基于數控機床故障案例庫的知識獲取

胡小波，鄧俊紅

（江西機電職業技術學院，江西南昌 330013）

基于數控機床故障案例庫的知識獲取

胡小波，鄧俊紅

（江西機電職業技術學院，江西南昌 330013）

知識獲取技術是創建知識工程系統的關鍵。通過提取數控機床故障診斷的案例整理成故障案例庫，建立數控機床故障診斷知識庫，解決了數控機床故障咨詢系統中知識獲取的問題。

知識獲取；數控機床；故障案例庫

0 引言

知識獲取技術是智能知識工程的基本技術，其重要性不言而喻。知識型系統初時只需要一些基本知識，當系統工作之后，其可以逐漸累積來自各個方面專家的知識，從而進行進化。知識型系統與知識獲取相輔相成，互相支持。知識獲取和知識表達[1]是推理的前提，計算機通常把所獲取的知識存儲在相對應的知識庫，然后就可以用對應的知識進行推理并最終解決問題。由此可知，知識獲取是創建設計人工智能的關鍵，也是創建知識工程系統的關鍵。在建立數控機床知識型系統時，基于數控機床案例庫的知識獲取對于系統有很大幫助。

1 知識獲取的概念和途徑

1.1 知識獲取的基本概念

“知識獲取”概念[2]指的是如何在人工智能的系統當中，使用計算機獲得相關知識。它有兩種說法。

（1）狹義知識獲取

狹義知識獲取，是通過相關的系統設計，使計算機獲取對應的知識點。比如知識工程師怎樣利用知識表達技術，然后建立相對應的案例庫，并使專家咨詢系統獲取對應的知識。即把相應的知識點存儲到對應計算機中，使用人工“搬運”的方法。所以狹義知識獲取也被稱作“人工的知識獲得”。

（2）廣義知識獲取

除了人工的知識獲得，計算機還可以自主或半自主地吸收相應的知識。比如通過計算機在系統運行中學習知識，并累積知識。又或者通過計算機的自主感知學習，對知識庫進行刪減、增加、修改、擴展和刷新。廣義的知識獲取獲得知識的渠道更加寬廣，它包含了人工的知識獲得以及自主或者半自主的知識獲得。

1.2 知識獲取的主要途徑

知識獲取的主要途徑[3]大體可以分為兩大類：

（1）人工移植

人工移植是在相關系統的設計或者相關的輔助工具下，通過對應的系統設計人員、編程者、使用者或者相關的專家，把其想法知識“搬運”至計算機的知識庫當中去，從而使計算機獲得對應的知識。

人工移植的方法又可以分為兩類：靜態移植和動態移植。

靜態移植方法指的是在系統的設計過程當中，通過相應的方法（比如知識的表達、知識庫的設立），使得相應的系統獲得一些需要的靜態知識點。靜態移植流程相應比較死板，其獲得的來源相對有限。

動態移植的方法是在系統的設計過程當中，通過人機之間的交流（比如鍵盤的輸入，顯示器的輸出等），或者是相應的輔助工具（比如相應的編輯軟件），對計算機的知識庫進行刪減、增加、修改、擴展和刷新，使得系統獲得對應的動態知識。動態移植的來源較為廣泛，只要有暢通的渠道，其更新速度將會非常迅速。

（2）機器學習

機器學習指的是計算機對其知識庫進行刪減、增加、修改、擴展和刷新，一般是通過機器運行的時候，互相連接的計算機自主學習并獲得對應的知識點，并逐漸累積。

機器學習的方式可分為二種：示教式學習和自學式學習。

示教式教學，是指專家在計算機學習的過程當中對相應的系統工作過程進行檢查，對實施過程進行監督和對學習步驟進行指導。這種學習方式比較多元化，根據實際需求既可以是離線的非實時性學習，也可以是在線的實時性學習。

在計算機自主的學習過程當中是不需要專家作為示教者的，一般其學習方式是由系統本身來實現監視，提供對應的評判標準，按照系統提供的標準通過一些相應的反饋進行檢驗，從而達到對自主學習的控制選例和相應的訓練。相對來說，自主學習的方法比較單一，一般是在線的實時性學習。

2 基于數控機床故障案例庫的知識獲取

2.1 基于數控機床故障案例庫的知識獲取概念

數控機床結構組成非常復雜，包括機械系統、電氣系統和液壓系統等，而且各系統通常都使用了最新技術，這使得數控機床設備故障分析診斷難度很大。將數控機床故障案例庫作為知識獲取方式，強化了具有代表性案例的知識庫在系統中的引導作用。在數控機床故障案例庫的知識管理中，用戶不僅是使用者，也可以是案例的提供者或者案例的改進者。

基于數控機床案例庫的知識獲取本質是將對數控機床的故障診斷經驗制作成知識庫，并提取精煉成為可以傳承教導的一種知識獲取方式[4]。相對其他的知識獲取方式，案例庫知識獲取來的更加直接，其可以使用戶直接使用其操作中的經驗，并利用相關案例解決數控機床的實際故障。

比如某位機床操作人員在操作CK6132數控車床時，機床出現過電流警報。過電流報警主要原因就是數控機床的主軸系統承受的負載超過設定額定值，導致系統保護設置激活，出現警報并凍結機床的一切運動。通過檢測發現數控機床的電路沒有問題，主要是加工時的進給量給的太大，導致主軸負載太大，最后將刀具移出并減小進給量，警報消除，問題解決。

這個案例作為一個知識點存入咨詢系統當中，下一次用戶遇見同樣故障時，可以優先檢查主軸負載。如果不是同樣的問題，則可增加案例或者優化修改案例，通過不斷的更新知識庫，使得案例庫逐漸完善。

2.2 數控機床故障案例庫知識的來源

數控機床故障案例庫知識主要來源于平時本廠里的工人操作數控機床時遇到的故障問題或者其他平行廠技術人員之間的技術交流，甚至是網絡上相關專家技術人員的技術交流以及對應數控機床的相關故障案例的傳承，將相關的數控機床發生的故障案例收集起來，制作成相應的案例庫，構成了故障咨詢系統的知識獲取。

數控機床故障案例庫知識獲取的案例源可分為兩類：內部知識源和外部知識源，如圖1。

圖1 數控機床故障案例庫知識的構建

內部知識源是來自工廠內部的案例知識源，這類案例知識源來自于工廠內，涉及到相關數控機床操作人員維修人員，他們所給出的故障信息組織起來構成了內部案例知識源，其優點在于由于是內部人士，所以記錄的故障知識源更加詳細可靠，大多數可以直接進入優選步驟，缺點是來源的范圍比較窄，短期內形成案例的數量可能不能滿足案例庫的要求。外部知識源是所有非本廠的故障信息來源的外部案例庫知識源，相比內部知識源，外部案例庫知識源范圍更廣，但是獲取的難度也隨之增加，且其數據來源的可靠性需仔細驗證，在案例識別的過程中需耗費較長時間。

2.3 建立數控機床故障案例庫的工作過程

數控機床故障案例庫是知識獲取的源頭，案例庫的質量決定了知識獲取的優劣。數控機床故障案例庫知識點主要是由一些具體的數控機床故障案例信息組成，形成這些案例的個體對系統都有影響。初時構成的案例庫相對較少，但是根據分析獲取，案例庫隨著時間推移會逐漸增加，這也使得系統逐漸完善完美。建立數控機床故障案例庫的流程如圖2。

圖2 建立數控機床故障案例庫的流程

數控機床故障案例庫知識獲取的過程總來說是先由操作者提供案例源，然后通過案例識別其案例是否符合案例庫的要求，符合要求的案例再將其用合適的表達并優選相似案例，最終存儲案例并建立案例庫。數控機床故障案例庫建立的具體操作過程如表1。

表1 建立數控機床故障案例庫的工作過程

3 總結

數控機床結構復雜，發生數控機床故障的原因和解決方式各種各樣。為了解決龐大的數控機床故障，將數控機床故障診斷案例進行精選提取而制作案例庫，可以幫助數控機床維修人員更好的維修保養數控機床，大大延長數控機床的使用壽命，提高數控機床的加工效率。此外，基于數控機床故障案例庫的知識獲取所建立的知識庫還可以幫助數控機床使用人員更加了解和更好地操作數控機床，充分發揮數控機床在生產中的作用。

［1］劉釗.數控機床設計知識庫系統知識獲取、表示及推理研究［J］.機械制造與自動化，2012（02）：118-120.

［2］張偉，張正松.設備故障診斷知識獲取方法的探討［J］.清華大學學報：自然科學版，1998（07）：103-107.

［3］楊曾芳，呂希勝.基于故障樹的數控機床故障診斷系統［J］.科技創新導報，2012（18）：68-69.

［4］郭慧，胡兆吉.專家系統的一種智能知識獲取技術研究［J］.化工裝備技術，1999（01）：37-40.

Knowledge Acquisition Based on Fault Case Database of CNC Machine Tools

HU Xiao-bo，DENG Jun-hong
（Jiangxi Vocational College of Mechanical&Electrical Technology，Nanchang330013，China）

Knowledge acquisition technology is the key to creating knowledge engineering systems.The paper built case database by taking the fault diagnostic case of CNC machine tools，and it built diagnostic knowledge base of CNC machine tools，then it solve knowledge acquisition's problem in CNC machine tools fault advisory system.

knowledge acquisition；CNC machine tools；fault case database

TP311

A

1009－9492(2015)10－0077－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.019

胡小波，男，1980年生，江西九江人，碩士研究生，講師。研究領域：數控技術。已發表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2015－06－05