0 引言
随着机械制造技术的高速发展，机床数控技术也得到了长足的进步。目前数控机床正朝着高工序集中、高精度、高复合化和高可靠性方面发展。数控机床功能的不断提高，系统越趋复杂，一旦出现故障，排除时间增长，难度增大，费用也随之增加。由于数控机床涉及多个学科，对设备维修维护人员的技术要求越来越高，故障的及时诊断与维修越来越困难。如何在数控机床出现故障时，进行快速诊断及维修变得非常重要。近年来，由于计算机技术，现代测试技术及信号处理技术的高速发展，设备故障诊断技术也取得了很大的进步。随着人工智能技术的发展，特别是知识工程、专家系统和人工神经网络在诊断领域中的进一步应用，迫使人们对智能诊断问题进行更加深入与系统的研究。专家系统是人工智能的一个主要研究方向，它利用计算机程序解决那些只有人类领域专家才能解决的问题，它以知识为研究对象，包括知识的获取、表示和利用等。专家系统的解题能力主要取决于它所拥有知识的数量和质量。所以，知识库建立的质量直接影响到专家系统的性能。本文研究的主要问题就是在开发数控车床故障诊断专家系统过程中，如何利用故障树分析法建立专家系统的知识库。
1 故障树分析法的概念
对数控车床各部件、元件而言，产生故障的原因是多方面的，为此必须熟悉其原理，搞清车床各组成部分的功能，这是分析故障的基础。深入实际，了解设备的使用和维修状况，这是找出故障产生原因和排除故障的关键。故障产生后，列出可能产生故障的原因，然后逐个分析，排除次要原因，最后找出产生故障的主要原因。有时一种故障可能是某一元件的故障所在，也可能是几个问题的综合。
故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件，继而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因，在故障树中称为中间事件。再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。用相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，则称此树形逻辑图为故障树。它是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。应用故障树时应遵循如下步骤：
1)给系统以明确的定义，规定可能发生的不希望事件作为顶事件。
2)对系统的故障进行定义，分析其形成原因。
3)作出故障逻辑图。
4)对故障结构作定性分析，分析各事件结构重要度。
5)对故障树结构作定量分析，如掌握各元件、各部件的故障率数据，就可以根据故障树逻辑，对系统的故障作定量分析。
另外，故障树分析还规定了一系列的常用符号，本文中采用框图形式，故障树也能表达得比较清晰。
2 数控车床故障经验知识整理
专家知识是支撑一个专家系统正常运行的基础，如果没有正确和足够的知识，专家系统很难按照人们设想的那样运行，也就很难得出正确的结论。因此，应特别重视故障诊断经验知识的整理工作。把数控车床的组成部件、元件及其故障种类、原因及故障对策等都作了细致的分析。以主轴故障分析为例：
根据以上的分析，我们对主轴部件的常见故障现象有了总体的把握，然后再对每一具体的故障现象进行分析，找出所有引起这些故障的原因，提出相应地排地除方法。列表如下：
分析故障进行之后，针对出现的故障现象，来确定其排除方法。针对知识库中的故障对策，以主轴轴承出现的故障为例来说明：
滚动轴承对主轴工作性能影响甚大，很多故障的根源都来源于它。所以防止轴承出现故障是主轴使用与维护的重要内容。轴承出现故障的原因及排除方法主要如表6所示：
3 故障树分析法在数控车床故障诊断专家系统中的应用
依据上面针对主轴的常见故障、故障原因及排除对策的分析，对数控车床的故障诊断进行故障树分析。通过以上研究工作，建立了车床的故障现象分类，如图1所示。先把整个系统划分为主轴箱、尾座部分、刀架部分、液压部分、气动部分、润滑部分、伺服部分、数控系统等8个子系统模块，并且以此为基础，根据各系统的组成元件，继续细化故障树。直到满足诊断要求为止。如以主轴箱故障为例说明故障树的建立方法。
图1数控车床故障树
主轴故障现象及排除方法在前面巳经说明，这里不再重述。根据对主运动系统的传动原理及各部件的结构(特别是主轴结构)分析画出其故障树如图2所示，从故障树的第一层入手，层层分解，可以找出各因素之间的相互关系，分析出各树枝出现故障时的原因。
图2主轴异常故障
以同样的方法建立其他各子系统的故障树。
4 小结
应用故障树分析方法对数控车床的故障进行诊断排除，直观性强，能把车床的故障及其成因形象地表现出来，并具有很强的灵活性，在设备维修中能发挥较好的作用。在实践中应用该方法的主要困难是建立被诊断系统的“故障树”的工作量较大。对于设备维修者来说，建立故障树和获得分析诊断结果的过程，也是知识与经验的积累过程。故障树的不断完善为以后的维修工作奠定良好的基础，且对于知识的收集、整理、表示都非常有利。从而大大提高故障诊断专家系统的灵活性，提高了诊断效率。
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本文标题：数控车床故障诊断专家系统中的故障树分析
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