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基于二元关系分析和专家系统的数控线切割机床故障诊断与维修研究
摘要本文提出了一种二元关系分析和专家系统的基础模块，用于数控线切割加工的维护和故障诊断。该模块提出了一个集成维护和故障诊断系统的框架。本研究探讨了二进制编码矩阵系统，该系统在专家指导下现场预测和诊断电火花线切割加工故障中起着重要的作用。在这项研究中，15个输入被认为在前向和后向传播算法的帮助下观察了八个可能的原因。输入和输出矩阵被认为是矩阵形式的。为了解释故障诊断并通过建议实现维护的重要性，现场通过矩阵变换的前向和后向传播来研究故障的检测。它是一个集成备份，可以在输入和输出参数不匹配时单独关注。这是一个节省时间，知识获取，易于维护，并具有自学能力的系统。为了验证所开发的框架，生成了120个数据集，以便通过图形表示正确分析获得的输出。本文还以表格形式介绍了维修计划的一些重要特征和可能导致断线的补救措施。所开发的系统可以帮助操作人员，学员和制造工程师在实际操作中通过快速检测故障和正确维护机器来实现无故障加工。
关键词二进制关系专家系统（ES）故障诊断断线
介绍
为了探索加工耐磨性和高强度重量比的先进技术，结合现代工业中宏观和微观领域应用的范围，以实现提高生产效率和零件或产品的质量特性要求，对非传统加工工艺进行故障诊断和维护进度研究。非线性放电加工过程是非传统加工工艺之一，它在当前的制造环境中实际应用性得到了增强。在电火花加工中这是一个比较新的概念，其中工件结构是由一个行走电极电极产生的，电极的运动通常由数控或计算机控制子系统控制。 电火花线切割过程的适用性在展示复杂的轮廓工作，制作通孔，生产直锥形工件等方面具有极大的优势。电火花线切割机床系统设置也可以辅助计算机数控功能，以促进加工编程，称为零件程序，以便可以根据需要轻松存储和调用。关于不同形状和尺寸的加工，WEDM工艺可以提供高度的灵活性和一致性。电火花线切割机床被认为是其他非传统机械加工工艺中最有潜力的电热加工工艺，因为该工艺能够满足当今产业制造业的需求。 尽管在解决许多制造问题方面取得了成功，但加工过程中的故障仍可能对电火花线切割机床操作造成重要限制。集成一个专有系统和二元关系算法将减少构建故障诊断系统的时间。传统的专家系统被用于液压系统的故障诊断。为了确定故障诊断的重要性，如果基于规则的知识系统被用于操作员辅助电火花线切割。提出了一种基于加权的加权性能指标的迭代生成分类代码限制非传统加工工艺的选择。针对缺乏经验的机械师和驾驶员提出了基于专家系统的汽车故障诊断决策支持系统。系统诊断通常由人使用故障诊断知识来执行。
本文的主要目的是建立数控线切割机床的二维关系分析和专家系统基础模块，用于维护和故障诊断。开发的二进制编码矩阵专家系统通过专家指导支持计算机控制，在现场预测和诊断线切割机床故障方面发挥着重要作用。这是一个集成的备份，当输入和输出参数不匹配时可以单独聚焦。开发的系统可以通过解释故障诊断和故障建议来帮助操作员，受训人员和制造工程师。通过快速检测故障可以帮助实现无故障和平稳加工。方法
专家系统是一组程序，它代表和掌握编码知识以解决专业领域的问题。专家系统使用知识库代码或符号表示来控制解决方案过程。专家系统知识以编码值的形式从专家获得，适合系统在其界面中使用。这些系统还能够解释如何达成特定的结论，以及为什么在咨询过程中需要进行信息披露。 知识库专家系统增加了输出灵活性，减少了停机时间，提高了质量和输出的一致性。
了解CNC机器智能是了解制造过程中失败原因的重要工具。 知识库操作软件有助于识别故障，从而降低可靠性并改进新兴WEDM操作的概念。然而，制造工程师需要系统基础操作软件来快速检测数控电火花机床故障，这将有效支持通过知识基础资源改进车间制造过程。为了开发这样的新工具，信息模型对于支持软件开发及其与专家系统中故障发生的集成是必要的。专家系统的架构如图1所示。它由用户界面组成，通过专业知识获取与知识库规则，编码计划和实际事实进行交互。图2表示二进制结构的配置。二元关系算法开发了支持输入，虚拟和输出矩阵等矩阵的三个阶段。
图1.专家系统的体系结构
图2.二进制结构的配置
在这项研究中，15个输入被认为在前向和后向传播算法的帮助下观察到八个可能的原因。输入和输出矩阵以方矩阵的形式考虑。在前向传播中，借助于变换算法和虚拟矩阵将[15times;15]矩阵变换成[8times;8]矩阵。类似地，输出[8times;8]矩阵在反向传播中被转换为[15times;15]矩阵。使用所开发的算法，针对后向传播中的每个输入以及前向传播中的每个输出计算重量分数。计算出的重量分数有助于调查和确定分析故障原因的最有效参数。为了分析故障原因并评估15个输入，确定了120多个不同的矩阵。在正向传播的情况下，输出矩阵用相应输入的重量分数来指示可能的原因。类似地，对于后向传播，输入矩阵以其重量分数指示可能的故障。二进制编码知识库系统用于将编码数据转换为相关信息。该系统已经接受了可能的15个输入的培训，可能有8个原因。发达的哲学可以为输出预测未确定的系统提供解决方案，并且运营商处于两难境地以理解原因。它还提供了一个有效的解决方案，以解决具有非均匀框架的多输入和多输出参数平台中不确定性的不同原因。
维护计划和故障诊断
机床零件的日常维护改善了机床操作的可靠性。正确维护可减少故障发生。鉴于此，开发了电火花机床专家系统的维护和故障诊断。先进的电火花切割机床结构图如图3，用于线切割加工的正确维护和故障诊断。它描述了两个独立模块，维护模块和故障诊断模块。这些模块是以逻辑子句形式的专家系统基础知识的概念构建的在与知识库规则相关联的系统中使用模拟逻辑子句来生成决策。编码信息的决定和解释已经以下列设置的形式收到：
图3. 电火花切割机床结构图
如果 lt;条件gt;
那么lt;结果gt;。
先行词通常包含通过逻辑连接词与重量分数连接的子句。 结果由一个或多个表达式组成，表示要执行的相应操作。 它有两种形式，例如：
结构I：
如果 lt;条件gt;
那么 lt;操作gt;
结构II：
如果 lt;条件gt;
那么 lt;具有显着重量分数的行为gt;。
扫描规则直到先行词与矩阵系统中的断言相匹配。使用规则，相关数据从可用的数据库集中提取。系统数据库由两组输入和输出数据库组成。第一组包括与特定类别，子类别和对象相关的各种问题。第二组包括第一组的可能原因。
3.1维护计划模块
在非传统加工系统中，电火花切割机床是一种精密机床，需要进行预防性维护，以延长使用寿命和无故障运行。对这种机床进行适当的维护可以长期保护从机器中获得的加工性能的恶化。为了获得更好的加工精度，建议将机器安装在室温可控的环境中
20plusmn;1°C。通过适当设置电介质冷却系统的温度控制器，电介质水温也应在机床温度以下1°C的范围内维持。在开始任何作业调整或加工操作之前，室温，机床温度和作业温度必须通过空调进行稳定。机床和电介质冷却系统的电源开关在开始加工操作前至少应半小时“打开”。为了无故障运行，维持最大切割速度，建议电介质冲洗的导向喷嘴应与工作表面的两侧接触（距工件0.1〜0.2mm），保持上部和下部冲洗阀完全打开。上部冲洗喷嘴应适当调整以达到要求的流量。 介质水也应该保持在工作中，尤其是在工作区域。如果上部导向喷嘴不能与工作表面紧密接触，建议保持下部冲洗阀完全打开，并调整通过上部冲洗阀的流量。如果两个导向喷嘴不能与工作表面紧密接触，则可使低压冲洗开关工作，即将Wp设置为#39;O#39;模式以进行介电冲洗。 在机床启动前应检查水的电导率，并且必须在加工过程中定期检查水的电导率。
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- 故障诊断模块
数控线切割机床是一种多功能和复杂的机床，包括各种机电系统和子系统，如动力系统，流体系统，数控零件编程系统，电压子系统，导向喷嘴子系统，软驱子系统等等。电火花线切割机床制造商提供机床警报，通过警报信号发出警告信号，防止加工过程中出现任何故障。他们还推荐了一些特定的程序，以在操作期间或手术后消除这些故障 但是，有时报警信息无法直接检测加工过程中电火花线切割机床上的故障。 造成故障的原因有几个。断线是加工过程中发生故障的最重要原因之一。它可能由于错误的参数设置而发生。这也可能是由于其他原因导致的，例如导线偏转，导线机械性能，导线柔性，火花隙宽度，工件和导轨之间的导线的过度自由长度等。因此，找到相关原因需要许多因素通过使用适当的算法逐步分析。在电线和其他系统上的预失效症状的位置提供了重要的线索，以找出特定故障的可能原因。表I描述了采用补救措施的电火花线切割机床断线的可能原因，这可能有助于检测加工过程中的故障。
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- 二元关系型基地建设与学习机制
通过利用在线操作员或直接用户在现场提供的事实来检测故障而不浪费生产时间，CNC-WED机器可以变得更加通用。
图4. 知识库二进制编码系统
表1.可采取补救措施的电火花线切割机床断线的可能原因
要检查的零件/部分
可能的原因 补救措施/建议措施
如果在入口侧断线
电线张力和压力辊。
送丝机构和送丝。
检查加工条件（参数设定值）。
线张力过高会导致压辊表面或张力辊运动不平滑。
如果出口侧出现断线扰动的送丝在加工表面上产生垂直带可能会导致断线。 这可能是由于导线中粘附的铜或外来颗粒沉积导致的。
打火后电线由于磨损而变弱。下辊的运动不均匀。
进给阀芯制动器超行程。
Tp（峰值电流），TON（脉冲准时），空载电压等设定值过高，导致电极磨损增加。
稍微降低电线张力。 如果在加工过程中导线完全陷入张力辊槽中，请更换张力辊。检查压力辊上是否有凹槽。
清洁指南。提高送丝速度。
清洁或更换指南。改变滚筒的轴承。正确进给卷筒制动器。
根据切割技术设置适当的值。
下冲洗喷嘴
介电水
电导率
工件表面和间隙
水柱不足不能包住电线的两侧 清洁下部冲洗喷嘴。流接通时可能导致断线。
如果在加工间隙内断线
由于注入压力过高，水介质可能会出现 在通电电调整水介质水冲洗压力（Wp）逃逸或与空气混合并产生空气放电。 空气 设置Wp旋钮。
如果上下冲洗在火花间隙中达到平衡，将不会被困住。火花隙中的空气压力可能会导致断线。
水介质的低导电性可能导致断线， 将电导率值设置为20并将其控制在2个单位内。年龄。
在工件表面形成堆垛。 避免加工堆叠的工件。
线
空气可能会被困在堆积件的间隙或工件表面形成的裂缝之间，并可能导致空气排放。
扭曲或弯曲的电线可能会产生导致断线的放电浓度。
进行磨削或任何适当的机械加工操作，以从工件上重新移动堆叠件并且随后在工件材料上进行热处理操作（如果需要的话）或者其他方式改变工件。
更换绞线或弯曲的导线。
图5.学习矩阵
通过编码系统的虚拟知识。二进制编码用于生成学习过程，可以帮助操作员诊断和理解故障。教育课程，培训计划和知识创新对于学习过程的各个子系统构建各自的学习矩阵至关重要。图5描述了一个训练好的单独训练学习矩阵网络。它强调了八个原因对表2中提到的各种输入特征所代表的字母符号的依赖关系。机床操作员将#39;YES#39;或#39;NO #39; 在里面基于对故障发生的观察，专家工程师的知识被考虑用于训练输入。
表2.断线符号输入功能的可能输入和
开始加工后立即断裂？ 在开始加工的某个时间后是否断裂？ 破坏是否发生在上部导引处？
工件上是否发生断线？
下导轨和滚子之间是否发生断线？ 打破后立即产生不愉快的声音？
电线是否粘在工件上？
电极针经过很长时间后是否移动？
加工是否经过很长时间？
操作是多加工操作吗？
是否使用加工参数表？
水箱里的水是不是很脏？
机器在断开之前是否显示了任何报警信号？ 正在使用不同高度的工件吗？
观察放电频率是否不稳定？
符号
输出功能
设置错误的加工参数。
1
2
3
4
5
6
7
8
线或工件被氧化。
介电流体的导电性差。
导线处发生磨损。
设置喷嘴和工件之间的间隙不合适。
滚柱轴承发生磨损。
送丝机构工作不正常。
夹紧工件不合适。
图6.故障诊断模块交互矩阵流程图
对于格式化输入特征的#39;Y#39;或#39;N#39;形式作为现场操作员观察到的线索，用于以数字符号的形式检测最有效的输出特征。 表2还描述了断线的可能的输入和输出特征。输入和输出的符号形式被用来开发线切割专家系统。
知识库开发系统由可分为四组矩阵的规则组成。 第一组包括输入矩阵（i，j），它标识输出矩阵（k，l）的可能观测值的集合。 输入平方矩阵的维数直接取决于输入特征的数量。第二组和第三组包括虚拟矩阵（j，k），其识别在矩阵多重折叠的两个不同步骤中输入和输出之间的可能组合集合。虚拟矩阵的维数取决于输入特征的数量及其相关原因。第四组包括输出矩阵，该输出矩阵标识输入矩阵的一组可能原因，这有助于理解和检测故障的原因，而不必担心和浪费宝贵的时间。输出平方矩阵的维数直接取决于在编码输入上训练的原因数量。操作员以“Y”或“N”的符号形式将观察到的线索描述为制定第一组规则的输入。
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