拉丝机故障诊断系统
姓名杨超
学号2012012724
班级机电122
指导教师崔永杰
西北农林科技大学机械与电子工程学院
摘要
将案例推理技术引入到拉丝机故障诊断系统中。

分析基于案例推理故障诊断的机理,建立CBR拉丝机故障诊断系统模型。

运用CBR方法对拉丝机系统故障诊断过程中案例的收集与整理、案例库的建立、案例的检索与匹配以及案例的维护等关键技术进行研究。

随着国民经济的不断发展,对各类金属、非金属制品的需求空前繁荣。

拉丝机的结构越来越复杂,自动化程度越来越高,拉拔的范围越来越广。

据不完全统计,拉丝机可以用来拉拔棒材、线材、丝材和管材等直线型难加工物体,以及塑料、玻璃、钢铁、铜、钨和钼等非金属、金属和合金材料。

拉丝机故障的快速诊断对于保持设备良好状态,提高设备利用效率,提高金属及非金属线材、棒材、丝材和管材生产量,具有非常重要的意义。

目前,国内制品行业对拉丝设备的故障诊断、定位,大多依靠维修人员采取传统的方法实施。

如,设备日常维护、日常点巡检(看、听、摸、测)、月修、中修和大修等方法来发现、诊断故障。

用这种传统方法进行设备故障诊断及维修,不仅费时、费力和费钱,而且工作效率极低。

关键词:拉丝机;案例推理;故障诊断;人工智能
目录
1 CBR故障诊断机理 (1)
2 CBR拉丝机故障诊断过程模型 (1)
2.1检索 (1)
2.2采纳 (1)
2.3修改 (1)
2.4存储 (1)
3 CBR拉丝机故障诊断系统设计 (2)
3.1不同类型拉丝机的故障信息 (2)
3.2典型拉丝设备中各功能结构组成 (2)
3.3拉拔不同材质线料 (2)
3.4同类拉丝设备故障状况诊断案例等 (2)
4 CBR拉丝机故障诊断关键技术 (2)
4.1拉丝机故障诊断案例库 (3)
4.2 案例的检索与匹配 (3)
4.3案例库维护 (3)
4.3.1根据案例的相似度对案例库进行合理地增减 (3)
4.3.2根据典型或常见故障类型及零/部件属性 (4)
4.4应用实例 (4)
参考文献 (4)
1 CBR故障诊断机理
对设备故障诊断的研究除了要研究故障本身以外,重要的是要研究诊断的方法。

基于案例推理(Case2Based2Reasoning,CBR)是人工智能领域较新崛起的一种基于知识的问题求解和学习方法。

它以实例为基础进行推理,把人们以往的经验储存在实例库中,当面临新的问题时,可以通过搜索实例库中过去同类问题的求解过程与结果,找到与当前问题类似的案例,从中选择一个或多个与当前问题最为相似或相关的案例作为参考,并通过对所选案例的修改调整,获得当前问题求解结果,修改后的实例将被再次存入实例库中,以供下次使用时作为参考。

基于案例的推理除了能够完成一般的基于知识的推理所具有的功能外,还把知识工程的任务减少为特征的描述、术语定义、案例的收集与分类,以及把新的知识简化为向案例库中增添新的案例,是一个对过去经验的不断积累、不断存储、不断自学习、不断重复使用乃至创新再创新的过程。

2 CBR拉丝机故障诊断过程模型
CBR故障诊断方法的核心在于能准确地记忆(存储)过去曾经诊断的故障及
其环境诊断过程,能积极运用过去的诊断经验、诊断过程和诊断方法,并通过有效类比、联想以完成当前诊断任务。

拉丝机故障诊断过程如下：
1)检索:根据拉丝机当前的故障状态和征兆,将新案例与案例库中的案例匹配,检索出与新案例相类似的案例。

2)采纳:如果检索到的案例与当前拉丝机状态完全适配,则直接援引案例做出诊断结论。

3)修改:如果检索到的案例与当前案例相似或类同,则依据拉丝机的基本结构、工作原理、零/部件特征和设备运行状态记录等数据资料,分析设备故障机理,并通过知识库对检索出的案例进行修改、调整和适配处理,得到适配于拉丝机故障诊断的新案例,做出诊断结论。

4)存储:将新案例的诊断过程、评价结果进行编码添加到案例库中,以备后用。

CBR拉丝机故障诊断过程模型,运用的是一种类比或相似的推理方法,其设计模
式是直接利用以往的诊断案例而不是简单的经验的总结。

3CBR拉丝机故障诊断系统设计
要使故障诊断快速而准确,必须有智能化的故障诊断系统。

拉丝机智能化诊断系统应针对如下内容进行设计。

1)不同类型拉丝机的故障信息。

如直进式、活套式、水箱式和滑轮式拉丝机中常用零/部件滚筒、拉丝模、过线轮、减速箱和电动机故障信息。

2)典型拉丝设备中各功能结构组成(液压、润滑、传动和电器)部分,各典型故障模式与维修策略、维修时间和所需维修资源(润滑油、轴承、轴瓦、蜗轮、蜗杆、齿轮、齿轮轴和电动机)。

3)拉拔不同材质线料(如玻璃丝、塑料丝、盘条钢
丝、铜丝、钨丝和钼丝)时,拉丝机故障信息与维修信息。

4)同类拉丝设备故障状况诊断案例等。

用计算机来存储和处理拉丝机故障诊断过程中大量的数据和信息,将知识发现技术、数据库关联技术和专家系统技术融合到拉丝机故障诊断智能化过程中,建立一种基于CBR技术的故障智能化软件系统。

CBR拉丝机故障诊断系统主要功能是,将拉丝机诊断专家有关故障的知识收集、整理并系统化加以分类,以案例问题的初始条件、问题的求解目标和问题的解决方案等形式存在于计算机中。

在进行故障诊断时,新的故障现象形成新的问题案例,系统检索案例库中是否有相似案例,若存在相似案例,则取其解决方法或调整后的解决方法来解决问题案例,诊断成功与失败的案例均记入数据库中,成为新的知识。

4CBR拉丝机故障诊断关键技术
将CBR技术应用到拉丝机故障诊断中,最关键的问题是必须解决好故障诊断过程中案例的搜集与整理(即案例库的建立)、案例的检索与匹配、案例的增补和案例维护等关键技术。

4.1拉丝机故障诊断案例库
案例库就是把以前处理过的问题,描述成由问题特征集和解决方案组成的案例，储存起来,供下次参考使用。

案例代表的是过去经验的积累,在案例库中的每个案例描述的是一种故障状态,它们相互独立。

案例库如下：
4.2 案例的检索与匹配
案例检索的目标是当新的案例问题出现时,通过快速访问案例库中过去同类问题的求解,寻找一个或多个与当前问题求解“最相似”的案例,用解决旧问题的答案来解决新的问题。

从表1所示案例库中可以看出,案例库是基于经验的知识库,这些经验是针对特定的问题领域的。

这样的案例是文档化的经验,它包含故障现象、故障原因和解决方案等。

当出现一个新的故障时,可以把它描述成一个不知道原因及解决方案的新案例,提供给系统,系统则在案例库中搜索与当前问题相似的历史案例与之相匹配,大多情况下系统会提供多个相似度最接近的案例,通过相似度比较,找出与当前问题最为相似的案例,从而求得当前问题的解。

CBR 相似度指两个案例故障征兆相似的程度。

一般用0～1之间的实数来表示,值越大表示两个案例越相似,旧案例提供的解就越有价值,CBR相似度的计算方法如下。

给定两个故障相似的案例C1和C2,则两个案例的相似度Sim(C1,C2)
4.3案例库维护
随着新案例的加入和旧案例的修改,案例库在不断完善,求解问题的能力不断增强。

案例库维护的目标是通过科学、合理的方法,使案例库以最小的案例
数获取最大的案例覆盖率。

案例库的具体维护策略如下。

1)根据案例的相似度对案例库进行合理地增减。

若能找到完全匹配或足够相似的案例,则不需增加案例。

若查找不到最低相似度或完全不匹配的案例,则将该案例作为全新的案例加入案例库。

若能找到可能相似或最低程度相似的案例,则根据最后成功诊断故障的情况,酌情修改案例库中情况或作为新案例存入案例库中。

2)根据典型或常见故障类型及零/部件属性,建立通用案例库或专用案例库。

为便于案例库的管理和维护,对案例库中每个案例均应设置编码以记录该案例的使用情况,即通过案例的使用率、使用成功率或使用失败率来进行维护。

当案例使用率低于某一给定值时,可以将该案例转移到专用库;当其失败率大于某一给定值时,表示该案例不可靠,需要对其进行调整或修改。

4.4应用实例
某变频拉丝机在一次生产过程中出现拉拔断丝现象,通过调出该种型号拉丝机“故障显示”控制电脑资料,发现两种信号出现频次较高:1)信息编号0122,原因为模具超差;2)信息编号2144,原因为变控柜温度不正常。

进入故障智能诊断系统,选择“断丝及乱线”故障征兆,从故障诊断案例库中自动采集到故障原因及解决方案。

故障原因及解决方案
总结：采用基于案例推理的方法,将人工智能引入到拉丝机故障诊断领域,建立故障诊断系统。

可提高拉丝机故障诊断、定位效率,缩短设备维护检修时间,确保设备高效运行。

参考文献：肖思文.现代制造工程期刊.2009年第6期
赵涛.专家控制器在拉丝机电控系统上的应用.1998。