制造装备远程监控故障诊断系统研究

发布时间：2020-07-29 13:07

【摘要】：随着Internet/Intranet技术的迅速发展,现代制造模式正朝着集成化、网络化、全球化方向发展,涌现出智能制造、网络化分散制造等先进制造理念。以数控机床、PLC控制的制造装备、机器人等为代表的现场设备作为各种现代化制造系统的最基础装备,其正常运行是现代制造企业能够健康运转的根本保证。现场设备技术迅猛发展,结构日趋复杂,使得针对这些设备及其工艺过程的故障诊断工作越来越重要。本文分析了现代化装备制造系统在新形式下面临的挑战,在现有支撑技术条件下及其可见的发展趋势下,针对以CNC装置和PLC为控制器的制造装备的远程监控故障诊断进行深入研究。研究工作从构建由现场控制器到远程分布式系统的故障诊断功能的体系结构及关键使能技术出发,以系统的通用性为重要原则,提出远程监控故障诊断系统(EMID)的结构功能模型；提出实时数据平台RDSP功能模型,通过其向上层提供集成数据服务,并对实时数据的采集、管理、服务功能进行深入研究；提出“结构-故障树”方式的装备诊断知识组织模型,在其基础上,采用基于智能引导的融合诊断方法实现高效的诊断维护工作。本论文的主要研究工作具体如下： (1)分析现代制造环境下的装备故障诊断工作的功能需求,提出面向生产现场的远程监控故障诊断系统结构框架和功能模型,对其作出了系统化、全局性阐述,分析了实时数据服务和融合诊断方法等关键技术,为系统的具体实现奠定基础。 (2)分析了生产现场实时数据接口特点和信号采集内容,分析了在诊断系统中实时数据服务功能的需求,提出基于扁平结构的实时数据平台RDSP,针对基于广域网分布式实时数据访问问题,采用散列映射访问机制和Socket线程池等技术,解决数据服务的实时性、并发性问题,通过实际检测达到预计效果。RDSP的研究包括平台的结构、内存实时数据维护、现场实时数据采集、实时数据服务、历史数据维护等具体功能的设计思想和实现方法。 (3)充分分析制造装备固有特点和其故障特点,同时分析了应用于实际的各种故障诊断技术方法的特点。针对现有的各诊断理论功能单一的局限,提出基于“结构-故障树”知识组织方法和基于智能引导的层次融合诊断推理方法,解决了诊断知识和诊断方法在融合诊断工作中组织问题。在收集和分析大量数控机床等故障实例基础上,提出基于诊断过程性知识引导的诊断方法,基于设备-故障特征知识引导的诊断方法。同时,在经验知识不够充分时,提出基于RDSP实时/历史数据的ANFIS知识发现方法,实现面向数据的故障诊断功能。 EMID层次诊断功能从纵向配置角度,提出基于现场控制器故障诊断的实施原则；在讨论和分析网络化协同工作环境下,诊断系统基本结构、功能实现的基础上,给出分布式故障诊断工作的流程及模糊层次评价方法。 (4)在上述原理研究的基础上,在教育部博士基金项目“基于网络化的数控加工智能化研究”(145015)和教育部重点科研项目“基于CSCW远程控制的机械装备协调设计技术研究”(105057)的资助下,结合企业的CIMS及管控一体化开发等大量横向课题,综合运用CNC、PL、OPC、.NET、XML Web Service、AJAX、数据库等技术,以建立开放式远程监控故障诊断平台为基础,开发了面向网络化的EMID远程监控故障诊断原型系统,实现对上述复杂设备的状态监测与故障诊断的远程化、智能化,验证了论文提出的远程监控故障诊断系统的思想和方法的可行性、实用性。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH165.3
【图文】：

过程图,信息融合,诊断系统,过程

实时监测、突变过程的信号捕捉、预测、决策乃至报警会比以往的故障诊断提高成倍的精确度和可信度，诊断系统的信息融合过程如图1.4所示，融合需要对这些性质不同、变换多样的信息进行复合推理，提供决策能力。文献[19]在综合国内外状态监测和诊断技术发展近况的基础上指出，从监测和诊断的手段而言，越来越多的研究和工业应用表明多传感器集成与信息融合。传感器信息融合把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行关联组合及提取，消除单个传感器信息的局限性，以获得对被测对象运行状态的一致性解释或描述，增强故障预知能力，提高诊断准确性，增加诊断结果的置信度，119]。-9-

工作安排,论文

1.4.4内容安排论文共分6章，论文结构章节安排如图1.5，具体如下：__第1琴，绪论？ ‘. '广第2章EMID监控诊断系—体系结构及1=键^^术 - ^■A^i 1.. 广 7^- -士: n第3:章 11第4章ni 第5章|i实时数据服务平台；^_EMID融合“EM1D层次‘’：‘,RDSP研究卜诊断方法研究诊断功能研究'，，r_ _ :L 丨 __j|第6章系统开发与应用实践图1.5论文的工作安排Fig. 1.5 The arrangement of the thesis第一章绪论，阐述并分析了课题的研究背景、来源、研究意义及国内外研究现状，在此基础上提出了本文的研究内容。第二章分析系统需求及在企业信息化中所处地位，提出面向网络化制造的制造装备远程监控故障诊断系统(Equipment Monitor and Intelligent Diagnosis System, EMID)体系结构，阐述了系统的各个组成部分的结构和作用及其关键技术。第三章阐述作为EMID基础和支撑的实时数据服务平台(Real-time Data ServicePlatform. RDSP)结构功能，包括平台的结构、内存实时数据管理机制、事务管理机制、现场实时数据采集、历史数据维护、数据服务功能实现。第四章论述EMID融合诊断策略的模型

相互关系,制造装备,可靠性理论,络通

1._?一一 ?一■一.一._.一图1.6 EMID研究内容及相互关系示意Fig. 1.6 The research and relationship in EMID制造装备的远程监控故障诊断研究是多学科交叉产物，涉及到从机械设计与制造、算机网络通信技术、控制及自动化理论、信号处理、人工智能、可靠性理论、应用数

【参考文献】