[发明专利]一种基于数据挖掘的数控机床故障监测与诊断系统

说明书

本发明公开了一种基于数据挖掘的数控机床故障监测与诊断系统，系统包括数据管理模块、数据判读模块、智能故障诊断模块、数据挖掘模块和人机交互模块。数据管理模块支持实时汇入当前数据，批量导入导出历史数据；数据判读模块对数据进行预处理、特征提取、征兆提取；智能故障诊断模块综合所得征兆与诊断知识，推理系统级故障；数据挖掘模块自主挖掘未知故障模式告警判据和诊断知识规则，并更新告警判据库和诊断知识库；人机交互模块实现故障监测、诊断过程的设置控制，及结果的实时显示；该系统优点包括，充分利用机床运行自然产生数据，无需对机理复杂的机床深入建模，突破传统专家系统式诊断系统知识“瓶颈”，诊断过程自动化，诊断快速准确。

技术领域

本发明涉及数控机床故障诊断领域，具体涉及一种基于数据挖掘的数控机床故障监测与诊断系统。

背景技术

高精尖军品对工艺质量提出的越来越高要求，以及高强度作业和艰巨型号任务对批产能力提出的越来越高要求，凸显着对加强装备研制应用的迫切需求。机床素有“工业之母”的称号，代表了一个国家制造能力的强弱。当前我国国产高档数控机床能够替代进口解决有无问题，但在机床可靠性与精度保持性提升等关键技术方面仍与国外技术存在差距。

数控机床故障诊断技术是保持机床可靠性、稳定性与加工精密度的一项关键技术。故障诊断技术最早被开发应用于美国F-35联合攻击战斗机的装备保障维修。数控机床故障监测与诊断系统能够对机床运行状态进行实时或准实时级别的监控，对机床运行故障告警，对机床运行故障模式进行快速分析诊断，以实现视情维修为确定维修时机提供决策依据，以提高机床设备的可用度和任务可靠性。

数控机床的故障诊断技术发展主要经历三个阶段。初级的数控机床故障诊断技术依赖于出厂的各类数控机床本身提供的故障诊断信息，包括错误代码、信号指示灯等。其显而易见的缺点是：一、诊断故障范围有限，依赖于机床厂商的设计布置；二、诊断结果具有开关跳变性，无法监测到故障发生前的趋势；三、诊断信息的使用强烈依赖经验丰富的特定型号专门维修人员。在需求下数控机床故障诊断技术发展为额外一套基于对数控机床运行机理深入梳理和可靠性建模的故障诊断系统，但其缺点是：一、系统依赖于特定模型，系统开发复杂成本高，对不同型号机床的兼容适用性差；二、系统故障诊断能力固定，任何方式无法提高、扩展。人工智能技术发展的早期专家系统技术，或融合对于特定机床机理的梳理和可靠性建模，也有对一些机床运行信号的直接监测，诞生了一种基于专家系统的故障诊断技术，能够通过人机交互将专家的知识赋予给计算程序，提升系统诊断能力，但其缺点是：一、或需要监测机床设备的特定状态参数，或未充分利用机床自然运行产生数据；二、诊断能力提升依赖于领域专家的知识输入，欠缺自主性；三、知识获取存在“瓶颈”，专家经验知识即是系统“智能”的极限。

如何开发一套基于数据的不依赖机床运行机理深入剖析、具有不同型号兼容适用性的数控机床故障诊断系统；如何方便、低成本获取数据，充分挖掘数据信息，实现故障监测与诊断；如何提升系统智能、自主能力，挖掘知识，突破专家知识“瓶颈”，进而提升系统诊断能力,是现有技术需要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对精密加工用高档数控机床实时、智能化、自主化故障监测与诊断的需求，设计解决数控机床实时、智能、自主故障监测与诊断的问题。本发明提出一种数控机床故障监测与诊断系统，主要解决的问题有：以数控机床设备运行时的实测数据及运行历史数据为基础，实时对设备运行的测量数据解析判读，实时监测系统故障，快速诊断系统故障，未知故障模式告警判据挖掘，未知故障模式关联规则提取，知识库自学习更新。

本发明采用的技术方案为：一种基于数据挖掘的数控机床故障监测与诊断系统，包括数据管理模块、数据判读模块、智能故障诊断模块、数据挖掘模块和人机交互模块；其中，

数据管理模块包括数据库，支持可选择地实时汇入当前实测数据，支持历史数据的批量导入导出，统一管理；