Экспертная система поддержки принятия решений при диагностировании автоматизированных станочных модулей

УДК 004.891

Т.Д. Козлова, А.А. Игнатьев

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНОЧНЫХ МОДУЛЕЙ

Рассматривается экспертная система поддержки принятия решений для определения причин неисправностей автоматизированных станочных модулей, формирующая рекомендации по устранению неисправностей наладчикам технологического оборудования.

Экспертная система, автоматизированный станочный модуль, база знаний, режим работы, отказ, способ устранения

T.D. Kozlova, AA Ignatyev EXPERT DECISION SUPPORT SYSTEM FOR AUTOMATED DIAGNOSING MACHINE TOOL MODULES

The expert system of support of decision-making for definition of the reasons of malfunctions automated machine tool the modules, forming recommendations about elimination of malfunctions to servicemen of the process equipment is considered.

The expert system, automated станочный the module, the knowledge base, an operating mode, refusal, a way of elimination

Экспертные системы поддержки принятия решений (ЭСПП) направлены на оказание помощи при принятии решений при оценке качества продукции и выбора режима обработки [1]. В области машиностроения данные системы нашли применение для принятия технологических решений [2, 3]. Данные системы не направлены на устранение неисправностей самого технологического оборудования.

Разрабатываемая ЭСПП позволяет определять не только причину ухудшения качества изготавливаемой продукции, но и причины отказов основных элементов автоматизированного станочного модуля (АСМ).

При обнаружении неисправностей АСМ ЭС реализует поддержку принятия решений при поиске неисправностей и рекомендует способы их устранения. ЭС является частью системы мониторинга технологического процесса (СМТП), структура которой представлена на рис. 1.

В данной системе реализован мониторинг качества технологического процесса: контроль качества состояния оборудования, контроль режима обработки, контроль параметров деталей. Данные системы формируют базу данных текущего состояния АСМ.

Каждой неисправности АСМ соответствует свой код ошибки, формируемый ЭВМ модуля, который является входной информацией для базы данных (БД) отказов. БД представляет собой совокупность связанных данных об отказах АСМ.

При поддержке принятия решений система оперирует знаниями, которые представляют собой базу знаний (БЗ). БЗ - это структурированные данные о предметной области, для которой предназначена ЭС [4]. БЗ экспертной системы содержит не только данные об отказах АСМ и способах их устранения, которые получены в результате длительных экспериментальных исследований в условиях производства [5], но и правила обработки этих данных.

Иерархическая структура АСМ ТПАРМ представляет собой совокупность основных функциональных подсистем, состоящую из блоков, осуществляющих процесс функционирования модуля и связей между ними в соответствии с рис. 2 [6].

В любой из представленных подсистем в процессе функционирования может произойти технологический отказ.

БЗ экспертной системы содержит правила, описывающие состояние формообразующей, управляющей и вспомогательной подсистем АСМ.

Предметная область разрабатываемой ЭС представлена в виде продукционной модели. Продукционная модель или модель, основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие)», «то (действие)».

В данной ЭС условием выступает неисправность элемента одной из подсистем АСМ, в качестве действия используется способ устранения неисправности [7].

В качестве среды построения ЭСППР выбран язык программирования высокого уровня Бе1рЫ7.

ЭС предназначена для пользователей двух типов: наладчики технологического оборудования и операторы АСМ. Для пользователей первого типа предусмотрены четыре режима работы: «Устранение неисправности», «Качество технологического процесса», «Устранение неисправности по коду ошибки», «Работа с базой данных отказов». Для пользователей второго типа предусмотрены два режима работы: «Устранение неисправностей», «Качество технологического процесса».

В режиме «Устранение неисправностей» система выдает рекомендации по способам устранения неисправностей элементов АСМ. Пользователю предлагается выбрать отказавший элемент в соответствии с окном программы, представленным на рис. 3, и предполагаемый отказ в соответствии с окном программы, представленным на рис. 4.

Рис.1. Экспертная система как составляющая системы мониторинга АСМ

АСМ

Подсистемы I уровня

Рис. 2. Иерархическая структура АСМ: ПЧ - преобразователь частоты, Д - двигатель,

Шп - шпиндель, РОШ - реле оптическое шпинделя, Т - тормоз, ФР - фрикционный редуктор,

ТГ - тахогенератор, Кх, Кт - каретки по осям х и т, ДКПх, ДКПт - датчики крайнего положения по осям х и т, ЛИ - лазерный интерферометр, РИ - режущий инструмент, РД - резцедержка, УСО - устройство сопряжения, ПУ - пульт управления, БА - блок автоматики, М - магазин заготовок, Мп - манипулятор, П - патрон, СИ - подсистема смены инструмента, РГ - револьверная головка, СОЖ - подсистема обеспечения смазочно-охлаждающей жидкостью, Бак - бак с СОЖ,

УП - устройство подачи СОЖ в зону резания

Выберите отказавший модуль из представленного списка: |~ ІІІІпннделііі |~ Кулачки |~ Резец I- Манипулятор I- Резцедержка

I- П одсистема охлаждающей жидкости

Рис. 3. Окно выбора отказавшего модуля Пожалуйста, выберите предполагаемый отказ: Г” |Ре набирает нужных оборотов! п Не включается

I” Не включается датчик вращения I” Датчик вращения шпинделя значение "1"

I” Датчик вращения шпинделя значение "О"

Рис. 4. Окно выбора предполагаемого отказа

Например, для отказа шпинделя «Не набирает нужных оборотов» ЭСППР выдает рекомендацию «Необходимо отрегулировать скорость» в соответствии с окном программы, представленным на рис. 5.

Рис. 5. Рекомендация экспертной системы

В режиме «Качество технологического процесса» система определяет причины ухудшения качества изготавливаемых деталей. Например, если размеры детали не выдерживаются при обработке, ЭС выдаст рекомендацию «Необходимо проверить позиционирование суппорта и отрегулировать усилие зажатия заготовки в патроне» в соответствии с окном программы, представленным на рис. 6.

Если не выдерживаются размеры при обработке, то неообходимо проверить точность позиционирования суппорта и отрегулировать усилие зажатия заготовки в патроне

Да

Нет

Рис. 6. Рекомендация экспертной системы

В режиме «Устранение неисправности по коду ошибки» система определяет причину отказа путем ввода кода ошибки в соответствии с окном программы, представленным на рис. 7.

В ведіте код отказа: b 30

I Начать I

Рис. 7. Окно для ввода кода ошибки

В режиме «Работа с базой данных отказов» реализован доступ к внешней базе данных (БД) отказов АСМ типа ТПАРМ. БД разработана в СУБД Access 2007.Схема БД представлена на рис. 8. При необходимости БД может обновляться и дополняться пользователем без привлечения программиста. Данная функция реализована при помощи формы доступа к таблице отказов и способов их устранения. Форма доступа позволяет просматривать имеющиеся данные об отказах и при необходимости добавлять новые. С целью обеспечения безопасности базы данных записи в форме предусмотрены только для чтения.

Узлы АСМ Неисправности и сп...

В Узел Подсистема ОО Ч? КодН ей справи ости

узел Неисправность Способ устранения

Рис .8. Схема базы данных отказов в СУБД Access 2007

В ЭС реализована возможность просмотра диалога пользователя с ЭС. Диалог формируется в виде текстового документа и может быть открыт при помощи любого текстового редактора.

В данной работе рассмотрена экспертная система поддержки принятия решений, которая позволяет выявлять причины неисправностей основных элементов АСМ типа ТПАРМ. Применение данной системы позволяет спрогнозировать ремонтно-профилактические работы, оперативно устранить отказ, повысить коэффициент готовности и качество изготавливаемой продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мелихов А.Н. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой / А.Н. Мелихов, Л.С. Берштейн, С.Я. Коровин. М.: Наука. 1990. 272 с.

2. Юркевич В.В. Экспертная система для токарной обработки / В.В. Юркевич // Вестник машиностроения. 2010. № 6. С. 73-75.

3. Петрухин А.В. Принятие технологических решений в литейном производстве с использованием интегрированной экспертной системы / А.В. Петрухин, В.К. Агеев, Ю.Ф. Воронин // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2004. № 5. С. 64-65.

4. Гаврилова Т.А. Базы знаний интеллектуальных систем / Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский. СПб.: Питер, 2000. 384 с.

5. Надежность и диагностика технологических систем / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов, А.Г. Схиртладзе. Саратов: СГТУ, 2006. 307 с.

6. Бржозовский Б.М. Обеспечение устойчивого функционирования прецизионных станочных модулей / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов. Саратов: СГТУ, 1990. 120 с.

7. Козлова Т.Д. Экспертная система для определения причин неисправностей технологических систем / Т.Д. Козлова // Вестник СГТУ. 2011. №2 (56). С. 219-224.

Козлова Татьяна Дмитриевна - Tatyana D. Kozlova -

аспирант кафедры Postgraduate of department

«Автоматизация и управление «Automation and processes control»

технологическими процессами» Saratov State Technical University

Саратовского государственного технического университета

Игнатьев Александр Анатольевич - Aleksandr A. Ignatyev -

доктор технических наук, профессор,

doctor of technical sciences, professor,

заведующий кафедрой «Автоматизация head Department «Automation and processes

и управление технологическими control» Saratov State Technical University

процессами» Саратовского государственного

технического университета

Статья поступила в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011