基于Internet的FMS遠(yuǎn)程監(jiān)測

1 概述
         隨著機械設(shè)備的大型化、自動化、高速化和復(fù)雜 化，機械設(shè)備的故障診斷也變得十分復(fù)雜。解決這一 問題的一個方法是建立基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障 診斷系統(tǒng)。機械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷是計算機科 學(xué)、通信技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合的一種設(shè)備診 斷方式，該系統(tǒng)實現(xiàn)“移動的是數(shù)據(jù)而 不是人”，從而改變一旦設(shè)備發(fā)生故 障，診斷人員就疲于奔命的被動局面。 在此基礎(chǔ)上，建立了FMS遠(yuǎn)程監(jiān)測 與故障診斷系統(tǒng)總體框架，提出了提 高數(shù)據(jù)傳輸和圖象傳輸速度的新方 法。
2 遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的總體框架
           機械設(shè)備遠(yuǎn)程診斷監(jiān)測系統(tǒng)是一個開放的分布 式系統(tǒng)，主要由監(jiān)測設(shè)備、傳輸設(shè)備、傳輸通道、信息 處理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)的 主要功能如圖1所示。圖2為機械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷系統(tǒng)的總體結(jié) 構(gòu)。設(shè)備現(xiàn)場的在線監(jiān)測系統(tǒng)是該遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障 診斷中心的起點，它完成對FMS中換刀機器人、加 工中心的主要狀態(tài)信息的采集、存儲和處理，以及 簡易診斷，狀態(tài)信息經(jīng)加工處理后可以直接通過網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，也可以將簡易診斷后的結(jié)果直 接傳輸給診斷中心。遠(yuǎn)程診斷中心為該用戶建立虛 擬現(xiàn)實的現(xiàn)場圖象，根據(jù)傳輸來的信號模擬現(xiàn)場設(shè) 備的加工狀態(tài)，由專家和專家系統(tǒng)綜合現(xiàn)場和經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)傳輸來的監(jiān)測信息，得出診斷結(jié)果并給出維修決 策，通過網(wǎng)絡(luò)反饋至現(xiàn)場指導(dǎo)維修排除故障。也可 以用現(xiàn)場在線監(jiān)測簡易診斷的結(jié)果直接啟動遠(yuǎn)程 診斷中心專家系統(tǒng)的相應(yīng)模塊，或者詢問遠(yuǎn)程中心 的專家，獲得精密診斷結(jié)果，并由遠(yuǎn)程中心將結(jié)果傳 輸至現(xiàn)場。
3 在線監(jiān)測系統(tǒng)
           FMS在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測底層設(shè)備的主要部位、 部件的傳感器信號、可直接測量的設(shè)備運行信號、控 制網(wǎng)絡(luò)可上傳的故障代碼、底層設(shè)備及控制器的故 障報警燈和狀態(tài)變換指示燈信號、數(shù)控設(shè)備CRT 上可顯示的軟件報警代碼。在線監(jiān)測系統(tǒng)一方面綜 合這些信號對FMS狀態(tài)進(jìn)行識別，并對緊急故障 作出快速診斷，對其它故障作出大體定位。通知現(xiàn)場 的FMS主控制器進(jìn)行相應(yīng)處理，并伴隨聲音和畫 面報警。另一方面將所有監(jiān)測信息加工成可以在網(wǎng) 上傳輸?shù)男问�，發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測和診斷中心，由這里 的專家和專家系統(tǒng)作出精密診斷。在線監(jiān)測系統(tǒng)的 信息流如圖3所示。
4 數(shù)據(jù)和圖象傳輸
           利用LabVIEW中的NetDDE在局域網(wǎng)上實現(xiàn) 動態(tài)數(shù)據(jù)交換，可以使用客戶申請模式、服務(wù)器建議 模式及同步傳輸3種模式。 LabVIEW可以對數(shù)據(jù) 進(jìn)行多種數(shù)學(xué)分析，并可以直觀的顯示分析結(jié)果，專 家或?qū)＜蚁到y(tǒng)可以直接從此獲取分析后的數(shù)據(jù)。
         為了進(jìn)一步了解FMS設(shè)備現(xiàn)場的運行狀態(tài)， 更好地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷，并指導(dǎo)用戶進(jìn)行設(shè)備的 使用和維修，在用戶和FMS監(jiān)測與故障診斷中心 之間進(jìn)行實時的設(shè)備運行狀態(tài)圖象傳輸。為了減小 網(wǎng)上圖象數(shù)據(jù)的傳輸量，提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，利用 VRML(虛擬現(xiàn)實建模語言)技術(shù)，制作FMS仿真 現(xiàn)場的3維圖形，并利用VRML的動畫及交互功 能，使FMS3維動畫程序能夠根據(jù)人和傳輸信號的 控制，產(chǎn)生相應(yīng)的運動變化，從而虛擬出 FMS現(xiàn)場 的工作流程和工作狀態(tài)。
          VRML2．0編寫的程序可以實現(xiàn)動態(tài)的交互， 即在程序的運行過程中，用特定的信號實時控制程 序所定義的3維物體的運動。交互作用的產(chǎn)生主要 靠傳感器節(jié)點與內(nèi)插器節(jié)點和路徑語句。 VRML2．0的傳感器節(jié)點有6種，它們可以在程序 運行的過程中改變物體的一些狀態(tài)，如顏色、位置、 尺寸等。路徑語句的主要作用是感知一些狀態(tài)變化， 并把這些變化傳給其他節(jié)點，進(jìn)而使物體的一些狀 態(tài)發(fā)生變化。
         利用VRML所具有的動畫功能及交互作用，將 FMS系統(tǒng)里的設(shè)備工作運動狀態(tài)通過傳感器節(jié)點、 內(nèi)插器節(jié)點及路徑語句再現(xiàn)出來，實現(xiàn)遠(yuǎn)程圖象的 虛擬傳輸。
5 開放式遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)
           FMS遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)完成對FMS主要設(shè)備 換刀機器人、有軌運輸車、立式加工中心、車削中心、 臥式加工中心、立體倉庫、3坐標(biāo)測量機的診斷。該 系統(tǒng)主要由知識庫、數(shù)據(jù)庫、模糊推理模塊、知識庫 管理系統(tǒng)和維修庫管理系統(tǒng)和機器學(xué)習(xí)模塊。 模糊推理模塊：是專家系統(tǒng)的核心，主要完成由 故障現(xiàn)象尋找故障原因的過程，采用模糊反向推理 算法和基于意向的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速推理算法實現(xiàn)多種 有效的推理；對于沖突消解策略，按感官與直觀信息 ——設(shè)備外診斷到內(nèi)診斷規(guī)則——規(guī)則置信度從大 到小——規(guī)則本身存儲順序選取，大大提高了推理 效率。模糊規(guī)則的匹配及結(jié)論置信度的計算采用匹 配函數(shù)的方法，即前提條件與事實的匹配程度由匹 配函數(shù)決定，而結(jié)論的置信度為規(guī)則的前提與數(shù)據(jù) 庫事實的匹配值和規(guī)則置信度的乘積。
           知識庫：包括規(guī)則庫、概念庫和圖形庫。規(guī)則庫 是專家系統(tǒng)推理的知識部分，圖形庫是推理中提供 檢測信息的圖形集合，概念庫是規(guī)則的基礎(chǔ)，規(guī)則庫 由概念庫自動生成。
           知識庫管理：對知識庫進(jìn)行管理和控制，完成對 知識庫的各類操作，包括系統(tǒng)的維護(hù)，日常系統(tǒng)事務(wù) 管理，使用權(quán)限管理。
         機器學(xué)習(xí)：隨著FMS的不斷運行，可能出現(xiàn)新 的故障，也可能發(fā)現(xiàn)原來知識庫中的某些知識不正 確。機器學(xué)習(xí)就是自動在維修記錄庫中發(fā)現(xiàn)新的知 識完善原來的知識庫。本系統(tǒng)采用例子學(xué)習(xí)和指導(dǎo) 學(xué)習(xí)相結(jié)合的集成式學(xué)習(xí)算法來實現(xiàn)知識的自動獲取。
6 FMS遠(yuǎn)程診斷中心的運行模式
          遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可分為兩種運行模 式：實時診斷和遠(yuǎn)程查詢診斷。兩者的主要區(qū)別在于 實時診斷時專家可以通過視訊會議系統(tǒng)與其他專家 現(xiàn)場監(jiān)測人員一起實時討論，并可根據(jù)需要對現(xiàn)場 進(jìn)行實時監(jiān)測，然后給出診斷意見。而遠(yuǎn)程查詢診斷 模式，一種是現(xiàn)場人員訪問遠(yuǎn)程診斷中心，申請對設(shè) 備進(jìn)行診斷，遠(yuǎn)程診斷專家以現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)傳輸過 來的信息為依據(jù)進(jìn)行分析判斷，以電子信函方式將 診斷結(jié)果反饋至監(jiān)測現(xiàn)場。另外一種是直接通過網(wǎng) 絡(luò)查詢遠(yuǎn)程診斷中心的專家系統(tǒng)得到診斷結(jié)果。
         (1)實時診斷模式的工作方式是現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng) 將監(jiān)測信息及診斷申請傳至遠(yuǎn)程診斷中心，由診斷 中心根據(jù)監(jiān)測設(shè)備及信息確定由哪些專家和專家系 統(tǒng)進(jìn)行診斷，然后診斷中心確定實時診斷時間，并通 知現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)及有關(guān)專家啟動相應(yīng)的專家系統(tǒng)， 在約定的協(xié)同診斷時間內(nèi)，各專家和現(xiàn)場監(jiān)測人員 通過視訊會議系統(tǒng)進(jìn)行討論。如果必要就進(jìn)行實時 監(jiān)測，診斷中心模擬現(xiàn)場的加工流程和加工狀態(tài)，最 后專家根據(jù)協(xié)同診斷情況及監(jiān)測信息做出診斷結(jié)論 并傳輸至現(xiàn)場。
         (2)遠(yuǎn)程查詢診斷模式的工作方式是現(xiàn)場監(jiān)測 人員將監(jiān)測信息及診斷申請傳至診斷中心，由診斷 中心將信息輸入專家系統(tǒng)或通過專家進(jìn)行診斷，專 家根據(jù)對監(jiān)測信息的分析、處理，得出診斷結(jié)果，并 發(fā)送至監(jiān)測現(xiàn)場。用戶也可以通過上網(wǎng)直接運行遠(yuǎn) 程診斷中心的專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷。
7 結(jié)論
          FMS設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷網(wǎng)絡(luò)將管理部 門、運行現(xiàn)場、診斷專家和制造廠之間的信息結(jié)合起 來，利用現(xiàn)代的信息傳輸載體網(wǎng)絡(luò)，可以縮短收集故 障信息的時間，提高故障診斷的效率，實現(xiàn)對設(shè)備異 地的協(xié)同監(jiān)測和診斷。