摘要: 为提高热模锻压力机生产过程中故障诊断的效率，对热模锻压力机的故障机理进行了分析; 应用规则推理与案例推理的智能方法对热模锻压力机的故障诊断进行研究。结合热模锻压力机的特点并针对两种推理技术各自的局限性，提出了将规则推理与案例推理相结合的、适用于热模锻压力机故障诊断的人工智能方法; 构建了热模锻压力机生产过程中故障诊断的故障树，并得到导致故障现象的最小割集; 建立了表示故障案例的五元组，以离合器打滑与制动器打滑为例进行案例推理的分析。本研究在一定程度上解决了知识获取困难的问题。

  
          热模锻压力机在制造业中用于进行成批大量黑色和有色金属的模锻，其构造复杂，发生故障时需要现场拥有大量经验的设备专家与工艺专家凭借自身丰富的经验进行排查，找出故障源。某一局部故障的产生，使得整个设备生产停顿，甚至整条生产线的生产停顿，引发安全隐患和经济损失 。在生产中发生连击、闷车等故障对于锻压车间来说是非
常严重的故障现象，故障现象发生后若不及时处理得当，不仅影响生产效率，而且严重减少压力机寿命 。因此，对热模锻压力机故障诊断方法的研究是十分有意义的。

      故障诊断技术是一门涉及到控制与建模等多方面的综合性技术。随着人工智能方法的渗入，其应用领域越来越广。数控轧辊磨床应用案例推理建立了数控轧辊磨床智能故障诊断系统 ，曲柄压力机高频震动故障诊断上应用故障树进行分析 ，轧机液压故障诊断系统中应用案例推理，开发应用于生产现场的液压故障诊断系统 ，以上故障诊断技术多是应用一种人工智能方法，唐宇等 在飞机维护与排故专家系统中将案例推理与故障树集成进行故障诊断，在一定程度上避免了单种人工智能方法应用在诊断中存在的局限性。严爱军等 采用导致竖炉故障的过程参数变化特点来描述案例，成功对竖炉焙烧过程的异常情况进行了预测。

      本文针对热模锻压力机生产过程中发生的故障，运用人工智能方法模拟专家经验找出故障源及解决方案。提出了将规则推理与案例推理相结合的热模锻压力机故障诊断方法。便于知识的获取，为提高热模锻压力机故障诊断系统的可扩展性奠定了良好的基础。

      1 、热模锻压力机生产过程故障描述

      热模锻压力机生产过程中，常见的对生产影响较为严重的故障包括闷车、滑块停在上死点以外的位置、主电机电流过高、压力机连冲、轴瓦温升过高、润滑故障。

      这6 种故障被引发的原因很多。对闷车来说，若封闭高度调整过低，因锻件体积固定，滑块打下来会因为压机过载发生闷车的现象，同样因压机过载造成闷车的原因还包括锻件温度低、毛坯尺寸过大。曲轴角度对应滑块位置，生产过程中通过曲轴角度的信号来控制离合器、制动器的动作，如果离合器过早脱开，或离合器打滑，由于动力输出不够，
曲轴－ 连杆－ 滑块系统在压机滑块向下运动时，其动能不足以克服工件的变形能、压力机弹性变形能和滑动轴承中摩擦损失，就可能会发生闷车现象。若离合器打滑，压机滑块回程运动时，滑块因动能不足导致停在上死点之前的位置; 制动器打滑，滑块越过上死点停在上死点以外的位置; 离合器、制动器凸轮开关的调整不当也会导致滑块停在上死点之外的位置。轴瓦间隙不合适或润滑不良，可能导致主电机电流过高、轴瓦温升过高。离合器制动器复位失灵、凸轮开关失灵等可能会造成压力机连冲。热模锻压力机上的制动器与离合器在机理上十分类似，故障现象不明显，发生故障不好判断故障源。本文旨在利用长期积累的经验为热模锻压力机生产过程中出现的故障制定一套诊断方法，对故障现象明显、容易判断故障源的事件建立直接、明了的故障树; 故障现象不明显、故障源不好判断的事件，利用所掌握的状态信息构成案例。意在帮助操作人员进行操作指导，分析、得到故障现象的引发原因，为构建热模锻压力机故障诊断系统奠定理论基础。

      2 、故障诊断方法的研究

      经由上述分析，难以在线测量反映故障征兆的一些过程参量，而热模锻压力机的过程机理较为复杂，又难以应用精确的数学模型来表达，并且一般操作者因领域知识不完整、不集中使得知识获取困难。由此本文提出了规则推理与案例推理相结合的热模锻压力机故障诊断方法。通过融合热模锻压力机结构、功能和关系而构建的故障树，可以保证诊断知识结构的完整性和知识的条理性，同时也能提高故障诊断专家系统的诊断速率; 针对热模锻压力机的机理复杂，规则提取困难的情况，以案例推理作为故障诊断系统的后援，降低了知识获取的负担，也改善了系统的扩展性。

      2. 1 总体设计

      基于规则推理与案例推理的热模锻压力机生产过程故障诊断方案的总体设计如图1 所示。知识库用来存储领域专家对热模锻压力机生产过程故障诊断的经验知识，包括故障树转化的规则; 数据库用来存储热模锻压力机生产过程中的状态信息、分析出的中间数据与统计数据，以及热模锻压力机本身的基本参数; 案例库用来存储热模锻压力机生产过程故障诊断的典型案例。

     图1 热模锻压力机故障诊断总体设计图

     故障征兆与故障关系明确，则根据故障现象利用故障树转换的规则来进行诊断。在知识库中搜索相匹配的规则直到推理到达底层事件( 故障源) ，从而得到故障源信息及解决方案指导。推理过程中没有相应规则与之匹配时，根据已获取的状态信息进行案例推理。在案例库中检索与当前工况相似度较高的典型案例进行重用，得到结果。相似度较低则对案例进行修改，更新案例号，存入案例库中。

     2. 2 规则推理

     采用正反混合推理的方法，首先根据故障现象进行反向推理，在故障树中搜索匹配规则，推理达到底层事件( 故障源) 时采用正向推理验证故障源的准确性。以与门、或门、非门等逻辑门表示事件间的相互关系。其中故障树为规则推理的可靠性、安全性提供了有力保障，是故障诊断的一个有力工具。在实际生产过程中，故障总是与设备及其功能相关联的，以故障现象作为顶事件，热模锻压力机的执行机构作为次级事件，将造成热模锻压力机故障的原因按照其结构逐级分解为中间事件，直到得到作为底事件的故障源。体现了故障传播的层次性，故障源与故障现象间的因果关系。通过对故障树的定性分析，以指明故障原因为目标，有效找出导致故障现象发生的所有可能的故障规则，即寻找故障树的全部最小割集 ，以故障现象滑块停在上死点外、轴瓦温升过高为例建立故障树，如图2、图3 所示。

     
  
     图2 滑块停在上死点外故障树

     故障树的一个割集的状态表示了顶事件发生的一种可能性，而最小割集则表示了导致顶事件发生的最

     图3 轴瓦温升故障树
 

     2. 3 案例推理

     案例推理的主导思想是利用过去故障诊断经验中的特定知识，即具体案例来解决新问题。检索针对热模锻压力机生产故障建立的案例库，计算案例库中旧案例与新案例的匹配程度，获得一个或多个类似的故障案例( 集) 。选取匹配较好的案例直接应用其解决方案。若没有与新案例匹配度较好的案例，则对已有的案例进行修正，经过验证，确定可行性后作为新案例存入库中。

     通过对热模锻压力机生产过程中的故障分析，将其中故障现象不明显、故障源不好确定的故障提出来作为典型案例，把引发生产过程中故障的状态信息作为组成案例的故障特征。将故障诊断案例表示成五元组，即故障案例特性、故障状态特性、故障特性权值、诊断结果、故障处理方案。五元组表示为CASE = { G，S，W，C，M} ，其中G 为案例所属种
类，与案例的状态特性和案例号有关; S = { S1，S2，…Sn} 是故障特征的有限非空集合，Si∈S 表示与热模锻压力的工艺参数或过程参数相关的特征属性，根据案例的需要设为打击力，电机转速，弹簧压缩量等; W = { W1，W2，…Wn} ，0≤Wi≤1，是由热模锻压力机设计专家与现场拥有大量操作经验的操作工提供的故障特征参数的权重; C 表示案例的诊断结果，即故障的原因; M 表示相关的故障解决方案和操作建议。

      案例检索的策略是相似度与阈值Simv相比较，针对不同类型的故障特征值选择适当的相似函数进行处理求得相似度，这些案例不一定是完全相似的，提取不小于相似度阈值的所有案例作为当前工况描述下故障诊断的匹配案例。例如离合器与制动器打滑，这是很难发现的故障现象，但两者机理十分类似。某旧案例是离合器打滑，故障特征给出内部没
有进油，行程调整值，故障原因是行程调整不当，解决方案是调整弹簧压缩量。现有一新案例是制动器打滑，内部没有进油，行程调整值与离合器打滑案例中的行程调整值及其接近，这就需要对这次检索出的不完全相似案例进行重用，那么就可以推断出制动器打滑的原因是行程调整不当，应调整制动器的弹簧压缩量。但若新案例为离合器内部有油，行程调整值与旧案例差距很大，而在案例库中未找到相似度超过该案例的值，那么就可以修改这个旧案例为离合器部有油并且输入新的行程值，更新案例故障原因与解决方案，填写新的案例号保存到案例库中，用于下一次的案例推理。
 

      3 、结语

     综上所述，在对热模锻压力机分析的基础上本文主要研究并提出了规则推理与案例推理相结合的热模锻压力机故障诊断方法; 利用此诊断方法，结合热模锻压力机实际生产过程中出现的故障现象讨论了其中的规则推理与案例推理在故障诊断中的应用; 并提出了将规则推理与案例推理相结合的适用于热模锻压力机实际故障诊断的人工智能方法; 构建了其生产过程中故障诊断的故障树，并通过故障树得到了导致故障现象的最小割集; 建立了表示故障案例的五元组，以离合器打滑与制动器打滑为例进行实际案例的推理分析，并成功解决了所产生的问题。通过以上的研究和分析，证实了通过规则推理与案例推理相结合的诊断方法，并利用构建故障树，建立五元组的方法成功的解决了热模锻压力机相关问题的方法可行，为热模锻压力机故障诊断开辟了新的途径。