可 为 提 高 产 品 的质 量 提 供 重 要 的 参 考 ， 非 常 具 有 实 际 应 用 价 值 。 参考文献 [ 1 ] 孙成通． 液压传动[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 路 甬祥 ． 液压气 动技术 手册 [ M] ． 北京 机械 工业 出版 社 ， 2 0 05． [ 3 ] 姚连杰 ， 郑 昌祥 ， 毕伟 ， 等． 基于 P L C和 L a b V I E W 的液压式 定重装载监控 系统设计 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 ， 2 2 9 0 9 2 ． [ 4 ] 林静 ， 林振宇 ， 郑福仁． L a b V I E W 虚拟仪器程序设计从入 门 到精通 [ M] ． 北京 人 民邮电出版社 ， 2 0 1 0 ． 『 5 ] 王小 传 ， 连理 枝． 电磁铁 的结 构 、 参数 和常 见 的故 障现象 [ J ] ． 机电工程 ， 2 0 0 3 ， 2 0 3 5 2 5 4 ． △ 编 辑 日 月 机械制造5 3卷 第6 1 3 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 CL I P S基本 组成 CL I P S的 优 点 在 于 良好 的 可 移 植 性 和 高 效 模 式 匹 配 算 法 ， 其 构 成 的 专 家 系 统 包 括 规 则 De f r u l e 、 事 实 De f f a c t s 、 推 理 Ag e n d a ， 如 图 2所 示 。 事 实 由 关 系 名 Re l a t i o n Na me 及 槽 值 S l o t 组 成 ， 表 示 已 知 的 信 息 。 事 实 一 般 先 用 自 定 义 模 板 定 义 事 实 结 构 ． 形 式 如 下 d e f t e mp l a t e [ ] d e f f a c t s [ ] 在 推 理 时 ， CL I P S会 把 所 有 的 事 实 添 加 到 存 储 器 中 ，并 提 供 了 添 加 事 实 库 指 令 As s e r t 、 删 除 事 实 Re t r a c t 指 令 等 多 个 关 于 事 实 的操 作 指 令 。 规 则 是 推 理 的 相 关 知 识 ， 其 格 式 如 下 d e f r u l e [ ] ⋯ ； CL I P S的推 理 循环 可分 为 4个 阶 段 ① 模 式 匹 配 ， 按 照 算 法 扫 描 知 识 库 中所 有 规 则 ，把 规 则 的 前 件 与 当 前 事 实相 匹配 ；② 冲突 消解 ，当多条 规则 同时被 匹 配 时 ， 根 据 预先 确定 的冲 突消 解 策 略， 确 定 触 发规 则 ； ③ 激 活 规则 ， 调用 匹配所 触 发 规则 的所 有 事 实 ； ④ 动 作 ， C L I P S推 理 机 重 复 上 述 循 环 ，不 断 地 扫 描 规 则 的模 式 ， 并 把 匹 配 成 功 的 规 则 激 活 ， 放 入 议 程 Ag e n d a 之 中 。 2专家 系统 结构设计 依 据 专 家 系 统 原 理 ，故 障 诊 断 专 家 系 统 主 要 组 成 有 事 实 库 、 推 理 机 、 知 识 库 、 解 释 机 构 及 人 机 界 面 等 部 分 ， 系 统 的 总 体 结 构 如 图 1所 示 。 领 域 专 家 把 相 关 的 知 识 输 入 到 专 家 系 统 中 ， 即 以 规 则 表 示 的 知 识 表 示 出 来 ．则 专 家 系 统 的 推 理 过 程 可 以 模 拟 专 家 的 推 理 过 程 ， 进 而 满 足 用 户 的 需 求 。 数 据 库 机械制造5 3卷 第6 1 3 期 也 称 “ 黑 板 ” ， 主 要 用 来 存 储 相 关 领 域 的事 实 、 数 据 等 信 息 。 推 理 机 是 实 现 专 家 系 统 推 理 的 一 组 程 序 ， 是 根 据 数 据 库 的 内 容 ， 按 照 某 种 推 理 策 略 ， 运 用 知 识 库 的 知 识 完 成 推 理 ， 是 专 家 系 统 的 主 要 任 务 ， 推 理 方 法 有 正 向 推 理 和 反 向推 理 ， 策 略 常 用 广 度 优 先 和 深 度 优 先 策 略 。 3 CL I P S与 V C 交互 的关键技术 目前 CL I P S版 本 仍 是 基 于 命 令 模 式 ，人 机 界 面 主 要 由 VC 完 成 ， 这 就 要 求 二 者 之 间 进 行 交 互 。CL I P S 与 VC 的 交 互 模 式 基 本 有 两 种 基 于 VC 环 境 和 基 于 C L I P S环 境 两 种 前 者 的 基 本 思 路 是 ． C L I P S只 实 现 推 理 功 能 ， 其 它 功 能 如 读 Re a d 、 写 P r i n t o u t 、 人 机 界 面 等 功 能 全 部 由 vc 实 现 ， C L I P S类 似 一 个 函 数 ， 被 高 级 语 言 调 用 ． 实 现 其 推 理 功 能 ， 这 种 方 式 目前 使 用 最 多 ． 这 种 方 式 的 最 大 不 足 是C L I P S 的 许 多 功 能 由 VC 完 成 ． 即 没 有 利 用 好 C L I P S的 强 大 功 能 ． 也 增 加 了 VC 开 发 的 工 作 量 ， 另 外 ， 调 试 必 须 在 VC 环 境 下 ， 速 度 较 慢 ， 而 且 也 得 不 到 C L I P S的 调 试 信 息 ； 后 者 的 基 本 思 路 是 ． 由 VC 实 现 其 人 机 界 面 功 能 ， 其 它 的 功 能 由 CL I P S实 现 ， 调 试 在 CL I P S环 境 下 ． 特 别 适 合 程 序 的调 试 ， 因 为 调 试 时 系 统 会 提 供 大 量 的调 试 信 息 ， 速 度 快 ， 比 较 方 便 ， 而 且 与 VC 的 版 本 关 系 不 大 ， 方 便 移 植 ， 但 是 必 须 要 解 决 一 个 难 题 ，就 是 如 何 改 进 C L I P S编 程 ， 以 便 让 VC 十 识 别 。 这 种 交 互 的 基 本 组 成 构 架 如 图 3所 示 ， 笔 者 采 用 后 者 完 成 。 这 种 交 互 的要 求 是 在 C L I P S环 境 下 调 试 的程 序 不 改 变 或 很 少 改 变 后 便 能 被 VC 识 别 和 执 行 ，要 实 现 这 个 要 求 。 关 键 是 解 决 P r i n t o u t和 Re a d语 句 的 处 理 。 3． 1 C Ll PS 与 VC交 互 环 境 的 构 建 要 实 现 二 者 的交 互 ． 首 先 需 要 一 个 c l i p s ． d l l 的 动 态 库 文 件 和 包 装 类 文 件 CL I P Wr a p．二 者 在 C l i p s的 网 站 上 可 以下 载 。 为 了让 VC 可 以 调 用 C L I P S中 的 类 ， 需 要 把 c l i p w a r p文 件 夹 中 的 d y n c l i p s ． h和 d y a l o a d ． h两 个 头 文 件 添 加 到 VC 的 i n c l u d e文 件 夹 下 ， 并 把 c l i p s ． d l l 和C l i p s ． 1 i b、 r s v a r c o 1 ． c p p和Rs v a r c o 1 ． h放 到 VC 的 工 程 目录 下 ， 以便 让 VC 搜 索 到 ， 这 样 ， 工 作 环 境 就 建 立 了起 来 ， VC 可 以 调 用 c l i p s的 所 有 函 数 了 。 3 ． 2 用 p r i n t o u t语 句 实 现 交 互 的 方 向 控 制 在 C l i p s下 ． p r i n t o u t f ⋯ ’ 表 示 将 信 息 显 示 到 终 端 设 备 上 默 认 是 显 示 器 ，如 要 求 在 VC 的 e d i t 编 辑 框 中显 示 信 息 ， 则 使 用 下 述 语 句 d r i b b l e o n” o u t ． t x t ” 1 2O 1 5／9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m